Питер Хиггс: Жизнь и вклад в физику элементарных частиц.

Введение

Британский физик-теоретик (1929–2024)

Питер Уэр Хиггс (29 мая 1929 – 8 апреля 2024) был британским физиком-теоретиком, профессором Эдинбургского университета и лауреатом Нобелевской премии по физике за работы по массе субатомных частиц. В 1964 году Хиггс был единственным автором одной из трех основополагающих статей, опубликованных в журнале Physical Review Letters (PRL), в которой предлагалось, что спонтанное нарушение симметрии в электрослабой теории может объяснить происхождение массы элементарных частиц, в частности, W- и Z-бозонов. Этот механизм Хиггса предсказал существование новой частицы – бозона Хиггса, обнаружение которой стало одной из важнейших задач физики. В 2012 году ЦЕРН объявил об открытии бозона Хиггса на Большом адронном коллайдере. За эту работу Хиггс получил Нобелевскую премию по физике, которой он разделил с Франсуа Энглером в 2013 году.

Ранние годы и образование

Хиггс родился в районе Элсвик города Ньюкасл-апон-Тайн, Англия, в семье Томаса Уэра Хиггса (1898–1962) и его жены Гертруды Мод Когилл (1895–1969). Его отец работал звукоинженером на BBC. Из-за детской астмы, а также частых переездов семьи, связанных с работой отца и позднее с Второй мировой войной, Хиггс пропустил часть начального образования и получал знания дома. Когда его отец переехал в Бедфорд, Хиггс остался в Бристоле с матерью и вырос там. Он учился в школе Котэм Граммар Скул в Бристоле с 1941 по 1946 год, где его вдохновила работа Пола Дирака, выпускника этой школы и одного из основоположников квантовой механики. Он получил исследовательскую стипендию 1851 года от Королевской комиссии по выставке 1851 года и проводил докторские исследования в области молекулярной физики под руководством Чарльза Коулсона и Кристофера Лонгета-Хиггинса.

Карьера и исследования

После окончания докторской диссертации Хиггс был назначен старшим научным сотрудником Эдинбургского университета (1954–56). Затем он занимал различные должности в Имперском колледже Лондона и Университетском колледже Лондона (где он также стал временным преподавателем математики). В 1960 году он вернулся в Эдинбургский университет, чтобы занять должность преподавателя в Институте математической физики Тейта, что позволило ему обосноваться в городе, который он любил, вспоминая автостопное путешествие в Западные Высокогорья в 1949 году, когда был студентом. Он был повышен до Reader, стал членом Королевского общества Эдинбурга (FRSE) в 1974 году и получил персональную кафедру теоретической физики в 1980 году. После выхода на пенсию в 1996 году он стал профессором-эмеритом. В Эдинбурге Хиггс впервые заинтересовался проблемой массы, развивая идею о том, что частицы, изначально безмассовые при зарождении Вселенной, приобрели массу через долю секунды в результате взаимодействия с теоретическим полем (которое впоследствии получило название поля Хиггса). Хиггс предположил, что это поле пронизывает пространство, придавая массу всем элементарным субатомным частицам, взаимодействующим с ним. Механизм Хиггса постулирует существование поля Хиггса, которое наделяет кварки и лептоны массой; это объясняет лишь небольшую часть массы других субатомных частиц, таких как протоны и нейтроны. В них основную массу частицы определяют глюоны, связывающие кварки. Исходной основой работы Хиггса стала теория, предложенная японским ученым-теоретиком и лауреатом Нобелевской премии Йоичиро Намбу из Чикагского университета. Намбу предложил теорию, известную как спонтанное нарушение симметрии, основанную на явлениях сверхпроводимости в конденсированной материи, которая ошибочно предсказывала существование безмассовых частиц (теорема Голдстоуна). Он отмечал, что в разработке теории не было момента озарения. Он опубликовал короткую статью, использующую лазейку в теореме Голдстоуна (безмассовые частицы Голдстоуна не обязаны возникать при спонтанном нарушении локальной симметрии в релятивистской теории). Хиггс написал вторую статью, описывающую теоретическую модель (механизм Хиггса), но она была отклонена (редакторы журнала Physics Letters сочли ее «не имеющей очевидной связи с физикой»). Другие физики – Роберт Браут и Франсуа Энглерт, а также Джеральд Гуральник, К. Р. Хаген и Том Киббл – пришли к аналогичным выводам примерно в то же время. В опубликованной версии Хиггс ссылается на работу Браута и Энглерта, а в третьей статье цитируются предыдущие работы. Три статьи, посвященные открытию бозона, написанные Хиггсом, Гуралником, Хагеном, Кибблом, Броутом и Энглертом, были признаны знаковыми работами на праздновании 50-летия журнала Physical Review Letters. Несмотря на схожие подходы в этих известных статьях, вклад и различия между статьями 1964 года, посвященными нарушению симметрии, заслуживают внимания. Механизм был предложен в 1962 году Филиппом Андерсоном, однако он не включил в себя важную релятивистскую модель. 4 июля 2012 года ЦЕРН объявил, что эксперименты ATLAS и Compact Muon Solenoid (CMS) обнаружили убедительные признаки существования новой частицы, которая может быть бозоном Хиггса, с массой около 126 гигаэлектронвольт (GeV). Выступая на семинаре в Женеве, Хиггс заметил: «Это действительно невероятно, что это произошло при моей жизни». Ирония заключается в том, что вероятное подтверждение существования бозона Хиггса было получено в том же месте, где редактор Physics Letters отклонил статью Хиггса.

