4 июля 2012 года мир облетела новость об открытии бозона Хиггса, или как его еще называют - "частица бога", Это событие ознаменовало собой прорыв в физике элементарных частиц изменивший взгляд на происхождение Вселенной. На специальном семинаре в ЦЕРНе (Европейского центра ядерных исследований) были представлены новые данные, полученные на большом адроном коллайдере - ускорителе на встречных пучках, предназначенного для изучения продуктов их соударений. Благодаря коллайдерам учёным удаётся придать элементарным частицам вещества высокую кинетическую энергию, направить их навстречу друг другу, чтобы произвести их столкновение.
Две главные коллаборации, работающие на Большом адроном коллайдере, ATLAS и CMS, показали, что намеки на бозон Хиггса, появившиеся еще в 2011 году, подтверждаются и данными 2012 года. Их совместный вывод таков: бозон Хиггса можно считать открытым.
За несколько часов до начала конференции, из США пришла новость о том, что международная группа ученых из 91 университетов работавших в Национальной ускорительной лаборатории имени Ферми на коллайдере Теватрон, также обнаружила бозон Хиггса. Причем открытие было сделано еще осенью 2011 года. Просто результаты экспериментов были обработаны только сейчас.
Чтобы дать представление о масштабах и сложности проведенных исследований приведу некоторые сведения о работе двух ускорителей.
Американский ускоритель Теватрон уступает европейскому: он более чем на 20 лет старше, а его кольцо почти в 4 раза короче, чем в ЦЕРНе. Собранная информация с высокой долей вероятности указывает на существование бозона Хиггса, но окончательно об открытии можно будет говорить после завершения эксперимента на европейском ускорителе. Физики, работающие с американским коллайдером Теватрон, объявили, что они практически вплотную приблизились к обнаружению "частицы бога". Это открытие стало результатом 10-летней работы ускорителя, и анализа 500 триллионов (!)столкновений протонов. Каждую секунду с датчиков коллайдера поступали сотни гигабайт информации, которую обрабатывали связанные в сеть компьютеры по всему миру
Что касается европейского ускорителя, то большой адроный коллайдер построен на 100-метровой глубине на границе Франции и Швейцарии. Он представляет собой 27-километровый кольцевой туннель, в котором установлен ускоритель заряженных частиц в виде гигантской трубы. Цель исследований - запустить пучки протонов в разные стороны, разогнать их до огромных скоростей, близких к световым, после чего столкнуть их между собой с энергией 14 тераэлектронвольт. При таких энергиях должны рождаться новые элементарные частицы, и ученые намерены приблизиться к ответу, как была создана Вселенная, в частности, экспериментально доказать существование бозона Хиггса. Ученые внимательно изучили "обломки" 350000000000000 (!) столкновений. Однако только в десяти случаях среди "осколков" фотонов является "кандидаты", указывающие на возможное существование бозона. При этом вероятность ошибки одна миллионная.
В строительстве и исследованиях задействовано около 10 тыс. учёных и инженеров более чем из 100 стран, стоимость - 8 миллиардов долларов. Будучи "самым мощным молотом в мире", БАК способен разгонять частицы до энергии 7 ТэВ,, по сути, разбивая протоны друг о друга, что позволяет зафиксировать, из чего они состоят, а также создаёт возможность для формирования новых частиц. Протоны за одну секунду совершают 11 тысяч оборотов, достигая скорости, всего на 10 км в час меньшей скорости света и совершая за это время 50 миллионов столкновений. Мощные детекторы частиц регистрируют направление движения и уровень энергии образующихся в результате "обломков" частиц. Каждые пять секунд они записывают объём данных, соответствующий ёмкости DVD-диска.
В перспективе ученые собираются на коллайдере проверить ряд теорий о создании мира, в том числе теорию "суперсимметрии", некоторые "экзотические" теории, изучить самые тяжелые из известных на сегодня фундаментальных частиц - топ-кварки, а также провести столкновения ядер свинца, в результате которых ожидают образования температур около полутора триллионов (!) градусов, существовавших лишь в самом начале Вселенной. Из вышесказанного ясно, насколько грандиозен проект.
