Как частицы получают массу

Бозон Хиггса - это гипотетическая частица, предположительно отвечающая за механизм, с помощью которого остальные частицы получают массу.

Материя состоит из молекул, молекулы из атомов, атомы из электронных облаков, размером около одной стомиллионной сантиметра, и ядра, размером около одной стотысячной размера такого облака. Ядро состоит из протонов и нейтронов. Каждый протон (или нейтрон) имеет массу, примерно в две тысячи раз большую, чем у электрона. Уже есть отличное объяснение почему ядро настолько мало, но откуда частицы берут массу пока не ясно. Почему их массы именно такие, какие есть? Почему соотношения масс такие, какие есть? Мы не можем считать, что поняли компоненты материи, пока нет удовлетворительного ответа на эти вопросы.

Питер Хиггс создал модель, в которой массы частиц предстают в красивой, но сложной прогрессии. Он начал с частицы, имеющей только массу, без других характеристик вроде заряда, отличающих частицу от пустоты. Мы назовём эту частицу Х. Х взаимодействует с другими частицами, скажем если Х находится рядом с электроном, между ними возникнет сила. Х принадлежит к классу так называемых бозонов. Для начала рассмотрим более точное, но не математическое высказывание по существу модели, затем проиллюстрируем его.

В математических выкладках квантовой механики, описывающих создание и уничтожение элементарных частиц, и это подтверждаются опытами на ускорителях, частицы появляются из "полей" в пространстве и времени. Хиггс обнаружил, что параметры уравнений для поля, связанного с частицей Х, могут быть подобраны таким образом, что наименьший энергетический уровень такого поля (пустота) не является нулевым. Может показаться странным, что поле существует даже в пустоте, но из этого можно сделать не совсем очевидный вывод: все частицы, взаимодействующие с Х получают от взаимодействия массу.

Таким образом математические выкладки связывают существование Х с появлением массы у всех частиц с ним взаимодействующих. Иллюстрация, соответствующая матемтаике наинизших энергетических состояний или "пустому" пространству, имеет вершину из частиц Х без собственной энергии. Масса (или инерция, или сопротивление изменению движения) частицы таким образом происходит из того, что она "зацепляется" за Хиггсовские частицы, когда мы пытаемся её переместить.

Если частицы получают массы не от взаимодействия с полем Хиггса в пустом пространстве , то должна существовать частица Хиггса, хотя этого нельзя сказать с уверенностью, не найдя её. Есть и другие намеки на бозон Хиггса: например, если он существует, он играет роль в объединении различных сил. Однако физики понимают, что природа могла придумать и другие пути, которые приводят к похожим результатам. По сути доказательство отсутствия бозона Хиггса, будет ничуть не менее ценным, чем доказательство его присутствия.

Эти вопросы о механизмах с помощью которых частицы получают массы и о различных силах в природе являются значимыми вехами в понимании того из чего же состоит материя и трудно себе представить как можно будет достичь понимания структуры мира не разобравшись для начала в его основах.