Бозон Хиггса и Большой адронный коллайдер простыми словами

Откуда берётся масса

Всё вокруг состоит из элементарных частиц: электронов, кварков, из которых сделаны протоны и нейтроны, и других. Их описывает Стандартная модель, одна из самых точных теорий в истории науки. Но в 1960-х у неё была загвоздка: уравнения хорошо работали, только если частицы не имеют массы. А у электрона, например, масса есть.

В 1964 году несколько физиков независимо, в том числе британец Питер Хиггс и бельгийцы Франсуа Энглер и Робер Браут, предложили выход. Пусть всё пространство заполнено невидимым полем. Частицы, проходя сквозь него, «вязнут» в нём по-разному: одни сильно, и у них большая масса, другие слабо, третьи, как фотон, совсем не замечают поля и летят со скоростью света.

Знаменитость на вечеринке

Популярное объяснение: в зале полно гостей. Входит никому не известный человек и легко проходит через толпу. Входит знаменитость, и её тут же окружают, двигаться трудно, она будто стала тяжелее. Толпа это поле Хиггса, а сила, с которой гости облепляют каждого, это масса.

Зачем искать частицу

Поле нельзя увидеть напрямую. Но если ударить по нему достаточно сильно, в нём появится «рябь», отдельная частица. Её и назвали бозоном Хиггса. Найти её значило доказать, что поле существует.

Беда в том, что бозон Хиггса очень тяжёлый и живёт ничтожную долю секунды, а потом распадается на другие частицы. Чтобы его создать, нужно сталкивать частицы с огромной энергией, а потом по осколкам угадывать, что родилось на мгновение.

Большой адронный коллайдер

Коллайдер это кольцевой тоннель, в котором два пучка протонов разгоняются навстречу друг другу и сталкиваются в нескольких точках. Там стоят детекторы размером с многоэтажный дом. Каждую секунду в них происходят сотни миллионов столкновений, и компьютеры отбирают из них самые интересные.

В строительстве и работе участвуют тысячи учёных из десятков стран. Российские физики, в том числе из Объединённого института ядерных исследований в Дубне, много лет работали в коллаборациях, которые открыли бозон Хиггса, и делали части детекторов.

Открытие и Нобелевская премия

Коллайдер заработал в 2008 году, а в 2012 году два независимых эксперимента, ATLAS и CMS, увидели одно и то же: избыток событий, который указывал на частицу массой около 125 гигаэлектронвольт, примерно в 130 раз тяжелее протона. Её свойства совпали с предсказаниями для бозона Хиггса.

В 2013 году Нобелевскую премию по физике получили Питер Хиггс и Франсуа Энглер. Робер Браут не дожил: он умер в 2011 году. Питер Хиггс умер в апреле 2024 года.

Журналисты часто называют бозон Хиггса «частицей Бога». Название пошло от книги американского физика Леона Ледермана. Сам Хиггс его не любил, а сам Ледерман признавался, что хотел назвать книгу «чёртовой частицей», потому что её так трудно найти, но издатель не позволил.

А чёрная дыра?

Перед запуском коллайдера в интернете писали, что он создаст чёрную дыру и она поглотит Землю. Учёные провели специальные проверки. Главный довод: космические лучи из космоса бомбардируют Землю, Луну и звёзды с энергиями гораздо выше, чем в коллайдере, миллиарды лет. Если бы такие столкновения были опасны, Земли и Луны уже не было бы.

Частые вопросы