# Шон Кэрролл: «Без поля Хиггса жизнь была бы невозможна»

Источник: https://www.youtube.com/watch?v=RwdY7Eqyguo
Канал: The Royal Institution
Опубликовано: 18.01.2013

---

4 июля 2012 года в штаб-квартире CERN в Женеве сотни физиков заняли очередь в зал заседаний в 5 утра. Шон Кэрролл утверждает, что представленные в тот день данные об обнаружении бозона Хиггса завершили 2500-летний поиск фундаментальных основ материи [03:07]. Это открытие подтвердило существование невидимого поля, без которого формирование атомов и появление жизни во Вселенной были бы невозможны.

## 🌌 Почему частица Демокрита — это плохая метафора
[[JUMP:05:30]]

Шон Кэрролл считает, что популяризаторы науки совершают ошибку, начиная рассказ о физике с Демокрита [05:44]. Древнегреческий философ предложил идею атомов как неделимых кирпичиков материи. Однако для понимания бозона Хиггса нужно отказаться от концепции дискретных частиц в пользу полей [07:42]. 

Поля решают проблему «действия на расстоянии», которая беспокоила еще Исаака Ньютона [10:36]. В этой модели пространство заполнено невидимыми субстанциями, значения которых меняются от точки к точке. Пьер-Симон Лаплас и Майкл Фарадей развили этот подход, доказав, что гравитация и электричество работают через непрерывные поля [11:41]. 

## 🌊 Квантовая теория поля: частицы — это лишь вибрации
[[JUMP:14:57]]

Современная физика утверждает: мир состоит исключительно из полей, а не из частиц [15:07]. Квантовая механика просто диктует нам правила наблюдения за этими полями. Когда человек смотрит на поле достаточно внимательно, оно «разрешается» в виде отдельных пакетов энергии или частиц [16:05].

Принципы квантовой теории поля объясняют природу света:

*   Свет — это волна в электромагнитном поле [16:57].
*   При детальном наблюдении эта волна превращается в поток фотонов [17:11].
*   Электроны, кварки и нейтрино — это такие же вибрации соответствующих полей [18:02].

## 🧪 Зачем Вселенной понадобилось поле Хиггса
[[JUMP:21:47]]

В 1950-х годах ученые столкнулись с проблемой короткого радиуса действия ядерных сил [22:40]. Математика предсказывала, что частицы-носители всех сил должны быть безмассовыми. Это означало бы, что ядерные силы должны действовать на огромных расстояниях, как гравитация. Но в реальности они работают только внутри атомного ядра [24:51].

Шон Кэрролл сравнивает поле Хиггса с туманом или смогом [25:32]. В пустом пространстве большинство полей имеют нулевое значение. Поле Хиггса уникально тем, что его значение в вакууме не равно нулю [28:12]. Оно заполняет Вселенную подобно вязкой среде. 

Влияние поля Хиггса на материю:

*   Слабое ядерное взаимодействие затухает, проходя через это поле [26:12].
*   Элементарные частицы, такие как электроны, получают массу при взаимодействии с полем [29:53].
*   Без этого взаимодействия электроны двигались бы со скоростью света [30:44].
*   Без массы электроны не смогли бы удерживаться внутри атомов, что исключило бы существование химии и жизни [31:10].

## 🏗️ Large Hadron Collider: самая сложная машина в истории
[[JUMP:32:43]]

Для проверки теории о поле Хиггса человечество построило Large Hadron Collider стоимостью 9 миллиардов долларов [33:21]. Это кольцо длиной 27 километров, расположенное под границей Швейцарии и Франции. В нем 10 тысяч человек ускоряют протоны до 99,999999% скорости света [33:33].

Технические особенности коллайдера:

1.  Магниты охлаждаются до 1,8 Кельвина, что холоднее открытого космоса [34:28].
2.  Внутри труб поддерживается вакуум более глубокий, чем на поверхности Луны [33:58].
3.  Энергия пучка протонов сопоставима с энергией товарного поезда на полной скорости [34:12].
4.  Источником всех протонов служит обычный баллон с водородом размером с огнетушитель [42:32].

Шон Кэрролл отмечает, что строительство сталкивалось с неожиданными препятствиями. При рытье туннеля для детектора CMS строители обнаружили древнеримские руины, что остановило работы на полгода [39:18]. В 2008 году из-за дефектного соединения произошел взрыв шести тонн жидкого гелия, отложивший запуск на год [40:08].

## 👤 Люди и предубеждения в большой науке
[[JUMP:35:46]]

Наука — это человеческое предприятие, в котором существуют социальные проблемы. Шон Кэрролл приводит данные исследования 2012 года о гендерной предвзятости в академической среде [36:01]. Ученым рассылали идентичные резюме, меняя только имя кандидата: Джон или Дженнифер.

Результаты эксперимента:

*   Кандидата по имени Джон оценивали выше по компетентности и предлагали большую зарплату [36:27].
*   Женщины-профессора проявляли ту же предвзятость по отношению к женщинам-кандидатам, что и мужчины [36:53].
*   Несмотря на это, доля женщин в физике выросла с 2% в 1965 году до 16% в 2012 году [37:19].

## 🔎 Поиск «сена в стоге сена»
[[JUMP:44:19]]

Поиск бозона Хиггса не похож на поиск иголки в стоге сена. По словам Шона Кэрролла, это поиск «сена чуть-чуть другой длины в огромном стоге обычного сена» [45:53]. Коллайдер производит миллионы столкновений в секунду, порождая колоссальный объем данных.

Ученые сохраняют лишь одно событие из миллиона, отсеивая известный шум [44:07]. Бозон Хиггса существует всего одну зептосекунду, поэтому его нельзя увидеть напрямую [45:14]. Физики ищут избыток частиц, на которые он распадается — например, два фотона с определенной энергией. На графиках это выглядит как небольшой «горб» (bump) на фоне плавной кривой [47:50].

## 🌠 Будущее после Хиггса: темная материя и суперсимметрия
[[JUMP:51:34]]

Стандартная модель описывает обычную материю, но она составляет лишь 5% Вселенной [54:27]. Астрономические наблюдения показывают, что остальное приходится на темную материю и темную энергию [55:06]. Шон Кэрролл утверждает, что поиск новых частиц продолжится после модернизации коллайдера в 2015 году.

Одной из главных гипотез остается суперсимметрия (SUSY) [52:12]. Она предсказывает существование «суперпартнеров» для каждой известной частицы:

*   Скварки (squarks) для кварков [53:07].
*   Селектроны (selectrons) для электронов.
*   Вино (winos) и зино (zinos) для бозонов [53:21].

Если суперсимметрия верна, то существует не один бозон Хиггса, а как минимум пять [54:00]. Хотя фундаментальная физика, описывающая повседневную жизнь человека, теперь полностью завершена, изучение темных секторов Вселенной только начинается [56:51].