Необходимость понимания массы

Что определяет размер объектов, которые мы видим вокруг нас или даже размера непосредственно нас самих? Ответ лежит в размере молекул и, в свою очередь, атомов, которые составляют эти молекулы. Но что определяет размер самих атомов? Квантовая теория и атомная физика могут ответить на этот вопрос. Размер атома определяют траектории электронов, перемещающихся вокруг ядра. Однако размер их орбит зависит от массы электрона. Будь масса электрона меньше, то и орбиты (и следовательно все атомы) были бы меньше и, следовательно, всё, что мы видим, было бы меньше. Отсюда следует, что понимание массы электрона важно для понимания размеров в окружающем нас пространстве.

Довольно трудно понять происхождение одной величины, в данном случае массы электрона. К счастью, природа дала нам множество элементарных частиц с самыми разнообразными массами. Самая лёгкая частица - электрон, а самая тяжелая, как полагают, топ-кварк, который весит более чем в 200 тысяч раз больше, чем электрон. При таких разницах в массе, можно попытаться найти некий "общий знаменатель" масс у частиц.

К сожалению, если попытаться записать теорию частиц и их взаимодействий, то наиболее простая её версия потребует, чтобы массы всех частиц были равны нулю. Таким образом, с одной стороны мы имеем разнообразие масс, а с другой теорию, что все массы должны быть нулевыми. Подобные головоломки и придают азарт науке и бросают вызовы, с которыми сталкиваются учёные.

Впрочем, существует остроумное и элегантное решение этой проблемы, которое было впервые предложено Питером Хиггсом. Он предложил считать, что весь космос пронизан полем, похожим, в некоторых аспектах, на электромагнитное. Перемещаясь в пространстве, частицы перемещаются в этом поле и, взаимодействуя с ним, приобретают то, что мы называем массой. Аналогию можно найти в силах вязкого сопротивления, действующих на частицы, которые перемещаются в любой густой жидкости: чем больше взаимодействие частиц с полем, тем большая у них масса. Таким образом, следуя гипотезе Хиггса, существование этого поля является неотъемлемым для проявления массы частиц.

Из квантовой теории мы знаем, что поля имеют ассоциируемые с ними частицы, например, частица у электромагнитного поля - фотон. Отсюда можно сделать вывод, что должна быть частица, ассоциируемая с полем Хиггса, её назвали бозоном Хиггса. Поиск бозона Хиггса является ключом к знанию о том, существует ли поле Хиггса и является ли наилучшая гипотеза происхождения массы действительно верной.