В поисках частицы Бога, или Охота на бозон Хиггса - Иэн Сэмпл

7

По поводу опровержения Резерфордом томсоновской атомной модели см. кн.: Richard Morris. The Last Sorcerers: The Path from Alchemy to the Periodic Table. Joseph Henry Press, 2003.

8

Нет атома проще, чем атом водорода. Он содержит ядро, состоящее из одного протона, и один электрон.

9

См. также кн.: Andrew Brown. The Neutron and the Bomb: A Biography of Sir James Chadwick. Oxford University Press, 1997.

10

Более подробно об истории кварков см. кн.: Andrew Watson. The Quantum Quark. Cambridge University Press, 2004, а также кн.: M. Y. Han. Quarks and Gluons, World Scientific, 1999.

11

Для более полного представления попробуйте прочитать кн.: Frank Close, Michael Marten and Christine Sutton. The Particle Odyssey: A Journey to the Heart of Matter. Oxford University Press, 2004.

12

Полную историю открытий, лежащих в основе Стандартной модели, можно найти в кн.: Hoddeson et al. 1999 (см. библиографию).

13

Частицы вещества образуют три поколения, которые отличаются только массой. Первое поколение кварков — это верхние (up) и нижние (down) кварки, второе поколение включает в себя очарованные (charm) и странные (strange) кварки, а третье поколение — прелестные (beauty или bottom) и истинные (truth или top). В каком-то смысле второе и третье поколения кварков — это более тяжелые кузены кварков первого поколения. Первое поколение лептонов — это электроны и электронное нейтрино. Второе, более тяжелое, поколение включает в себя мюон и мюонное нейтрино. Третье поколение лептонов — тау-лептон и тау-нейтрино. Мюон и тау-лептон — тяжелые версии электрона.

14

Частицы — переносчики взаимодействия в Стандартной модели — бозоны, а именно фотоны (электромагнитное взаимодействие), глюоны (сильное взаимодействие) и W- и Z-бозоны (слабое взаимодействие). Пятый в этом ряду — бозон Хиггса. Термин “бозоны” появился в честь индийского физика Сатиендра Нат Бозе. Более подробную информацию о Бозе см. в кн.: Satyendra Nath Bose: His Life and Times, edited by Kameshwar С Wali. World Scientific, 2009.

15

Из всех фундаментальных сил природы слабые силы, вероятно, наименее известны. Все частицы, за исключением глюонов и фотонов, ощущают действие слабых сил. Они действуют на столь коротких расстояниях, что по сути дела являются контактными. Слабая сила принимает участие в радиоактивном бета-распаде. когда радиоактивные элементы испускают электроны или позитроны высоких энергий. При обмене W-бозонами тип кварка может измениться, или — говоря иначе — изменится аромат.

16

Ньютоновские законы движения прекрасно описывают объекты (или частицы), которые движутся значительно медленнее, чем свет. Но при скоростях, близких к скорости света, физические законы резко изменяются, и важную роль начинает играть теория относительности Эйнштейна. Эта теория является следствием двух утверждений: во-первых, скорость света одинакова для всех зрителей, независимо от их относительных скоростей, а во-вторых, законы физики одинаковы во всех инерциальных (неускоряющихся) системах отсчета. Иными словами, законы физики одинаковы, находитесь ли вы в стационарной лаборатории или мчитесь в пространстве с постоянной скоростью.

17

Ученые подсчитали, что уже за 1 пикосекунду, или одну триллионную долю секунды, после Большого взрыва Вселенная достаточно остыла, чтобы включилось поле Хиггса.

18

Ученые в целом соглашаются, что Вселенной 13,7 млрд лет. А что происходило до этого? Теория до сих пор ничего не может сказать по этому вопросу, и мы, возможно, никогда этого не узнаем. Стивен Хокинг сравнил вопрос о том, что происходило до Большого взрыва, с вопросом о том, что находится к северу от Северного полюса.

19

Исчезновение поля Хиггса или изменение его напряженности имело бы драматические последствия, например, для химии. Электрон приобретает массу с помощью поля Хиггса. Без этого поля электроны остались бы безмассовыми и двигались бы слишком быстро, чтобы атомные ядра захватили их на атомные орбиты. Периодическая система элементов перестала бы существовать.

20

В Стандартной модели поле Хиггса является сложным и состоит из двух нейтральных и двух заряженных компонентов. Два заряженных компонента дают массу положительно и отрицательно заряженным W-бозонам. Один нейтральный компонент дает массу Z-бозону. Бозон Хиггса является квантом оставшегося нейтрального компонента поля.

21

Более подробную информацию о работе Гёделя см. в кн.: Gregory J. Chaitin. Thinking about Godel and Turing: Essays on Complexity, 1970-2007. World Scientific, 2007.