Так что же такое "бозон Хиггса" и почему он привлек внимание СМИ? Бозон Хуггса является теоретически предсказанной частицей, придающей массу прочим частицам. Квант был назван в честь британского ученого Питера Хиггса, который в 1964 году предсказал ее существование. (Кстати ему 83 года и он был приглашен на семинар в качестве почетного гостя.)
Современная теория элементарных частиц опирается на определенную симметрию между электромагнитными и слабыми взаимодействиями - электрослабую симметрию. Считается, что эта симметрия была в ранней Вселенной и из-за нее частицы были поначалу безмассовы, но на каком-то этапе она самопроизвольно нарушилась, и частицы приобрели массу. В теории элементарных частиц для этого нарушения электрослабой симметрии был придуман хиггсовский механизм. Суть этого механизма можно описать на языке доступных аналогий.
.Представьте себе зал, равномерно заполненный болтающими друг с другом людьми, пришедшими на вечеринку. Неожиданно в комнату входит какой-то очень известный человек, и вокруг него образуется повышенная концентрация людей, желающих с ним пообщаться. При его движении по комнате плотная группа людей перемещается вместе с ним. Это выглядит так, словно у перемещающегося объекта (известного человека) появилась дополнительная масса вследствие взаимодействия с "человеческим фоном". Это есть аналогия массы, которую приобретает частица, движущаяся сквозь хиггсовское поле.
Теперь представьте, что вместо этого один из участников вечеринки появился в дверях и пустил какой-то слух, который подхватили ближайшие к выходу люди. Они стали передавать его дальше, вглубь комнаты, и в результате возникла перемещающаяся по комнате "волна" - слух, передающийся по цепочке и притягивающий к себе соседей. Это аналог бозона Хиггса.
Такое объяснение было придумано одним из победителей конкурса на самое понятное одностраничное толкование хиггсовского бозона, который объявил в 1993 году британский министр науки Вильям Волдгрэйв.
Для большей наглядности приведу еще один пример с пластмассовыми шариками.
Возьмите кусок пенопласта и покрошите его на стол. Получившиеся маленькие пенопластовые шарики очень легкие. Если подуть на них - они разлетятся. Это аналогия безмассовых частиц, то есть частиц, у которых очень маленькая инертность.
Теперь аккуратно налейте на стол воды, покрошите сверху пенопласт и снова слегка подуйте на него. Вы увидите, что шарики отплывают, но уже неохотно. Если бы мы не видели воду, нам бы казалось, что у них появилась инертность, которой раньше не было. Эта инертность возникает из-за того, что им при движении приходится "продираться" сквозь воду.
Вода в этой аналогии играет роль вакуумного хиггсовского поля. Если же подуть на воду без пенопластовых шариков, то по ее поверхности побежит рябь - это будет аналог хиггсовских бозонов.
.Мы не будем вдаваться в подробности, понятные только физикам-ядерщикам, а только скажем, что особенностью этой частицы является возможность создавать массу вещества. Иначе говоря, эта частица ответственна за зарождение Вселенной. Поэтому некоторые физики называют ее "частицей бога" Ни больше, ни меньше! Это последняя частица, которую так долго (почти 50 лет) искали физики. Бозон Хиггса был недостающим звеном в цепочке элементарных частиц и его открытие подтвердит так называемую стандартную модель и позволит по-новому взглянуть на мир. Но это произойдет не сразу. Во-первых, обработка всех результатов займет еще несколько лет. Во-вторых, может так случиться, что полученная частица вовсе не бозон Хиггса, хотя вероятность ошибок работы двух коллайдеров ничтожно мала (одна миллионная). Бозон Хиггса стал последней открытой частицей мироздания, нужный для полноты этой теории. Но сама эта теория лишь описывает мир, никак не поясняя. И теперь вместо вопроса "что?" главным становится "почему?". Мы не знаем, почему у частиц такая масса, а не другая. Почему бозон Хиггса не претерпевает, как другие частицы, трансформации при взаимодействии с другими частицами? Так что Стандартная модель - это не теория всего на свете. Она вообще не отвечает на вопросы "почему?" Для этого надо строить другую, принципиально новую теорию. И наконец, вопрос о притяжении, самый волнующий и самый загадочный. Ответ на этот вопрос поможет прояснить происхождение Вселенной, ибо всякое вещество "скомпоновано" из отдельных частиц, и, возможно, главную "цементирующую" роль играет бозон. Эта частица отлична от тех, что мы привыкли видеть. И это открывает глубокий философский смысл и новое понимание.
