Чтобы оценить значение бозона Хиггса, мы должны знать некоторые идеи современной физики. Бозон Хиггса является частью более широкого набора идей, которые называются Стандартная модель физики частиц. Большинство людей знает из фундаментальной науки, что атом состоит из трех частиц: протона, нейтрона и электрона. Все эти три частицы являются стабильными, за исключением того, что нейтрон будет быстро распадаться (т.е. распадаться на другие частицы) при отделении от атома.
Однако существуют и другие частицы, которые могут встречаться в излучении из космоса или в экспериментах по физике частиц. Физики проявляют своеобразное бурное любопытство, тратя миллиарды долларов на создание гигантских ускорителей, которые разрушают частицы вместе, чтобы увидеть, что происходит, когда частицы разрушаются. Оказывается, есть и другие частицы, кроме электрона, протона и нейтрона, которые нестабильны. Они не существуют долгое время, когда частицы распадаются в ускорителях.
Древние греки, такие как демократы в 5 веке до н.э., были первыми, кто получил понятие атомов. Они считали их слишком маленькими, чтобы видеть, что они постоянно находятся в движении, и они были разных форм и объединены в различные комбинации, чтобы сформировать различные материалы. Это было великолепное понимание, которое было близко современному пониманию в нескольких отношениях. Но два момента, в которых их концепция была неверной, состояли в том, что атом был "абсолютно твердым" и "неделимым".
Физики пришли к системе классификации, чтобы описать то, что было названо "зоопарком частиц". Ученые разделили протон и нейтрон на составные части, но электрон до сих пор оказался неделимым. Из экспериментов с ускорителями многие частицы выбрасываются при столкновениях с частицами высокой энергии, и физики изучили свойства этих частиц.
Одним из способов описания зоопарка частиц является разделение всех частиц на категории, называемые бозоны, мезоны, барионы и лептоны. Бозоны называют силовыми опосредованными частицами, так как все они связаны с фундаментальными силами. Лептоны включают электроны, позитроны (античастицы электронов) и три типа нейтрино, которые являются частицами очень малой массы. Мезоны и барионы имеют большую массу, чем лептоны, и состоят из еще более мелких частиц, называемых кварками.
Кварки объединяются в две или три частицы, образуя другие частицы. Существует шесть типов кварков, каждый из которых имеет античастицы, подобные им. Античастицы имеют противоположные спины и электрический заряд. Мезоны состоят из одной кварки и одной антикварной. Барионы включают в себя протоны и нейтроны и состоят из трех кварков. Кварки никогда не существуют отдельно от других частиц, но они, кажется, успешно объясняют различные наблюдения из экспериментов с частицами. Они характеризуются как обладающие различными свойствами, которые объединены в пары.
Названия характеристик кварка были произвольно выбраны для того, чтобы они звучали более знакомо с вещами, к которым мы можем иметь отношение. Некоторые из этих качеств, называемых ароматами, шесть: вверх, вниз, обаяние, странность, вершина (или правда) и низ (или красота). Протон состоит из двух верхних кварков и одного нижнего кварка. Нейтрон состоит из двух пуховых кварков и одного верхнего кварка. Антипротон состоит из двух анти-верхних кварков и одного анти-верхнего кварка. Анти-нисходящий кварк - это не то же самое, что верхний кварк.
В этом зоопарке существуют правила о том, как частицы могут и не могут объединиться, чтобы сделать другие частицы. Существует множество способов, с помощью которых спины, электрические заряды и другие характеристики тем или иным образом определяют свойства вещества. Существуют также математические функции, описывающие каждую частицу с помощью квантовой физики. Уровни электронной энергии в атоме определяют химическое поведение элемента и придают ему большинство свойств, которые мы замечаем для каждого элемента в периодической таблице. Эти уровни энергии определяются очень сложными математическими функциями. Ядро атома, в котором находятся протоны и нейтроны, также имеет несколько уровней энергии. Все это означает, что атом имеет очень сложную конструкцию. Сложность и упорядоченность правил, описывающих, как частицы соединяются, образуя другие частицы, а затем и атомы, является признаком разумного проектирования.
Дизайн в атоме напоминает создание вещей из игрушек Лего. Небольшое количество элементов Лего может быть использовано для создания различных объектов. Это похоже на то, как относительно небольшое количество частиц может быть использовано для создания всех элементов в периодической таблице. В нем также объясняется целый ряд ядерных явлений.
Различные фигуры Лего имеют свои правила о том, как они сочетаются с другими фигурами и как их можно использовать. Таким образом, изделия Лего не являются продуктом случайности, они предназначены для строительства вещей. Субатомные частицы также не являются лишь продуктами случайности, даже если они могут быть частично описаны функциями вероятности. Относительные силы фундаментальных сил в дополнение к тому, как частицы соединяются, делают атомы стабильными и придают элементам их свойства. Например, было подсчитано, что, если бы протон был более массивным всего на 0,2%, он был бы нестабильным. Поскольку он является одним из наиболее стабильных из всех известных частиц. Жизнь, вероятно, была бы невозможна, если бы протон был нестабилен. То, как частицы организованы в материи, является признаком Божьего замысла.
Фундаментальные силы также являются частью Стандартной модели физики частиц. Физики считают, что существует четыре фундаментальные силы. Это гравитация, электромагнетизм, слабая сила и сильная сила. Гравитация нам знакома, но на самом деле это самая слабая из четырех сил. Сильнейшей силой является сильная сила, которая отвечает за удержание частиц вместе в ядрах атомов.
Сильная сила срабатывает только тогда, когда ядерные частицы приближаются к десяти тысячам миллиардных долей сантиметра от ядра. Слабая сила сильнее гравитации, но слабее, чем электромагнетизм. Это связано с радиоактивным распадом и стабильностью ядра атома. Физики считают, что для "посредничества" и передачи силы между частицами силам требуется бозонная частица.
Для электрических и магнитных явлений бозонная частица - это фотон, который представляет собой "частицу" или квант световой энергии. Для физиков-гравитологов опосредованная частица называется гравитоном. Слабая сила опосредована некоторыми экзотическими частицами, называемыми W+, W- и Z бозонами. Частица, связанная с сильной силой, называется глюон. Отметим, что сильная сила связана с ядерной энергетикой, которая является источником энергии для атомных электростанций и ядерного оружия.
Физики ищут экспериментальные доказательства всех этих сложных идей в современной физике. Некоторые из этих частиц наблюдаются в экспериментах с частицами, например, частицы W и Z. Фотоны хорошо понимаются и связаны с рядом практических изобретений, например, в области электроники и лазеров. Но глюоны и гравитоны - это частицы, которые не были подтверждены экспериментом. Некоторые мезоны попадают в земную атмосферу из космоса. Частицы антивещества были созданы физиками в ядерных экспериментах или экспериментах с частицами. Другие частицы, такие как кварки, никогда не наблюдаются напрямую, но их существование можно предположить косвенно.