Все окружающие нас объекты обладают массой. Мы воспринимаем этот факт, как само собой разумеющийся. Хотя на кажущийся простым вопрос «откуда возникает масса?», неподготовленному человеку ответить сложно.
На самом деле это очень принципиальный вопрос для физиков. До недавнего времени именно отсутствие ответа на него, не позволяло считать Стандартную модель Вселенной полной.
Действительно, почему некоторые элементарные частицы имеют массу, а другие нет? Откуда она появляется и почему так избирательно?
По какой причине масса отличается у разных частиц, причём, иногда, очень значительно? Например, верхний кварк тяжелее нейтрино в 600 млрд. раз.
Наконец, почему значение массы у каждой элементарной частицы строго определено?
В 1964 году Питер Хиггс14 предположил существование вездесущего квантового поля, пронизывающего весь реальный мир. Именно оно, позже названное полем Хиггса, наделяет объекты массой.
То есть, масса у элементарной частицы появляется вследствие её взаимодействия с полем Хиггса.
Механизм обретения массы похож на прилипание пыли к шарику, катящемуся по смазанной клеем поверхности. По мере своего перемещения по липкой плоскости, шарик становится тяжелее. Аналогично набирают вес частицы, перемещаясь в многомерном пространстве сквозь вязкое квантовое поле.
Таким образом, масса представляет собой сопротивление тела ускорению. В результате своих взаимодействий с вездесущим полем Хиггса элементарные частицы сопротивляются попыткам изменить их скорость и приобретают массу.
Почему частицы имеют различные массы?
Объяснение состоит в том, что разные виды частиц взаимодействуют с полем Хиггса по-своему. С физической точки зрения, чем труднее что-либо двигать, тем оно массивнее. Если частица слабо взаимодействует с полем Хиггса, плавно двигаясь через него, то сопротивление будет небольшим, и такая частица имеет малую массу. Наоборот, чем существеннее частица взаимодействует с полем Хиггса, тем большую массу она приобретает. Массы объектов очень разнообразны, потому что различные типы частиц взаимодействуют с полем Хиггса с большей или меньшей силой.
Все мы состоим из электронов, протонов и нейтронов. Когда вы перемещаетесь в пространстве, то движется не ваше тело, а электроны и кварки. Поле Хиггса, взаимодействуя с ними, препятствует их ускорению. И это «торможение» элементарных частиц вы ощущаете, как массу объекта, то есть вес вашего тела. Прилагаемые вами любые усилия ежесекундно борются с сопротивлением поля Хиггса.
Частица массы называется бозоном Хиггса. Он электрически нейтрален, поэтому при нормальных условиях обнаружить его очень сложно. Для этого надо на световой скорости «ударить» частицей с очень высокой энергией по полю Хиггса. Это вызовет его колебание и появление бозона – переносчика массы, который можно зарегистрировать.
Словно масса к элементарной частице, к бозону Хиггса «прилипло» название «частица Бога». На самом деле ничего сверхъестественного в нём нет. Это один из рядовых элементов Стандартной модели. Но – сверхважный. И, пожалуй, самый неуловимый во всей истории науки. В первую очередь, именно для подтверждения существования бозона был сконструирован самый масштабный и дорогостоящий прибор, когда-либо созданный человечеством – Большой адронный коллайдер.
Усилия тысяч учёных были сконцентрированы на поиске бозона Хиггса в течение многих лет. Это, пожалуй, была главная цель всей современной науки. Наконец, «частицу Бога» удалось «поймать».
О величайшем открытии было объявлено 4 июля 2012 года, то есть точно в день моего сорокалетия. И как после этого не поверить в мистику?