Атмосфера в Женеве стала напряженной еще до объявления. Это было 4 июля 2012 года. Несколько дней по научному сообществу распространялись слухи, словно статические помехи. Затем физики из ЦЕРН наконец нашли доказательства. Они обнаружили новые элементарные частицы. По крайней мере, это выглядит в точности как давно искомый бозон Хиггса.
Физики годами преследовали эту частицу-призрак. К концу 2011 года они были очень близки к цели, но цифры были несогласованными. Одного лишь утверждения о наличии четких научных доказательств недостаточно. Наука не работает на основе интуиции. Она опирается на детерминированные принципы. В этот раз исследователи удвоили объем своей базы данных. Погрешность исчезла. Вероятность ошибки стала статистически незначительной.
Почему недостающие частицы важны
Если задуматься, вселенная должна быть гораздо проще. Атомы состоят из частиц. Электроны, кварки. Эти компоненты не имеют собственной массы. Без массы они вечно вращались бы со скоростью света, никогда не образовывали бы атомы, никогда не формировали бы звезды и никогда не создали бы нас.
Но у них есть масса. У них есть вес. Почему?
На сцену выходит поле Хиггса.
Представьте себе, что невидимое вещество заполняет все пространство. Это похоже на современный эфир. Когда частицы проходят сквозь него, они взаимодействуют с этим полем. Чем сильнее взаимодействие, тем тяжелее частица. Поле Хиггса замедляет их. Оно придает им массу. Без него вселенная, какой мы ее знаем, никогда бы не существовала.
Частица, связанная с этим полем, — это бозон Хиггса.
«Божественная частица» — неправильное название
Вы, вероятно, уже слышали это название. Это поп-культура. Оно было на обложке книги «Божественная частица» (God Particle). Это завораживает. Это драматично. Это создало большие проблемы и для исследователей.
Это прозвище не возникло из-за религиозного фанатизма. Цитата из книги лауреата Нобелевской премии Леона Ледермана. Он любил называть ее «частицей ада» (damn particle). Он был разочарован. Ее было дорого искать и трудно доказать теоретически. Издатель не оценил ругательство. Поэтому они вырезали слово «Damn» (чертова). Этот заголовок привлек внимание СМИ. В лаборатории же его игнорировали.
Частица названа в честь британского физика Питера Хиггса, который предсказал ее существование в 1964 году. Математика оказалась правильной. Эта теория полностью согласуется с существующей физикой. Но как ее доказать? Это самая сложная часть.
Столкновение протонов для поиска сигналов
ЦЕРН не просто ждал, пока Хиггс выйдет вперед и представится. Его нужно искать косвенно.
Они использовали два больших детектора: ATLAS и CMS. Эти машины наблюдают за столкновениями миллиардов протонов. В этих высокоэнергетических столкновениях энергия превращается в материю. Эта материя может существовать в форме бозона Хиггса.
Что внутри? Бозон Хиггса нестабилен. Он не живет долго. Он почти мгновенно распадается на другие измеряемые частицы. Физики не могут увидеть сам бозон Хиггса. Им нужно видеть то, что он оставляет после себя.
Согласно предварительным данным, его масса составляет около 125–126 ГэВ. Это миллиард электрон-вольт. Кстати, масса протона составляет около 0,9 ГэВ. Эта новая частица является самым тяжелым бозоном, когда-либо обнаруженным.
Это все еще не идеальное совпадение. Работа еще не завершена. Данные собираются непрерывно для подтверждения теории. Это подтверждение подтверждает стандартную модель физики частиц. Оно объясняет, почему материя имеет субстанцию.
Однако история не заканчивается на пресс-релизе. Открывается новая дверь. Что еще скрыто в полях? Что бозон Хиггса рассказывает нам о ранней вселенной? Ответ на один вопрос породил еще десять. Тишина пустоты была нарушена. Давайте прислушаемся.
