В поисках частицы Бога, или Охота на бозон Хиггса

Первоначально полагали, что эти частицы, названные голдстоуновскими бозонами, наполняют любую систему со спонтанно нарушенной симметрией. Причина, по которой они создавали проблему, такова: чтобы родиться, безмассовым частицам нужно очень мало энергии, следовательно, если бы они существовали. их можно было бы так же легко наблюдать в природе, как фотоны, кванты света. Тот факт, что никто не видит эти безмассовые частицы, позволил с большой вероятностью предположить, что к обретению частицами масс привело не спонтанное нарушение симметрии. Проблема вошла в науку как теорема Голдстоуна.

71

Гилберт был научным руководителем докторской диссертации Гуральника.

72

Прентки возглавлял теоретический отдел в ЦЕРНе.

73

Несколько лет спустя Намбу рассказал Хиггсу, что он и был этим рецензентом.

74

Ссылки на ключевые работы каждой из трех команд см. в библиографии.

75

Поле Хиггса наделяет частицы массой разными способами в зависимости от их типа. В Стандартной модели есть четыре вида частиц-переносчиков взаимодействий: фотоны, глюоны, W-бозоны (которые могут быть положительными или отрицательными) и нейтральный Z-бозон. Перед тем как поле Хиггса активизируется, все эти частицы без массы, и волны, связанные с ними, имеют только поперечную составляющую, то есть колебания происходят в плоскости, перпендикулярной к направлению распространению частицы. На фотоны и глюоны поле Хиггса не действует, a W- и Z-частицы взаимодействуют с ним таким образом, что их волны приобретают продольную составляющую, то есть колебания могут происходить и в направлении движения. Именно эта дополнительная степень свободы делает W- и Z-частицы массивными. Для кварков и лептонов (за исключением, возможно, нейтрино) ситуация иная. Прежде чем поле Хиггса включилось, кварки и электроны находились, что называется, в единственном спиновом состоянии. Некоторые спины направлены по движению, другие — в противоположном направлении. Когда поле Хиггса включается, эти частицы получают возможность находиться в двух спиновых состояниях, и именно этот процесс, как полагают, и придает им массу.

76

В книге “Ideals and Realities: Selected Essays of Abdus Salam” (World Scientific, 1983) Салам говорит, что наука развивается только в условиях обмена идеями и непрерывной критики. Некоторые физики, к примеру Питер Войт из Колумбийского университета, стали непопулярными, предположив, что значительная область физики пришла в упадок из-за чрезмерного внимания к теории струн, описывающей частицы как крошечные колеблющиеся нити энергии.

77

Более подробно см., например, работу: Kerson Huang. Fundamental Forces of Nature: The Story of Gauge Fields.World Scientific, 2007. Ее автор, почетный профессор теоретической физики в Массачусетском технологическом институте, пишет: “Против квантовой теории поля возник бунт, возможно, из-за разочарования”. См. также кн.: 50 Years of Yang-Mills Theory. Edited by Gerardus’t Hooft. World Scientific, 2005; и главу, посвященную Джулиусу Швингеру и релятивистской квантовой теории поля в кн.: Stig Lundqvist. Nobel Lectures in Physics, 1963-1970. Worl Scientific, 1998.

78

Более подробную информацию о развитии теории S-матрицы см. в кн.: Laurie Mark Brown, Max Dresden and Lillian Hoddeson. Pions to Quarks: Particle Physics in the 1950s. Cambridge University Press. 1989; Michio Kaku. Hyperspace: A Scientific Odyssey through Parallel Universes, Time Warps, and the Tenth Dimension. Oxford University Press, 1994.

79

Фраза, использованная Хиггсом для описания S-матрицы в интервью автору в 2008 году. Термин “черный ящик” Хиггс употреблял в научном значении, то есть как определение системы или устройства, о котором известно только то, что у него на входе и на выходе, а как внутри его первое трансформируется во второе, неизвестно. Этот черный ящик не следует путать с черным ящиком, который находится в самолете и используется для изучения причин аварии, если вдруг таковая случается.

80

Частицы описываются несколькими характеристиками, но наиболее распространенные — масса и заряд. Теории, в которых предсказывается величина массы частицы, особенно полезны, потому что в этом случае физики знают, сколько энергии необходимо для того, чтобы создать их в ускорителе элементарных частиц, большая масса соответствует и более высокой энергии. Знание массы нестабильной частицы помогает ученым разобраться, на какие стабильные частицы она может распадаться. Эти распады часто используются в качестве доказательства того, что рождение частицы состоялось.

81