# Нима Аркани-Хамед: «Бозон Хиггса — самая странная частица, которую мы видели»

Источник: https://www.youtube.com/watch?v=no3qLqUYBLo
Канал: World Science Festival
Опубликовано: 11.04.2020

---

4 июля 2012 года исследователи CERN подтвердили существование бозона Хиггса, завершив формирование Стандартной модели физики элементарных частиц. Физики Нима Аркани-Хамед, Моника Данфорд и Джо Ликкен обсудили на World Science Festival, почему это открытие поставило науку в тупик и какие мега-установки потребуются для решения новых загадок.

## 🧬 От демокритовских атомов к квантовым полям
[[JUMP:08:30]]

История поиска фундаментальных кирпичиков материи началась с идеи Демокрита об атомах, однако Нима Аркани-Хамед считает его вклад переоцененным из-за отсутствия доказательной базы в древности [08:46]. Реальный прогресс начался в середине XIX века, когда химики получили косвенные подтверждения существования атомов [10:05]. Современная физика прошла путь от изучения ядра, которое в миллион раз меньше атома, до исследования протонов и нейтронов размером 10 в минус 14-й степени сантиметра [11:10].

Сегодня Большой адронный коллайдер (LHC) позволяет изучать структуры, которые в тысячу раз меньше атомного ядра [12:03]. Моника Данфорд описывает работу экспериментатора как процесс трансформации энергии в массу по формуле Эйнштейна $E=mc^2$. Она называет энергию «валютой», за которую физики «покупают» возможность создавать тяжелые, редкие частицы, подобные Ferrari в мире материи [14:03].

Детектор Atlas, на котором работает Моника Данфорд, представляет собой пятиэтажное здание, напичканное электроникой [15:37]. Установка делает снимки столкновений каждые 25 наносекунд, создавая поток данных частотой 40 МГц [16:18]. Из-за колоссального объема информации система триггеров должна за микросекунды решать, какие события записывать, а какие безвозвратно удалять [16:32].

## 🧱 Стандартная модель и проблема массы
[[JUMP:17:48]]

Джо Ликкен разделяет все известные частицы на два типа: фермионы (материя) и бозоны (переносчики сил) [20:55].

*   Фермионы: электроны, нейтрино и кварки (из верхних и нижних кварков состоят протоны и нейтроны) [19:22].
*   Бозоны: фотоны (электромагнетизм), глюоны (сильное взаимодействие), W- и Z-бозоны (слабое взаимодействие) [20:55].

Математическая сложность возникла при попытке объяснить наличие массы у этих частиц. Нима Аркани-Хамед объясняет это через концепцию спина: безмассовые частицы (как фотон) имеют две степени свободы (направления спина), а массивные — три [24:52]. Математика не позволяет массе быть «небольшой поправкой»; переход от двух к трем степеням свободы требует фундаментально нового механизма [28:12].

Питер Хиггс в 1960-х годах предположил, что всё пространство заполнено невидимым полем — «космической патокой» [04:04]. Частицы приобретают массу, взаимодействуя с этим полем. Бозон Хиггса — это «дребезг» или квант этого поля, который удалось выбить при столкновении протонов [04:30].

## 💎 Симметрия как навигатор в физике
[[JUMP:40:00]]

Симметрия позволяет упаковать сложные уравнения Стандартной модели в простые принципы, которые можно уместить на кофейной чашке [42:51]. Нима Аркани-Хамед утверждает, что свойства частиц почти полностью диктуются законами относительности и квантовой механики [22:41].

Суперсимметрия (SUSY) — это теоретическое расширение, связывающее фермионы и бозоны [47:27]. Она предсказывает существование «суперпартнеров» для каждой известной частицы:

*   Селектоны (партнеры электронов);
*   Фотино (партнеры фотонов).

Джо Ликкен отмечает, что суперсимметрия математически элегантно решает проблему стабильности массы бозона Хиггса [59:07]. Без дополнительных механизмов взаимодействия с виртуальными частицами должны были бы сделать бозон Хиггса в триллионы раз тяжелее, чем он есть на самом деле [56:56]. Это сравнивают с карандашом, стоящим на острие: физические законы это позволяют, но для устойчивости нужна «невидимая рука», которой и могла стать суперсимметрия [58:42].

## 🚜 Будущее: Кольцо длиной 100 километров
[[JUMP:1:04:46]]

Отсутствие сигналов суперсимметрии на LHC к 2019 году стало для теоретиков «шоком» [1:18:02]. Моника Данфорд признает, что ожидания экспериментаторов были завышены: многие надеялись на легкое открытие целого зоопарка новых частиц [1:00:25].

Для дальнейшего изучения структуры вакуума и свойств Хиггса физики предлагают новые проекты:

1.  **Международный линейный коллайдер (ILC)** в Японии: столкновение электронов и позитронов обеспечит «чистые» измерения без субструктурного «мусора» протонов [1:03:16].
2.  **Будущий кольцевой коллайдер (FCC)** в CERN: туннель длиной 100 километров под Женевским озером и горами Юра [1:05:12].
3.  Энергия FCC составит **100 ТэВ**, что почти в 8 раз выше мощности LHC [1:06:04].

Нима Аркани-Хамед подчеркивает: бозон Хиггса — это первая обнаруженная элементарная частица без спина и заряда [1:09:29]. Она настолько странная, что ее нужно изучать под «более мощным микроскопом», чтобы понять, является ли она точечной или имеет внутреннюю структуру [1:10:48].

## 🌌 Конец Вселенной и «пузырь смерти»
[[JUMP:1:21:28]]

Измеренная масса бозона Хиггса (125 ГэВ) указывает на то, что наша Вселенная может находиться в метастабильном состоянии [1:00:13]. Джо Ликкен объясняет: текущее состояние «космической патоки» (поля Хиггса) может быть не окончательным [1:22:22].

Существует вероятность спонтанного возникновения «пузыря» иного состояния вакуума [1:23:01]. Этот пузырь будет расширяться со скоростью света. Внутри него частицы приобретут иную массу, что мгновенно разрушит все атомы и структуры [1:24:30]. Ликкен успокаивает: согласно расчетам, это произойдет не ранее чем через $10^{100}$ лет [1:23:27].

Нима Аркани-Хамед резюмирует, что сейчас — самое захватывающее время для физики за последние 60 лет [1:26:48]. Ученые наконец-то подошли к «базовому лагерю» Эвереста и смотрят в лицо фундаментальным вопросам о природе пространства и времени [1:28:22].