After finishing his doctorate, Higgs was appointed a Senior Research Fellow at the University of Edinburgh (1954–56). He then held various posts at Imperial College London, and University College London (where he also became a temporary lecturer in mathematics). He returned to the University of Edinburgh in 1960 to take up the post of Lecturer at the Tait Institute of Mathematical Physics, allowing him to settle in the city he had enjoyed while hitchhiking to the Western Highlands as a student in 1949. He was promoted to Reader, became a Fellow of the Royal Society of Edinburgh (FRSE) in 1974 and was promoted to a personal chair of Theoretical Physics in 1980. On his retirement in 1996, he became an emeritus professor. At Edinburgh, Higgs first became interested in mass, developing the idea that particles – massless when the universe began – acquired mass a fraction of a second later as a result of interacting with a theoretical field (which became known as the Higgs field). Higgs postulated that this field permeates space, giving mass to all elementary subatomic particles that interact with it. The Higgs mechanism postulates the existence of the Higgs field which confers mass on quarks and leptons; this causes only a tiny portion of the masses of other subatomic particles, such as protons and neutrons. In these, gluons that bind quarks together confer most of the particle mass. The original basis of Higgs's work came from the Japanese born theorist and Nobel Prize laureate Yoichiro Nambu from the University of Chicago. Nambu had proposed a theory known as spontaneous symmetry breaking based on what was known to happen in superconductivity in condensed matter, which incorrectly predicted massless particles (the Goldstone's theorem). He stated that there was no "eureka moment" in the development of the theory. He wrote a short paper exploiting a loophole in Goldstone's theorem (massless Goldstone particles need not occur when local symmetry is spontaneously broken in a relativistic theory

