Все слышали про бозон Хиггса, поле Хиггса и что поле это дает частицам массу. Про это написано так много, что трудно осветить вопрос под другим углом. Но я попробую, все-таки масса — это наша тема.
Начнем с распространенного мнения, что Хиггс — это "частица Бога". Дичь, конечно. Есть книжка с таким названием, за авторством директора Фермилабы М. Ледермана. Только он назвал ее "The goddamn particle", то есть "проклятая частица". А редактор постеснялся и убедил название чуть изменить.
Все частицы с точки зрения теории квантового поля суть просто волны в квантовых полях. Они могут перемещаться, взаимодействовать между собой и с другими полями. Во всех полях минимальное значение энергии нулевое. За исключением поля Хиггса, в котором оно ненулевое. Частиц нет, а энергия есть. Ну, вот так.
В воде тоже отчасти так: волн может и нет, но вода-то всегда есть. И потенциальная энергия отнюдь не нулевая.
Это поле придает частицам массу. Если частица ускорена, то поле влияет на ее движение. При этом на равномерное прямолинейное движение оно не влияет.
Тут надо понимать, что в квантовом мире нельзя просто взять и войти в Мордор изменить скорость частицы. Можно устроить взаимодействие частицы с полем другой частицы, в результате чего она изменит свою скорость. Так вот поле Хиггса обязательно вмешается в процесс, потому что оно всегда есть: даже нулевой уровень обладает энергией.
Просто в уравнениях, описывающих динамику частиц, фигурирует некоторый коэффициент, и это и есть масса. Так вот взаимодействие с полем Хиггса неотличимо от массы, так как в уравнениях именно так и выглядит.
Кстати, механизм Хиггса касается только бозонов слабого взаимодействия. Для кварков взаимодействие Юкавы, но это аналогично, принцип тот же. Насколько я понял.
Аналогия с легкими кусочками пенопласта хороша, но не совсем точна. Такие кусочки увлекаются малейшим ветерком, но будучи брошены в воду, ускоряются куда медленнее. Вода играет роль поля Хиггса. Волны на воде могут отсутствовать, но сопротивление воды все равно будет. Волны на воде — это аналоги бозонов Хиггса.
Аналогия с известным человеком в людном месте тоже неплоха: чем человек известнее, тем медленнее будет его продвижение по залу: тут рукопожатие, тут автограф, там приветствие... А человек никому неизвестный идет со своей скоростью с по залу, и никто его не задерживает.
Но лучше всего аналогия с лодкой. Плывущую прямо лодку довольно трудно ускорить, так как она взаимодействует с водой: это так называемая присоединенная масса. Если мы попытаемся измерить массу лодки по взаимодействиям с ней (кидая в нее упругие мячики), то получим массу больше, чем на самом деле. При этом в идеальной жидкости сопротивление при равномерном прямолинейном движении может почти отсутствовать и проявляться только при ускорениях. Представьте себе лодку, плывущую по течению... тоже натяжка, но кое-что понять можно.
В итоге частицы с массой эту массу получают. Или, точнее, измерения массы показывают такое значение, хотя на самом деле это "присоединенная масса хиггсовского поля". На долю этой массы приходится совсем немного, если мы говорим о веществе, так как основная масса вещества — это нуклоны (протоны и нейтроны), состоящие из кварков; так вот масса кварков составляет лишь несколько процентов массы нуклона: остальное энергия связи, или глюонное облако.
С энергией всё понятно: гравитацию создаёт именно она. Тем не менее, возникает вопрос: а создает ли гравитацию эта хиггсова масса? Если нет, то это явный разрыв между массой инертной и массой гравитационной, а его вроде как не обнаружено.
Конечно, эта масса тоже создает гравитацию. Это потенциальная энергия частиц: странная, но тем не менее энергия. А любая энергия создает гравитацию.
Ещё один интересный нюанс. Если верить Вопросам&Ответам на Хабре, то поле Хиггса неподвижно относительно любой системы отсчета, и потому неважно, движется частица или покоится: она одинаково взаимодействует с полем Хиггса. Поэтому масса частицы не зависит от ее скорости, как и должно быть. От скорости зависит энергия.
Любопытная, но старая популярная статья сообщает интересное о суперпартнерах. Суперсимметричные теории экспериментально подтвердить пока не удалось, но вот то, что потенциал поля Хиггса выводится, а не постулируется — это убедительно.
Если вам интересно, что же в уравнениях играет роль массы, то могу предложить такое упрощение. Вся квантовая механика (и неквантовая тоже) основана на вариационных принципах. Некая величина, именуемая действием и зависящая от всей траектории должна быть минимальной. Точнее, стационарной, но потом проясним нюансы. То есть интеграл от некоторой комбинации координат и скоростей должен быть минимален. В простом случае эта комбинация (лагранжиан) есть разность потенциальной и кинетической энергий. Отсюда сразу следует второй закон Ньютона и вся механика. В более сложном случае (достаточно магнитное взаимодействие добавить) лагранжиан для одной частицы становится более сложным, но в нем так или иначе будет стоять величина m. Вот она и встает на место массы в выведенном уравнении Ньютона. А в лагранжиане она такого смысла не имела. Более того, может оказаться так, что после выписывания уравнений получится что-то вроде "какая-то комбинация констант, умноженная на ускорение, равна некоторой величине", и тогда комбинация констант будет названа массой, а величина в правой части — силой.
Вот в лагранжиане для частиц и возникает, при учете хиггсовского поля, некое слагаемое, которое при выписывании уравнений движения частицы дает тот самый множитель, который играет роль массы.
Надеюсь, немного прояснил.
