Как взаимодействуют элементарные частицы? Кто участвовал в разработке гипотезы о существовании бозона Хиггса? И какие надежды возлагают физики на Большой адронный коллайдер в Женеве? Об этом рассказывает доктор физико-математических наук, специалист по изучению суперсимметрии Дмитрий Казаков.
Существует двенадцать частиц, из которых все состоит, и они все экспериментально обнаружены. Это 6 кварков и 6 лептонов. Эти частицы участвуют во взаимодействиях друг с другом. Известно три типа взаимодействия элементарных частиц: сильное, которое позволяет атомам не разваливаться, а быть стабильными; электромагнитное, посредством которого Солнце передает нам свою энергию; и слабое, которое ответственно за распад и благодаря которому происходит ядерная реакция на Солнце.
При математической формулировке модели возникает понятие «симметрии». Те симметрии, которые диктует нам природа, запрещают элементарным частицам — квартам и лептонам — иметь массу. Возникает такой парадокс: с одной стороны, мы знаем, что частицы имеют массу, а с другой стороны, они не могут иметь массу, если они подчиняются тем законам, которые, как нам кажется, мы уже установили экспериментально.
Как выбраться из этой ловушки? Была придумана очень оригинальная идея. Она состояла в том, что все частицы существуют не просто в вакууме, то есть в пустом пространстве, а в некой среде, и эта среда имеет некую вязкость. И вот частицы, пролетая сквозь среду, за счет этой вязкости взаимодействуют с этой средой, и чем сильнее взаимодействие, тем медленнее она прорывается сквозь эту среду, тем больше у нее масса. То есть масса возникает как результат взаимодействия со средой. Эта среда, конечно, имеет описание, математическое и физическое понятие, но, поскольку мы строим квантовую теорию, считается, что квантовая механика описывает мир элементарных частиц, то есть все частицы — это кванты некоего поля. Стало быть, если есть эта вязкая среда, то это тоже поле, и у поля есть кванты. Эти кванты и есть бозоны Хиггса.
