Что такое "частица Бога", которую открыл Питер Хиггс

8 апреля не стало британского ученого Питера Хиггса – одного из самых известных лауреатов Нобелевской премии по физике. Свою награду он получил в 2013 году, после того, как на Большом адронном коллайдере исследователи экспериментально доказали существование предусмотренной ученым элементарной частицы – бозона Хиггса. Выдающемуся ученому было 94 года.

Своей премии физик-теоретик ждал почти полвека. Впервые он опубликовал предсказание существования элементарной частицы, которая впоследствии получит романтическое название "частица Бога", еще в 1964 году. Рассказываем почему открытие Хиггса столь важно для мировой науки.

Что такое бозон Хиггса

Из школьного курса физики мы знаем, что вся материя во вселенной состоит из атомов, а атомы из протонов, электронов и нейтронов. Но на самом деле все гораздо сложнее. Существует много типов элементарных частиц, которые группируют между собой в разные классы.

В рамках Стандартной модели, которую развивал Хиггс, микромир описывается с помощью адронов, лептонов, кварков, фотонов, глюонов, гравитонов и бозонов. Они обладают разными свойствами и отвечают за разные природные явления. Так кварки и лептоны, которые еще называют фермионами, отвечают за существование материи, а бозоны являются частицами, переносящими взаимодействие между ними. Бозон Хиггса стоит от них несколько в стороне, ведь именно с его помощью между фермионами происходит взаимодействие.

В той же работе 1964 года Питер Хиггс с коллегами предсказал существование особого поля, при взаимодействии с которым частицы приобретают массу. Это поле впоследствии назвали полем Хиггса, а процесс обретения частицами массы – хиггсовским механизмом. Но найти частицу, которая бы за него отвечала, удалось далеко не сразу. Исследователи десятки лет строили все более совершенные инструменты, чтобы доказать ее существование.

За неуловимость и при этом ключевое значение для понимания Стандартной модели предсказанный британцем бозон получил от физика Леона Ледермана прозвище "частица Бога". Ученые не любят эту метафору, но прочно закрепилась за ним в популярной культуре.

Как открыли "частицу Бога"

Приблизиться к открытию бозона Хиггса удалось только когда в 2010 году в Швейцарии заработал гигантский ускоритель частиц – Большой адронный коллайдер, крупнейшее устройство такого типа в мире. В нем протоны разгоняют практически до скорости света и сталкивают их друг с другом. Из-за этого они распадаются на более мелкие частицы, которые и исследуют физики. Одной из главных задач БАК и был поиск неуловимого бозона Хиггса.

На момент запуска коллайдера исследователи знали о "частице Бога" практически все. Но доказать ее существование экспериментально не могли. Два года пошло на то, чтобы найти относительно убедительные доказательства – частица, описанная Питером Хиггсом, действительно существует. И поиски эти были очень непростыми. Детекторы коллайдера давали противоречивые данные, а в некоторых случаях было сложно определить, действительно ли распад имеет отношение к искомому бозону.

Первая новость об открытии пришла с коллайдера 4 июля 2012 года. А в марте 2013 года ученые окончательно подтвердили – "частица Бога" найдена. Той же осенью 84-летний Хиггс вместе с бельгийцем Франсуа Англером разделил Нобелевскую премию "за теоретическое открытие механизма, который помогает нам понимать происхождение массы субатомных частиц и существование которого было доказано обнаружением предусмотренной элементарной частицы в экспериментах ATLAS и CMS на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН".

Почему бозон Хиггса так важен

Если объяснять простыми словами, предсказанный Питером Хиггсом бозон является совершенно отдельным явлением в мире элементарных частиц. Он не является ни частицей вещества, ни переносчиком взаимодействия. Во взаимодействии с полем Хиггса другие частицы приобретают массу, и это ставит перед физиками целую кучу новых вопросов.

Так исследователи считают, что к моменту Большого взрыва, который породил нашу вселенную, частицы не имели массы. А уже через 10-12 секунд после этого события они начали взаимодействовать с полем Хиггса и так сформировалась наша вселенная с ее физическими законами. Без этого поля частицы просто разлетелись бы в пространстве, не сформировав атомы и молекулы, из которых состоит вся материя.

Благодаря предсказаниям Питера Хиггса и его коллег исследователи продолжают открывать все новые частицы на БАК. Некоторые из них позволяют изучать в том числе темную материю и явления, ответственные за ее существование. То есть дело выдающегося британца будут продолжать еще много лет и открытия, которые принесет эта работа, вполне могут привести к новым научным прорывам.