Какво представлява бозонът на Хигс?
Бозонът на Хигс е една от 17-те обикновени частици, които съставляват Стандартния модел на физиката на обикновените частици, който е най-хубавата доктрина на учените за държанието на най-основните градивни детайли на Вселената. Бозонът на Хигс беше последната от тях, която беше открита след търсене, траяло пет десетилетия, и играе толкоз фундаментална роля в субатомната физика, че от време на време се назовава „ божествена парченце “. Ще преглеждаме по-отблизо бозона на Хигс от теоретичния му генезис, през откритието му през 2012 година, до смисъла му през днешния ден.
Едно от най-основните свойства на материята е „ масата “ – количество, което дефинира какъв брой противодействие оказва даден обект, когато върху него се приложи мощ. Това е m в известното уравнение на Айнщайн E = mc 2, където E е сила. Тъй като С е просто константа – скоростта на светлината – тогава това, което уравнението ни споделя, е, че като се изключи смяна на мерните единици, силата и масата са едно и също нещо. Около 99% от масата на всеки обект от действителния свят, като да вземем за пример човешкото тяло, идва от силата на свързване, която държи обикновените частици дружно вътре в атомите. Останалият 1% от масата обаче е характерен на тези обикновени частици. Въпросът е: Как те получават масата си?
През 60-те години на предишния век физици-теоретици, в това число Питър Хигс от Университета в Единбург, излизат с вероятен отговор, съгласно CERN, Европейската организация за нуклеарни проучвания. Механизмът, който те оферират, включва невидимо, само че всепроникващо поле, наречено по-късно „ полето на Хигс “. Именно посредством взаимоотношения с това поле обикновените частици получават своята маса.
Различните частици имат разнообразни маси, тъй като не всички са наранени по един и същи метод от полето на Хигс. Ученият от ЦЕРН, Стефано Мероли, изяснява това като прави прилика с човек (елементарната частица), който се движи през група публицисти (полето на Хигс). Ако индивидът е звезда, той ще би трябвало да си пробие път, като парченце с огромна маса, само че в случай че е чужд на публицистите, ще премине елементарно – като парченце с ниска маса.
Питър Хигс изпраща истинската си публикация за полето на Хигс (по това време неназована) в списанието Physical Review Letters на 31 август 1964 година, съгласно Университета в Единбург. В същия ден е оповестена друга публикация на белгийските физици Франсоа Енглер и Робърт Броут, описваща всъщност същата доктрина. Когато това стана ясно, Хигс промени личната си публикация, с цел да добави още едно предсказване – че би трябвало да има нова обикновена парченце, обвързвана с полето на Хигс. Принадлежеше към клас частици, наречени бозони, и самичък по себе си би имал извънредно висока маса. Това беше частицата, която стана известна като Хигс бозон.
Теорията на Хигс беше елегантно пояснение за масата на обикновените частици, само че вярна ли беше? Най-очевидният метод да се ревизира това беше да се следи бозон на Хигс, само че това в никакъв случай нямаше да бъде елементарно. От една страна, се очакваше бозонът на Хигс да бъде мощно неустойчив, да се разпадне на други частици за дребна част от секундата, съгласно физика Брайън Грийн, пишещ за Smithsonian Magazine. А голямата му маса – по субатомни стандарти – означаваше, че може да бъде основана единствено при конфликти със свръхвисока сила. Когато ЦЕРН построи най-мощния ускорител на частици в света, Големия адронен колайдер (LHC), една от главните му цели беше да открие бозона на Хигс.
Физиците мерят масата на частиците в единици, наречени електронни волтове (eV). Например, масата на протона – ядрото на водороден атом – е 938 милиона eV. Когато LHC стартира да работи през 2008 година, единственото нещо, което учените знаеха сигурно за Хигс, беше, че масата му трябваше да бъде по-голяма от 114 милиарда eV, съгласно ЦЕРН – в противоположен случай той щеше да бъде открит от предходното потомство ускорители на частици. За благополучие LHC се оказа еднакъв на задачата, като направи все по-голям брой измервания, показващи нещо примамливо сходно на Хигс към 125 милиарда eV. До 4 юли 2012 година към този момент нямаше никакво подозрение и беше направено публично известие с медийни фанфари. Почти 50 години откакто беше предсказан на доктрина за първи път, бозонът на Хигс най-сетне беше в действителност открит.
За страдание, един от тримата учени, които стоят зад първичното предсказване, Робърт Браут, умря малко повече от година по-рано. Другите двама физици, Франсоа Енглерт и Питър Хигс, бяха удостоени с Нобелова премия за физика за 2013 година „ за теоретичното разкриване на механизъм, който способства за нашето схващане за произхода на масата на субатомните частици и което неотдавна беше доказано посредством разкриване на предсказаната фундаментална парченце “, съгласно Нобеловата фондация.
Извън света на физиката на високите сили, бозонът на Хигс постоянно се загатва с предизвикателното и закачливо име – „ Божията парченце “. Това беше заглавието на книга от 1993 година по тематиката от Леон Ледерман и Дик Терези — определена, споделят създателите, тъй като издателят не им разреши да я нарекат „ Проклетата парченце “. Колкото и да е харесвано от медиите, прозвището „ Божествена парченце “ не се харесва от доста учени, съгласно ЦЕРН.
„ Божествена парченце “ или не, откриването на Хигс бозона беше извънредно значимо. Според Пийт Уилтън от Оксфордския университет, това беше последната част от пъзела на общоприетия модел и може да докара учените до схващане на спомагателни мистерии – като природата на тъмната материя – които се намират оттатък нея. Сам по себе си също бозонът на Хигс продължава да разкрива повече от своите мистерии на учени от ЦЕРН и другаде.
Един от методите да научим повече за метода, по който работи – и дали в действителност е виновен за масата на всички други обикновени частици – е като следим другите способи, по които Хигс бозонът се разпада в други частици. Обикновено се разпада на кварки, само че също по този начин е открито, че се разпада в напълно друг клас частици, наречени муони. Това е мощна индикация, че муоните, сходно на кварките, в действителност получават масата си посредством механизма на Хигс.
Бозонът на Хигс може да ни приготви още повече изненади. Например, частицата, която е открита – която е покрай долния завършек на упования диапазон на масата – може да не е единствената Хигс там. Може да има цяло семейство бозони на Хигс, някои доста по-масивни от този, за който сега знаем. От друга страна, скорошните проучвания демонстрират, че в случай че Хигс има доста по-голяма маса от него, Вселената може да е претърпяла пагубен колапс в самото си начало. Това може да е била ориста и на други елементи от мултивселената, само че за благополучие не и нашата лична. Ако тази доктрина е вярна, можем да благодарим на бозона на Хигс за самото ни битие.
