"Частица Бога": что такое бозон Хиггса и почему он имеет важнейшее значение для физики

8 апреля в возрасте 94 лет скончался британский физик Питер Хиггс, который первым предложил теорию о существовании такой элементарной частицы, как бозон Хиггса. Это частица поля Хиггса, которое отвечает за то, что элементарные частицы имеют массу. Впервые бозон Хиггса обнаружили только в 2012 году на Большом адронном коллайдере (БАК), хотя британский физик предсказал его существование еще в середине 60-х годов прошлого века. Эксперименты на БАК подтвердили не только существование бозона Хиггса, но и поля Хиггса и таким образом была завершена Стандартная модель физики элементарных частиц, пишет Space.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Что такое бозон Хиггса?

Бозон Хиггса — это элементарная частица, связанная с полем Хиггса. Это квантовое возбуждение этого поля, похожее на рябь на поверхности озера. Частица не обладает ни квантовыми свойствами элементарной материи, ни свойствами носителей квантовых взаимодействий, таких как электромагнитная сила, слабое взаимодействие или ядерные взаимодействия. Поле Хиггса придает массу частицам, когда они вступают во взаимодействие с ним.

Бозон Хиггса имеет массу 125 гигаэлектронвольт, а значит он тяжелее протона в 130 раз. У этой частицы нет заряда и это единственная частица, которая не имеет спина, то есть квантово-механического эквивалента углового момента.

Бозон Хиггса является переносчиком силы, которая начинает действовать, когда когда частицы взаимодействуют друг с другом, причем во время этого взаимодействия происходит обмен бозоном. Когда два электрона взаимодействуют, они обмениваются фотоном, то есть частицей-переносчиком силы электромагнитного поля.

Кто первым предложил теорию о бозоне Хиггса?

Существование бозона Хиггса предложил в середине 60-х годов прошлого века британский физик Питер Хиггс. Эта частица является следствием механизма нарушения симметрии. Без этого механизма казалось невозможным построить теорию фундаментальных взаимодействий, справедливую на всех энергетических уровнях. В частности, невозможно было объяснить существование слабого взаимодействия, действующего только на очень коротких расстояниях и ответственного за радиоактивность внутри ядра атома.

Почему бозон Хиггса называют "частицей Бога"?

Это прозвище закрепилось в массовом сознании благодаря СМИ, хотя физикам очень не нравится то, что фундаментальную частицу Вселенной сравнивают с религией.

Происхождение названия "частица Бога" связывают с тем, что физик Леон Ледерман назвал бозон Хиггса "проклятой частицей", ведь ее очень сложно обнаружить. Ледерман написал книгу, которая должна была называться "Проклятая частица", но издатели решили, что название "Частица Бога" звучит лучше. Здесь важно объяснить, что по-английски изначальное название звучало как Goddamn Particle, а издатели убрали 4 буквы в первом слове и название получило совсем другое значение.

Почему бозон Хиггса имеет важнейшее значение для физики?

Поле Хиггса сыграло решающую роль в первые мгновения после рождения Вселенной, поскольку оно определяет саму природу вакуума, заполняющего пространство-время. Оно делает возможным существование материи и взаимодействий в том виде, в котором мы их знаем, и отвечает за появление массы всех известных элементарных частиц. Без поля Хиггса и без бозона Хиггса во Вселенной просто не было бы ни химических элементов, ни звезд, ни жизни.

Как обнаружили бозон Хиггса?

Бозон Хиггса открыли на Большом адронном коллайдере в 2012 году, о чем физики из ЦЕРН сообщили 4 июля. Но частицы существовали только в высокоэнергетических условиях ранней Вселенной, а значит нужно было создать такие же условия на БАК. Это сделали ученые с помощью запуска пучков протонов с почти скоростью света, которые сталкивались друг с другом. В результате появился каскад частиц, которые быстро распадались на более легкие частицы.

Бозон Хиггса распадается слишком быстро, его среднее время жизни составляет от одной до двух десятитысячных миллиардной миллиардной доли секунды. Поэтому он был идентифицирован путем обнаружения распада частиц, который указывал на частицу без спина и соответствовал теоретическим предсказаниям.

Бозон Хиггса и Стандартная модель физики элементарных частиц

Открытие бозона Хиггса завершило Стандартную модель физики элементарных частиц, котоаря явялется лучшим описанием известного субатомного мира. Но за пределами этой модели все еще остаются такие загадки, как природа темной материи, которую бозон Хиггса может помочь решить.

Будущие модернизации БАК позволят физикам проводить больше столкновений протонов, значит можно будет обнаружить экзотические физические явления, которые выходят за рамки Стандартной модели. Теории, которые выходят за рамки Стандартной модели физики элементарных частиц, предсказывают существование до пяти различных типов бозонов Хиггса.

Как уже писал Фокус, физики наконец-то смогли подтвердить 90-летнюю теорию о существовании особой формы материи, которая состоит только из электронов.