В поисках бозона Хиггса

До 2012 года в стандартной модели не хватало одного критического элемента. Отсутствовал механизм, который бы давал материи инертную массу. Чтобы найти ее, под землей между Швейцарией и Францией готовился масштабный эксперимент.

Питер Хиггс — самый известный ученый из тех, кто предсказал существование нового бозона. Однако пять других физиков могли бы предъявить права на частицу. В 1964 году Франсуа Энглер и Роберт Браут, а уже после Питер Хиггс сформулировали идею спонтанного нарушения симметрии, названную «механизмом Браута–Энглера– Хиггса». Позже мысль высказывали Джеральд Гуральник, Карл Хаген и Том Киббл

Не все субатомные частицы имеют массу покоя. Так, ненулевую массу имеют кварки, составляющие протоны и нейтроны, и лептоны, в число которых входят электроны и нейтрино. Масса часто ассоциируется с весом объекта (т.н. гравитационной массой), хотя масса отвечает также за способность тела сопротивляться действию силы (т.н. инертная масса). Вес обусловлен силами гравитации — самым слабым фундаментальным взаимодействием в природе. Но материя подвержена и другим силам природы. Среди них сильное ядерное взаимодействие, которое удерживает нуклоны в ядре, слабое взаимодействие, которое обусловливает бета-распад. Есть также и электромагнетизм, который удерживает электроны в атоме.

Все эти силы возникают в обменных взаимодействиях, и происходит обмен особыми частицами, переносчиками силы, называемыми бозонами, которые передают энергию от одного тела другому.

В 1964 году Питер Хиггс и еще ряд исследователей предположили, что существует бозон, который отвечает за инертную массу материи. Создаваемое этими бозонами «хиггсовское поле» появилось на самом раннем этапе после Большого взрыва, когда энергия начала превращаться в материю.

Большом адронном коллайдере имеет протяженность 27 км. Его строили 10 лет, потратив 6 млрд долл (строительство началось в 2001 году, и к концу 2009 года бюджет составил 6 млрд долларов). Два встречных пучка протонов и тяжелых ионов (ионов свинца) диаметром меньше 1 мм поворачиваются в кольце сверхпроводящими магнитами (для чего их охлаждают жидким гелием до 80 K) в вакууме и сталкиваются внутри четырех детекторов частиц.

В 2008—2011 годах на Большом адронном коллайдере (БАК) в ЦЕРНе (Швейцария) проверялась и эта идея. Самый мощный из существующих ускорителей частиц позволяет сталкивать протоны друг с другом и с тяжелыми ионами почти со скоростью света. Интенсивность высвобождения энергии при этом должна быть соизмерима с наблюдавшейся сразу после Большого взрыва. К 2012 году ученые ЦЕРНа получили доказательства существования хиггсовского поля. То есть теория Питера Хиггса верна, хотя природа самих бозонов Хиггса, как и бозонов вообще, все еще остается неясной. Время жизни бозона Хиггса, по последним данным, 1,56 х 10^-22 секунды.