Views Comments Previous Next Search
За что вручили Нобелевскую премию по физике? — Индустрия на Look At Me

ИндустрияЗа что вручили Нобелевскую премию по физике?

Что такое бозон Хиггса, и почему это важно

За что вручили Нобелевскую премию по физике?. Изображение № 1.

Материал подготовил
Артем Лучко

Сегодня в Стокгольме были оглашены имена лауреатов Нобелевской премии по физике. Сюрприза не произошло, и ими стали британец Питер Хиггс и бельгиец Франсуа Энглер, которые изначально были явными фаворитами, по мнению большинства учёных. Look At Me в свою очередь пытается объяснить, что кроется за формулировкой «теоретическое открытие механизма, который обеспечил понимание происхождения масс элементарных частиц».

За что вручили Нобелевскую премию по физике?. Изображение № 2.

О физике элементарных частиц обычно редко упоминают в новостных блоках на телевидении или в газетных заголовках, однако бозон Хиггса привлёк огромное внимание СМИ за последние полтора года. А всё дело в том, что так называемая теория Браута-Энглера-Хиггса даёт объяснение того, откуда у вещей, окружающих нас, берётся масса.

Теория была выдвинута почти 50 лет назад Питером Хиггсом и подтверждена исследованиями Франсуа Энглера и Роберта Браута (который скончался в 2011 году). Она предусматривала наличие новой частицы — бозона — недостающей детали паззла, доказать существование которой удалось только в 2012 году.

  

Питер Хиггс и его исследования

Питер Хиггс родился в 1929 году в английском городке Ньюкасл-апон-Тайн. Он окончил школу в Бристоле, но не проявлял особого интереса к физике до тех пор, пока не прочитал труды Поля Дирака, одного из создателей квантовой механики и, что символично, бывшего ученика той же школы. Затем он обучался физике в Королевском Колледже Лондона, где заслужил статус «безнадёжного экспериментатора», но «талантливого теоретика». По окончании колледжа он поступил в Эдинбургский университет, где работал над идеями, которые большинство физиков избегали.

В 1964 году Хиггс только при помощи карандаша и листа бумаги показал, что невидимое поле в вакуумном пространстве ведёт себя как «космический клей», делая одни частицы тяжёлыми, но оставляя другие (такие частицы света — фотоны) невесомыми. Эта теория произвела эффект взорвавшейся бомбы в научном мире. Без механизма Хиггса, дающего частицам массу, наша Вселенная выглядела бы совершенно иначе — не было бы ни звёзд, ни планет, ни, естественно, нас.

Короткая статья Хиггса на эту тему увидела свет в 1964 году, однако более подробный материал, освещающий теоритическую модель полностью, был отвергнут редакторами журнала Physics Letters с формулировкой: «никакого очевидного отношения к физике частиц».

Тем временем, к похожим научным выводам пришли и другие учёные — Роберт Браут и Франсуа Энглер и их коллеги Джеральд Гуральник, Си Ар Хаген, Том Киббл. В подтверждение своей теории Хиггс добавил в статью цитаты из трудов Браута и Энглера и отправил текст в другой ведущий журнал Physical Review Letters, который опубликовал статью позже в том же 1964 году. Статья явила миру новую частицу — массивный бозон с нулевым спином, который известен теперь как бозон Хиггса.

За что вручили Нобелевскую премию по физике?. Изображение № 3.

  

Что такое стандартная модель?

Для того чтобы действительно понять, что такое бозон Хиггса, мы должны углубиться в так называемую «стандартную модель» — теорию, описывающую взаимодействие всех элементарных частиц.

Эту конструкцию учёные выстраивали на протяжении столетия, обнаружив сначала атомы, затем протоны, нейтроны, электроны и наконец кварки и лептоны. Суть стандартной модели, разработанной ещё в начале 1970-х, в том, что вся наша Вселенная состоит из 12 различных частиц материи (6 кварков и 6 лептонов), а также 4 сил, включающих гравитацию, электромагнетизм, слабое и сильное взаимодействие. Два этих взаимодействия, электромагнитное и слабое, на самом деле являются двумя сторонами «одной медали» — электрослабого взаимодействия, и между этими силами существует симметрия.

Однако электрослабая симметрия возможна при условии, что фундаментальные частицы безмассовы. А, оглядевшись вокруг, мы понимаем, что в нашем мире частицы вполне массивны, что означает — симметрия должна быть нарушена. Хиггсовский механизм как раз и является той движущей силой, которая нарушает эту симметрию. И его главная задача — сделать частицы массивными.

  

Суть открытия Хиггса

Питер Хиггс и его коллеги смогли доказать, что во всём пространстве, включая вакуум, распространено поле (позже названное «Полем Хиггса»), возбуждением которого является бозон. Это поле — густое, как клей или сироп, и именно благодаря ему после Большого Взрыва (момента, когда начала формироваться Вселенная) первые беспорядочно движущиеся протоны и электроны замедлились и превратились в материю, обретя массу. А масса оказывается тем больше, чем сильнее частицы «цепляются» за хиггсовское поле. И если бы не эти самые бозоны, то субатомные частицы пронизывали бы космос со скоростью света (как, собственно, и происходит с фотонами).

«Бозоны Хиггса можно сравнить с журналистами в комнате. Если через комнату проходит кто-то неизвестный журналистам, он может пролететь на скорости света и не будет иметь массы. Если же попробует пройти известная личность, журналисты непременно столпятся вокруг неё, таким образом она замедлится и приобретёт массу», — такую аналогию проводят специалисты ЦЕРНа, объясняя своё открытие.

  

Как удалось доказать существование бозона?

Международная группа учёных в течение нескольких лет проводила эксперименты, разгоняя протоны в противоположных направлениях в 26-километровом туннеле Большого адронного коллайдера до 99,9999991 % скорости света. Образованные при их столкновении частицы измерялись двумя гигантскими детекторами, а данные анализировали более 3 тыс. компьютеров. Наконец 4 июля 2012 года учёные ЦЕРНа объявили, что они обнаружили частицу, которая вела себя именно так, как и предполагаемый бозон Хиггса, который в прессе успели окрестить «частицей Бога».

  

Рассказать друзьям
0 комментариевпожаловаться

Комментарии

Подписаться
Комментарии загружаются
чтобы можно было оставлять комментарии.