В минувшем году одна из самых оживленных дискуссий в моем блоге (116 комментариев) развернулась вокруг статьи о ложном вакууме. В ней я отмечал, что энергетический уровень вакуума — а значит, и массы элементарных частиц, включая протон, — критически зависят от характеристик скалярного поля Хиггса. Открытый в 2012 году на Большом адронном коллайдере (БАК) бозон Хиггса выступает квантом этого поля. Однако я также упоминал, что он может оказаться не единственным в своем роде, а лишь одной из целого «семейства» подобных частиц. Если бы наше пространство заполняло поле Хиггса с иным энергетическим потенциалом, фундаментальные настройки Вселенной и механизмы нуклеосинтеза могли бы подвергнуться фатальным искажениям. Поэтому поиск альтернативных полей и экспериментальное обнаружение функциональных аналогов бозона Хиггса имеют колоссальное значение. Первые сообщения о вероятной фиксации нового бозона на БАК появились еще в 2015 году благодаря физику Марио Ливио. С того момента научное сообщество активно ведет прогнозы и поиски (в некоторых теориях их количество достигает пяти), о которых я кратко расскажу далее.
Все началось в 1964 году, когда Питер Хиггс (1929–2024) в ходе исследований электрослабого взаимодействия и природы возникновения W- и Z-бозонов выдвинул гипотезу о существовании поля, определяющего массу элементарных частиц. Квант этого поля, по расчетам, должен обладать энергией около 126 ГэВ, что в 200 000 раз превышает массу электрона. Механизм обретения частицами массы — глубокая тема, которую ранее подробно освещал на SE7ENе пользователь @SLY_G в переводах работ Мэтта Страсслера: «Что было бы, если бы поле Хиггса было нулевым» и «Чем так важна частица Хиггса».
Обнаружение бозона Хиггса стало триумфом, заполнившим последнюю брешь в Стандартной модели. Тем не менее ничто не запрещает существование нескольких типов таких бозонов. Многие теоретические концепции, выходящие за рамки Стандартной модели, предсказывают целый хиггсовский сектор, состоящий из пяти и более частиц. Более того, дополнительные скалярные поля критически важны для моделей, предполагающих суперсимметрию и существование «суперпартнеров» для всех известных фундаментальных частиц.
С момента запуска БАК в 2008 году и открытия бозона Хиггса физики не прекращают попытки найти новые частицы, анализируя продукты их распада. Предполагается, что «новые» бозоны могут обладать иными свойствами, иначе взаимодействуя с лептонами или кварками. Поскольку новые частицы рождаются в протон-протонных столкновениях, мы можем просто не видеть их, если для их генерации требуются условия, которые текущий коллайдер создать не в силах.
Масса таких частиц может быть сопоставима с бозоном Хиггса, однако вероятность их возникновения крайне мала, либо же они слишком быстро распадаются. Недавнее (март 2026 г.) открытие на БАК тяжелой частицы, где вместо двух легких верхних кварков присутствуют два очарованных кварка, стало важным шагом в понимании барионного состава.
Гипотеза о множественности бозонов Хиггса вполне органично вписывается в современную науку, объясняя структурное разнообразие барионов, но требует либо серьезного расширения, либо пересмотра основ Стандартной модели.
Одной из наиболее проработанных теорий является «Минимальная суперсимметричная стандартная модель» (MSSM), предложенная в 1981 году для решения проблемы иерархии. Суперпартнеры хиггсовского бозона здесь именуются «хиггсино», а остальные — «гейджино». Подробнее об этом можно прочесть в статье @SLY_G «Что сейчас известно о суперсимметрии в физике». MSSM предполагает наличие пяти видов хиггсовских бозонов (три нейтральных и два заряженных), каждому из которых соответствует свой суперпартнер. Существуют и более «экономные» модели, предсказывающие лишь два типа бозонов. Пока что экспериментальное подтверждение суперсимметрии отсутствует, что, к счастью, сохраняет стабильность нашего мира: масса протона не колеблется, нуклеосинтез идет своим чередом, а химические свойства веществ остаются неизменными.
Интерес также вызывает теория «композитного бозона Хиггса» — частицы, предположительно в четыре раза тяжелее стандартной. Исследования в этом направлении ведет, к примеру, петербургский физик Сергей Афонин. Новый бозон с массой около 515 ГэВ представляет огромный интерес, поскольку может выступать «мостом» к изучению темной материи.
В условиях отсутствия ускорителей сверхвысокой энергии поиски дополнительных частиц ведутся с помощью алгоритмов искусственного интеллекта, которые помогают моделировать пути распада потенциальных аналогов хиггсовского бозона.
Обнаружение подобных квантов могло бы пролить свет на тайну темной материи, объяснить ненулевую массу нейтрино, природу нейтринных осцилляций и фундаментальную асимметрию между веществом и антиматерией.
Для верификации этих теорий необходима установка нового поколения, способная на масштабный синтез бозонов Хиггса и изучение их столкновений. Еще в 2014 году ЦЕРН анонсировал проект «FCC» (Future Circular Collider — «кольцевой коллайдер будущего»). Этот гигантский ускоритель периметром около 91 километра должен прийти на смену БАК в 2030-х годах и выйти на проектную мощность к 2070-му. Ожидается, что он откроет беспрецедентные возможности для изучения фундаментальных взаимодействий частиц.
