Архив   Авторы  
Физики в ЦЕРНе при помощи компьютерной графики смоделировали процесс обнаружения бозона Хиггса. Однако сегодня эта картинка — не более чем фантазия ученых

Не пойман — не бозон
Общество и наукаТехнология

Физики утверждают, что наш мир просто набит бозонами Хиггса. Когда мы пощупаем «частицу Бога»?


 

На Международную конференцию по физике элементарных частиц, проходившую в Париже в последнюю неделю июля, американские ученые собирались привезти мировую сенсацию. По слухам, которые в своем блоге распространил один из сотрудников ускорителя Тэватрон в Национальной лаборатории имени Энрико Ферми, заокеанским физикам удалось найти бозон Хиггса.

Ложная тревога

Однако сенсации не случилось. Поспешные заявления ученого-блогера не подтвердились. Бозон так и остался загадкой для мирового научного сообщества, а американцы лишь сузили диапазон энергий, в котором он может быть найден. Это в свою очередь не могло не обрадовать руководство и сотрудников Большого адронного коллайдера из Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН). У них еще остался шанс сделать это открытие первыми и оправдать сумму в более чем 10 миллиардов долларов, потраченную на строительство суперускорителя.

Пока ведущие физики всего мира стараются все-таки найти неуловимый бозон Хиггса, «Итоги» попытались проникнуть в смысл этих поисков. Говорят, что бозон должен окончательно подтвердить так называемую Стандартную модель строения материи. Но далекому от физики элементарных частиц человеку непонятно, зачем эти сумасшедшие научные усилия, если и без «поимки» бозона мы прекрасно существуем во Вселенной.

За разъяснениями мы обратились к старшему научному сотруднику сектора теоретической астрофизики Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе РАН кандидату физико-математических наук Александру Иванчику. «В современной физике существует представление о кварк-лептонной структуре материи», — говорит ученый. То есть все во Вселенной состоит из кварков, которые входят в состав протонов и нейтронов, из них в свою очередь состоят ядра химических элементов, а также лептонов (электроны и нейтрино). Теория проверена с достаточно большой точностью: практически все утверждения о том, из чего состоит материя и какие в ней происходят реакции, уже получили экспериментальные подтверждения в ЦЕРНе, на Тэватроне и на других ускорителях, в том числе и в России. Но в теории есть один существенный, фундаментальный непроверенный момент. «Он заключается в том, что в кварк-лептонной структуре материи кварки и лептоны приобретают массу за счет взаимодействия с полем Хиггса, образованным бозонами», — продолжает Александр Иванчик. Более того, это самое поле Хиггса сегодня, по теории, существует везде. Его сравнивают с неким морем, заполняющим все пространство. Через это море постоянно и неминуемо проходят элементарные частицы. Каждая из них взаимодействует с бозонами по-своему, тем не менее в результате такого взаимодействия они получают определенную массу. Кварки — одну, электроны и нейтрино — другую. В результате частица становится объектом, и его можно взвесить. В свою очередь эти фундаментальные частицы строят сначала ядра атомов, потом атомы и молекулы, из которых в конце концов образуются растения, животные, люди и планеты со звездами.

Более того, бозон Хиггса в принципе ничем не хуже и не лучше известных элементарных частиц. «Это одна из фундаментальных частиц, из которых построена материя», — говорит Александр Иванчик. Он — третий подкласс фундаментальных частиц и должен присутствовать наряду с известными кварками и лептонами в современной теоретической модели построения материи.

Невидимое море

Но почему же, если бозон Хиггса вездесущ, его до сих пор не могут найти? Оказывается, как таковой, в виде частицы он присутствовал исключительно в первые моменты образования Вселенной, когда температуры и энергии были очень высокими. Позже, когда произошло остывание, бозоны выпали в своеобразный конденсат, образовали «море». В таком виде они и существуют сейчас. В этом случае можно провести аналогию с водой. Пока температура высокая, в воздухе присутствуют пары воды, но мы их не видим. Как только температура упала, вода сконденсировалась, и мы увидели жидкость. «Может быть, это не совсем корректная аналогия, но с бозонами Хиггса все приблизительно так же», — рассказывает Александр Иванчик. Пока Вселенная была разогретой, бозоны Хиггса летали сами по себе, но при этом характер взаимодействия с другими элементарными частицами не придавал им массу. Как только температура резко упала, поле Хиггса стало концентрироваться и образовало конденсат Хиггса, который равномерно и однородно заполнил все пространство. При этом самих бозонов как таковых не стало, они образовали однородное поле. Следующая аналогия иллюстрирует механизм появления массы у элементарных частиц: человек, бегущий по земле, делает это с привычной легкостью, практически не ощущая свой вес, но если он попробует пробежать, находясь по шею в воде, то это будет трудно. Так же и с морем Хиггса: как только кварки и лептоны попадают в него, они получают массу. Сами же бозоны как таковые сейчас не существуют. Они могут образовываться и проявляться в виде возбуждения поля Хиггса. Однако это возбуждение может быть вызвано только при огромных энергиях, подобных тем, что были в первые моменты рождения Вселенной. Эти энергии и пытаются создать на Тэватроне и Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе.

