Научный взгляд на устройство вселенной

НА КРАЮ 
ВСЕЛЕННОЙ 157
можно, на фазовый переход кипящей воды в газо образный пар)*, 
изменивший ни много ни мало природу Вселенной. Если в самом 
начале частицы не имели массы и носились повсюду со скоростью 
света, то позже — после фазового перехода с участием так называ-
емого поля Хиггса — они уже обладали массой и летали медленнее. 
Механизм Хиггса говорит о том, как элементарные частицы видоиз-
менились от нулевой массы при отсутствии поля Хиггса к ненулевой 
массе, которую мы можем измерить экспериментально.
Если физики правы и во Вселенной действительно действует 
механизм Хиггса, то БАК покажет характерные признаки, которые 
позволят судить о прошлом Вселенной. В простейшем варианте 
свидетельством должна стать частица — бозон, названный в честь 
Хиггса. В более сложных физических теориях, где тем не менее 
действует указанный механизм, бозон Хиггса может сопрово-
ждаться другими частицами примерно той же массы или заме-
няться какой-то совершенно иной частицей.
Независимо от того, как реализуется механизм Хиггса, мы ждем 
от БАКа новых интересных открытий. Это может быть бозон Хиггса. 
Это могут быть свидетельства в пользу другой, более экзотической 
теории, такой как теория 
техноцвета
, о которой мы поговорим 
позже. Или это может оказаться что-то совершенно неожиданное. 
Если все пойдет по плану, эксперименты на БАКе помогут устано-
вить, что запустило механизм Хиггса. Но вне зависимости от того, 
что именно будет обнаружено, это открытие сможет рассказать нам 
немало интересного о том, как частицы обрели массу.
Стандартная модель элементарных частиц, описывающая са-
мые фундаментальные элементы вещества и их взаимодействия, 
прекрасно работает. Ее предсказания уже не раз подтверждались 
с высокой точностью. Не обнаруженная пока частица Хиггса — по-
следняя деталь нашей головоломки**. Сегодня мы говорим, что ча-
* В рамках Стандартной модели физики частиц, как она описана в этой книге и 
где есть только один хиггсовский бозон, в эпоху температур порядка 100 ГэВ в ранней 
Вселенной имел место фазовый переход другого типа — гладкий кроссовер. — 
Прим. 
науч. консульт.
** Неясно, должна ли Стандартная модель включать очень тяжелые нейтрино 
с «правой» киральностью, которые, по-видимому, существуют и играют роль в массе 
нейтрино. — 
Прим. авт.

158 МАСШТАБИРОВАНИЕ 
ВЕЩЕСТВА
стицы обладают массой. Разобравшись в механизме Хиггса, мы уз-
наем, откуда взялась у частиц масса. Механизм Хиггса, о котором 
мы поговорим подробнее в главе 16, очень важен для глубокого 
понимания массы.
В физике элементарных частиц существует еще одна, даже более 
крупная загадка, в решении которой БАК вполне может сыграть 
важную роль. Возможно, что эксперименты на коллайдере помогут 
осветить вопрос, известный как 
проблема иерархии в физике элемен-
тарных частиц
. Если механизм Хиггса имеет отношение к вопросу 
о том, почему частицы обладают массой, то проблема иерархии за-
дает другой вопрос: почему эти массы именно таковы?
В физике элементарных частиц считается, что массы возника-
ют из-за так называемого поля Хиггса, которое пронизывает Все-
ленную; кроме того, считается, что нам известна энергия, при ко-
торой произошел переход от частиц, не обладающих массой, 
к частицам массивным. Дело в том, что механизм Хиггса придает 
некоторым частицам массу вполне предсказуемым образом, кото-
рый зависит только от силы слабого взаимодействия и от энергии, 
при которой происходит переход.
Странность в том, что эта энергия перехода с точки зрения 
фундаментальной теории представляется бессмысленной. Если 
сложить все, что мы знаем из квантовой механики и специальной 
теории относительности и вычислить на основании этих данных 
массу частиц, то расчетные величины окажутся намного больше 
тех, что измерены экспериментально. По расчетам на основе кван-
товой механики и специальной теории относительности массы 
частиц (если не найдется новой, более подходящей теории) долж-
ны быть намного больше — ни много ни мало в 10 квадрильонов, 
или 10
16
, раз больше. Теория держится лишь за счет огромной «за-
платки», которую физики, ничуть не смущаясь, назвали «тонкой 
подстройкой».
Проблема иерархии в физике элементарных частиц представ-
ляет собой одну из величайших проблем фундаментальной теории 
вещества. Мы хотим знать, почему массы частиц настолько отли-
чаются от ожидаемых. Из квантово-механических расчетов сле-
дует, что их массы должны выходить далеко за пределы 

жүктеу/скачать 8,11 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: