Бозон Хиггса: что это такое?

За этой неуловимой частью охотились без преувеличения всем миром. В проекте принимали участие 10 тысяч ученых, інженерів і технічних працівників із 100 стран. На поимку последнего элемента, которого не хватало Стандартной модели было потрачено больше 10 лет и более 10 млрд долларов. Что же такое бозон Хиггса и почему его так долго искали?

Бозон Хігса довго залишався відсутньою частиною головоломки під назвою Стандартна модель. Стандартная модель – это гипотеза о том, как устроена большая часть Вселенной, из каких частей, что формируют атомы, молекулы и материю, она состоит, какие силы приводят все это в движение. Она описывает електомагнітну, слабое и сильное взаимодействие всех элементарных частей. Для объяснения происхождения массы элементарных частей в Стандартную модель был включен механизм Хиггса.

Открытие бозона Хиггса и экспериментальное подтверждение стандартной теории взаимодействия элементарных частиц стало одной из главных целей создания Большого адронного коллайдеру.

Предположение о существовании бозона Хиггса была выдвинута английским физиком Питером Хіггсом в 1964 году. Оно было основано на предположении Филиппа Андерсона – теории, которая описывает, как приобретают массу все элементарные части. Прорыв Хиггса заключался в том, что масса векторного бозона ( в нашем случае бозона Хиггса) с’появляется в результате определенного взаимодействия этого бозона со скалярным полем (полем Хиггса ). Аналогичные исследования были параллельно независимо представленные Робертом Браутом и Франсуа Енглером, через поле, что взаимодействует с бозоном Хиггса, иногда называют “поле Энглера – Браута – Хиггса”. Даний механізм був запропонований в контексті моделі спонтанного порушення електрослабкої симетрії, созданной Йоитиро Намбу и другими в попытке объяснить природу сильного взаимодействия.

Наглядно механизм взаимодействия элементарных частиц с полем за Хіггсом можно представить так: рассыпанные на поверхности стола маленькие пенопластовые шарики (аналоги безмасових частей) легко разлетаются от малейшего дуновения. Но если высыпать эти шарики на воду, то они уже не будут двигаться так легко – взаимодействие с жидкостью, которая в этой аналогии является вакуумным полем Хиггса, предоставила шарикам инертности. Волны от дуновения на свободную поверхность воды – аналог бозонов Хиггса. Эта аналогия является неточной, ведь вода мешает любому движению шариков, в то время когда поле Хиггса не влияет на частицы, а лишь противодействует их ускорению.

Есть еще одна простая аналогия для объяснения сущности бозона Хиггса. Представьте, что вы на вечеринке, где есть определенное количество обычных, ничем не примечательных людей. В один момент на вечеринку попадает очень яркий, харизматичный гость. Когда он передвигается по залу, все остальные гости словно притягиваются к нему, хотят с ним поговорить, зарядиться от него положительной энергией. Харизматичный гость – бозон Хиггса, другие гости – элементарные частицы, вечеринка – поле Хиггса.

С научной точки зрения бозон Хиггса – квант поля Хиггса, возникающая в Стандартной модели физики элементарных частиц в результате спонтанного нарушения симметрии электрослабого.

В рамках Стандартной модели бозон Хиггса отвечает за инертную массу таких елемнтарних частей, как бозоны. С помощью поля Хиггса объясняется наличие инертной массы частей-носителей слабого взаимодействия (W-и Z-бозоны) и отсутствие массы у частиц-носителей сильной (глюон) и электромагнитной (фотон) взаимодействия. Если говорить обобщенно, то с помощью бозона Хиггса можно объяснить как энергия превращается в материю. Эту частичку ученые искать 45 лет и даже прозвали ее “частицей Бога”.

Бозон Хиггса чрезвычайно важный, ведь его открытие стало фактическим подтверждением и завершением Стандартной модели, что означает научная мысль двигалась в правильном направлении. По состоянию на конец XX века все предсказания Стандартной модели подтверждались экспериментально, иногда с очень высокой точностью в миллионные доли процента, но если бы открытие “частицы Бога” не произошло, человечество могло бы получить сумасшедший развитие других теоретических моделей взаимодействия элементарных частей, и мы могли бы получить совсем другой взгляд на построение нашей Вселенной, возможно, даже ошибочный.