Погоня за бозоном Хіггса триває?

4 липня 2012 року представники Європейського центру ядерних досліджень повідомили, що виявлений бозон Хіггса - елементарна частинка, передбачена англійським фізиком Пітером Хіггсом в 1964 році. Чим буде займатися колектив Великого адронного коллайдера після того, як невловимий бозон Хіггса вдалося виявити? Про це "Правде.Ру" розповів доктор фізико-математичних наук Андрій Ростовцев - один з тих вчених, хто брав участь у знаменитій "гонитві" за бозоном Хіггса.

Великий адронний коллайдер: життя після Хіггса

Дійсно, після того, як фізики, що працюють на Великому адронному колайдері, знайшли бозон Хіггса, багато хто задається питанням - що буде далі з цією установкою, яка є найбільшою з усіх, що коли-небудь споруджували для науки? Які завдання йому належить вирішити в найближчому майбутньому, і якими відкриттями нас зможе порадувати колектив відважних експериментаторів з ВАК? І чи потрібно взагалі продовжувати експлуатувати це вельми дорогий пристрій, якщо вже стандартна модель підтверджена і все Нобелівські премії - роздані?

Читайте також: Нова частинка або адронний молекула?

Слід зауважити, що подібні питання зазвичай задають ті, хто помилково вважає, що будь-яка наукова проблема може бути вирішена в результаті тільки одного відкриття. Насправді, це не так - найчастіше відкриття народжує куди більше нових питань, ніж дає відповіді на старі. Саме це, на думку завідувача лабораторією Інституту теоретичної та експериментальної фізики імені А. І. Алиханова, доктора фізико-математичних наук Андрія Ростовцева, відбулося і при виявленні вченими бозона Хіггса - він поставив зовсім не крапку, а радше три крапки в історії Стандартної моделі. Тому нічого не закінчено і коллайдеру попереду ще багато роботи.

"Виявлення бозона Хіггса було першочерговим завданням наукового колективу, що працює на Великому адронному колайдері (ВАК), але при цьому далеко не єдиною." - розповів Андрій Африканович глядачам "Правди.Ру" під час прямого ефіру "Великий адронний коллайдер: життя після Хіггса". - Взагалі, спочатку питання зовсім не ставилося так, як його часто формулюють неспеціалісти - як тільки вчені відкриють бозон Хіггса, то Стандартна модель їх гіпотези перетвориться в істину останньої інстанції і ми всі будемо знати про елементарні частинки ".

З самого початку було зрозуміло, що цього не буде Взагалі, навіть про сам бозон ходить багато міфів - наприклад, багато, коли чують, що ця частка наділяє своїх "колег" масою, то відразу думають, що ось, значить все ті 80 кілограмів, які в мені є, забезпечив саме бозон Хіггса. Він дійсно надає масу частинкам, проте з нашої масою це взагалі ніяк не пов'язано. Адже ми складаємося з електронів і кварків (що складають протони і нейтрони), і з цього випливає, що 90 відсотків нашої маси забезпечує зовсім бозон Хіггса, а кваркові взаємодії. А на бозон Хіггса доводиться в кращому випадку один відсоток нашої маси!

І ось тут відразу спливає ще одна цікава задачка для фізиків - адже взаємодія кварків в протонах і нейтронах досі толком не вивчено. Це я кажу до того, що насправді ніхто і гадки не мав, що бозон Хіггса буде тією частинкою, відкриття якої все пояснить. Більш того, сама Стандартна модель не може пояснити все - вона всього лише ефективний інструмент, за допомогою якого легко систематизувати частинки. Але вона не може пояснити багатьох простих речей, з якими ми стикаємося щодня - наприклад, гравітацію.

Але чому ж тоді реформу не відкинутий? Та тому, що Стандартна модель може пояснити деякі ефекти, причому вельми елегантно. Ось вам приклад, - ми знаємо, що електрон має малою масою (до речі, його маса утворюється саме за рахунок взаємодії з бозоном Хіггса). Але електрон є точкової часткою, він створює навколо себе електромагнітне поле, і взаємодія з цим полем має гігантську енергію. Але тоді виходить (по знаменитій формулі Ейнштейна про взаємодію маси і енергії), що електрон по ідеї повинен мати і гігантську масу - близько тонни! Чому ж такого не відбувається?

