Нобелевская премия по физике за 2013 год
Нобелевской премии по физике за 2013 год удостоилось предсказание бозона Хиггса
Физики всего мира на протяжении десятилетий охотились за бозоном Хиггса - частицей, предсказанной полвека назад. Теперь авторов гипотезы удостоили Нобелевской премии.
8 октября текущего года, в Стокгольме были объявлены имена лауреатов Нобелевской премии по физике за 2013 год. Ими стали - как, собственно, и ожидалось, - двое физиков-теоретиков, специалистов в области элементарных частиц: бельгиец Франсуа Энглер (Francois Englert) и британец Питер Хиггс (Peter Ware Higgs).
Формулировка, провозглашенная постоянным секретарем Шведской королевской академии наук Стаффаном Нурмарком (Staffan Normark), звучит так: "за теоретическое открытие механизма, который способствует нашему пониманию происхождения массы субатомных частиц, и который недавно получил подтверждение благодаря открытию предсказанной фундаментальной частицы в экспериментах ATLAS и CMS на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе".
Жаркие дискуссии за закрытыми дверями
Журналистам, собравшимся в актовом зале академии, пришлось прождать этого торжественного момента лишний час: столь беспрецедентная задержка, если верить объяснениям члена Нобелевского комитета по физике профессора Ольги Бутнер (Olga Botner), была вызвана несколько затянувшимся жарким обсуждением кандидатур на премию.
Но задержка в один час - это, конечно, сущий пустяк, если иметь в виду, что новоиспеченным лауреатам пришлось дожидаться признания своих заслуг Нобелевским комитетом почти полвека. Правда, это ожидание было отчасти скрашено рядом других почетных премий, полученных также совместно.
Ученые ЦЕРНа объявили об открытии нового бозона
Бозон Хиггса - фундаментальная частица, придающая другим частицам их массу - была теоретически предсказана почти полвека назад. Теперь, судя по всему, ее удалось обнаружить экспериментально.
Примечательно, что, несмотря на это обстоятельство, первая личная встреча нынешних лауреатов - признанных корифеев в этой области исследований - произошла лишь летом прошлого года: оба присутствовали на исторической пресс-конференции в ЦЕРНе, когда было объявлено об экспериментальном открытии бозона Хиггса - той самой частицы, упомянутой теперь в обосновании присуждения Нобелевской премии.
Стандартная модель: 24 фермиона...
А теперь давайте попробуем хотя бы в самых общих чертах разобраться в том, за что получили премию сегодняшние лауреаты. Тут нужно сказать несколько слов о том, что же такое Стандартная модель - основная теория современной физики элементарных частиц.
Согласно сегодняшним представлениям, все вещество состоит из 24 так называемых фермионов - фундаментальных частиц с полуцельным значением спина. Они образуют три семейства (или, как говорят специалисты, три поколения). Каждое поколение состоит из двух лептонов и двух кварков, причем кварки в свободном состоянии не встречаются. Вся окружающая нас материя состоит из частиц первого поколения: два вида кварков (нижний и верхний) и один вид лептона (электрон) образуют атомы, еще один лептон (электронное нейтрино) в состав атомов не входит, но является вездесущим, потому что практически беспрепятственно проникает сквозь материю.
Два других поколения состоят из короткоживущих нестабильных частиц. Во втором поколении кварки называются странный и очарованный, лептоны - мюоном и мюонным нейтрино. Третье поколение объединяет прелестный и истинный кварки, а также тау-лептон и тау-нейтрино. Кроме того, у каждой из этих 12 частиц существует и античастица, обладающая такими же параметрами, но электрическим зарядом противоположного знака. При столкновении частицы с соответствующей античастицей происходит их взаимная аннигиляция, они излучаются в виде чистой энергии.
…и 4 вида взаимодействия
В природе существуют также четыре вида взаимодействия - электромагнитное, сильное, слабое и гравитационное. Взаимодействия реализуются частицами с целочисленным значением спина - так называемыми бозонами. Например, внутренняя стабильность атома обеспечивается электромагнитным взаимодействием, носителем которого являются фотоны. Кварки удерживаются в составе атомного ядра сильным взаимодействием, его переносит частица под названием глюон. Слабое взаимодействие, ответственное за радиоактивный бета-распад, реализуется W- и Z-бозонами. Предполагается, что существует и гравитон - частица, реализующая гравитационное взаимодействие, однако обнаружить его экспериментально пока не удалось. До сих пор квантовая теория гравитации не разработана, и Стандартная модель не включает в себя гравитационное взаимодействие.
Но со Стандартной моделью долгие десятилетия была связана и еще одна проблема: в ней все частицы лишены массы, а без массы они должны перемещаться со скоростью света, так что никакие атомы, планеты и звезды были бы невозможны. Выход из тупика предложили Роберт Браут и Франсуа Энглер и - независимо от них - Питер Хиггс. Было это в 1964 году.
Кстати, в том же году ту же идею выдвинула - независимо от Браута, Энглера и Хиггса - еще одна группа ученых - Джеральд Гуральник (Gerald Guralnik), Карл Хейген (Carl R. Hagen) и Том Киббл (Tom W. B. Kibble), а поскольку все они живы, хоть и немолоды, то Нобелевскому комитету и впрямь было что сегодня обсуждать.
Так вот, авторы гипотезы предложили считать, что вся Вселенная заполнена неким вязким полем, которое с разной силой тормозит разные частицы, что и придает им массу. Носителем такого поля является бозон, названный бозоном Хиггса и ставший объектом интенсивного поиска. Поиск продолжался почти полвека и увенчался успехом лишь благодаря вводу в строй мощнейшего ускорителя - Большого адронного коллайдера. Таким образом, последнее белое пятно современной Стандартной теории удалось, наконец, закрыть.