Частинка на краю Всесвіту. Шон Керролл

Чтение книги онлайн.

СКАЧАТЬ ми спостерігали властивості світу, що мають сенс тоді, коли бозон існує, але не мають сенсу без нього. Без Гіґґсового бозона такі частинки, як-от електрон, мали б нульову масу й рухалися б зі швидкістю світла, але вони натомість мають масу й рухаються значно повільніше. Без Гіґґсового бозона багато елементарних частинок були б однакові, однак у реальності вони дуже відрізняються, маючи різні маси й тривалість життя. З Гіґґсовим бозоном ці всі властивості елементарних частинок мають сенс.

      За подібних обставин – говоримо ми про карти чи Гіґґсів бозон – є два варіанти: або наша теорія правильна, або є ще цікавіша й складніша теорія. Ось вам ефекти: карти левітують, частинки мають масу. Цьому має бути пояснення. Якщо ми його знаємо, то можемо привітати себе з тим, що виявилися такими розумними, а якщо це щось складніше, то ми довідаємося щось надзвичайно цікаве. Можливо, частинка, знайдена на ВГК, виконує лише деякі з тих функцій, які, за нашим припущенням, має виконувати Гіґґсів бозон, але не всі. Або, можливо, та робота, яку має виконувати Гіґґсів бозон, виконується кількома частинками, з яких ми знайшли хіба одну. Хай там як, ми завжди досягатимемо успіху, коли з’ясовуватимемо, що відбувається насправді.

Ферміони й бозони

      Подивімося, чи зможемо ми передати цю натхненну метафору про важливість Гіґґсового бозона значно більш науковими о´бразами, щоб пояснити ті функції, які він начебто повинен виконувати.

      Частинки бувають двох типів: частинки, що утворюють матерію, їх називають ферміонами, та частинки-переносники взаємодій, називані бозонами. Різниця між ними полягає в тому, що ферміонам потрібен простір, а бозони можуть скупчуватися один на одному. Не можна взяти купку однакових ферміонів і помістити їх усі в одному місці: закони квантової механіки не дозволяють це зробити. Ось чому з наборів ферміонів утворюються тверді об’єкти на кшталт столів і планет.

      Цікава річ: що менша маса частинки, то більше місця в просторі вона займає. Атоми складаються лише з трьох типів ферміонів – верхніх кварків, нижніх кварків і електронів,– що втримуються разом за допомогою взаємодій. Атомні ядра, що складаються з протонів і нейтронів, які своєю чергою складаються з верхніх і нижніх кварків, відносно важкі й займають відносно крихітні місця у просторі. Електрони, навпаки, значно легші (близько 1/2000 маси протона чи нейтрона), але займають значно більше простору. Насправді, саме електрони в атомах надають матерії властивої їй твердості.

      Бозони взагалі не займають жодного місця. Два бозони чи два трильйони бозонів можуть легко поміститися в тому ж просторі, видершись один на одний. Ось чому бозони – це частинки-переносники; вони спільно можуть утворити макроскопічне силове поле на зразок гравітаційного, що втримує нас на Землі, чи на зразок магнітного поля, яке змушує стрілку компаса відхилятися.

      Фізики схильні вживати слова «сила», «взаємодія» і «зв’язок» практично як синоніми. Це віддзеркалення однієї з глибоких істин, СКАЧАТЬ