На просторах Вселенной каждая планета, каждая частица пыли и даже каждая невидимая элементарная частица имеет свою массу. Масса является краеугольным камнем существования объекта, и она определяет, как он движется и взаимодействует друг с другом. Однако, когда мы пытаемся исследовать эту, казалось бы, простую, но постоянно расширяющуюся Вселенную, природа массы становится загадочной головоломкой. Что это такое? Как это произошло?

В поисках ответов ученые перешли от макромира к микромиру, от далеких галактик к элементарным частицам, из которых состоит все. Они обнаружили, что для того, чтобы понять тайну массы Вселенной, возможно, необходимо начать с мельчайшего масштаба, исследуя тайны, невидимые невооруженным глазом.

Каждый объект, который мы видим, будь то величественная гора или крошечная клетка, состоит из атомов. А ядро, мир мельчайших частиц, является основой всей материи. Глубоко в ядре атома действует уникальный закон, известный как квантовая механика, который описывает поведение микроскопических частиц, совершенно отличное от того, что мы наблюдаем в нашей повседневной жизни.

Квантовая механика говорит нам, что микроскопические частицы не имеют определенного положения и скорости, как макроскопические объекты, и что они существуют в неопределенном, вероятностном состоянии. Еще более удивительно, что квантовая механика также предсказывает активность в пустом пространстве — даже в, казалось бы, пустом пространстве частицы постоянно появляются и исчезают, и этот процесс известен как квантовые флуктуации. Все это происходит в масштабах меньших, чем ядро атома.

Теория квантовой механики переносит нас в удивительный мир, полный рождения и смерти частиц, даже в пространстве, лишенном какой-либо материи. Эти частицы появляются в небытии, а затем умирают в одно мгновение, как призраки Вселенной, приходя и уходя, не оставляя следа. Хотя присутствие этих частиц не видно невооруженным глазом, их активность может оказывать влияние на окружающую их материю.

Флуктуирующая активность таких частиц не только подтверждает, что пустое пространство на самом деле не является пустотой, но и дает нам новое понимание взаимосвязи между материей и энергией. На этой микрокосмической сцене пустотное пространство уже не является статичным и неизменным фоном, а представляет собой динамичную и постоянно меняющуюся систему.

Эффект Казимира — это своеобразное явление, предсказанное квантовой механикой, которое демонстрирует силу активности в пустотном пространстве. В 1948 Хендрик Казимир выдвинул гипотезу: если две металлические пластины расположить очень близко друг к другу, квантовая активность в пустотном пространстве между ними будет иной. Кесимир считал, что из-за слишком малого пространства между досками частицы определенных энергий не смогут существовать, поэтому доски будут прижиматься друг к другу под действием невидимой силы.

В то время эта теория казалась революционной, и только спустя годы ученые экспериментально проверили этот эффект. Когда металлические пластины расположены в непосредственной близости, они действительно прижимаются друг к другу под действием активности в пустом пространстве, как и предсказывал Казимир. Этот эксперимент не только подтверждает предсказания квантовой механики, но и, что более важно, показывает нам, что даже пустое пространство обладает способностью перемещать объекты и влиять на реальность.

在探索宇宙質量之謎的旅程中，人類建造了史上最強大的科學裝置——大型強子對撞機（LHC）。這座位於瑞士日內瓦的巨型機器，深入地下五十米，其任務是將次原子粒子加速至接近光速，然後讓它們在高速對撞中破碎，從而揭示物質最深層次的秘密。

LHC – это не только чудо техники, но и символ человеческого любопытства. Его строительство и эксплуатация являются дорогостоящими, в них задействовано сотрудничество ученых из десятков стран мира. Анализируя фрагменты частиц, произведенные коллайдером, ученые обнаружили множество новых частиц, которые продолжают бросать вызов нашему пониманию состава вещества. Конечная цель БАК состоит в том, чтобы найти ключевую частицу, известную как частица бозона Хиггса, которая, как полагают, является таинственной средой, придающей массу другим частицам.

В мире физики элементарных частиц поле Хиггса является ключевым понятием. Он был предложен Питером Хиггсом в 1964 для объяснения центрального вопроса: почему элементарные частицы имеют разную массу? Согласно теории поля Хиггса, это поле вездесуще, оно окружает каждую частицу, как океан, и частицы приобретают массу, проходя через это поле.

Эта теория объясняет генерацию массы взаимодействием частиц с полем Хиггса. Подобно тому, как актеры разной известности и размера проходят через папарацци, так и сложность, с которой частицы проходят через поле Хиггса, различна, что приводит к разным качествам, которые они приобретают. Это взаимодействие позволяет легким частицам легко проникать, в то время как тяжелые частицы испытывают большее сопротивление в поле и поэтому имеют большую массу. Теория поля Хиггса дает нам основу для понимания того, как частицы приобретают массу, и подтверждение этой теории станет крупным прорывом в физике.

В то время как теория поля Хиггса теоретически убедительна, доказать ее существование сложно. Для того, чтобы найти частицы Хиггса, которые могут доказать существование поля Хиггса, ученые построили ускорители частиц, такие как БАК. Частицы бозона Хиггса считаются чрезвычайно редкими и их трудно обнаружить, они как призраки во Вселенной, появляясь лишь на короткое время в экстремальных условиях.

Важность обнаружения частицы Хиггса заключается не только в том, чтобы проверить существование поля Хиггса, но и в том, как оно изменит наше понимание Вселенной. Если мы найдем частицу Хиггса, мы сможем подтвердить происхождение массы материи и лучше понять, как частицы объединяются, чтобы сформировать все, что мы видим. Это станет скачком вперед в понимании человечеством мира природы, и это выведет наше понимание Вселенной на новый уровень.