Нобелевская премия по физике за 2013 год присуждена британцу Питеру Хиггсу и бельгийцу Франсуа Энглеру за предсказание частицы, которую не могли экспериментально обнаружить полвека. Она занимает совершенно особое положение в физике элементарных частиц
Бозон Хиггса был обнаружен благодаря Большому адронному коллайдеру в ЦЕРНе (Швейцария)
| *Бельгиец Роберт Браут скончался в 2011 г. В соответствии с положением, Нобелевская премия присуждена двум ныне живущим создателям теории. |
В середине 1960-х годов три физика — Энглер, Браут* и Хиггс — предположили существование особого поля, взаимодействуя с которым элементарные частицы приобретают массу. Квант такого поля был назван бозоном Хиггса. На этой основе была впоследствии разработана универсальная теория физики элементарных частиц — Стандартная модель, которая позволяла описывать свойства всех существующих частиц и их взаимодействия с точностью до долей процента. За это бозон назвали «частицей Бога».
«Он у нас в руках»
В 2012 году бозон Хиггса удалось «поймать» в ходе экспериментов на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе — самом мощном из когда-либо существовавших ускорителей. А первые указания на то, что «там что-то есть», появились уже в декабре 2011-го, однако уверенности не было — надо было набрать статистику. В течение полугода после этого шли непрерывные серии экспериментов, свидетельств существования искомой частицы появлялось все больше. Наконец, 4 июля 2012 года на семинаре в ЦЕРНе его генеральный директор Рольф Хойер объявил об открытии. «Думаю, что он у нас в руках», — сказал он.
Полвека поисков неуловимого бозона таким образом завершились. Разговоры о Нобелевской премии начались еще в прошлом году, однако решение принять не успели. Возможно, имел значение другой фактор, а именно: физикам надо было окончательно убедиться в том, что это та самая частица, и в течение последующего года ее свойства проверялись и уточнялись.
Питер Хиггс (справа) и Франсуа Энглер
Шаг за шагом
Энглер и Браут опубликовали свою теорию в середине 60-х. Несколько месяцев спустя ту же модель рассмотрел Хиггс. При этом Энглер и Браут не заметили, что теория предсказывает существование нового бозона как кванта поля. А Хиггс заметил и сразу же написал об этом. Вот почему новую гипотетическую частицу назвали его именем.
Физики не без оснований считают, что сначала предсказание, а потом обнаружение бозона Хиггса является колоссальным продвижением в понимании того, как устроен мир. Это открытие по масштабу можно сравнить с обнаружением того, что протон и нейтрон на самом деле — не «элементарные» частицы, а состоят, в свою очередь, из кварков. Кварки также сначала были открыты теоретически, а насколько эта модель была правильной, то есть насколько кварки реальные частицы, а не выдумки теоретиков, было неизвестно до экспериментальной проверки теории в первой половине 70-х.
Поисками бозона Хиггса ученые занимались с конца 70-х годов. Но в те времена ускорители были не настолько мощные, и тяжелые частицы с высокими энергиями, к которым принадлежит бозон Хиггса, не могли быть на них обнаружены. Все ждали появления нового, более мощного ускорителя. А в 80-е годы стало понятно, что искать эту или другие частицы, связанные с механизмом образования массы у элементарных частиц, — одна из самых главных задач физики высоких энергий.
И только мощность 27-километрового Большого адронного коллайдера, построенного в Швейцарии, оказалась адекватна поставленной задаче. Так существование всепроникающего бозонного поля, открытого «на кончике пера», было наконец-то экспериментально подтверждено.
Валерий Рубаков, академик РАН:
«Верной оказалась самая «простая» из существовавших теорий»
Идея Энглера-Браута-Хиггса состоит в том, что в природе существует некое поле (в том же смысле, в котором существует электромагнитное поле), которое однородно «разлито» в вакууме. Весь мир пронизан этим полем, и из-за того что элементарные частицы «живут» в нем и взаимодействуют с ним, у них появляются массы. При этом у каждого поля есть кванты: у электромагнитного поля — фотоны, у этого поля — бозон Хиггса.
При этом Энглер, Браут и Хиггс не «прикладывали» свою теорию к эксперименту, а задавались чисто умозрительным вопросом: если предположить существование некоего поля, пронизывающего все пространство, то какими окажутся свойства гипотетических частиц, с которыми оно будет взаимодействовать? Впоследствии их построение привело к созданию теории, которая получила название Стандартной модели и успешно описывает все эксперименты в физике элементарных частиц. И было предсказано существование бозона Хиггса.
С тех пор появилось довольно много альтернативных идей по поводу того, какими свойствами должны обладать «разлитые» в вакууме поля, чтобы обеспечить частицам ненулевую массу. Некоторые из них основывались на аналогии, например, со сверхпроводимостью, где тоже есть механизм, который обеспечивает аналог «массы» фотону в сверхпроводнике. Соответственно, предсказывалось существование других частиц, совсем не похожих на бозон Хиггса. Такие теории были разработаны и, как теперь показал эксперимент, оказались неправильными.
В каком-то смысле Большой адронный коллайдер построили для того, чтобы понять, как появляется масса у элементарных частиц. И эксперименты, проведенные на нем, подтвердили самую первую и наиболее «простую» из существовавших теорий. Для меня это было в некотором смысле разочарованием: я думал, и сейчас думаю, что природа должна быть устроена более «хитро»… Тем не менее еще не все сказано, и физика может оказаться сложнее, чем та, которую предсказали Энглер, Браут и Хиггс. Но она, конечно же, не будет слишком сильно отличаться от той, которая была предсказана ими.
фотографии: AP Photo/CERN, Denis Balibouse/Reuters
