Нобелевской премией по физике отметили первооткрывателей бозона Хиггса

Лауреатами Нобелевской премии по физике 2013 года стали Франсуа Энглер и Питер Хиггс

(фото CERN).

Бозон Хиггса сразу после появления распался на два фотона (их пути показаны на графике зелёными лучами). Вид в плоскости сечения детектора CMS

(фото CERN).

Детектор ATLAS зафиксировал появление четырёх мюонов при распаде коротко живущего бозона Хиггса

(иллюстрация CERN).

Бозон Хиггса стал последним "кирпичиком" Стандартной модели

(иллюстрация CERN).

С более чем получасовым отставанием от графика Нобелевский комитет всё же объявил лауреатов премии Альфреда Нобеля по физике 2013 года. Эксперты Каролинского института в Стокгольме (Karolinska Institutet) отметили работы Франсуа Энглера из Cвободного университета Бельгии и Питера Хигсса из университета Эдинбурга, которые теоретически обосновали, как все известные субатомные частицы "обретают массу".

Официальная формулировка комитета: за "теоретическое открытие механизма, который помог нам понять происхождение массы субатомных частиц и недавно был подтверждён в ходе открытия предсказанной фундаментальной частицы экспериментами ATLAS и CMS на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе".

Лауреатами Нобелевской премии по физике 2013 года стали Франсуа Энглер (слева) и Питер Хиггс (фото CERN).

То, что награда в этом году уйдёт именно первооткрывателям бозона Хиггса, почти никто не сомневался. Но Нобелевские комитеты до последнего момента ничего не сообщают ни о самих претендентах на награду, ни о тех, кто их выдвинул, поэтому экспертам остается только гадать на этот счёт. Отметим, что того же результата научное сообщество и обычные люди ожидали и в прошлом году, но тогда обнаружение новой фундаментальной частицы было ещё совсем сырым и требовало дополнительных доказательств.
Напомним, что в 1964 году Хиггс и Энглер независимо друг от друга создали свои теории (Энглер со своим коллегой Робертом Браутом, которого ныне уже нет в живых). В 2012 году их идеи были подтверждены открытием бозона Хиггса в ЦЕРНе (мы подробно писали о первоначальном открытии и официальном объявлении команды Большого адронного коллайдера).

Теоретические выкладки нынешних лауреатов премии стали важной составляющей Стандартной модели (СМ), описывающей с физической точки зрения строение всего нашего мира. Согласно этой теории, всё, что существует на планете Земля и за её пределами, а также сами люди состоят из "кирпичиков", частиц материи. Клетки состоят из молекул, молекулы − из атомов, атомы − из электронов, а также протонов, нейтронов, последние – из кварков. Согласно СМ, электроны и кварки являются более неделимыми элементарными ("самыми простыми") частицами. Именно из них и состоят все частицы вещества.

Всеми этими частицами управляют частицы-переносчики четырёх видов взаимодействий, отвечающие за возникновение разнообразных сил (бозоны).

Бозон Хиггса сразу после появления распался на два фотона (их пути показаны на графике зелёными лучами). Вид в плоскости сечения детектора CMS (иллюстрация CERN).

Вся Стандартная модель не работала бы, если бы не одна загадочная частица – тот самый бозон Хиггса. Если говорить очень упрощённо, она появляется из-за колебания невидимого человеческому глазу поля, которое наполняет всё пространство Вселенной. Даже тогда, когда космос кажется пустым (вакуум в некоторых частях действительно колоссальный), это поле там присутствует. Без него не существовало бы ни планет, ни звёзд, ни людей. Контакт с ним и приводит к появлению массы у всех элементарных частиц. Особенности этих сложных для понимания обывателя процессов и описали Энглер с Браутом, а также отдельно от них и Хиггс (подробнее рассказывает пресс-релиз Нобелевского комитета).

