Предвижу, что многие читатели начнут метать в меня копья и резко критиковать, но все же расскажу об одной концепции существующей в современной физике. А именно – откуда берется масса.
Итак, поехали…
Как известно, история частиц начинается сразу после Большого взрыва. В самые первые моменты почти все частицы были безмассовыми и двигались в очень горячем «первичном бульоне». Но в какой-то момент включилось поле Хиггса, пронизывающее всю Вселенную, и элементарные частицы стали обретать массу.
Поле Хиггса навсегда изменило окружающий мир изменив поведение частиц. Некоторые метафоры сравнивают поле Хиггса с густой жидкостью, которое замедляет частицы по мере их прохождения через себя.
Другие представляют поле Хиггса как возбужденную толпу журналистов на официальном мероприятии. Как они окружают известных личностей, останавливая и замедляя их движение, в то время как менее известные люди проходят сквозь толпу практически незамеченными. В этом случае популярность человека выступает синонимом массы — чем вы популярнее, тем больше взаимодействуете с толпой и тем более «массовым» становитесь.
Но почему включилось поле Хиггса? И почему на некоторые частицы оно действует сильнее чем на другие? Мы пока не знаем.
Сильная сила
Итак, электронам и кваркам массу придаёт знаменитое поле Хиггса. Но это лишь небольшая часть массы Вселенной. Остальной прирост идет от элементов, получающих свою массу от сил ядерного взаимодействия, от протонов и нейтронов.
Они состоят из кварков, связанных между собой частицами, несущими сильное взаимодействие (глюонами). Энергия этого взаимодействия – это то, что придает протонам и нейтронам массу. Имеется в виду знаменитое E = mc^2, которое приравнивает энергию и массу. Это делает массу секретным хранилищем для энергии.
Когда создается протон он соединяет три кварка вместе и в конечном итоге связывает огромную плотность энергии в небольшой области пространства.
Протон состоит из двух верхних и одного нижнего кварков; нейтрон состоит из двух нижних кварков и одного верхнего.
Их сходный состав делает массу, которую они приобретают от сильного воздействия, почти идентичной. Однако нейтроны немного более массивны, чем протоны, и это различие имеет решающее значение. Процесс распада нейтронов на протоны способствует развитию химии и, следовательно, биологии. Если бы протоны были тяжелее, они бы вместо этого распадались на нейтроны, и Вселенной, какой мы ее знаем, не существовало бы.
Как оказалось, нижние кварки сильнее взаимодействуют с полем Хиггса, поэтому у них немного больше массы. Вот почему существует крошечная разница между массой протона и нейтрона.
А как насчет нейтрино?
Мы узнали, что элементарные частицы получают свою массу от поля Хиггса, но как быть с нейтрино? Нейтрино имеют чрезвычайно крошечные массы (в миллион раз меньше электрона, второй самой легкой частицы), электрически нейтральны и редко взаимодействуют с веществом.
Ученые озадачены тем, почему нейтрино такие легкие. Теоретики в настоящее время рассматривают множество возможностей. Это можно было бы объяснить, если бы нейтрино были своими собственными античастицами, то есть если версия антивещества идентична версии вещества. Если физики обнаружат, что это так, это будет означать, что нейтрино получают свою массу откуда-то еще, кроме бозона Хиггса, который физики обнаружили в 2012 году.
Нейтрино должны получать свою массу из поля, подобного Хиггсу, которое электрически нейтрально и охватывает всю Вселенную. Это может быть тот же Хиггс, который дает массу другим элементарным частицам, или это может быть очень дальний его родственник. В некоторых теориях масса нейтрино также поступает из дополнительного, совершенно нового источника, который может содержать ответы на другие сохраняющиеся загадки физики элементарных частиц.
Люди, как правило, приходят в восторг от этой возможности, потому что ее можно интерпретировать как свидетельство совершенно новой энергетической шкалы, не связанной с феноменом Хиггса.
Этот новый механизм также может быть связан с тем, как темная материя, которая, по мнению физиков, состоит из еще не открытых частиц, приобретает свою массу.
В любом случае, природа, как правило, экономична, и поэтому, вполне возможно, что тот же самый новый набор частиц объяснит все эти странные явления, которые мы еще не объяснили.
