Питер Хиггс

Питер Хиггс (англ. Peter Ware Higgs; 29 мая 1929, Ньюкасл-апон-Тайн — 8 апреля 2024, Эдинбург) — британский физик-теоретик, профессор Эдинбургского университета. Наиболее известен как один из авторов механизма спонтанного нарушения электрослабой симметрии, объясняющего происхождение массы элементарных частиц. В 2013 году совместно с Франсуа Энглером был удостоен Нобелевской премии по физике за теоретическое открытие механизма, который впоследствии был подтверждён экспериментально с обнаружением бозона Хиггса.

Биография

Ранние годы и образование

Питер Хиггс родился 29 мая 1929 года в Ньюкасле-апон-Тайне, Англия, в семье инженера по звукозаписи Томаса Уэра Хиггса и домохозяйки Гертруды Мод Хиггс. Из-за астмы и частых переездов семьи (связанных с работой отца) начальное образование получал в разных школах, в том числе в Бристоле. В 1946 году поступил в Лондонский королевский колледж (King’s College London), где в 1950 году получил степень бакалавра по физике, а в 1954 году — докторскую степень (PhD) за диссертацию по молекулярной физике.

Научная карьера

После защиты диссертации Хиггс работал в различных университетах: в 1954–1956 годах — в Эдинбургском университете, затем в 1956–1958 годах — в Имперском колледже Лондона, а в 1958–1960 годах — в Университетском колледже Лондона. В 1960 году он вернулся в Эдинбургский университет, где в 1964 году стал лектором, а в 1980 году — профессором теоретической физики. В 1996 году вышел на пенсию, получив звание почётного профессора.

Личная жизнь и смерть

Хиггс был женат на Джоди Уильямсон (с 1963 года), у них двое сыновей. Он был известен своим атеистическим мировоззрением и скромным образом жизни. Питер Хиггс скончался 8 апреля 2024 года в Эдинбурге в возрасте 94 лет после непродолжительной болезни.

Научный вклад

Механизм Хиггса

Основная научная заслуга Хиггса — разработка механизма спонтанного нарушения симметрии в калибровочных теориях поля. В 1964 году, независимо от других групп (Роберта Браута и Франсуа Энглера, а также Джеральда Гуральника, Карла Хагена и Тома Киббла), он предложил модель, в которой безмассовые калибровочные бозоны приобретают массу за счёт взаимодействия с квантовым полем — полем Хиггса.

Ключевая идея заключалась в том, что поле Хиггса имеет ненулевое значение в вакууме (вакуумное ожидание), что нарушает симметрию электрослабого взаимодействия. В результате этого нарушения W- и Z-бозоны (переносчики слабого взаимодействия) становятся массивными, а фотон остаётся безмассовым. В своей статье 1964 года Хиггс также предсказал существование массивной скалярной частицы — кванта поля Хиггса, которая впоследствии получила название бозон Хиггса.

Предсказание бозона Хиггса

В статье «Broken Symmetries and the Masses of Gauge Bosons» (1964) Хиггс математически показал, что при спонтанном нарушении симметрии в калибровочной теории возникает дополнительная массивная частица со спином 0. Эта частица, названная впоследствии бозоном Хиггса, стала ключевым предсказанием, которое требовало экспериментальной проверки.

Влияние на Стандартную модель

Механизм Хиггса стал фундаментом для построения Стандартной модели физики элементарных частиц. Он объясняет, как W- и Z-бозоны приобретают массу, не нарушая калибровочную инвариантность теории. Без этого механизма Стандартная модель не могла бы быть математически непротиворечивой. В 1970-х годах теория была развита Шелдоном Глэшоу, Абдусом Саламом и Стивеном Вайнбергом, которые объединили электромагнитное и слабое взаимодействия в единую электрослабую теорию.

Экспериментальное подтверждение

Поиски бозона Хиггса

На протяжении десятилетий бозон Хиггса оставался единственной непроверенной частицей Стандартной модели. Поиски велись на крупнейших ускорителях: в 1990-х годах на Большом электрон-позитронном коллайдере (LEP) в ЦЕРНе, а затем на коллайдере Тэватрон в Фермилабе. Однако ни один из них не смог достичь необходимой энергии для его обнаружения.

Открытие в ЦЕРНе

4 июля 2012 года на Большом адронном коллайдере (БАК) в ЦЕРНе было объявлено об открытии новой частицы с массой около 125 ГэВ/c², свойства которой соответствовали предсказаниям для бозона Хиггса. Открытие было сделано двумя независимыми экспериментами — ATLAS и CMS. В марте 2013 года физики подтвердили, что обнаруженная частица действительно является бозоном Хиггса.

Нобелевская премия

В 2013 году Питер Хиггс и Франсуа Энглер были удостоены Нобелевской премии по физике «за теоретическое открытие механизма, который способствует нашему пониманию происхождения массы субатомных частиц, и который был подтверждён открытием предсказанной фундаментальной частицы в экспериментах ATLAS и CMS на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе». Хиггс не присутствовал на церемонии вручения из-за плохого здоровья.

Признание и награды

Помимо Нобелевской премии, Питер Хиггс получил множество научных наград:

• Медаль Хьюза (1981) — от Лондонского королевского общества.
• Медаль и премия Поля Дирака (1997) — от Института физики.
• Медаль Вольфа по физике (2004) — совместно с Робертом Браутом и Франсуа Энглером.
• Премия принцессы Астурийской (2013) — в категории «Научные и технические исследования».
• Орден Британской империи (командор, 2013) — за заслуги перед наукой.

В его честь названы:

• Бозон Хиггса.
• Поле Хиггса.
• Премия Питера Хиггса (присуждается Эдинбургским университетом за выдающиеся достижения в теоретической физике).

Интересные факты

• Хиггс был известен своей нелюбовью к публичности. После объявления о Нобелевской премии он на несколько дней исчез из поля зрения прессы, уехав в сельскую местность.
• В 2014 году он отказался от рыцарского звания, сославшись на нежелание быть частью «истеблишмента».
• В 2016 году в Эдинбургском университете была открыта мемориальная доска в честь его работы.
• Хиггс был активным сторонником ядерного разоружения и членом Кампании за ядерное разоружение (CND).
• В 2012 году, после объявления об открытии бозона Хиггса, он был назван журналом Time одним из 100 самых влиятельных людей мира.

Источники

• Higgs, P. W. (1964). «Broken Symmetries and the Masses of Gauge Bosons». Physical Review Letters.
• Higgs, P. W. (1964). «Broken Symmetries, Massless Particles and Gauge Fields». Physics Letters.
• The Nobel Foundation. «The Nobel Prize in Physics 2013».
• CERN. «The Higgs boson».
• Close, F. (2011). «The Infinity Puzzle: Quantum Field Theory and the Hunt for an Orderly Universe». Oxford University Press.
• Sample, I. (2024). «Peter Higgs obituary». The Guardian.