Как мы уже упомянули, 4 июля 2012 года на пресс-конференции в ЦЕРНе было объявлено об открытии того самого бозона Хиггса. Ради него, по сути, и был построен Большой адронный коллайдер (LHC). Над подтверждением данного факта трудились около трёх тысяч исследователей, в том числе из России. Все они работали на экспериментах ATLAS и CMS – детекторах, которые фиксируют продукты распада, получающиеся в ходе протон-протонных столкновений.

Из огромного количества данных о таких столкновениях физикам необходимо было выделить данные, которые сигнализировали бы о присутствии новой неизвестной науке частицы. Напрямую её наблюдать невозможно, поэтому учёные ловили следы её существования в собранных данных.

Анализируя информацию о миллиардах столкновений, физики составляли графики. По горизонтальной оси в них была отложена масса частиц, что образуются в ходе вынужденной реакции распада, по вертикальной – число событий, соответствующих появлению частиц с такой массой. Существование бозона Хиггса было подтверждено, когда на данном графике отчётливо стал выделяться из фона пик, соответствующий именно бозону Хиггса.

Детектор ATLAS зафиксировал появление четырёх мюонов при распаде коротко живущего бозона Хиггса (иллюстрация CERN).

Открытие бозона Хиггса почти окончательно убедило научное сообщество в том, что СМ верна. Но, несмотря на всю важность СМ, она не решает все существующие вопросы физики (об этом Энглер упомянул в своём телефонном интервью участникам церемонии объявления). В масштабах космоса теория не может объяснить все наблюдаемые процессы. Например, согласно СМ, нейтрино не имеют массы. Но недавние эксперименты показали, что нейтрино всё же обладают массой.

Кроме того, модель описывает лишь видимую часть Вселенной, а она составляет лишь пятую часть всей массы космоса. Учёным ещё только предстоит разобраться, что собой представляют загадочные тёмная материя и тёмная энергия.

Члены Нобелевского комитета по физике не смогли дозвониться профессору Хиггсу ни по одному из известных им номеров телефонов, а потому вынуждены были сообщить ему о присуждении высокой научной награды по электронной почте. Была ли связана с этим неприятным инцидентом задержка объявления, организаторы комментировать отказались.

Бозон Хиггса стал последним "кирпичиком" Стандартной модели (иллюстрация из пресс-релиза Нобелевского комитета).

Зато за Питера Хиггса и за себя с присутствующими журналистами по телефону пообщался Франсуа Энглер. Он рассказал, что чувствует себя замечательно и очень счастлив. Нобелевского лауреата спросили, думал ли он об открытии бозона Хиггса, когда разрабатывал свою теорию? "Думали об экспериментальном тесте, но нам надо было ждать не только этого, но и доработки теории СМ. Только когда была доработана СМ, тогда мы задумались об экспериментальном подтверждении", — сообщил Энглер.

Что делать с денежным призом, Франсуа пока не знает. Он также сообщил, что с Питером Хиггсом он впервые познакомился в 2012 году на той самой пресс-конференции в ЦЕРНе. Позднее они также встречались, и он в дальнейшем хочет поздравить коллегу, так как "он проделал невероятную работу". После этого члены Нобелевского комитета пригласили Энглера в Стокгольм на официальную церемонию награждения, которая пройдёт в декабре 2013 года.

Напомним, что победителей в каждой номинации, согласно завещанию самого Альфреда Нобеля, выбирает Каролинский институт в Стокгольме (Karolinska Institutet) — один из ведущих образовательных и научных медицинских центров мира, основанный в 1810 году.

Также по теме:
Нобеля по медицине вручили за изучение транспортного механизма клеток
Нобелевские лауреаты научили мир ловить кванты
Два Нобеля по физике: результат превзошел все ожидания
Лауреаты "Нобеля" заставили физиков задуматься о темной энергии Вселенной
"Нобель" по физике: лауреаты взглянули на гибель Вселенной по-новому