В одной из недавних статей мы немного поговорили на весьма занимательную тему: что такое гравитон, и существует ли он? И если существует, то каковы его свойства? Мы выяснили, что эта пока не открытая элементарная частица отвечает (если она, конечно, существует) за гравитационные взаимодействия. Иными словами гравитон – это квант гравитационного поля. Но что рождает это поле? Какая частица отвечает за то, что сама масса существует? Давайте поговорим об этом.
Все из атомов
С самого раннего детства нас всех учили, что строительными кирпичиками всего, что нас окружает, являются атомы. На уроках природоведения нам говорили, что абсолютно все состоит из них. От синего соседа снизу😁 кита, путешествующего по океану, до одноклеточных организмов, которых вокруг нас полным-полно. Но из чего состоят атомы? Нам не отвечали на этот вопрос. Потому что он сложен для понимания маленькими детьми. И лишь когда мы стали чуть постарше, система образования рассказала нам, что существуют еще электроны, протоны и нейтроны. Которые, как оказалось, являются строительными блоками атома. Сказать, что мы были в шоке – это значит ничего не сказать. Многие плакали (шутка).
Мы хотели знать все. И в первую очередь следующее: из чего же состоят все эти фундаментальные частицы? Что же, ученые рассказали нам, все что знали на тот момент. Они заявили, что всегда найдется котенок поменьше. И что по мере того, как они углублялись в микроскопический мир, они обнаруживали все большее число частиц, которые были разделены на два вида: бозоны и фермионы.
Протоны и нейтроны (адроны) состоят из фермионов (кварков). А электрон сам по себе является фундаментальной частицей. Которая, как полагают ученые, не имеет составных частей. При этом масса кварков отличается от массы электрона.
Ученые были недовольны таким состоянием дел. Их пытливые умы недоумевали, как одна неделимая частица может иметь массу больше, чем другая? Что определяет массу каждой частицы в нашей Вселенной? И как этот элемент производит величину, подобную массе? Именно эти вопросы, кстати, и привели к появлению таких блестящих теорий, как квантовая теория поля и теория струн.
Бозон Хиггса отвечает за массу
В 1960-х годах британский ядерщик Питер Хиггс вместе с коллегами предложили интересную концепцию. Она говорила о том, что каждая частица обладает массой вследствие взаимодействия с неким полем. Это какое-то энергетическое поле, охватывающее всю Вселенную. И что благодаря корпускулярно-волновому дуализму все квантовые поля сопряжены с некоей базовой частицей. Ее назвали Бозон Хиггса. Это частица связана с полем Хиггса. И чем больше масса частицы, тем больше она взаимодействует с данным полем. А менее массивные частицы, напротив, меньше взаимодействуют с ним. Бозон Хиггса можно сопоставить с молекулами воды, из коих состоит океан (поле Хиггса). Все остальные частицы в этом случае будут подобны рыбам, взаимодействующим с этим океаном.
Понадобилось 40 лет исследований и работы ученых по всему миру, чтобы, наконец, обнаружить данную частицу. Которая была исключительно гипотетической, покуда ее не обнаружили в ходе экспериментов, проводимых на Большом адронном коллайдере в 2012 году.
Бозон Хиггса — это элементарная частица в Стандартной модели физики элементарных частиц. Это недостающая часть нашего сегодняшнего понимания законов природы. Без и бозона Хиггса и, следовательно, поля Хиггса не было бы никакой материальной природы, которую мы видим сегодня. И каждая частица передвигалась бы по Вселенной с быстротой света.
8 октября 2013 года Питер Хиггс и Франсуа Энглер получили элитную Нобелевскую премию по физике «за теоретическое открытие механизма, который способствует пониманию возникновения масс субатомных частиц».