«Частица Бога» — не просто название. Бозон Хиггса объясняет, откуда взялась жизнь

Мир на минималках: кирпичики и клей

Чтобы понять, в чем соль, нужно представить себе Вселенную как гигантский конструктор LEGO. Ученые, описывая этот конструктор, создали так называемую Стандартную модель. Согласно ей, всё, что мы видим, состоит из фундаментальных «кирпичиков» — частиц-фермионов. Из них сделаны протоны, нейтроны, электроны — в общем, вся материя.

Но чтобы кирпичики держались вместе, нужен «клей» или какая-то сила. За это отвечают другие частицы — бозоны. Они как курьеры, которые передают взаимодействия: свет, гравитацию и прочее.

Картина получалась стройная и красивая, но с одним гигантским «но». В этой идеальной теории у всех «кирпичиков» не было массы. Совсем. А это, согласитесь, немного противоречит нашему опыту. Мы ведь точно знаем, что масса у вещей есть?! Или все-таки нет...

Гениальная догадка: невидимый «сироп» Вселенной

И вот тут на сцену выходят физики-теоретики, в том числе и Питер Хиггс. В 60-х годах они предположили нечто невероятное. А что, если вся наша Вселенная с самого рождения пронизана невидимым полем? Его нельзя пощупать или увидеть, но оно есть в каждой точке пространства?

Хотя бы на пару минут представьте, что это поле — как густой, невидимый сироп, разлитый повсюду. Некоторые частицы, вроде фотонов (частиц света), проносятся сквозь этот «сироп», совершенно его не замечая. Поэтому они ничего не весят и летят с максимальной скоростью.

А вот другие частицы, пробираясь сквозь это поле, как бы «увязают» в нем, постоянно с ним взаимодействуя. Именно это сопротивление, это «трение» о поле, мы и воспринимаем как массу. Чем сильнее частица «вязнет», тем она тяжелее.

Логика подсказала Хиггсу: если есть такое поле (его назвали полем Хиггса), то должна существовать и частица, связанная с ним. Этакий комочек самого этого поля. Эту гипотетическую частицу и назвали бозоном Хиггса. Оставалось самое сложное — доказать, что все это не просто красивая выдумка.

Великая охота на неуловимую частицу

Но как поймать то, что существует лишь доли секунды и распадается на другие частицы? Обычный микроскоп тут бессилен. Нужен был инструмент чудовищной мощи. И человечество его построило.

Под землей на границе Швейцарии и Франции раскинулся Большой адронный коллайдер (БАК) — гигантское 27-километровое кольцо из сверхпроводящих магнитов. Его задача — разгонять пучки протонов почти до скорости света и сталкивать их лбами. Зачем? При таком мощнейшем ударе протоны разлетаются на те самые фундаментальные «кирпичики», из которых состоят. И на кратчайший миг среди этого хаоса может родиться та самая неуловимая частица.

Ученые годами сталкивали протоны и анализировали триллионы данных. И вот, в 2012 году раздалось долгожданное «Эврика!». Они зафиксировали рождение новой частицы, свойства которой в точности совпадали с предсказанным бозоном Хиггса. В 2013 году открытие было окончательно подтверждено. Догадка полувековой давности оказалась верной.

Почему это так переворачивает всё?

Это не просто еще одна галочка в списке открытых частиц. Это подтверждение нашего понимания того, как Вселенная стала такой, какой мы ее знаем.

Считается, что сразу после Большого взрыва мир был эдаким «горячим супом» из частиц, у которых не было массы. Они просто носились в пространстве, неспособные «сцепиться» друг с другом. Но в какой-то момент, спустя крошечную долю секунды, по всей Вселенной «включилось» поле Хиггса. Частицы начали «увязать» в нем, приобрели массу и смогли, наконец, соединиться в атомы, потом в молекулы, звезды, планеты… и в конечном итоге, в нас с вами.

Без этого механизма не было бы ничего. Вообще. Только хаотично летающие со скоростью света безмассовые частицы. Так что наше существование — это, по сути, результат того, что Вселенная в один миг стала «вязкой».

А при чем тут Бог?

Громкое название «частица Бога» — это, скорее, удачный маркетинговый ход, чем научный термин. Физик Леон Ледерман, пытаясь привлечь внимание к фундаментальной науке, в своей книге хотел назвать ее «проклятой частицей» (goddamn particle), потому что ее было чертовски трудно найти. Но редактор счел такое название слишком резким и заменил его на более благозвучное «частица Бога» (God particle). Название прижилось в народе, хотя сами физики его не очень любят.

Что теперь?

Открытие бозона Хиггса закрыло один огромный вопрос, но породило сотню новых. Теперь ученые на БАКе изучают его свойства еще детальнее. Является ли он сам фундаментальным или состоит из чего-то еще? Может ли он помочь разгадать тайну темной материи, из которой состоит большая часть Вселенной, но которую мы никак не можем увидеть?

Как это часто бывает в науке, вершина одной горы оказывается лишь подножием следующей, еще более высокой. И пока физики решают эти вселенские загадки, обыватель может задуматься над вопросом попроще: если масса — это результат взаимодействия с полем Хиггса, то можно ли как-то договориться с этим полем, чтобы оно взаимодействовало с нами чуть поменьше? Шутка, конечно, но кто знает, какие открытия ждут нас впереди!