Бозон Хиггса просто прекрасен, однако большая часть вашей массы от него не зависит. Механизм Хиггса объясняет наличие массы у всех вещей, не так ли? На самом деле нет, он применим только для элементарных частиц: электроны получают всю свою массу благодаря взаимодействию Хиггса, однако протоны и нейтроны, состоящие из кварков, — нет.
На самом деле масса кварков настолько мала, что она составляет всего лишь один процент массы протона и нейтрона. Вся остальная масса обусловлена энергией глюоного поля. Глюоны не имеют массы, однако в их поле столько энергии, что, из-за того, что Е=мс2, в этом поле находится значительное количество массы. Именно это объясняет наличие массы у вас и фактически у всего вокруг.
Перевод: Варя Феофанова
Редактура: Алексей Малов
Озвучка: Виктор Сандаков, Дмитрий Чепусов
Монтаж: Александр Штанг, Юрий Хомяков
Обложка: Мирана Эрнестовна
Скрытый текст
Двадцать один грамм — это масса всех электронов в вашем теле, если вы, как и я, около семидесяти килограмм.
Эта масса обусловлена механизмом Хиггса: электроны, двигаясь в пространстве-времени, взаимодействуют с полем Хиггса, из-за чего они приобретают массу, начинают двигаться медленнее и не могут достичь скорости света.
Но большая часть вашей массы не обусловлена механизмом Хиггса. Тоже самое можно сказать про все, что вас окружает.
В основном масса объектов зависит от других принципов, потому что большую часть вашей массы и массы всей материи составляют протоны и нейтроны, которые не являются фундаментальными частицами, и состоят из других частиц, называемых «кварками».
Теория, которая описывает кварки и их взаимодействие друг с другом через глюоны, называется «Квантовая хромодинамика».
«Хромо» переводится как «цвет» с греческого, и можно сказать, что частицы несут “цветной заряд”.
Но они гораздо меньше, чем длина волны видимого света, поэтому они никак не могут быть окрашены, однако эта полезная аналогия помогает нам понять, как они взаимодействуют и какие частицы могут сформировать.
Правила очень просты: чтобы частица могла существовать, она должна быть «бесцветной» или белой, как этот дом.
Вы можете достигнуть этого двумя способами: вы можете взять три кварка разного цвета — красного, зеленого и синего и вместе они дадут белый. Или вы можете взять кварк и анти-кварк, например один кварк зеленого цвета, а другой — …анти-зеленого, скажем, пурпурного.
Сейчас, на этом небольшом участке пляжа, я хочу показать, как кварки связываются друг с другом и образуют различные частицы.
Для этого вам надо вспомнить, что в прошлом в видео мы говорили о том, что пустое пространство на самом деле не пустое.
Пляж имеет неровную поверхность, которая имитирует колебания глюонного поля. Представьте, что пляж колышется, а эти выпуклости исчезают и появляются.
Это очень важно, потому что, чтобы избавиться от этих колебаний, нужна энергия, и это необходимо для того, чтобы кварки соединились.
Существование кварков подавляет колебания поля и создает так называемую “трубку глюонного поля”, область пространства, где действительно ничего нет в вакууме между кварком и анти-кварком.
Это соединяет их, и получается так называемый мезон, пара кварк и анти-кварк.
Что интересно насчет этой трубки, так это то, что, даже если кварки отдаляются друг от друга, она сохраняет свой диаметр и, так сказать, интенсивность подавления поля. Это означает, что сила фактически не увеличивается. Это не то, как ведет себя пружина или резинка.
Сила, удерживающая кварки вместе остается прежней.
Но необходимо прикладывать все больше и больше усилий, двигая кварк и анти-кварк дальше друг от друга. Какое-то время люди думали, что эти кварки всегда будут связаны, и если отодвигать их друг от друга, мы получим очень длинную “трубку глюонного поля” На самом деле, если вы приложите достаточно энергии, вы сможете создать… новую пару кварк- анти-кварк.
Однако эти кварки все еще связаны.Вы никогда не сможете увидеть отдельный кварк: потому, что если вы попытаетесь отделить его, вам придется приложить энергию, достаточную для создания новой пары кварк и анти-кварк.
Чтобы создать протон, нам понадобится У-кварк, еще один У-кварк и Д-кварк. Стандартная модель протона, которую вы, наверное, видели, включает в себя эти кварки, связанные маленькими «глюоновыми пружинами» между собой.
Мы знаем, что такая модель совершенно неправильна. В лучшем случае можно было надеяться увидеть что эти трубки образуют грани треугольника. Однако на самом деле такого не происходит, и трубки скорее складываются в такой Игрик.
Самое удивительное в протоне это то, что в нем может одновременно быть более трех кварков.
Дело в том, что дополнительные пары кварков и анти-кварков могут постоянно появляться и исчезать. В любой момент времени внутри протона может быть пять, семь или девять, любое нечетное число, кварков.
На самом деле протон выглядит вот так. Очевидно, кваркам нравится сидеть на этих выступах глюонного поля. Тут есть два У-кварка и Д-кварк, и еще так называемые “странные” эС-кварк и эС-антикварк, что странно, потому что обычно мы не задумываемся о присутствии этих кварков в протоне, однако они могут быть там в любой момент времени.
Также вы можете видеть, что эти кварки очистили вакуум. Еще видно те самые трубки глюонного поля — области пространства, где глюонное поле было подавлено. Именно это и заставляет кварки держаться вместе.
Это и есть сильное взаимодействие, которое соединяет кварки в центре протона.
Тут есть принципиальная связь с тем фактом, что… области без флуктуаций содержат больше энергии, чем нерасчищенные.
Все верно. Приходится тратить энергия, чтобы расчистить вакуум.
Так откуда же в действительности берется масса протона? Конечно, эти элементарные кварки взаимодействуют с полем Хиггса, и это дает им небольшую часть их массы.
Но если вы подсчитаете массу всех кварков в протоне, она будет равна примерно одному проценту всей массы протона. Так откуда же берется оставшаяся масса?
Ответ – из энергии. Вы знаете уравнение Эйнштейна: Е равно Эм Це Квадрат. Это значит, что мы можем получить много энергии из небольшого количества массы. А еще, из этой формулы можно вывести, что мы можем получить некоторую массу, если у нас есть много энергии.
И именно из этого берется большая часть массы протона. Она появляется из-за того, что существуют флуктуации энергии в глюоном поле и кварки взаимодействуют с ними.
Именно отсюда берется ваша масса. Она берется из энергии этих взаимодействий.
Эйнштейн говорил о том, что если, скажем, у меня была бы чашка горячего чая, она была бы чуть тяжелее той же самой чашки с уже остывшим чаем. И он был прав.
Конечно, на чашке чая этого не измерить, но большей частью вашей массы вы обязаны уравнению Е равно Эм Це Квадрат и тому факту, что ваша масса наполнена энергией возникающей при взаимодействии кварков с этими энергетическими флуктуациями глюоного поля.
Мне это кажется удивительным, потому что то, что кажется нам просто пустым пространством, оказывается именно тем, что дает всем нам основную часть нашей массы.
