Иэн Сэмпл - В поисках частицы Бога, или Охота на бозон Хиггса

Кларк, известный писатель, автор романов, написанных в жанре научной фантастики, был выпускником Королевского колледжа и учился в университете за несколько лет до Хиггса. Его идеи о межпланетных путешествиях в то время всеми высмеивались.

О Фейнмане написано несколько отличных книг, однако трудно превзойти его собственные воспоминания о событиях, приведших к теории перенормировки. Хороша его нобелевская лекция, прочитанная и декабря 1965 года.

Это не бросает тень на личность Фейнмана. Отношения Фейнмана с женщинами и его браки были проникнуты нежностью и преданностью. Для более полной информации см. кн.: William Cropper. The Great Physicists (см. библиографию).

Сэвил-роу — улица в центре Лондона, на которой расположены дорогие ателье и магазины мужской одежды. (Здесь и далее примеч. пер.)

В 1950-х годах постдоковские стипендии были редкостью, и эти позиции были чрезвычайно престижными. В Лондоне только несколько студентов получали такие стипендии. Хиггс окончил Королевский колледж лучшим по физике в своем выпуске.

Есть несколько хороших отчетов об истории движения за ядерное разоружение, в том числе: Richard Taylor. Against the Bomb: The British Peace Movement 1958-1965. Oxford University Press. 1988. Рассказ Вертрана Расселла о кампании против Лайнуса Полинга см. в кн.: Bertrand Russell: Critical Assessments, edited by Andrew Irvine, Routledge, 1998.

Намбу опубликовал несколько статей уже в 1960 году, например, в “Physical Review Letters” и “Proceedings of the 10th Annual Rochester Conference on High Energy Nuclear Physics”. Более подробную статью см. в: “Physical Review”. Vol. 122. No. 1 (1961). P. 345-358.

Бруно Зумино из Калифорнийского университета в Беркли рассказал о своей попытке понять Ёитиро Намбу: “Мне пришла в голову мысль, что, если я смогу узнать, что Намбу думает сейчас, я буду иметь преимущество в десять лет перед всеми. Поэтому я разговаривал с ним в течение длительного времени. Но прежде чем мне удалось понять хоть что-то, прошло десять лет”. Кроме того, Эд Виттен из Института перспективных исследований в Принстоне сказал однажды о Намбу: “Люди не понимают его, потому что он видит слишком далеко вперед”.

Сверхпроводимость является гораздо более сложным и тонким процессом, чем я описал. Хорошее введение в сверхпроводимость см. в кн.: P.J. Ford and G. A. Saunders. The Rise of the Superconductors. CRC Press, 2004; Gerhard Bomer. The Early Universe. Springer, 2004.

Существует полезный раздел по теме нарушения симметрии в кн.: John Barrow. New Theories of Everything. Oxford University Press, 2007. См. также: Robert Crease and Charles Mann. The Second Creation: Makers of the Revolution in Twentieth-Century Physics. Rutgers University Press, 1996: Broken Symmetries. A Scientific Backgrounder on the Nobel Prize in Physics. Royal Swedish Academy of Sciences, 2008.

Первоначально полагали, что эти частицы, названные голдстоуновскими бозонами, наполняют любую систему со спонтанно нарушенной симметрией. Причина, по которой они создавали проблему, такова: чтобы родиться, безмассовым частицам нужно очень мало энергии, следовательно, если бы они существовали. их можно было бы так же легко наблюдать в природе, как фотоны, кванты света. Тот факт, что никто не видит эти безмассовые частицы, позволил с большой вероятностью предположить, что к обретению частицами масс привело не спонтанное нарушение симметрии. Проблема вошла в науку как теорема Голдстоуна.

Гилберт был научным руководителем докторской диссертации Гуральника.

Прентки возглавлял теоретический отдел в ЦЕРНе.

Несколько лет спустя Намбу рассказал Хиггсу, что он и был этим рецензентом.

Ссылки на ключевые работы каждой из трех команд см. в библиографии.

Поле Хиггса наделяет частицы массой разными способами в зависимости от их типа. В Стандартной модели есть четыре вида частиц-переносчиков взаимодействий: фотоны, глюоны, W-бозоны (которые могут быть положительными или отрицательными) и нейтральный Z-бозон. Перед тем как поле Хиггса активизируется, все эти частицы без массы, и волны, связанные с ними, имеют только поперечную составляющую, то есть колебания происходят в плоскости, перпендикулярной к направлению распространению частицы. На фотоны и глюоны поле Хиггса не действует, a W- и Z-частицы взаимодействуют с ним таким образом, что их волны приобретают продольную составляющую, то есть колебания могут происходить и в направлении движения. Именно эта дополнительная степень свободы делает W- и Z-частицы массивными. Для кварков и лептонов (за исключением, возможно, нейтрино) ситуация иная. Прежде чем поле Хиггса включилось, кварки и электроны находились, что называется, в единственном спиновом состоянии. Некоторые спины направлены по движению, другие — в противоположном направлении. Когда поле Хиггса включается, эти частицы получают возможность находиться в двух спиновых состояниях, и именно этот процесс, как полагают, и придает им массу.

В книге “Ideals and Realities: Selected Essays of Abdus Salam” (World Scientific, 1983) Салам говорит, что наука развивается только в условиях обмена идеями и непрерывной критики. Некоторые физики, к примеру Питер Войт из Колумбийского университета, стали непопулярными, предположив, что значительная область физики пришла в упадок из-за чрезмерного внимания к теории струн, описывающей частицы как крошечные колеблющиеся нити энергии.

Более подробно см., например, работу: Kerson Huang. Fundamental Forces of Nature: The Story of Gauge Fields.World Scientific, 2007. Ее автор, почетный профессор теоретической физики в Массачусетском технологическом институте, пишет: “Против квантовой теории поля возник бунт, возможно, из-за разочарования”. См. также кн.: 50 Years of Yang-Mills Theory. Edited by Gerardus’t Hooft. World Scientific, 2005; и главу, посвященную Джулиусу Швингеру и релятивистской квантовой теории поля в кн.: Stig Lundqvist. Nobel Lectures in Physics, 1963-1970. Worl Scientific, 1998.

Более подробную информацию о развитии теории S-матрицы см. в кн.: Laurie Mark Brown, Max Dresden and Lillian Hoddeson. Pions to Quarks: Particle Physics in the 1950s. Cambridge University Press. 1989; Michio Kaku. Hyperspace: A Scientific Odyssey through Parallel Universes, Time Warps, and the Tenth Dimension. Oxford University Press, 1994.

Фраза, использованная Хиггсом для описания S-матрицы в интервью автору в 2008 году. Термин “черный ящик” Хиггс употреблял в научном значении, то есть как определение системы или устройства, о котором известно только то, что у него на входе и на выходе, а как внутри его первое трансформируется во второе, неизвестно. Этот черный ящик не следует путать с черным ящиком, который находится в самолете и используется для изучения причин аварии, если вдруг таковая случается.

Частицы описываются несколькими характеристиками, но наиболее распространенные — масса и заряд. Теории, в которых предсказывается величина массы частицы, особенно полезны, потому что в этом случае физики знают, сколько энергии необходимо для того, чтобы создать их в ускорителе элементарных частиц, большая масса соответствует и более высокой энергии. Знание массы нестабильной частицы помогает ученым разобраться, на какие стабильные частицы она может распадаться. Эти распады часто используются в качестве доказательства того, что рождение частицы состоялось.