Бозон Хіггса – частинка Бога чи наукова містифікація?

Елементарна частинка бозон Хіггса, названа так на честь британського фізика Пітера Хіггса, який теоретично передбачив її існування ще в далекому 1964 році, мабуть, одна з найзагадковіших та незвичайних в сучасній фізиці. Саме вона викликала безліч суперечок і дискусій в науковому співтоваристві, а хтось навіть присвоїв їй такий незвичайний епітет як «частинка Бога». Є і скептики, які стверджують, що бозон Хіггса не існує і все це не більше ніж наукова містифікація. Що таке бозон Хіггса насправді, як він був відкритий, які у нього властивості, про це читайте далі.

Визначення простою мовою

Щоб пояснити сутність бозона Хіггса максимально просто і зрозуміло не тільки вченому фізику, але і звичайній людині, яка цікавиться наукою, необхідно вдатися до мови алегорій та порівнянь. Хоча, зрозуміло, всі алегорії і порівняння, які стосуються фізики елементарних частинок, не можуть бути вірними і точними. То ж електромагнітне поле або квантова хвиля не є ані полем, ані хвилею в тому сенсі, в якому їх зазвичай представляють люди, як і самі атоми зовсім не є зменшеними копіями Сонячної системи, в якій наче планети навколо Сонця обертаються електрони навколо атомного ядра. І хоча алегорії і порівняння все ж не передають самої суті тих речей, які відбуваються в квантовій фізиці, вони, тим не менше, дозволяють наблизитися до розуміння цих речей.

Цікавий факт: у 1993 році міністром освіти Великобританії навіть був оголошений конкурс на найпростіше пояснення того, що таке бозон Хіггса. Переможцем вийшло пояснення, пов’язане з вечіркою.

Отже, уявіть собі багатолюдну вечірку, тут в приміщення входить якась знаменитість (наприклад, «рок-зірка») і за нею тут же починають рухатися гості, всі хочуть поспілкуватися з «зіркою», при цьому сама «рок-зірка» пересувається повільніше, ніж всі інші гості. Потім люди збирають в окремі групи, в яких обговорюють якусь новину чи плітку, пов’язану з цією рок-зіркою, при цьому люди хаотично пересуваються з групи в групу. Як результат, створюється враження, що люди обговорюють плітку, тісно оточивши знаменитість, але без її безпосередньої участі. Так от, всі люди, які беруть участь у вечірці – це поле Хіггса, групи людей є обуренням поля, а сама знаменитість, з-за якої вони утворилися і є бозон Хіггса.

Якщо ця алегорія Вам не зовсім зрозуміла, то ось ще одна: уявіть собі гладкий більярдний стіл, на якому знаходяться кулі – елементарні частинки. Кулі ці запросто розлітаються в різні боки і рухаються скрізь без перешкод. А тепер уявіть, що більярдний стіл покритий якоюсь клейкою масою, яка ускладнює рух куль по ньому. Ця клейка маса – поле Хіггса, маса цього поля дорівнює масі частинок, які до нього прилипають. Бозон Хіггса ж це частка, яка відповідає цьому липкому полю. Тобто якщо сильно вдарити по більярдному столу з цією клейкою масою, то невелика кількість цієї самої клейкої маси на час утворює пухирець, який незабаром знову розтечеться по столу, так от, цей пухирець і є бозон Хіггса.

Відкриття

Як ми написали спочатку, бозон Хіггса спершу був відкритий теоретично британським фізиком Пітером Хіггсом, який припустив, що в процесі механізму спонтанного порушення електрослабкої симетрії в стандартній моделі фізики елементарних частинок замішана якась ще не відома до того елементарна частинка. Сталося це в 1964 році, відразу після цього почалися пошуки реального існування цієї елементарної частинки, правда, довгі роки вони терпіли фіаско. Через це деякі вчені жартома стали називати бозон Хіггса – «проклятою частинкою» або «частинкою Бога».

І ось, щоб підтвердити або спростувати існування цієї загадкової «частинки Бога» в 2012 році був побудований Великий адронний колайдер, що представляє собою гігантський прискорювач елементарних частинок. Досліди на ньому експериментально підтвердили існування бозона Хіггса, а сам першовідкривач частки, Пітер Хіггс в 2013 році став лауреатом Нобелівської премії з фізики за це відкриття.

Повертаючись до нашої аналогії про більярдний стіл, щоб побачити бозон Хіггса, фізикам необхідно було з належною силою вдарити по цій клейкій масі, яка лежить на столі, щоб отримати з неї пухирець, власне бозон Хіггса. Так от, прискорювачі елементарних частинок минулого ХХ століття були не настільки потужними, щоб забезпечити «удар по столу» належної сили, і тільки Великий адронний коллайдер, створений на початку вже нашого ХХІ століття, що називається допоміг фізикам «стукнути по столу» з належною силою і на власні очі побачити «частинку Бога».

Користь

Людині, далекій від науки взагалі і від фізики зокрема пошуки якоїсь елементарної частинки можуть здатися безглуздими, але відкриття бозона Хіггса має неабияке значення для науки. Перш за все, наші знання про бозон допоможуть при розрахунках, що здійснюються в теоретичній фізиці при вивченні будови Всесвіту.

Зокрема, фізиками було припущено, що бозонами Хіггса заповнений весь навколишній нас простір. При взаємодії з іншими елементарними частинками бозони повідомляють їм свою масу і якщо є можливість обчислити масу певних елементарних частинок, то можна розрахувати і масу бозона Хіггса. А якщо у нас є маса бозона Хіггса, то з її допомогою йдучи у зворотний бік, ми також можемо розраховувати маси інших елементарних частинок.

Зрозуміло, все це дуже дилетантські міркування з точки зору академічної фізики, але ж і журнал наш на те і науково-популярний, щоб говорити про серйозні наукові матерії простою і зрозумілою мовою.

Небезпека

Певні побоювання з приводу бозона Хіггса і експериментів з ним були висловлені британським вченим Стівеном Хокінгом. Згідно Хокінгу, бозон Хіггса є вкрай не стабільною елементарною частинкою і в результаті певного збігу обставин може призвести до розпаду вакууму і повного зникнення таких понять, як простір і час. Але не варто хвилюватися, для того, щоб сталося щось подібно необхідно побудувати колайдер розміром зі всю нашу планету.

Властивості

• Бозон Хіггса, як втім і інші елементарні частинки схильний до впливу гравітації.
• Бозон Хіггса володіє нульовим спіном (моментом імпульсу елементарних частинок).
• Бозон Хіггса володіє електричним і кольоровим зарядом.
• Є 4 основних канали народження бозона Хіггса: після злиття 2 глюонів (основний), злиття WW-або ZZ-пар, в супроводі W-або Z-бозона, разом з топ-кварками.
• Бозон Хіггса розпадається на пару b-кварк-b-антикварк, на 2 фотона, на дві пари електрон-позитрон і/або мюон-антимюон або на пару електрон-позитрон і/або мюон-антимюон з парою нейтрино.

Слово скептикам

Зрозуміло, є і скептики, які стверджують, що ніякого бозона Хіггса в реальності не існує, і що все це було вигадано вченими з корисливою метою – освоїти гроші платників податків, що йдуть нібито для наукових досліджень елементарних частинок, а насправді в кишені певних людей.

Автор: Павло Чайка, головний редактор журналу Пізнавайка

При написанні статті намагався зробити її максимально цікавою, корисною та якісною. Буду вдячний за будь-який зворотний зв'язок та конструктивну критику у вигляді коментарів до статті. Також Ваше побажання/питання/пропозицію можете написати на мою пошту pavelchaika1983@gmail.com або у Фейсбук.

Сторінка про автора

Ця стаття доступна англійською мовою – Higgs Boson: the God Particle or Fake?.