І тут Стандартна модель говорить нам, що це неможливо, тому що існує античастинка електрона - позитрон. Саме він і грає роль своєрідного "екрануючого пристрою" для поля електрона. Адже в вакуумі завжди народжується пара - електрон і позитрон, які, подібно до своєрідним "діпольчікам" екранують поля один одного. Так що маленька маса електрона - це результат присутності в природі позитрона. Ось навіщо потрібна ця античастинка з точки зору Стандартної моделі.

Але чому я про електрон згадав - адже бозон Хіггса, взаємодіючи з різними частинками, в тому числі і з важкими t-кварками, отримує від цього взаємодії практично необмежену масу. І ось тут-то починаються проблеми - в Стандартної моделі немає жодної частки, яка забезпечувала б таке ж "екранування" його поля, як робить позитрон в разі електрона. Ось вам ще одна цікава задачка для колективу коллайдера - спробувати знайти цю частку.

Одним словом, поки ми 30 років ганялися за цим невловимим бозоном Хіггса, то зрозуміли не те, що Стандартна модель непогрішна, а зовсім інше, - в сучасному вигляді вона не працює. Логічніше було б сказати, що бозон Хіггса не підтвердив, а в якійсь мірі спростував її. Якщо говорити образно, то після відкриття бозона Стандартна модель стала схожа на будівлю, будівельники й архітектори якого зовсім не знають, звідки вони беруть матеріали. І ось, керуючись цією аналогією, ми повинні визнати, що бозон Хіггса виявився тим цеглинкою, після положення якого стало ясно, що ця будівля побудувати за раніше затвердженим планом неможливо.

Резюмуючи, можна сказати, що тепер фізики займуться пошуком того, що дозволило б виникли в Стандартної моделі протиріччя. І в цьому їм також допоможуть експерименти на ВАК. Власне кажучи, у вчених є два шляхи - це пошук тієї самої нової частинки, яка компенсує нескінченну масу бозона Хіггса. Але це дуже важкий шлях - адже ніхто поки і не уявляє, які можуть бути у неї властивості.

Образно висловлюючись, нам доведеться шукати ту саму чорну кішку в темній кімнаті - адже поки ми можемо сказати лише те, що швидше за все, вона буде не дуже важкою - адже сам бозон Хіггса виявився саме таким. Слід зауважити, що зараз ми навіть не знаємо, до якого сімейства повинна належати ця частка. Тому якщо її все-таки вдасться знайти, то можна без перебільшення сказати, що буде покладено початок зовсім нової фізики. Ну, а знайти її можна тільки в експериментах на БАК.

А другий шлях - працювати з самим бозоном. Ми, наприклад, знаємо, що бозон Хіггса - це точкова частинка. Але може бути, там щось порушується на малих відстанях і він стає точковим? Таке вже відомо для інших частинок - вони можуть переставати поводитися як точкові. Ситуацію ускладнює ще й те, що бозон Хіггса - це перша відкрита людьми точкова частинка, яка не має спина (тобто власного моменту імпульсу елементарних частинок, що має квантову природу і не пов'язаного з переміщенням частинки як цілого - ред.). Правда, спина немає і у давно відомого пі-мезона - однак він щось складається з кварків, і саме тому не має такої ж нескінченною маси. А ось, що відбувається з бозоном Хіггса в цьому випадку, ми поки зрозуміти не можемо.

І ось тут-то коллайдер нам дуже знадобиться - поки ми знаємо лише те, що на звичних нам потужностях його роботи ніяких змін з часом-простором не відбувається. Але, може бути, якщо ми збільшимо потужність, то зможемо зафіксувати такі зміни, які допоможуть нам розгадати цю таємницю бозона Хіггса? Поки ми цього не знаємо напевно - проте, якщо будемо працювати далі, то, напевно, зможемо щось зрозуміти. Взагалі, зараз все фізики вірять в те, що пояснення дивної поведінки бозона, образно висловлюючись, варто за сусіднім кутом. Потрібно просто заглянути за цей кут - ну, а без коллайдера це зробити не вийде ".

Читайте також: Підірвані основи фізики частинок

Як бачите, Великий адронний коллайдер буде потрібен вченим ще довгий час - адже тепер їм належить розгадати безліч загадок, які виникли після виявлення бозона Хіггса. Тому здавати його в "архів" науки поки передчасно - його колектив ще багато раз зможе здивувати людство своїми відкриттями ...

Читайте найцікавіше в рубриці "Наука і техніка"