Гений, который объяснил, откуда во Вселенной берется масса: умер нобелевский лауреат Питер Хиггс, человек и бозон

Ученый удостоился высшей награды за открытие бозона и вписал свое имя в список великих

Фото: GLOBAL LOOK PRESS

Питер Уэр Хиггс не ожидал, что его теоретические построения подтвердятся при его жизни. Но в 2012 году экспериментаторы обнаружили признаки существования частицы, которую мы называем бозон Хиггса. И уже в следующем, 2013-м, ученому присудили Нобелевскую премию.

Часто исследователи ждут нобелевского признания годами и даже десятилетиями. Здесь – все молниеносно. Еще чаще теоретик делает построения, а то, что он прав, обнаруживается, когда он уже об этом не узнает. Хиггс – определенно везунчик.

Кто еще, кроме него? Ну разве что Альберт Эйнштейн, ведь правота его теории относительности обнаружилась во время солнечного затмения 1919 года, когда гений был еще молод. Свет звезд в самом деле притягивался к диску затмившегося Солнца. С тех пор авторитет Эйнштейна стал непререкаем. С Хиггсом случилось то же, но уже под старость.

Его имя воспринималось как символ большой науки. Как имя Илона Маска – символ космических надежд человечества. Вот, два символа, Маск и Хиггс. Во вторник одним символом стало меньше.

Все слышали про бозон Хиггса, но что это, как это работает, и почему так нашумело? Ведь в ускорителях элементарные частицы обнаруживают пачками. Мы чаще всего ни разу не слышали, как они называются, и понятия не имеем, кто их открыл или предсказал. Тут, очевидно, все иначе? Конечно, потому что бозон Хиггса – не вполне частица.

Все случилось в 1964 году. Хиггс решил прогуляться по горам в окрестностях Эдинбурга. Когда он вернулся, то заявил, что его посетила «грандиозная идея».

К тому времени ученые знали, что в мире есть пять сил. Электричество, магнетизм, гравитация – это понятно. Также – сильное взаимодействие, которое держит вместе элементарные частицы. И слабое – оно не дает разлететься атомам.

Электричество и магнетизм оказались разными проявлениями одной силы, это поняли еще в XIX веке. Появилась уверенность, что вообще все силы суть одна, надо только найти формулу, которая их соединит. И в самом деле, в 1970-е к электричеству и магнетизму прибавили слабое взаимодействие (все вместе – электрослабое). На этом прогресс пока остановился.

Также было понятно, что сила не существует сама по себе, ее должно что-то переносить. Электромагнетизм переносят электроны, гравитацию – наверное, гравитоны (они так и не открыты пока), но уже с электрослабым взаимодействием возникли проблемы.

Частицы, которые переносят электрослабое взаимодействие, назвали W и Z бозоны. Затык был в том, что у них не должно быть массы. Как, например, массы нет у фотона, который переносит свет (электромагнитное воздействие). Но она у них была. Откуда она бралась? Откуда вообще берется масса как таковая?

Ну как откуда. Вот, вещество, скажем, в виде утюга. Утюг твердый, массивный, тяжелый, и понятно, что у него должна быть масса. Но вы не заметили, что мы пытаемся массу определить через… массу (тяжелый, массивный). Нет, надо объяснить идею массы. Это – врожденное свойство материи или все-таки нет?

W и Z бозоны намекали, что изначально материя не обязана иметь массу. Но что-то ее материи придает. В 1964 году Хиггс понял, что именно.

Представим себе рассыпанные по гладкому столу мельчайшие шарики. Дунешь – они разлетятся. Таковы безмассовые частицы. Но, если стол смочить, шарики будут прилипать и вязнуть. Теперь их не сдуешь. У шариков появилась масса. И ее придало некое поле (слой воды).

Итак, Хиггс заявил: существует некое поле (поле Хиггса), о котором мы пока (да и сейчас) ничего не знаем. Оно рассеяно везде и пронзает все. Нечто вроде эфира, о котором говорили физики прошлого. В иных местах оно конденсируется. Такие конденсации мы теперь называем бозоны Хиггса, хотя это не вполне частички, а сгущения поля.

Поле Хиггса не влияет на те частицы, что покоятся, или движутся равномерно и прямолинейно. Но, если частица ускоряется или замедляется, поле как бы слегка притормаживает их. И это воздействие и есть то, что мы в быту называем массой.

В этих построениях сгущениям поля недаром уделили такое внимание. Сразу было понятно: найти такие сгущения экспериментально – единственный способ на опыте подтвердить или опровергнуть теорию. То, что бозон Хиггса – только сгущение поля, смущать не должно. В конце концов, в квантовой механике все, включая фотоны и электроны – это только сгущения.

Но было очевидно, что найти будет не так просто. И первые сообщения были предположительными: вот, вроде нашли. Потом подтвердили. Все еще появляются новые статьи, где рассказывается об обнаружении тех или иных, ранее предсказанных, свойств бозона Хиггса.

Несмотря на то, что бозон Хиггса для нас остается абстракцией (фотон мы видим у себя в глазу, электрон в розетке, где бы посмотреть на бозон Хиггса) – он вошел в массовую культуру и стал отчасти родным.

Теперь мы можем говорить: строительство Стандартной модели микромира, а значит, мира вообще, завершено. Все или почти все ключевые элементы модели открыты. Хиггс был тем, кто взял мастерок, обмакнул его в цемент, и положил последний, торжественный кирпич в огромное здание.

Что бывает потом с такими зданиями? Они разрушаются как раз тогда, когда достроены. Так случилось с классической моделью мира XIX века, построенной на эфире. У Стандартной модели есть свой «эфир» - поле Хиггса. У астрономов, дополнительно, принципиально необнаружимая темная материя. Обе конструкции обречены.

Фактов, что Стандартная модель «не тянет», Большого взрыва, возможно, не было, а темной материи не существует, накапливается много. Но очень разнородных, проверить их пока нельзя. Тем не менее, факты накопятся, и Стандартная модель займет более скромное место в картине мироздания, а поле Хиггса, может быть, придется «закрыть» (частица же, которую мы принимаем за бозон Хиггса, окажется чем-то другим). Сам Хиггс этого уже не увидит.

Зато мы увидим, всегда будем видеть, его портрет в галерее великих. Где и Ньютон висит, и Эйнштейн – их идеи тоже оказались несовершенными. Но без них не было бы других, тоже несовершенных. И так без конца. Модель, теорию достроить можно. Здание науки не будет достроено никогда.