Higgs wrote a second paper describing a theoretical model (the Higgs mechanism), but the paper was rejected (the editors of Physics Letters judged it "of no obvious relevance to physics"). Other physicists, Robert Brout and François Englert and Gerald Guralnik, C. R. Hagen and Tom Kibble
had reached similar conclusions at about the same time. In the published version Higgs quotes Brout and Englert and the third paper quotes the previous ones. The three papers written on this boson discovery by Higgs, Guralnik, Hagen, Kibble, Brout, and Englert were each recognised as milestone papers by Physical Review Letters 50th anniversary celebration. While each of these famous papers took similar approaches, the contributions and differences between the 1964 PRL symmetry breaking papers are noteworthy. The mechanism had been proposed in 1962 by Philip Anderson although he did not include a crucial relativistic model. On 4 July 2012, CERN announced the ATLAS and Compact Muon Solenoid (CMS) experiments had seen strong indications for the presence of a new particle, which could be the Higgs boson, in the mass region around 126 gigaelectronvolts (GeV). Speaking at the seminar in Geneva, Higgs commented "It's really an incredible thing that it's happened in my lifetime." Ironically, this probable confirmation of the Higgs boson was made at the same place where the editor of Physics Letters rejected Higgs's paper.

Гражданские награды

Хиггс был удостоен премии Эдинбурга за 2011 год. Он стал пятым человеком, получившим эту премию, учрежденную в 2007 году Советом города Эдинбурга для чествования выдающегося человека, оказавшего положительное влияние на город и принесшего Эдинбургу национальное и международное признание. Хиггсу был вручен выгравированный кубок дружбы (loving cup) от достопочтенного Джорджа Грубба, лорда-провоста Эдинбурга, на церемонии, состоявшейся в Городской ратуше в пятницу, 24 февраля 2012 года. Мероприятие также ознаменовалось открытием отпечатков его рук во внутреннем дворе Городской ратуши, где они были выгравированы на камне из Кайтнесса рядом с отпечатками предыдущих лауреатов премии Эдинбурга. В июле 2013 года Хиггс был удостоен свободы города Бристоль. Научный центр Дирака-Хиггса в Бристоле также назван в его честь. В апреле 2014 года он также был удостоен свободы города Ньюкасл-апон-Тайн. В его честь была установлена латунная табличка на набережной Ньюкасл-Кейсайд в рамках "Аллеи славы местных героев" в рамках инициативы "Ньюкасл-Гейтсхед".

Центр теоретической физики Хиггса

6 июля 2012 года Эдинбургский университет объявил об открытии нового центра, названного в честь профессора Хиггса, для поддержки дальнейших исследований в области теоретической физики. Центр теоретической физики имени Хиггса объединяет ученых со всего мира для поиска "более глубокого понимания устройства Вселенной". В настоящее время центр располагается в здании Джеймса Клерка Максвелла, где находятся Школа физики и астрономии университета и команда iGEM 2015 (ClassAfiED). Университет также учредил должность профессора теоретической физики имени Питера Хиггса.

Нобелевская премия по физике

8 октября 2013 года было объявлено, что Питер Хиггс и Франсуа Энглерт разделят Нобелевскую премию по физике за 2013 год «за теоретическое предсказание механизма, который способствует нашему пониманию происхождения массы субатомных частиц, и который был недавно подтвержден открытием предсказанной фундаментальной частицы экспериментами ATLAS и CMS на Большом адронном коллайдере ЦЕРН». Хиггс признался, что вышел из дома, чтобы избежать внимания прессы, и узнал о присуждении премии от бывшего соседа по дороге домой, поскольку у него не было мобильного телефона.

Член ордена Почетных спутников

Хиггс отказался от рыцарского звания в 1999 году, но в 2012 году принял членство в Ордене компаньонов чести. Позже он заявил, что согласился на орден только потому, что его неверно уверили, что награда является исключительно подарком королевы. Он также выразил цинизм по отношению к системе почестей и к тому, как эта система "используется правительством у власти в политических целях". Орден не даёт титула и не определяет приоритет, но лица, награжденные орденом, имеют право использовать пост-номинальные буквы. В том же интервью он также сказал, что когда люди спрашивают, что означает аббревиатура после его имени, он отвечает: "Это означает, что я почетный швейцарец". Он получил орден из рук королевы на церемонии награждения в Холируд-Хаусе 1 июля 2014 года.