22

Более подробную информацию о работе фон Неймана о теории игр см. в кн.: William Poundstone. Prisoner’s Dilemma: John von Neumann, Game Theory and the Puzzle of the Bomb. Anchor Books, 1993.

23

Интервью с автором, август 2008.

24

Интервью с автором, август 2007.

25

Там же.

26

Daniel Kastler, Derek W. Robinson and Andre Swieca. Conserved currents and associated symmetries; Goldstone’s theorem’. Communications in Mathematical Physics. Vol. 2. No. 2 (1966). P. 108-120.

27

Оппенгеймер ушел в отставку с поста директора в 1966 году после того, как ему поставили страшный диагноз — рак горла. Он умер 18 февраля 1967 года в возрасте 62 лет.

28

Интервью с автором, август 2008 года.

29

Peter Higgs. See ‘SBGT and all that’. Weak Neutral Currents, edited by David В Cline. Westview Press, 1997.

30

Полный отчет о вещании из Челмсфорда концерта Мельбы см. в кн.: Sean Street. A Concise History of British Radio 1922-2002:80 Years of Key Developments. Kelly publications, 2002; Brian Hennessy. The Emergence of Broadcasting in Britain. Southerleigh, 2005.

31

Impacts and Influences: Essays on Media Power in the Twentieth Century, edited by James Curran, Anthony Smith and Pauline Wingate. Methuen Young Books, 1987.

32

См. предыдущие ссылки.

33

Burton Paulu. Television and Radio in the United Kingdom. University of Minnesota Press, 1981.

34

George Shiers. Early Television: A Bibliographic Guide to 1940. Routledge, 1996. Francis Wheen. Television. David & Charles, 1986.

35

Более подробную информацию о необычной наружности Максвелла см., например, в кн.: Henry Abraham Boorse, Lloyd Motz and Jefferson Hane Weaver. The Atomic Scientists: A Biographical History. Wiley, 1989; Martin Goldman. The Demon in the Aether: The Story of James Clerk Maxwell. Adam Hilger, 1984.

36

Matthew Radmanesh. The Gateway to Understanding: Elections to Waves and Beyond. Author-House, 2005: Rodney Carlisle. Scientific American Inventions and Discoveries: All the Milestones in Ingenuity from the Discovery of Fire to the Invention of the Microwave Oven. Wiley, 2004. Фарадей был первым, кто в 1845 году использовал термин “магнитное поле”.

37

Martin Goldman. The Demon in the Aether. The Story of James Clerk Maxwell. Adam Hilger, 1984.

38

Концепция объединения стала мощным ориентиром в физике и других науках. Более подробную информацию о большом объединении в физике см. в кн.: Z. Hassan. Ideals and Realities: Selected Essays of Abdus Salam. World Scientific, 1983; Tom Siegfried. Strange Matters: Undiscovered Ideas at the Frontiers of Space and Time. Joseph Henry Press, 2002.

39

Более подробную информацию об эфире см. в кн.: Lawrence Krauss. Quintessence. Vintage, 2001: Kevin С. Knox and Richard Noakes. From Newton to Hawking: A History of Cambridge University’s Lucasian Professors of Mathematics. Cambridge University Press, 2002.

40

Bernard Cohen and George E. Smith. The Cambridge Companion to Newton. Cambridge University Press, 2002.

41

Более подробную информацию о предсказаниях Кельвина см., например, в кн.: Gordon Fraser. The New Physics for the Twenty-First Century. Cambridge University Press, 2006: Ted Davis, Roger H. Stuerwer and Rutherford Aris. Springs of Scientific Creativity: Essays on Founders of Modern Science. University of Minnesota Press, 1983.

42

Barbara Lovett Cline. Men Who Made a New Physics: Physicists and the Quantum Theory. University Of Chicago Press, 1987.

43

Цитируется в кн.: William Cropper. Great Physicists (см. библиографию), автор, который ссылается на кн.: Max Planck. Scientific Autobiography and Other Papers (Physikalische Abhandlungen und Vortrage). New York Philosophical Library, 1949.

44

Более подробную информацию о квантовом описании эффекта см. в кн.: Andrew Whitaker. Einstein, Bohr and the Quantum Dilemma: From Quantum Theory to Quantum Information. Cambridge University Press, 2006; Abraham Pais. Subtle Is the Lord: The Science and the Life of Albert Einstein. Oxford University Press, 2005.

45

Газы поглощают и излучают свет разных длин волн из-за различия энергий электронных орбит. Можно представить электронные орбиты в виде концентрических колец с центром в атомном ядре. Если электрон поглотит достаточно энергии, он перескочит вверх на более высокую орбиту. Длина волны поглощенного света определяется разностью энергетических уровней — величиной энергетического зазора между орбитами. Когда электрон падает снова вниз, он излучает свет той же длины волны. Изучая спектры разных газов, ученые могут определить расположение их электронных орбит.