Эксперт, 2013 № 41 - [4]

Однако, как ни странно это прозвучит, экспериментально подтвержденная гипотеза о том, что W- и Z-бозоны имеют массу (причем массу очень значительную по меркам физики частиц), оказалась весьма серьезной помехой для теоретиков.

Дело в том, что исходя из базовых постулатов так называемой калибровочной теории взаимодействий (одной из важнейших составных частей Стандартной модели физики частиц, СМ) все бозоны должны быть безмассовыми (иметь нулевую массу).

И два из четырех бозонов — фотон, переносчик электромагнитного взаимодействия, и глюон, переносчик сильного взаимодействия, согласно многочисленным данным, действительно являются безмассовыми (до сих пор не открытый четвертый предполагаемый бозон, гравитон, вроде бы тоже должен иметь нулевую массу), чего, увы, отнюдь нельзя было сказать про бозоны — переносчики слабого взаимодействия.

Более того, если руководствоваться этой калибровочной теорией во всех математических расчетах для частиц, обладающих высокой энергией (и прежде всего для W- и Z-бозонов), возникают совершенно несуразные результаты или, попросту говоря, получаемые ответы дают бесконечности, причем даже с учетом различных хитроумных надстроек, так называемых перенормировок.

Найти выход из этой практически тупиковой ситуации физикам удалось во многом благодаря усилиям Питера Хиггса, Франсуа Энглера и его коллеги РобертаБраута (увы, не дожившего до присуждения долгожданной Нобелевской премии), в 1964 году придумавших весьма изощренный механизм, который позволил найти «лазейку» в калибровочной теории.

Магическим образом этот механизм, названный позднее механизмом Хиггса, точнее говоря, постулированное его разработчиками наличие во Вселенной особого физического поля, также названного хиггсовским, с одной стороны, позволяет всем частицам, известным ученым к настоящему времени (причем как бозонам, так и фермионам, за исключением уже упоминавшихся фотонов и глюонов), обладать массой, но, с другой стороны, не дает им свободно перемещаться на большие расстояния.

Согласно уточненным постулатам СМ, сразу же после породившего нашу Вселенную Большого взрыва все виды физических взаимодействий, которые короткое время представляли собой единое взаимодействие, изначально обладали симметрией, и никаких частиц, обладавших массой, в ней не было. Однако по мере охлаждения Вселенной и ее постепенного расширения эта симметрия «спонтанно нарушилась» (конкретный механизм этого так называемого спонтанного нарушения исходной симметрии очень сложен, и мы не будем пытаться его здесь изложить). И основной причиной случившегося нарушения симметрии оказалось быстро распространившееся во Вселенной густое поле-конденсат, которое, что особенно важно, несло заряд слабого взаимодействия, как бы «размазывая» его по всему космическому пространству, в том числе даже в вакууме, полностью лишенном частиц. Именно этот заряд, заполнивший вакуум, эффективно «блокирует» слабые бозоны, когда они пытаются распространить взаимодействия на большие расстояния, причем схожим образом эта «блокировка» действует и на прочие частицы, которые также испытывают слабое взаимодействие.

Предложенный Хиггсом механизм одновременно удовлетворяет как исходному формальному требованию существования внутренней симметрии для слабых взаимодействий (что и являлось основной проблемой для теоретиков), так и привнесенному новой схемой требованию необходимости ее нарушения, хотя, справедливости ради, уточним, что физическая природа возникновения особого фонового (хиггсовского) поля в ранней Вселенной так и остается до сих пор не проясненной в рамках современной теории.

Безусловно, впервые разработанная Хиггсом, Энглером и Браутом новая надстройка выглядит чрезмерно изощренной и даже искусственной, однако с ее помощью физикам удалось в дальнейшем успешно решить многие теоретические проблемы — в частности, инкорпорировать ее в новую теорию электрослабого взаимодействия. Более того, постулировавшееся в ней существование специфической частицы-переносчика массообразующего взаимодействия, «того самого» бозона Хиггса, долгое время оставалось как бы на втором плане: мол, сам механизм хорошо работает, а уж экспериментальное обнаружение важнейшего участника — дело наживное.

Впрочем, по мере быстрого наращивания энергетических мощностей ускорителей задача «поимки» бозона Хиггса постепенно все же стала первоочередной для экспериментаторов. Долгожданный триумф лета 2012 года наконец поставил точку в этой долгой и запутанной истории и позволил весьма пожилым теоретикам (Питеру Хиггсу 84 года, а Франсуа Энглеру — 81), ждавшим этого события без малого полвека, получить самую ценную для ученых награду.

Наверное, шведским академикам по-хорошему все-таки следовало отметить и непосредственных виновников — многочисленных исследователей, работавших на Большом адронном коллайдере, но жесткий лимит премий (не более трех человек по каждой из научных номинаций) исключил этот самый справедливый вариант распределения призового пирога.

Как отметил в беседе с корреспондентом нашего журнала заведующий лабораторией теории элементарных частиц ИТЭФ имени Алиханова член-корреспондент РАН