Личная жизнь и политические взгляды

В 1963 году Хиггс женился на Джоди Уильямсон, американском преподавателе лингвистики в Эдинбурге и коллеге-активистке Кампании за ядерное разоружение (CND). Их первый сын родился в августе 1965 года. У Хиггса было два сына: Кристофер, компьютерный ученый, и Джонни, джазовый музыкант. Хиггс был активистом CND в Лондоне, а затем в Эдинбурге, но вышел из организации, когда ее деятельность расширилась от кампании против ядерного оружия до кампании против ядерной энергетики. Он был членом Гринпис, пока группа не выступила против генетически модифицированных организмов. Хиггс активно участвовал в эдинбургском отделении Ассоциации университетских преподавателей, через которое он добивался большего участия сотрудников в управлении физическим факультетом. Он описал Ричарда Докинза как принявшего "фундаменталистский" взгляд на неатеистов. Хиггс выразил недовольство прозвищем "частица Бога". Хотя сообщалось, что он считал, что этот термин "может обидеть религиозных людей", Хиггс заявил, что это не так, и выразил сожаление по поводу полученных им писем, в которых утверждалось, что частица Бога была предсказана в Торе, Коране и буддийских писаниях. В интервью 2013 года Decca Aitkenhead Хиггс сказал: "Я не верующий. Некоторые люди путают науку и теологию. Они утверждают, что произошедшее в ЦЕРНе доказывает существование Бога. Церковь в Испании также была замечена в использовании этого названия в качестве доказательства своей точки зрения. [Это] лишь укрепляет смутное мышление в головах людей, которые и так склонны к путанице. Если они верят в историю о сотворении мира за семь дней, разве это разумно?". Прозвище бозона Хиггса обычно приписывают Леону М. Ледерману, автору книги "Частица Бога: если Вселенная – это ответ, то каков вопрос?", но название – результат предложения издателя Ледермана; изначально Ледерман хотел назвать ее "проклятой частицей". Хиггс скончался после непродолжительной болезни дома в Эдинбурге 8 апреля 2024 года в возрасте 94 лет.

Higgs married Jody Williamson, an American lecturer in linguistics at Edinburgh and a fellow activist with the Campaign for Nuclear Disarmament (CND), in 1963. Their first son was born in August 1965. Higgs had two sons: Christopher, a computer scientist, and Jonny, a jazz musician. Higgs was an activist in the CND while in London and later in Edinburgh, but resigned his membership when the group extended its remit from campaigning against nuclear weapons to campaigning against nuclear power too. He was a Greenpeace member until the group opposed genetically modified organisms. Higgs was actively involved in the Edinburgh University branch of the Association of University Teachers, through which he agitated for greater staff involvement in the management of the physics department. He described Richard Dawkins as having adopted a "fundamentalist" view of non atheists. Higgs expressed displeasure with the nickname the "God particle". Although it has been reported that he believed the term "might offend people who are religious", Higgs stated that this is not the case, lamenting the letters he has received which claim the God particle was predicted in the Torah, the Qur'an and Buddhist scriptures. In a 2013 interview with Decca Aitkenhead, Higgs was quoted as saying:

text=I'm not a believer. Some people get confused between the science and the theology. They claim that what happened at Cern proves the existence of God. The church in Spain has also been guilty of using that name as evidence for what they want to prove. [It] reinforces confused thinking in the heads of people who are already thinking in a confused way. If they believe that story about creation in seven days, are they being intelligent?|author=|title=The Guardian|source=6 December 2013

The nickname for the Higgs boson is usually attributed to Leon M. Lederman, the author of the book The God Particle: If the Universe Is the Answer, What Is the Question? but the name is the result of the suggestion of Lederman's publisher; Lederman had originally intended to refer to it as the "goddamn particle". Higgs died after a short illness at home in Edinburgh on 8 April 2024, at the age of 94.