Лауреатами Нобелевской премии в области физики в 2013 году стали профессор Эдинбургского университета Питер Хиггс и профессор Брюссельского свободного университета и Чепменского университета в Калифорнии Франсуа Англер ( François Engler). Возможно, физикам-теоретикам, предсказавшим существование «бозона Хиггса» пришлось бы еще долго ждать признания со стороны Нобелевского комитета, однако события этого лета ускорили принятие этого решения.
Но история этого открытия началась, конечно же, не сегодня. В 1964 году журнал Physical Review Letters напечатал статью Питера Хиггса «Нарушение симметрии и массы калибровочных бозонов». В ней автор предлагал объяснение того, как бозоны — частицы-носители взаимодействий получают массу. Напомним, что физики насчитывают четыре фундаментальных взаимодействия: гравитационное, электромагнитное, слабое и сильное. Осуществляются эти взаимодействия между частицами с помощью обмена бозонами — частицами, спин которых равен целому числу. Электромагнитное взаимодействие переносят фотоны, слабое — W- и Z-бозоны, сильное — глюоны, гравитационное — гравитоны (которые пока не обнаружены).
Нарушение симметрии, о котором писал Хиггс, состоит в том, что бозоны теоретически не должны иметь массы. Фотоны и глюоны соответствуют этому постулату. А вот участвующие в слабых взаимодействиях W- и Z-бозоны массу имеют, причем они довольно тяжелые по меркам мира элементарных частиц. Масса W-бозона 80,4 ГэВ/c2, а Z-бозона — 91,2 ГэВ/c2. То есть они примерно в сто раз тяжелее протона и весят примерно как атомы рубидия и технеция, соответственно.
Хиггс для объяснения массы бозонов предположил существование особого поля, которое, взаимодействуя с бозонами, наделяет их массой. Квант этого поля — это и есть та самая частица, которую назвали «бозоном Хиггса». Чтобы проиллюстрировать хиггсовский механизм приобретения частицами массы физик Михаил Шифман в своей лекции предложил слушателям представить красивую женщину, проходящую через зал. Если помещение пусто, женщина пройдет через него легко и быстро. Но если зал заполнен публикой, то симпатичная женщина привлечет внимание многих мужчин. Каждый из них будет стараться подойти поближе, заговорить с ней, вокруг дамы соберется кружок мужчин. Поэтому пройти сквозь зал ей будет сложнее. Заполнившие зал люди — это и есть поле, предложенное Хиггсом, а женщина — частица, приобретающая массу за счет взаимодействия с полем.
Похоже, что время для этой гипотезы назрело. Независимо от Хиггса два других физика Франсуа Англер и Роберт Браут (Robert Brout) опубликовали статью в том же журнале и даже под почти тем же названием «Нарушение симметрии и масса калибровочных векторных бозонов», где также предположили существование поля, придающего массы бозонам. Чуть позже эту же идею выдвинули еще три автора Джеральд Гуральник (Gerald Guralnik), Карл Хаген (Carl Hagen) и Томас Киббл (Thomas Kibble). Так что частица, обнаружения которой столько лет ждали физики, могла бы называться не только бозоном Хиггса, но и бозоном Браута или Англера. Сам механизм в некоторых источниках фигурирует под названием Englert–Brout–Higgs–Guralnik–Hagen–Kibble mechanism.
Тем не менее, одну Нобелевскую премию было бы невозможно присудить такому числу ученых. Роберт Браут умер в 2011 году, поэтому лауреатами стали Хиггс и Англер как высказавшие идею раньше. Хотя надо признать, что разница по времени очень невелика. 31 августа 1964 года была опубликована статья Браута и Англера, в тот же день редакция получила статью Хиггса и опубликовала ее 19 октября, статья Гуральника, Хагена и Киббла поступила в редакцию 12 октября и вышла в свет 16 ноября.
Но все предположения теоретиков оставались бы лишь одной из возможных моделей, если бы не получили экспериментальных подтверждений. За полвека, прошедшие со времени выхода статьей, появилось немало других теорий, объяснявших наличие массы у элементарных частиц. Выяснить, какая из теорий верна, можно было только путем эксперимента. А для экспериментов в области физики элементарных частиц нужны мощные ускорители.
Поиски бозона Хиггса велись с начала 2000-х годов. Сначала физики, исходя из характеристик других частиц, смогли уточнить значение массы хиггсовского бозона, еще не обнаружив его самого. Наконец, 4 июля 2012 года на пресс-конференции ЦЕРН обнаружение бозона было подтверждено. Сам Питер Хиггс, узнав об этом, сказал, что не надеялся дожить до экспериментального подтверждения своей гипотезы.
