Какую роль играет бозон Хиггса в современных теориях?

Согласно теории вскоре после рождения Вселенной уже действовала одна универсальная сила, было равновесие между материей и антиматерией, не было также никакой разницы в массе частиц. Если бы эта первоначальная симметрия не была разрушена, то мы бы имели действительно прекрасный мир, но без людей, галактик и планет. Сейчас, к счастью, эта симметрия больше не существует. В процессе охлаждения Вселенной она шаг за шагом нарушалась. То же самое происходит во время явлений, известных нам из повседневной жизни - когда охлаждаем водяной пар, вода конденсируется, а затем ниже определенной температуры снова меняет структуру и самостоятельно превращается в лед.

Согласно действующей теории Стандартной модели таким собственно образом материя приобрела массы (механизм называется "спонтанным нарушением симметрии"). В этом сценарии все космическое пространство должно заполнять так называемое поле Хиггса. Его можно сравнить с сиропом, который в момент после Большого взрыва вследствие снижения температуры Вселенной сконденсировался как туман утром. И с этого момента частицы начали вязнуть в нем. Не все одинаково. Некоторым частицам этот сироп оказывает большее сопротивление, другим - меньше, а некоторые - например, фотоны - вообще его не замечают. Нынешняя масса частиц является собственно степенью этого сопротивления. К этой идее пришли в 1962 году два бельгийца - Франсуа Энглер и Робер Бру - и спустя два года, независимо от них, Питер Хиггс из Эдинбурга (к сожалению для бельгийских исследователей явление было названо именем британца).

Как и все в мире поле Хиггса является зернистым - оно состоит из небольших порций, квантов, которые называют частицами (бозонами) Хиггса. Мир услышал о них в начале 1990-х, когда американский нобелевский лауреат Леон Ледерман назвал их в своей научно-популярной книге "божественная частица" (на самом деле он писал о них как про "адские частицы", но редактор справедливо решил, что Бог может вызвать больший интерес). 83-летний Питер Хиггс является ныне профессором в университете Эдинбурга. 20 лет назад он вышел на пенсию и больше не занимается наукой, но, безусловно, внимательно следит за новостями из ЦЕРНа. Стандартная модель торжествует, с тех пор как она была сформулирована более полувека назад. Она объясняет все явления и последствия всех экспериментов, которые когда-либо разрабатывали и проводили в лабораториях. Благодаря ей было предсказано существование многих неизвестных частиц материи, которые открывали затем по очереди. Каждый раз, когда эта теория сдавала очередное испытание, выстреливали пробки из бутылок с шампанским, и очередные лауреаты получали Нобелевскую премию. Предпоследней победной попыткой было открытие последнего и тяжелого t-кварка в 1995 году в Лаборатории Ферми в Чикаго. В 2012 году ученым вроде бы удалось подтвердить, что существует нечто такое, как сироп Хиггса. Если бы божественные частицы не были открыты, пришлось бы менять всю теорию. Надо было заново обдумать, каким образом частицы материи приобретают массу.

Большой адронный коллайдер

Весь луч протонов, который ускоряют в LHC - состоящий из триллионов частиц - имеет энергию, более или менее такую, которая свойственна поезду, едущему со скоростью 150 км / час. Но в одном столкновении протона с протоном освобождается лишь небольшая часть этой энергии - столько, сколько имеет с десяток комаров. Больше энергии мы вкладываем в пощечину. Однако пощечину в ускорителе сосредоточенном в объеме меньшем, чем атомное ядро. Вот почему там рождаются новые частицы. За время проведения эксперимента записывают целых 15 млн. гигабайт данных, которые заполнили бы 20 млн. компакт-дисков (если бы их составили в одну кучу, она была бы в несколько раз выше, чем гора Эверест). Детекторы ATLAS и CMS - это устройства размером с многоэтажный дом, наполненные электромагнитами, датчиками, и путаницей проводов (из железа, использованного для их строительства можно было бы сделать две копии Эйфелевой башни). Их задачей является выслеживание всех частиц, образующихся в результате столкновений протонов. Анализ этого каскада частиц позволяет выяснить, действительно ли из энергии столкновения родилась на очень малую долю секунды неизвестная частица материи.