Поле Хиггса – это теоретическое поле энергии, пронизывающее Вселенную, согласно теории, выдвинутой в 1964 году шотландским физиком-теоретиком Питером Хиггсом. Хиггс предложил поле как возможное объяснение того, как фундаментальные частицы Вселенной приобрели массу, потому что в 1960-х годах Стандартная модель квантовой физики фактически не могла объяснить причину самой массы. Он предположил, что это поле существует повсюду в космосе и что частицы набирают свою массу, взаимодействуя с ним.
Открытие поля Хиггса
Хотя изначально не было экспериментального подтверждения теории, со временем она стала рассматриваться как единственное объяснение массы, которое многие считали совместимым с остальной частью Стандартной модели. Каким бы странным это ни казалось, механизм Хиггса (как иногда называют поле Хиггса) получил широкое признание среди физиков вместе с остальной частью Стандартной модели.
Одним из следствий теории было то, что поле Хиггса могло проявляться как частица, во многом так же, как другие поля в квантовой физике проявляются как частицы. Эта частица называется бозоном Хиггса. Обнаружение бозона Хиггса стало основной целью экспериментальной физики, но проблема в том, что теория на самом деле не предсказывала массу бозона Хиггса. Если вы вызвали столкновение частиц в ускорителе частиц с достаточной энергией, бозон Хиггса должен проявиться, но, не зная массы, которую они искали, физики не были уверены, сколько энергии потребуется для столкновения.
Одной из движущих надежд было то, что Большой адронный коллайдер (БАК) будет обладать достаточной энергией для экспериментальной генерации бозонов Хиггса, так как он был более мощным, чем любые другие ускорители частиц, которые были построен раньше. 4 июля 2012 года физики с LHC объявили, что они нашли экспериментальные результаты, согласующиеся с бозоном Хиггса, хотя необходимы дальнейшие наблюдения, чтобы подтвердить это и определить различные физические свойства бозона Хиггса. Количество свидетельств в пользу этого возросло до такой степени, что Нобелевская премия по физике 2013 года была присуждена Питеру Хиггсу и Франсуа Энглерту. Поскольку физики определяют свойства бозона Хиггса, это поможет им более полно понять физические свойства самого поля Хиггса.
Брайан Грин о поле Хиггса
Одно из лучших объяснений поля Хиггса – это от Брайана Грина, представленного 9 июля в эпизоде Шоу Чарли Роуза PBS, когда он появился в программе с физиком-экспериментатором Майклом Тафтсом, чтобы обсудить объявленное открытие бозона Хиггса:
Масса – это сопротивление, которое объект оказывает имеющемуся его скорость изменилась. Вы берете бейсбольный мяч. Когда вы его бросаете, ваша рука чувствует сопротивление. Выстрел, вы чувствуете это сопротивление. То же самое и с частицами. Откуда возникает сопротивление? И была выдвинута теория, что, возможно, пространство было заполнено невидимым «веществом», невидимым «веществом», похожим на патоку, и когда частицы пытаются пройти сквозь мелассу, они чувствуют сопротивление, липкость. Это та липкость, от которой исходит их масса. … Это создает массу ….
… это неуловимый невидимый материал. Вы этого не видите. Вы должны найти способ получить к нему доступ. И предложение, которое теперь, кажется, приносит свои плоды, состоит в том, что если вы столкнете протоны, другие частицы, на очень, очень высоких скоростях, как это происходит на Большом адронном коллайдере … вы столкнете частицы вместе на очень высоких скоростях, иногда можно покачивать патоку, а иногда выкидывать небольшую частичку патоки, которая была бы частицей Хиггса. Итак, люди искали это маленькое пятнышко частицы, и теперь похоже, что оно было найдено.
Будущее поля Хиггса
Если результаты, полученные с помощью LHC, оправдаются, то, когда мы определим природу поля Хиггса, мы получим более полную картину того, как квантовая физика проявляется в нашей Вселенной. В частности, мы получим лучшее понимание массы, что, в свою очередь, может дать нам лучшее понимание гравитации. В настоящее время Стандартная модель квантовой физики не учитывает гравитацию (хотя полностью объясняет другие фундаментальные силы физики). Это экспериментальное руководство может помочь физикам-теоретикам отточить теорию квантовой гравитации, которая применима к нашей Вселенной.
Это может даже помочь физикам понять загадочную материю в нашей Вселенной. Вселенная, называемая темной материей, может наблюдаться только посредством гравитационного воздействия. Или, потенциально, более глубокое понимание поля Хиггса может дать некоторое представление об отталкивающей гравитации, демонстрируемой темной энергией, которая, кажется, пронизывает нашу наблюдаемую Вселенную.
