Вісник НАН України. 2014. № 3. С. 31-41.
https://doi.10.15407/visn2014.03.031

ГОРБАР Едуард Володимирович –
доктор фізико-математичних наук, професор кафедри квантової теорії поля
Київського національного університету імені Тараса Шевченка

ГУСИНІН Валерій Павлович –
член-кореспондент НАН України, доктор фізико-математичних наук, професор,
завідувач відділу астрофізики та елементарних частинок
Інституту теоретичної фізики ім. М.М. Боголюбова НАН України

БОЗОН ХІГГСА: ПЕРЕДБАЧЕННЯ, ПОШУК, ВІДКРИТТЯ

Нобелівську премію в галузі фізики за 2013 рік присуджено двом відомим європейським фізикам-теоретикам – бельгійцю Франсуа Енглеру та  британцю Пітеру Хіггсу «за теоретичне відкриття механізму, що сприяє нашому розумінню походження мас субатомних частинок і який нещодавно було підтверджено відкриттям передбачуваної фундаментальної частинки в експериментах ATLAS і CMS на Великому адронному колайдері».

Ключові слова: Нобелівська премія, бозон Хіггса, Великий адронний колайдер.

8 жовтня 2013 р. у Стокгольмі було оголошено імена лауреатів Нобелівської премії з фізики. Ними стали два фізики-теоретики – бельгієць Франсуа Енглер (François Englert) і британець Пітер Хіггс (Peter Ware Higgs). Формулювання Нобелівського комітету зачитав постійний секретар Шведської королівської академії наук Стефан Нормарк (Staffan Normark) – «за теоретичне відкриття механізму, що сприяє нашому розумінню походження мас субатомних частинок і який нещодавно було підтверджено відкриттям передбачуваної фундаментальної частинки в експериментах ATLAS і CMS на Великому адронному колайдері», а у традиційному коментарі щодо рішення Комітету професор теоретичної фізики Гуннар Інгельман (Gunnar Ingelman) заявив: «Це не просто тріумф професорів Енглера і Хіггса, це тріумф фізики елементарних частинок і взагалі всієї теоретичної фізики».

Статтю Франсуа Енглера і Роберта Браута (Robert Brout) – першу з теоретичних робіт, за які присуджено цю Нобелівську премію, – було опубліковано 31 серпня 1964 р. в журналі Physical Review Letters. У той самий день до редакції цього журналу надійшла стаття Пітера Хіггса, яка побачила світ 19 жовтня 1964 р. А майже через місяць, 16 листопада 1964 р., у Physical Review Letters вийшла стаття трьох авторів – Джеральда Гуральника (Gerald S. Guralnik), Карла Хагена (Carl R. Hagen) і Тома Кіббла (Tom W.B. Kibble), які досліджували той самий механізм генерації мас частинок, що і в перших двох роботах. Роберт Браут, на жаль, пішов з життя у травні 2011 р. Правила Нобелівського фонду забороняють присуджувати премію більш ніж трьом особам, тому Дж. Гуральника, К. Хагена і Т. Кіббла не було відзначено Нобелівською премією. І це не поодинокий випадок. Свого часу через це правило постраждали такі всесвітньо відомі фізики-теоретики, як Фрімен Дайсон, Микола Боголюбов.

Маса – одна з основних характеристик матерії, і питання, що таке маса, як вона з’являється, є фундаментальними проблемами фізики. У ньютонівській механіці маса є мірою інерції тіл, а також мірою гравітаційної взаємодії. У спеціальній теорії відносності знаменита формула Ейнштейна пов’язує енергію і масу, а принцип еквівалентності інерційної і гравітаційної мас був ключовим для створення загальної теорії відносності. У сучасній фізиці маса всіх тіл зумовлена масами їх складових частин і, в кінцевому підсумку, масами фундаментальних цеглин матерії – кварків і лептонів. У рамках Стандартної моделі (СМ) ці елементарні частинки набувають маси завдяки взаємодії зі скалярним полем – полем Хіггса. Отже, в сучасній фізиці маса повністю зумовлена взаємодією. Механізм генерації мас частинок завдяки взаємодії зі скалярним полем, який було запропоновано у зазначених вище роботах і який нині називають механізмом Браута–Енглера–Хіггса–Гуральника–Хагена–Кіббла (або скорочено – механізмом Хіггса), покладено в основу теорії електрослабкої взаємодії. За створення цієї теорії Шелдона Глешоу (Sheldon Lee Glashow), Стівена Вайнберга (Steven Weinberg) і Абдуса Салама (Abdus Salam) було удостоєно Нобелівської премії за 1979 р. Внаслідок хіггсівського механізму спонтанного порушення електрослабкої симетрії з необхідністю виникає масивна елементарна частинка – квант поля Хіггса, або бозон Хіггса. І для остаточного підтвердження Стандартної моделі його потрібно було знайти. Про відкриття частинки, схожої на бозон Хіггса, колаборації ATLAS і CMS в лабораторії ЦЕРН повідомили 4 липня 2012 р. на конференції в Мельбурні. Після того, як у березні 2013 р. фізики, що працюють на Великому адронному колайдері (ВАК), оприлюднили нові дані, які однозначно свідчили про нульовий спін і позитивну парність спостереженої частинки, стало остаточно ясно, що вона і є бозоном Хіггса. Без сумніву, це було найвизначнішим відкриттям у фізиці елементарних частинок за кілька останніх десятиліть. До речі, П. Хіггс і Ф. Енглер уперше зустрілися один з одним на вищезгаданій конференції, а згодом під час інтерв’ю Пітер Хіггс висловився так: «Дивовижно, що ця подія сталася ще за мого життя». Повний текст (PDF).