Дэйв Голдберг - Вселенная в зеркале заднего вида. Был ли Бог правшой? Или скрытая симметрия, антивещество и бозон Хиггса

Тут мои адвокаты настаивают, чтобы я сказал вам, что новая частица, судя по всему, обладает всеми качествами бозона Хиггса, однако для того, чтобы мы могли недвусмысленно заявить, что это именно бозон Хиггса, нужно проделать большую работу. Например, мы знаем, что открытая частица обладает либо спином‑0 (и тогда это Хиггс!), либо спином‑2, и отмахнуться от этого невозможно. Мы знаем, что он обладает массой, сопоставимой с массой частиц W и Z 0, и для нас это не сюрприз, учитывая, чем бозон Хиггса, в сущности, занимается. В результате, хотя мы и не полностью убеждены в этом, большинство физиков воспринимает как данность, что мы видим именно бозон Хиггса.

После этого открытия в популярной прессе начался настоящий бум. Заголовок в «New York Times» гласил: «Физики обнаружили неуловимую частицу, которую считают ключом к тайнам вселенной». Практически во всех журнальных и газетных статьях бозон Хиггса называли «частицей Бога» [106] Повторяю, не делайте так, пожалуйста! . Авторы благоговейным тоном сообщали, что вот-вот мы достигнем конца физики и теперь наконец-то понимаем природу вещества. Притащите на тематическую вечеринку новенького «Тысячелетнего Сокола» в «родной» упаковке — получите ту же реакцию.

И хотя открытие бозона Хиггса — это и правда огромная сенсация, выяснилось, что наличие этой частицы объясняет существование на удивление небольшой доли массы, которая окружает нас в повседневной жизни.

Поле Хиггса придумали, чтобы объяснить, как так вышло, что у бозонов W и Z 0есть масса, а у других переносчиков нет. Объяснение состоит в том, что в самом начале существования вселенной произошло спонтанное нарушение симметрии — нарушение, которое помимо всего прочего разлучило электромагнетизм со слабым взаимодействием. Однако это не объясняет — по крайней мере непосредственно — откуда взялась масса у других частиц, а соображения симметрии подсказывают, что все фермионы должны обладать нулевой массой. Хорошо, что это не так. Если бы у электрона не было массы, было бы невозможно создать стабильные атомы и молекулы.

В первой главе мы видели, что в нашей вселенной нарушается Р-симметрия, она же пространственная четность. Физика в зеркале заднего вида выглядит совсем не так, как наша.

Как вы, вероятно, помните, повинно в этом слабое взаимодействие. Каждый раз, когда оно участвует в каком-то взаимодействии, все до единого нейтрино, которые при этом возникают, оказываются леворукими. Иначе говоря, когда они летят прямо на вас, то крутятся по часовой стрелке. Леворукость распространяется на все фермионы, участвующие в слабом взаимодействии — то есть, распространялась бы, если бы у них не было массы. А масса у них есть, поэтому эта асимметрия не идеальна. Подобная определенность спина теснейшим образом связана с остальными симметриями, с которыми мы уже знакомы, и в особенности, со скоростью света.

Обогнать безмассовую частицу невозможно, поскольку она всегда перемещается со скоростью света. Например, как бы быстро вы ни бежали, ваша масса (даже если она очень маленькая) никогда не позволит вам убежать от настигающего вас фотона — сделать так, чтобы расстояние между вами увеличивалось.

Частица-левша отличается от частицы-правши тем, в какую сторону она вращается, когда летит на вас. Если частица массивна, то я могу сделать так, чтобы приближающаяся частица выглядела как удаляющаяся, и для этого мне нужно всего-навсего изменить состояние моего собственного движения. В мгновение ока — исключительно приняв другую точку зрения — я могу превратить частицу-левшу в частицу-правшу.

Однако если слабое взаимодействие в самом деле подчиняется леворуким симметриям, с которыми мы уже знакомы, — а я напомню вам, что именно эта симметрия в конечном итоге повинна в том, что во вселенной преобладает вещество, а не антивещество, — тогда симметрия может сохраниться только в том случае, если все участвующие в ней частицы лишены массы.

У них у всех — у кварка, у электрона, у нейтрино — не должно быть массы, однако она у них есть. Массы кварков, электронов, а скорее всего, и нейтрино объясняются полем Хиггса. Какой механизм за этим стоит, мы пока понимаем смутно, однако теперь, когда установлено, что бозон Хиггса существует на самом деле, у нас есть все основания полагать, что мы на верном пути.

Однако при всем своем значении бозон Хиггса вовсе не «лежит в основе всей вселенной», как о нем то и дело говорят. А главное, он на самом деле вовсе не лежит в основе вашей собственной массы.