Ученые, работающие с Большим адронным коллайдером, объявили об обнаружении бозона Хиггса — частицы, наделяющей массой все вещества во Вселенной
«Языком непрофессионалов, думаю, можно сказать «мы поймали бозон». Это исторический момент, но мы лишь в начале пути. Нам потребуется как минимум три-четыре года исследований, чтобы полностью понять свойства обнаруженной частицы»,— объявил вчера генеральный директор Европейской организации ядерных исследований Рольф Хойер.
По его словам, нахождение бозона можно считать одним из величайших и долгожданных открытий для физиков. Оно ознаменует завершение эры построения Стандартной модели — базовой теории, описывающей, как образовалась Вселенная из 12 фундаментальных частиц и четырех сил.
На протяжении пятидесяти лет бозон Хиггса оставался недостающим звеном в Стандартной модели. Его существование было вычислено математически в 1964 г. физиком Питером Хиггсом. Пытаясь объяснить, почему все вещества не летают хаотически со скоростью света, он выдвинул гипотезу о наличии бозона, наделяющего массой частицы атомов, из которых, в свою очередь, состоят все вещества во Вселенной: протоны, молекулы, клетки, люди, планеты и звезды. По версии Питера Хиггса, существуют своеобразные поля — входы в нашу Вселенную, образуемые бозонами Хиггса, проходя сквозь которые, частицы обретают массу. Лишь немногие частицы, такие как фотоны — базовые составляющие света — не взаимодействуют с полями Хиггса и не получают массы.
«Я даже и не надеялся, что это открытие произойдет со мной еще при жизни. Ведь в самом начале, почти полвека назад, мы даже не знали, где его искать. Это ошеломляет и, наконец-то, подтверждений достаточно»,— сообщил журналистам 83-летний Питер Хиггс.
Ученые полагают, что бозоны Хиггса существуют везде. Но получить доказательства существования этой неуловимой частицы оказалось крайне непросто по причине того, что она живет ничтожно короткое время и очень быстро распадается. Большой адронный коллайдер (БАК) стоимостью $8 млрд. был специально построен на границе Швейцарии и Франции для поимки бозона Хиггса. В этом ускорителе заряженных частиц протоны и тяжелые ионы разгонялись по 27-километровому кольцевому туннелю до скоростей, близких к скорости света, и соударялись друг с другом.
Две команды физиков — Atlas и C.M.S. — с помощью гигантских детекторов пытались засечь следы распада бозона Хиггса на два Z-бозона, каждый из которых в свою очередь распадается на два мюона. Работая независимо друг от друга и используя различные методы, обе команды увидели одинаковую картину появления и исчезновения новых частиц: масса бозонов Хиггса оказалась равна 125-126 млрд. электронвольт. Это в 125 раз тяжелее протонов (составных частей ядер атомов) и в 500 тыс. раз тяжелее электронов. Открытию присвоена точность 5 сигма, что оставляет лишь 0,00003%-ную вероятность того, что исследователи наблюдали не бозоны Хиггса, а помехи или распад другой частицы.
«Для физиков нахождение бозона Хиггса эквивалентно по значимости открытию Америки Колумбом. Оно поможет понять 96% Вселенной, которые остаются скрыты, поскольку лишь 4% веществ мы можем увидеть»,— комментирует событие глава кафедры физики элементарных частиц Университета Ливерпуля Темис Боукок.
Согласно Стандартной модели, после Большого взрыва, положившего начало Вселенной 13,7 млрд. лет назад, сила, порождающая бозон Хиггса, дала начало образованию галактик, звезд и планет из изначального хаоса. Обнаружение этих бозонов приблизило человечество к решению загадки, тысячелетиями мучившей ученых: из чего сделана материя? Изучив его свойства, ученые смогут лучше понять, как галактики скрепляются друг с другом, а также проложат путь для исследования новых разделов физики, таких как суперчастицы или темная материя, которую не могут обнаружить телескопы. Высказываются предположения, что открытие частицы, отвечающей за массу всей Вселенной, также доказывает существование параллельных измерений и может приоткрыть скрывающую их завесу.
В ближайшее время ученые сосредоточатся на изучении рождения и исчезновения бозонов Хиггса, а также попытаются выяснить, одинаковы ли эти частицы или существуют их экзотические разновидности. На основании полученных данных будет корректироваться Стандартная модель, ожидаются и другие революционные сдвиги в науке.