Удивительный мир внутри атомного ядра

Теперь аккуратно налейте на стол воды и покрошите сверху пенопласт. Подождите, чтобы он немного промок, и снова слегка подуйте на него. Вы увидите, что шарики отплывают, но как-то уже неохотно. Если бы мы не видели эту воду, нам бы казалось, что у них появилась какая-то странная инертность, которой раньше не было. Эта инертность возникает из-за того, что им при движении приходится продираться сквозь среду. В данном случае — сквозь воду, а в реальности — сквозь хиггсовское поле.

Вопрос: Откуда вообще берется хиггсовское поле?

Вот это сложная вещь, на самом деле, — откуда оно берется. Когда вы конструируете модели микромира, то вы вводите вещи, которые пока что непонятно — берутся они откуда-нибудь или не берутся. Потом это может выясниться. Скажем, может выясниться, что оно берется действительно неизбежно из какой-то более глубокой теории. Были примеры в истории физики в свое время, когда что-то постулировали, а потом выводили это из более глубокой теории. Как будет с хиггсовским полем, пока не понятно. Я подчеркну, что это еще не доказано. То есть эта теория, которая уже считается общепринятой, по косвенным проявлениям вроде бы работает, но для того, чтобы ее окончательно доказать, надо провести эксперимент на Большом адронном коллайдере и найти эту частицу — бозон Хиггса, ту частицу, за которую люди хотят получить Нобелевскую премию (и, скорее всего, получат).

Вопрос: Получается, что при прохождении через хиггсовское поле частицы не теряют энергию?

Важно понимать отличие между хиггсовским полем и моей аналогией с водой: хиггсовское поле мешает ускоряться, а вода мешает двигаться. Через хиггсовское поле можно спокойно лететь с постоянной скоростью, и оно не будет мешать; оно мешает ускоряться. Действительно, есть такие примеры из обычной жизни, когда возникает какая-то сила, которая мешает ускоряться.

Разные частицы цепляются за это хиггсовское поле по-разному: некоторые сильнее, некоторые слабее. Некоторые частицы вообще не цепляются. Например, электромагнитные волны и свет не цепляются, поэтому они получаются без массы. Те частицы, которые цепляются очень сильно, становятся очень массивными.

Вопрос: Хотелось бы уточнить: хиггсовское поле — это единственное, что наделяет частицы массивностью и инертностью, или есть другие причины этого?

Я уже сказал, что это второй механизм, а был еще первый, по которому протоны становились массивными. Тот факт, что протоны становились массивными, никак не связан с хиггсовским полем. Можно представить себе мир, в котором вообще не было бы хиггсовского поля. Тогда бы электроны были безмассовые, кварки были бы безмассовые, а протоны были бы так же массивны, как они в нашем мире весят, потому что это совсем другой механизм.

Первый механизм описывается конденсированием глюонного облака. Довольно сложно математически, но суть примерно такая. Здесь описывается как некоторое поле, сквозь которое приходится продираться. Есть еще и другие механизмы — скорее всего, есть, но я уж не буду про них говорить.

Вопрос: Получается, есть два механизма возникновения массы. Хиггсовское поле действует на глюонное облако?

Хиггсовское поле непосредственно на глюоны не действует. Но это надо говорить аккуратно, потому что оно не действует на глюоны как частицы, но оно действует на конденсат. Это непросто. Там много тонкостей, но, проще говоря, непосредственно на глюонное поле оно не действует. И тем не менее, за счет виртуальных поправок оно с ним связано.

Вопрос: Я думаю, можно объяснить через хиггсовское поле скорость света. Раз хиггсовское поле обеспечивает массу телу, то получается, что его энергия, деленная на скорость света, есть масса? Должно быть какое-то воздействие хиггсовского поля на свет, иначе он не обладал бы энергией.

Эти вещи не связаны. Есть такой термин из истории физики — эфир. «Светоносный эфир». Это некая постулированная среда, колебания которой являются электромагнитными волнами. Так считали более ста лет назад. На самом деле, сейчас считается, что этот эфир совершенно не обязателен, современная теория электромагнитных явлений обходится без него.

Хиггсовское поле может показаться немного похожим на эфир, потому что оно тоже пронизывает всю вселенную. На самом деле, оно не обладает свойствами, которые нужны для эфира. Оно, например, совершенно не воздействует на фотоны. Фотоны просто проходят и проходят, им наплевать. И это можно легко понять, ну, не то, чтобы понять — это просто экспериментальный факт. Тот факт, что мы видим очень далекие квазары, свет от которых шел к нам 10 миллиардов лет, означает, что с фотонами за это время ничего не случилось. Иначе они бы как-то распределились, размазались, а мы видим четкое изображение этих квазаров. А в течение всего этого времени свет действительно идет через хиггсовское поле. Ну, если, конечно, эта теория верна — а она на 99% верна.

То есть, на самом деле, это два разных явления — электромагнитные волны и хиггсовское поле, — которые не связаны друг с другом.

Устройство коллайдера LHC

Теперь несколько картинок.

Коллайдер — это ускоритель встречных частиц. Там по двум кольцам ускоряются частицы и сталкиваются друг с другом. Это самая большая экспериментальная установка в мире, потому что длина этого кольца — туннеля — составляет 27 км. То есть ему еще нужно вписаться в горы. Это находится на границе Швейцарии и Франции, там начинаются Альпы, с этого места видно Монблан, и с другой стороны там другие горы есть, так что надо еще аккуратно в эти тектонические пласты вписаться, чтобы всё хорошо было. На самом деле, эта картинка не в масштабе, потому что диаметр — почти 9 км, а глубина залегания там — 100 м. Тем не менее она примерно дает общую картину.