Аннотация: Не мог не высказаться по поводу популярной ныне темы о Бозоне Хиггса
О бозоне Хиггса
"Если профессор не может объяснить суть своей теории школьнику - он шарлатан"
Вообще говоря, наука - это искусство помнить меньше, а знать больше. То есть, умение из наименьшего количества исходных фактов получить как можно больше реальных проверяемых следствий. Ну и собственно "развитие науки" - это как раз попытка уменьшить "необходимый минимум", так, чтобы все остальное выводилось из этого минимума с помощью каких-то - тоже понятных и ограниченных - действий.
Сутью любой физической науки являются не формулы - как я уже говорил, весь математический аппарат любой теории есть только язык, на котором излагаются взаимосвязи между реальными наблюдаемыми явлениями и величинами. Так, суть Общей теории относительности во взаимосвязи между геометрическими характеристиками - то самое "искривление пространства-времени" - и распределением и движением массы и энергии (так называемый "тензор энергии-импульса"). Т.е., как, зная одно(распределение массы), посчитать другое (как тела будут двигаться) - собственно, примерно то же, только с другими формулами, делала и теория Ньютона.
Точно так же и квантовая механика, при иногда некоторой зубодробительности ее формул, по сути, описывает "кирпичики мироздания" с определенными свойствами. Эти свойства проверяемы и наблюдаемы, хотя сами их носители и являются по большому счету "черными ящиками", суть которых совершенно непонятна. Многие даже пытаются доказать, что "внутри ничего нет", однако устройство элементарных частиц все-таки довольно сложно, чтобы говорить, что это "просто материальная точка".
Так вот, суть многошумного в последнее время бозона Хиггса тоже довольно проста.
Почти все частицы обладают массой покоя (важно, что по теории относительности - еще специальной - движущиеся частицы, даже не обладающие массой покоя, тоже обладают массой - в силу соотношения Е=mc2, любая энергия обладает массой; но остановиться такие частицы не могут - пропадают; т.е., масса покоя у них равна нулю). Так вот, тут речь идет именно о массе покоя.
Предполагается, что "во всем пространстве есть некоторое поле", из-за взаимодействия с которым частицы и обретают массу. Т.е., его реальная масса - это следствие взаимодействия, а "элементарная масса" - это некоторое еще одно квантовое число.
Вообще говоря, уже видно, что данное утверждение не совсем попадает под определение научного - оно не уменьшает требуемой нам исходной информации, заменяя понятие массы понятием квантового числа взаимодействия с полем Хиггса, которое, однако, тоже не может быть получено никак, кроме как из эксперимента. Если бы это квантовое число как-то получалось из других (сколько кварков внутри, каков спин, заряд и т.д.) - тогда это действительно было бы "научным открытием". Но пока поле введено исключительно из желания сделать "общий механизм нарушения симметрии". Поскольку изначально считается, что все симметрично, то если есть какая-то асимметрия - она возникает вследствии какого-то взаимодействия.
Поля - т.е., "распределенные в пространстве величины", т.е., величины, которые заданы в каждой точке (x,y,z) для каждого момента времени - в квантовой механике бывают разными. Бывают скалярные - это самое простое, просто одно число, никак не зависящее от системы отсчета.
Бывают псевдоскаляры (просто число, но число меняет знак при отражении координат, т.е., при замене системы отсчета на зеркальную)
Бывают спиноры - это достаточно сложная конструкция типа таблички два на два, обладающей определенными свойствами. Можно сказать, что "спинор - это корень из вектора", т.е., умножение спиноров дает обычный вектор.
Вектор - это набор из нескольких величин (по числу координат), каждая из которых как-то меняется при изменении системы отсчета (собственно, преобразование векторов), но при этом между собой они тоже связаны определенным соотношением (например, длина вектора остается постоянной при поворотах и перемещениях системы отсчета).
Наконец, тензоры - суть их лучше всего поймут программисты, поскольку это просто "многомерные массивы", где число элементов в каждом "массиве" опять же равно размерности пространства. Простейшим тензором является таблица с равным числом строк и столбцов, в которой опять же элементы таблицы связаны определенными соотношениями.
Так вот, большинство используемых полей являются скалярными (всякие поля температур в классической физике). В квантовой механике очень любят поля спинорные (квантом их являются обычные частицы - электроны, нейтрино, кварки). Электромагнитное поле - векторное (у фотона спин 1; к слову, спин, хотя физически считается что обозначает некоторое "вращение частицы", с математической точки зрения означает "размерность поля", т.е., скалярные - со спином квантов, равным 0, спинорные - со спином 1/2, векторные - со спином 1, и далее тензорные - 2 и больше; из них правда пока известно только гравитационное - у гравитона спин 2).
Так вот, а скалярное поле, "разлитое во всем пространстве", в недалеком прошлом вводили и в Общей теории относительности, чтобы согласовать картину расширяющейся вселенной с наблюдаемыми величинами. Однако после этого наблюдаемые в астрофизике величины были уточнены и надобность в дополнительном поле отпала - но теория осталась (так называемая "система с инфляцией), и теория о поле Хиггса появилась примерно в то же время.
И, разумеется, за данное совпадение ухватились (не является ли поле Хиггса тем самым "скалярным полем", которое и дает "инфляцию во вселенной").
Тут-то мысль была чисто научной (связать две казалось бы разные величины).
И потому бозон Хиггса стали активно искать. Ну, и связанное с ним поле Хиггса.
А все методики поиска элементарных частиц в ускорителях направлена именно на определение некоторого "резонанса" при определенном значении масс результатов распада. Т.е., на поиски именно частицы с заданной МАССОЙ.
И если теория не предсказывает массу - то и найти именно "бозон Хиггса" невозможно. А можно найти только некоторую частицу со спином 0 (спин тоже можно посчитать из того, на кого частица искомая распадается - поскольку суммарный спин сохраняется) и некоторой массой. Да, эта масса подпадает под некоторые ограничения - но в принципе, таких частиц может быть множество. И подозреваю, что на Большом Адронном Коллайдере нашли один из десятков "резонансов" - короткоживущих частиц, которые и частицами-то в полной мере не являются, просто при некоторых значениях масс вдруг тоже наблюдается "резонанс" - резкое увеличение числа наблюдаемых событий, т.е., "сечение рассеяния" (вероятность данного события)
А потому отсюда и следует странное утверждение авторов "открытия", что "мы провели исследования с точностью 4 сигма (т.е., с погрешностью менее 0,0001%) и с вероятностью 70% можем быть уверены, что это бозон Хиггса".
Я бы сказал, что в этом можно быть уверенными с вероятностью 50%.