Упрощенно говоря, бозон Хиггса после Большого Взрыва, когда Вселенная начала формироваться, придал структуру движению протонов и электронов, сделав возможной само формирование материи во всем ее многообразии
Если существование бозона Хиггса подтвердят, это пошатнет фундаментальные представления современной физики о строении материи.
Если же окажется все-таки, что бозона не существует или же он обладает неожиданными свойствами, трагедии не произойдет. Напротив, это известие, может быть, окажется даже более сенсационным, нежели объявление о поимке "частицы бога". Оно приоткроет дверь в другую физику, лежащую за пределами Стандартной модели, в которой некоторые теоретики видят серьезные прорехи. Может статься, что, быть бозон Хиггса - это микроминиатюрная "черная дыра", выход в иной мир, иное измерение, откуда и черпается масса и энергия.
Конечно, тайна рождения мира откроется еще нескоро, признают ученые. Исследования будут продолжены, и лишь в октябре обнаружение бозона Хиггса, если это действительно он, признают открытием.
А как отреагировала церковь к вероятному открытию частицы Бога? На удивление спокойно. Протоиерей Всеволод Чаплин, председатель Отдела Московского патриархата по взаимоотношениям Церкви и общества, поздравил ученых с предполагаемым открытием.
- Я рад этому открытию, - заявил представитель РПЦ порталу "Интерфакс-Религия". - Наверное, оно в очередной раз ставит вопрос: всегда ли материя была такой, какой является сейчас, или она даже в самых своих основах развивалась по определенному сценарию и вовсе не является вечной и неизменной, как пытались представить дело несколько десятилетий назад.
Представитель Ватикана Сириндо заметил, что, "бозон Хиггса, именуемый также частицей Бога, показывает чудесность творения". И то, что мир является чем-то прекрасным. При этом иерарх подчеркнул, что "ученые открывают законы, которые сами не устанавливают. И в то время как они ограничиваются сообщением о том, что было открыто, верующие видят плод действия Бога".
Сорондо, кстати, заверил, что знал об открытии частицы Бога еще в прошлом году. Тогда в Ватикане проходил симпозиум по ядерной физике, в котором принимали участие ученые Европейского центра.
Справедливости ради следует отметить, что далеко не все служители церкви приветствуют открытие и даже называют бозон Хиггса "част6ицей дьявола". Кстати термин "частица бога" приписывают Нобелевскому лауреату Леону Ледерману. Якобы его автором он стал в 1993 году, когда выпустил книгу "Частица Бога: если Вселенная это ответ, то каков же вопрос?'' Но оказывается, сам Ледерман на самом деле назвал бозон Хиггса "проклятой частицей" (goddamn particle), имея в виду безуспешные ее поиски. И заголовок его книги был соответствующим. Однако редактору издательства он не понравился, и тот убрал "Damn", оставив только "God". Ледерману понравилось. Так бозон Хтггса перестал быть проклятым, а сделался God Particle - частицей Бога.
Несмотря на разные мнения и восприятия, а также огромные финансовые затраты, ясно, что дальнейшие исследования не обманут ожиданий физиков и всех интересующихся глобальными проблемами мироздания, ибо в конце концов, человечество обречено двигаться вперед, а любопытство является одним из врожденных черт, присущих всем людям.