Однако, как пояснил заведующий отделом экспериментальной физики высоких энергий Научно-исследовательского института ядерной физики имени Д. В. Скобельцына МГУ доктор физико-математических наук Эдуард Боос, «на ускорителях сам бозон как таковой не увидят». Такие элементарные частицы живут очень мало, порядка 10-24 секунды. Они почти моментально распадаются на другие частицы, а те — еще на что-то. В итоге образуются стабильные частицы, потоки которых регистрируются. И только обработав всю цепочку в обратном порядке, ученые смогут утверждать, что бозон образовывался. Зарегистрировав бозон Хиггса, физики смогут с уверенностью говорить, что он есть, это позволит подтвердить существующую теорию кварк-лептонной структуры материи. «Что будет уже немалым шагом», — говорит Александр Иванчик. После этого стандартная модель перестанет быть чем-то вроде предположения о том, что мир стоит на трех черепахах, то есть трех фундаментальных частицах. Но что делать с бозоном дальше — это не менее интригующий вопрос. По крайней мере, сегодня мало кто из физиков пытается предположить, как можно будет применить бозон на практике.

Долгая перспектива

Пока что прикладное значение имеют лишь технологии, направленные на поиск бозона. Ускорительная техника высоких энергий применяется в медицине, физике твердого тела, дефектоскопии. Однако пока неизвестно, что удастся создать при помощи бозона Хиггса. «Возможно, это направление фундаментальной физики даст прикладное значение лет через 50 или 100, — говорит Александр Иванчик. — Когда был обнаружен электрон, не сразу было понятно, что с ним делать. Теперь ему нашли применение. Ученые знают, что могут делать с протонами и нейтронами. Умеют обращаться с фотонами высоких энергий и другими частицами, получаемыми на ускорителях. Поэтому рано или поздно научатся работать и с бозоном Хиггса».

Для детального изучения свойств бозона уже сейчас планируют строить новый коллайдер. «Большой адронный коллайдер будет использован, как большая кувалда, которая расколет грецкий орех, где найдут бозон Хиггса, а следующий ускоритель, как скальпель, будет резать кожуру бозона Хиггса и изучать его в деталях», — продолжает ученый.

Более того, вероятно, и на ускорителях следующего поколения подчинить бозон Хиггса не удастся. Они только позволят досконально изучить свойства этой частицы. Управлять же бозоном, по предположению ученых, смогут лишь на коллайдерах не следующего, а, может быть, через поколение. Можно гипотетически выстроить модель использования этой фундаментальной частицы. Ускорительная техника в свое время проявила себя, например, в сельском хозяйстве: при облучении некоторых культур получались виды растений, которые обладали новыми свойствами, были более жизнеспособными. Подобная селекция приводила к качественному скачку в эволюции. Эти изменения происходили на генном, молекулярном уровне. Следующим шагом было воздействие на атомарную структуру материи, а потом и на ядра атомов. Яркий пример практического применения этих технологий — медицинская диагностика и неинвазивные методы лечения, а также дефектоскопия материалов.

Управление бозонами Хиггса будет следующим уровнем. Известно, что появится возможность оперировать кварками, внутриядерными структурами. Умея управлять субъядерным уровнем, можно будет создать практически все известные на сегодня формы стандартной материи. То есть та цепочка, которая происходила во Вселенной естественным образом, может быть воспроизведена на ускорителях. Вероятно, будут созданы новые формы материи и антиматерии. «Возможно, люди смогут даже предсказывать глобальные космические катастрофы», — предполагает заместитель директора Петербургского института ядерной физики им. Б. П. Константинова РАН по научной работе кандидат физико-математических наук Виктор Ежов. Но это пока даже по объективным показателям произойдет не завтра и даже не послезавтра. Ведь один только Большой адронный коллайдер строился 20 лет. Если столько же уйдет и на постройку ускорителей следующих поколений, то до управления бозонами Хиггса остается ждать как минимум 40 лет. При условии, что они существуют.

А сомнения есть. Стандартная модель в нынешнем виде некоторым ученым кажется слишком простой, чтобы быть правдой. Если же бозон Хиггса так и не найдут, то это будет довольно серьезное испытание для всей теории строения материи, ее нужно будет серьезно пересматривать, все-таки бозон — это одна из трех черепах, на которых сегодня стоит Вселенная. Очевидно, что отсутствие одной из фундаментальных черепах станет триумфом для отодвинутых сегодня на второй план теорий.

Добавить в:  Memori  |  BobrDobr  |  Mister Wong  |  MoeMesto  |  Del.Icio.Us  |  Google Bookmarks  |  News2.ru  |  NewsLand.ru

Политика и экономика

Что почем
Те, которые...

Общество и наука

Телеграф
Культурно выражаясь
Междометия
Спецпроект

Дело

Бизнес-климат
Загранштучки

Автомобили

Новости
Честно говоря

Искусство и культура

Спорт

Парадокс

Анекдоты читателей

Анекдоты читателей
Популярное в рубрике
Яндекс цитирования NOMOBILE.RU Семь Дней НТВ+ НТВ НТВ-Кино City-FM

Copyright © Журнал "Итоги"
Эл. почта: itogi@7days.ru

Редакция не имеет возможности вступать в переписку, а также рецензировать и возвращать не заказанные ею рукописи и иллюстрации. Редакция не несет ответственности за содержание рекламных материалов. При перепечатке материалов и использовании их в любой форме, в том числе и в электронных СМИ, а также в Интернете, ссылка на "Итоги" обязательна.

Согласно ФЗ от 29.12.2010 №436-ФЗ сайт ITOGI.RU относится к категории информационной продукции для детей, достигших возраста шестнадцати лет.

Партнер Рамблера