«Центр вычислительных кластерных технологий»

Хиггсовский механизм в аналогиях

Есть несколько способов пояснить на повседневном языке, как работает хиггсовский механизм. Надо сразу оговориться, что все они по-настоящему не объясняют его, а лишь наглядно иллюстрируют одну мысль — при движении частицы сквозь какую-то среду может появиться инертность.

Компания на вечеринке

Самое простое объяснение — аналогия между хиггсовским полем и людьми на вечеринке (существует также версия, адаптированная для политиков).

Представьте себе зал, равномерно заполненный болтающими друг с другом людьми, пришедшими на вечеринку. Неожиданно в комнату входит какой-то очень известный человек, и вокруг него образуется повышенная концентрация людей, желающих с ним пообщаться. При его движении по комнате плотная группа людей перемещается вместе с ним. Это выглядит так, словно у перемещающегося объекта (известного человека) появилась дополнительная масса из-за взаимодействием с «человеческим фоном». Это есть аналогия массы, которую приобретает частица, движущаяся сквозь хиггсовское поле.

Знаменитый человек, появившийся на вечеринке, создает вокруг себя повышенную концентрацию людей. Это аналогия массы, которую приобретает частица, движущаяся сквозь хиггсовское поле. Credit: CERN. Изображение с сайта PPARC Science Теперь представьте, что вместо этого один из участников вечеринки появился в дверях и рассказал ближайшим к выходу людям какой-то слух. Они стали передавать его дальше, в глубь комнаты, и в результате возникла перемещающаяся по комнате «волна» — слух, передающийся по цепочке и притягивающий к себе соседей. Это аналог бозона Хиггса.

Это объяснение было придумано одним из победителей конкурса на самое понятное одностраничное объяснение хиггсовского бозона, который объявил в 1993 году британский министр науки Вильям Волдгрэйв. Вот что получилось у каждого из пяти победителей этого конкурса.

Пенопластовые шарики

Пенопластовые шарики как аналогия безмассовых частиц (изображение с сайта www.polyfoam.com.my) Можно предложить и более физическое, и вместе с тем наглядное объяснение. Возьмите кусок пенопласта и покрошите его на стол. Получившиеся маленькие пенопластовые шарики очень легкие. Если подуть на них — они разлетятся. Это аналогия безмассовых частиц, то есть частиц, у которых очень маленькая инертность.

Теперь аккуратно налейте на стол воды, покрошите сверху пенопласт и снова слегка подуйте на него. Вы увидите, что шарики отплывают, но уже неохотно. Если бы мы не видели воду, нам бы казалось, что у них появилась инертность, которой раньше не было. Эта инертность возникает из-за того, что им при движении приходится продираться сквозь воду.

Вода в этой аналогии играет роль вакуумного хиггсовского поля. Если же подуть на воду без пенопластовых шариков, то по ее поверхности побежит рябь — это будет аналог хиггсовских бозонов.

Неточность этой аналогии заключается в том, что вода мешает движению шариков, а хиггсовское вакуумное поле мешает ускорению частиц. На частицы, движущиеся равномерно и прямолинейно, оно не влияет. Следующая аналогия более сложная, но она свободна от этого недостатка.

Движение сквозь идеальную жидкость

Если тело движется с постоянной скоростью сквозь жидкость без вязкости и без турбулентности, то жидкость будет обтекать тело, не оказывая ему в целом никакого сопротивления (в гидродинамике это называется парадоксом Даламбера). Однако при попытке изменить скорость тела у него обнаружится некоторая дополнительная инертность, называемая присоединенной массой. Она появляется из-за того, что чем быстрее движется тело, тем быстрее оно заставляет жидкость расступаться и обтекать его. Именно эта инертность жидкости и приводит к кажущейся дополнительной массе тела.

Дополнительная литература:

  • Удивительный мир внутри атомного ядра — популярная лекция для школьников про то, откуда берется масса.
  • Базовые сведения о хиггсовском механизме можно найти в книге Л. Б. Окуня «Физика элементарных частиц».

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>