Наверное, мало кто не слышал о Большом Андронном Коллайдере (БАК) и о частице Бога, она же бозон Хиггса. Но что же такого важного в этом бозоне Хиггса, что для доказательства его существования был построен БАК - инструмент для квантовых экспериментов размером с целый город и стоимость 10 млрд долларов?
Представьте себе, что долгие годы многие поколения величайших умов науки совершали разные открытия и тратили много времени на их доказательства. И пройдя огромный путь, учёные приблизились сейчас к своей давней мечте - теории всего - лаконичной формуле, которая бы описывала всю суть всех явлений во Вселенной. На данный момент физикам удалось создать почти совершенную формулу, так называемую "стандартную модель" в квантовой физике (да, великие "технари" частенько не очень-то заморачиваются с красивыми названиями)). Это формула описывает все явления во Вселенной, кроме ... гравитации. И это отдельная проблема. Сейчас не о ней. Но тем не менее это величайшее достижение физики, это квинтэссенция самых передовых научных знаний. Но.. Но так уж вышло, что результаты расчётов по этой формуле не совпадали с результатами экспериментов. Это ли не провал?))
Что же делать в такой ситуации? Взять и выкинуть на помойку такое великое достижение физики? Перечеркнуть все труды величайших умов науки и начать всё заново? Конечно никого из учёных не радовала такая перспектива. И тогда находчивый Питер Хиггс предложил добавить в формулу некую переменную, которая бы решала эту проблему так, чтобы результаты расчётов начали совпадать с результатами экспериментов. Этой переменной и стал бозон Хиггса. Точнее это было поле Хиггса, а бозон Хиггса - это частица, то есть вибрация поля Хиггса. А если существует вибрация поля, значит существует и само поле. Вот почему так важно было для учёных доказать сущетсвование бозона Хиггса: чтобы сохранить своё величайшее достижение - стандартную модель (нет, ну серьёзно, как можно было назвать величайшее достижение "стандартной моделью"?!). По сути Хиггс просто выдумал это поле, чтобы подогнать расхождения в расчётах. К слову, это не редкое явление в науке;) и зачастую предсказанную таким образом переменную впоследствии удаётся обнаружить. Хотя научный мир и не любит такие "натяжки". Но в данном случае на кону было так много, что скрепя сердце учёные согласились вписать бозон Хиггса в свою стандарную модель, не смотря на то, что доказать его существование на тот момент было невозможно.
Но наука не стоит на месте. А учёный мир очень любит, когда всё доказано, проверено, перепроверено и неопровержимо. И выдуманный бозон не давал покоя научным кругам. Так что они не поленились и не пожалели сил и средств на создание самого большого инструмента для изучения самых маленьких объектов - Большого Андронного Коллайдера. И что самое чудесное в этой истории - всё было не зря! Бозон Хиггса действительно удалось обнаружить с помощью БАК. Научный мир ликовал! И их можно понять)
Давайте теперь разберёмся, что же именно там не сходилось в расчётах и какую проблему решило поле Хиггса. А проблема была в таком удивительном явлении как масса. Что же такого удивительного в массе? Мы привыкли считать массу чем-то совершенно ествественным, самым обычным и очевидным свойством материи. Но это не совсем так. Точнее, это совсем не так...
Энштейн внёс большую лепту в осознание природы массы, доказав в своей Общей Теории Относительности: E=mc².
Из этого следует, что масса пропорцональна энергии. Как это работает на практике: чем больше силы (энергии) нам нужно затратить, чтобы сдвинуть (остановить движущийся) объект, тем больше его масса. Масса рождается из взаимодействия. Если объект движется в пространстве, ни с чем не взиамодействуя, то его масса равна нулю, а скорость максимальна и равна скорости света. Собственно свет (фотоны) и являются примером такого объекта с нулевой массой и максимальной скоростью. Но вот что интересно: согласно стандартной модели все элементарные частицы должны иметь нулевую массу. Почему так? Потому что масса рождается из взаимодействия частиц внутри более крупных частиц.
Например, масса ядра атома рождается не из суммы масс протонов и нейтронов, из которых это ядро состоит. Т.к. масса ядра во много раз больше, чем суммарная масса всех протонов и нейтронов внутри него. Масса рождается из взаимодействия протонов и нейтронов внутри ядра, т.е. из энергии их взаимодействия. Так же и масса протонов, состоящих из кварков и глюонов. Глюоны вообще не имеют массы, а масса всех кварков в протоне составляет всего 1% от массы протона. Остальная масса - это энергия взаимодействия между кварками и глюонами. Но вот если копнуть ещё глубже: кварки и глюоны, а также электроны - это элементарные частицы, которые ни из чего не состоят. Внутри них нет ничего, что могло бы взаимодействовать друг с другом. Это просто вибрации поля. Но если у глюонов массы действительно нет, то у кварков и электронов она есть, хоть и очень маленькая. Откуда она берётся? Согласно стандартной модели её быть не должно, масса всех элементарных частиц должна быть нулевой. Но на практике это не так. И это и есть то самое расхождение между расчётами и реальностью, которое ставило учёных в тупик.
И что предложил Хиггс? Он предложил добавить в уравнение поле, от взаимодействия с которым у элементарных частиц появлялась бы масса. Если частица скользит сквозь это поле, как лыжник по снегу, не вступая с ним во взаимодействие, то она не имеет массы и движется с максимальной скоростью - скоростью света. Если же частица взаимодействует с полем (как если бы вы шли по сугробам без лыж и проваливались в снег), то она имеет массу и соответственно скорость её движения меньше скорости света. И это сработало. Результаты расчётов стали совпадать с результатами экспериментов. А обнаружение бозона Хиггса с помощью БАК позволило окончательно утвердиться в том, что стандартная модель работает.
А мне бы хотелось обратить ваше внимание на сам факт отсутствия массы у материи, как базового свойства. Изначально все частицы, из которых состоит вся наша с вами массивная материальная реальность, не имеют массы. Масса - это лишь энергия взаимодействия. А если мы вспомним, что частица это вообще всего лишь вибрация поля. То становится очевидно, что то, что кажется нам плотным, массивным, реальным... лишь кажется нам таковым. А на самом деле это очень иллюзорная и зыбкая структура - вибрирующая энергия.
