Вернемся к частицам и полям. При их взаимодействиях также может возникать потенциальная энергия. При этом величина потенциальной энергии может условно описываться положением шарика в ложбине. В разных ситуациях ложбина может быть с центральной горкой или без таковой. Конечно, с непривычки читателю трудно представить себе, какое отношение поле может иметь к шарику в ложбине. Но абстрактные картинки широко распространены в науке. Здесь, в этой картинке, высота шарика над дном ложбины описывает потенциальную энергию поля.
Вернемся теперь к хиггсовским полям. Они могут находиться в двух состояниях. При температуре больше миллиона миллиардов градусов поля существуют в виде отдельных элементарных частиц. С понижением температуры до указанного значения хиггсовские поля претерпевают, как говорят, фазовый переход, они «конденсируются» подобно воде из охлаждаемого перегретого пара. При этом возникает «конденсат» хиггсовских полей, не зависящий ни от места в пространстве, ни от времени. И в создавшихся условиях его никак нельзя устранить. Таким образом, это, по существу, вакуум. Физики так и говорят — возник «новый вакуум».
Положение шарика на вершине центральной горки соответствует «старому вакууму». При больших температурах форма ложбины была другой, ее склоны поднимались вверх сразу от центра горки, и это положение шарика было устойчивым. «Старый вакуум» иногда называют «ложным вакуумом» или «вакуумноподобным состоянием». (Этот последний термин мы часто будем употреблять.) С понижением температуры форма ложбин приобретает вид ложбины с центральной горкой.
Образование нового вакуума эквивалентно скатыванию шарика в наинизшее состояние — в ложбину с центральной горки. Шарик скатывается в наинизшее энергетическое состояние и успокаивается на дне ложбины сбоку от центральной горки. Но положение его явно несимметрично. Возникло «перекошенное» состояние.
Поэтому хиггсовские поля расщепляются на непохожие составляющие. Одной соответствует квант — массивная частица, не обладающая спином, другой — частица нулевой массы, которая поглощается частицами-переносчиками, и из-за этого W+-, W--, Z0 -бозоны приобретают массу (мы не будем здесь объяснять, почему это происходит). Одновременно приобретают массу частицы материи с полуцелыми спинами — кварки и некоторые (а может быть, и все) лептоны. Последнее получается из-за того, что они взаимодействуют с несимметричным конденсатом хиггсовских полей, составивших новый (несимметричный) вакуум. Мы и здесь не будем пояснять, как это происходит. Подобное пояснение достаточно сложно, а мы и так, наверное, несколько перегрузили читателя необычной информацией.
Фотон же — переносчик только электромагнитных взаимодействий — остался безмассовым.
Вот к каким многогранным последствиям привело «скатывание» хиггсовских полей с понижением температуры в несимметричное состояние нового вакуума. Спонтанно нарушилась симметрия.
Наверное, несколько абстрактно и непривычно выглядят рассуждения о симметричном и несимметричном положении шарика, о «скатывании» полей с энергетических горок. Но ничего не поделаешь, даже в простейшем изложении от читателя здесь требуется некоторая внимательность и фантазия.
Теперь после «скатывания» уже переносчики слабого взаимодействия приобрели массу. Эта масса делает слабое взаимодействие чрезвычайно близкодействующим, а безмассовый фотон по-прежнему обеспечивает электромагнетизму дальнодействие. Теперь и не узнать былой симметрии. Та симметрия, которая была явной и очевидной при больших температурах, теперь нарушилась и стала скрытой.
Вот почему физикам было так трудно ее распознать в условиях сегодняшней Вселенной. Но они это сумели сделать! За создание единой теории электрослабых взаимодействий С. Вайнберг, Ш. Глэшоу и А. Салам были в 1979 году удостоены Нобелевской премии.
Теория рассмотренных процессов в самом начале расширения Вселенной, когда были огромные температуры, была предложена советским физиком Д. Киржницем. Позднее эта теория разрабатывалась им совместно с молодым физиком А. Линде.
Не все детали описанной выше картины подтверждены с одинаковой степенью надежности. Так, пока не обнаружены хиггсовские массивные частицы. По крайней мере один сорт таких тяжелых частиц должен остаться после описанных коллизий, и он должен существовать в сегодняшней Вселенной. Хотя обнаружить подобные частицы в эксперименте очень трудно, но физики верят в успех подобных поисков.