Бозон Хиггса

В июле 2012 года произошло долгожданное событие: на Большом адронном коллайдере было накоплено достаточно данных, подтвердивших существование так называемого бозона Хиггса.

 

Дело в том, что в Стандартной модели предполагается, что существует особое вездесущее хиггсовское поле и что кварки и лептоны обретают массу за счет взаимодействия с этим полем. Предсказал это поле ныне здравствующий британский ученый Питер Хиггс в 1964 году. А бозон Хиггса Х — не что иное, как квант этого поля. Это была единственная частица Стандартной модели, которая оставалась необнаруженной.

 

Масса бозона Х, согласно экспериментальным данным, весьма велика — примерно в 135 раз больше массы протона (поэтому для того, чтобы обнаружить его рождение, понадобилось строить Большой адронный коллайдер). Через короткое время бозон Хиггса распадается на пару кварк-антикварк, или на две пары лептон-антилептон, или на два фотона.

 

Хиггсовское поле пронизывает всё сущее, и все фундаментальные частицыкварки и лептоны, а также промежуточные бозоны взаимодействуют с этим полем и поэтому обладают массой. Фотоны и глюоны не взаимодействуют напрямую с хиггсовским полем и остаются безмассовыми.

 

Хиггсовское поле отличается от всех других известных нам полей. Электромагнитное, слабое, сильное поля так или иначе выделяют определённое направление в пространстве. Такие поля называют векторными, а их квантами являются частицы со спином 1. А поле Хиггса не выделяет никакого направления в пространстве, и его кванты имеют нулевой спин. Такое поле называют скалярным. Существенно, что даже в состоянии вакуума это поле присутствует и сказывается на движении частиц определенным образом: оно затрудняет ускорение частиц, но не мешает их равномерному движению. А ведь именно ускорение связано с массой. Из-за взаимодействия с хиггсовским полем частицы становятся инертными — иными словами, у них появляется масса.

 

Простые механические аналогии могут пояснить, почему при движении частицы сквозь какую-то среду может появиться инертность. Возьмём кусок пенопласта и покрошим его на стол. Получившиеся маленькие пенопластовые шарики очень легкие. Если подуть на них — они разлетятся. Это аналогия безмассовых частиц, то есть частиц, у которых отсутствует инертность. Теперь поместим эти шарики на поверхность воды и снова слегка подуем на них. Шарики отплывают, но уже медленнее. Если бы мы не видели воду, нам бы казалось, что у них появилась инертность, которой раньше не было. Она возникает из-за взаимодействия с водой, которая в этой аналогии играет роль вакуумного хиггсовского поля. Если же подуть на воду без пенопластовых шариков, то по ее поверхности побежит рябь — это будет аналог хиггсовских бозонов. Неточность этой аналогии заключается в том, что вода мешает движению шариков, а хиггсовское вакуумное поле мешает только ускорению частиц.

 

Экспериментальное обнаружение существования бозона Хиггса (достоверность этого оценивают как 99,99%) подтверждает, что Стандартная модель верно описывает микромир.