Про эту вашу физику - Дмитрий Владимирович Ганин
В общем финальная формула произошедшего ждет своих эйнштейнов и фейнманов — вот уже и коллайдер построили, а гения всё не видно. Читатели наших лекций, мы и вся наука надеемся на вас!
4
Однако Стандартная Модель, разобравшая, что из чего состоит и что откуда берется в физике частиц и взаимодействий, хорошо работала, если бы ее не спрашивали, а что такое масса, которая в Модели принята как сама собой разумеющаяся без всяких объяснений. С энергией, которая эм цэ в квадрате, добавляющей массу объекту, всё понятно, но оставался неучтенный кусочек, который никак не объяснялся, как бы физики не пыжились. Кроме того, эксперименты показали, что в результате распада частиц, скажем, те же электроны предпочитали одно направление полета другому. Это называлось нарушением симметрии и выглядело как большой косяк в мироздании и грозило ядерной физике огромным фейлом, после которого она могла бы и не оправиться.
Для ответа на этот вопрос один особо умный физик по фамилии Хиггс со своими коллегами частично «воскресил» идейки конца XIX века об эфире, который заполняет всё и везде. И он заявил, что на самом деле существует еще одно поле, пронизывающее всю Вселенную вдоль и поперек, имеющее специальный заряд, отличный от нуля (или, как иногда говорят, ненулевой вакуум), от которого всё в мироздании слегка перекашивает.
И вот, значит, откуда берется масса: поле Хиггса мешает кварку или бозону двигаться с ускорением. Степень сопротивления ускорению — и есть масса. Как ложка в жбане с медом. Аналогия весьма некорректная с точки зрения истины, но очень наглядная для обывателя. Некоторые частицы, например, фотоны, не замечают поле Хиггса и преспокойно летят через него без торможения — у них параметры настроены особым образом, и им плевать на «мировой эфир». Поэтому фотоны и некоторые другие частицы — безмассовые. А частицы, которые в силу своего строения взаимодействуют с полем, начинают тупить. И чем сильнее взаимодействуют, тем больше у них масса.
Гипотезу можно объяснить и так, что все элементарные частицы предполагаются безмассовыми, а их энергия покоя это потенциальная энергия в поле Хиггса. Протоны, например, не элементарные частицы, их масса покоя это энергия глюонных полей между кварками. Поэтому помним, что масса массе рознь. Физики словом «масса» называют, если нам не изменяет память, четыре или пять различных явлений природы. И они понимают, когда какое используется, а мы — нет. Будьте бдительны!
Между прочим, один британский министр заявил, что презентует бутылку шампусика тому, кто объяснит механизм Хиггса в двух словах. Некий Д. Миллер с товарищами выиграли приз, предложив объяснение, что если вы, менеджер низшего звена (верхний кварк) пришли на корпоратив и хотите пройти через комнату с людьми (поле Хиггса), то вы без особых затруднений это сделаете — кому вы там нужны, признайтесь. А вот если через комнату с гостями пойдет ваш босс (в оригинале — Маргарет Тэтчер — истинный кварк), то все внимание будет приковано к нему, все будут приставать с вопросами, поздравлениями и формальностями, и босс замедлится, приобретя «массу».
Если вы более-менее поняли, что мы писали выше, то вы уже догадались, что частичка поля Хиггса, его квант, и есть тот самый неуловимый (как обычно, виртуальный) бозон Хиггса, с которым все носятся последние десятки лет. А неуловимый он потому, что для его непосредственного наблюдения в нашем макромире требуется вкачать в вездесущее поле хороший шмат энергии. Для открытия бозона Хиггса на коллайдере надо столкнуть протоны с чудовищной скоростью, тогда есть вероятность, что произойдет кое-что интересное. Самое забавное, что квант поля Хиггса взаимодействует с этим же полем и точно так же приобретает массу — поэтому бозон Хиггса очень тяжелый.
Это я вам только слегка намекнул на происходящее, а по факту там такая заумь творится, что хочется плакать от бессилия понять всё и сразу.
Хиггс предложил гипотезу в 1964 году. Над ним смеялись и крутили пальцем у виска. Стивен Хокинг даже спорил с одним экспериментатором на сто баксов, что бозона Хиггса не существует. И вдруг в 2012 году ученые неожиданно сошлись во мнении, что некоторая подозрительная частица, которую регистрируют на коллайдере с начала года, таки и есть бозон Хиггса, во всяком случае ее масса и происхождение соответствовали ожидаемым. Это была победа!
С 2013-го года бозон Хиггса был признан научным сообществом. В те годы его еще называли «Частицей Бога» (так пошутил один писатель, который вообще-то назвал его «Чёртовой частицей», но редактор не пропустил). Вы не поверите, но существуют альтернативно образованные люди, которые услышав выражение «частица бога», считают, что ученые доказали существование Творца. И это не троллинг, они реально в это верят, и их не переубедишь даже сунутыми под нос распечатками статистики столкновений в коллайдере. Не будьте такими, котаны!
5
Ну, и наконец, пятое взаимодействие, известное в нашей Вселенной, которое не лезет ни в какие ворота — это гравитация.
Ранее в предыдущих темах мы уже объясняли, что гравитация — это не сила, а простая и понятная деформация четырехмерного пространства-времени и, казалось бы, причем здесь квантовое взаимодействие?
Поэтому-то общая теория относительности и квантовая физика не дружат, и каждая считает другую за идиота. Гравитация в квантовой физике вроде как слон в посудной лавке. В общем случае гравитационное взаимодействие — это очень слабое взаимодействие. Любой магнит на соответствующих размерах и расстояниях сильнее силы притяжения Земли. Что уж тогда говорить о силах внутри атомов.
Если начать рассматривать гравитацию как поле, в его квантовом смысле, то физики начинают рвать на себе волосы и рыдать навзрыд. Ничего не сходится. Происходит это отчасти потому, что классические теории гравитации представляют собой манипуляции с геометрией пространства-времени. А квантовые теории кладут бозон на время и пространство, рассматривая его как декорации. Если же начать квантовать время и пространство, то расчеты превращаются в бесконечную ленту умных значков, в которых исследуются многомерные системы, антимасса, время наоборот и другие нехорошие вещи.
На данный момент физики решили считать, что существует частица-переносчик гравитационного поля, в некотором роде «ответственная» за деформацию пространства, она не имеет массы и движется со скоростью света. Частицу назвали гравитон, и с тех пор ее ищут, но она, похоже, еще более неуловима чем бозон Хиггса. Гравитон удачно вписывается в картину мира во всяких мозговыносящих гипотезах типа теории супер-струн или М-теории, но для этого нужно доказать,
