Загадки мироздания могут быть самыми элементарными, самыми очевидными. Вот уже многие десятилетия физики пытаются понять, что такое масса и почему мельчайшие частицы вещества наделены ей? Из чего — почему бы не сказать так? — состоит «элементарный заряд массы»?
Порой в отчаянии исследователи готовы отшутиться, сказав, что тайну сию не ведает сам Бог. Так, в популярном у немецких физиков анекдоте Вольфганг Паули — знаменитый теоретик, известный и своей нелюбовью к экспериментам и въедливостью в вопросах теории, — возносится по смерти на небеса, где встречает Господа Бога. Сей покровитель блаженных физиков обещает ученому раскрыть — по его выбору — одну из загадок бытия. «Так что же такое масса?»
— немедленно спрашивает Паули. Добрый пастырь берет мелок и покрывает школьную доску, встречающую вас у входа в Царство Небесное, многими строками формул. Паули смотрит на написанное, досадливо машет рукой, и, взывая в отчаянии к небесам, стирает многоумные значки:
«Да что Вы, Боженька? Так не пойдет! Я уже давно это проверил!»
Итак, вопрос «Почему элементарные частицы наделены массой?» остается одной из глубочайших загадок физики. Ведь им вовсе не обязательно иметь массу, чтобы оставаться самими собой. Например, фотоны — частицы света — не имеют массы покоя, они непрестанно пребывают в движении, проносясь со скоростью света по Вселенной.
В отличие от них протоны, нейтроны и электроны обладают массой покоя и — благодаря этому — могут находиться в покое, будучи наделены определенной инерцией, то есть сопротивляясь попыткам изменить скорость их движения. Нужно затратить энергию, чтобы сдвинуть их с места, так же, как нужно затратить энергию, чтобы остановить их. Чем же объясняется их поведение? Почему одни частицы оказываются инертнее других? Почему одним требуется больше энергии, чтобы начать движение, чем другим?
Все ответы неминуемо сводятся к одному — к «Массе частиц», этому важнейшему ориентиру в мире физики, за которым расстилается непроницаемый мрак. Можно лишь гадать, что находится за ним. Здесь в цепочке логических рассуждений возникает сингулярный разрыв — белое пятно на карте физических экспериментов, проведенных в последние десятилетия. Пятно, само существование которого объясняется, может быть, тем, что у физиков «не хватало энергии», чтобы добраться в этот неведомый край. Новейший коллайдер под Женевой — лучший пока транспорт для езды в незнаемое. Возможно, он доставит их к «полю Хиггса». Ведь большинство физиков убеждено сейчас в том, что именно это поле наделяет элементарные частицы массой.
Итак, со времен Эйнштейна было известно, что все частицы, чья масса покоя равняется нулю, движутся со световой скоростью, и, наоборот, частицы, обладающие массой покоя, не могут достичь световой скорости.
В 1964 году шотландский физик Питер Хиггс предположил, что существует некое, не известное пока науке поле, напоминающее, скорее, тягучий, растекшийся мед. Все мироздание заполнено им. Оно всегда, при самой низкой энергии, отлично от нуля. Любые элементарные частицы, движущиеся сквозь время и пространство, движутся также и сквозь поле Хиггса; оно тормозит их. Массивные частицы взаимодействуют с ним сильнее, легкие — слабее. Можно сказать так: частицы, изначально лишенные массы, попав в поле Хиггса, приобретают некую массу. Лишь некоторые частицы, — вспомним снова фотоны, — беспрепятственно минуют это поле.
Кстати, нечто подобное происходит, когда заряженная частица летит, ускоряясь под действием электромагнитного поля — она тоже получает некий прирост массы от этого поля. В этом отношении поле Хиггса ничем не отличается от электромагнитного.
Пытаясь пояснить, каким образом элементарные частицы приобретают массу, физики нередко прибегают к различным образам. «Представьте себе, все мироздание до краев заполнено вязкой глиной. Все элементарные частицы дефилируют по космосу в каких-нибудь болотных сапогах, и при каждом движении на их обуви остаются комья глины. Вот так же к ним пристает их масса, пока они пробираются сквозь поле Хиггса, а оно вездесуще».
Таким образом, масса любой элементарной частицы представляет собой не что иное, как результат ее взаимодействия с полем Хиггса, пронизывающим весь космос. Сами по себе частицы, повторим, не имеют массы покоя. Если бы не поле Хиггса, все они двигались бы со световой скоростью — лишь это поле наделяет их инерцией. Его напряженность везде одинакова. В отличие от электрических и магнитных полей, в поле Хиггса нет никаких силовых линий. Оно, как говорят физики, является «скалярным полем». Поэтому любые частицы одного и того же вида, где бы они ни находились и в каком бы направлении ни двигались, наделены одинаковой массой.