Погоня за бозоном Хиггса продолжается?

4 июля 2012 года представители Европейского центра ядерных исследований сообщили, что обнаружен бозон Хиггса - элементарная частица, предсказанная английским физиком Питером Хиггсом в 1964 году. Чем будет заниматься коллектив Большого адронного коллайдера после того, как неуловимый бозон Хиггса удалось обнаружить? Об этом "Правде.Ру" рассказал доктор физико-математических наук Андрей Ростовцев — один из тех ученых, кто принимал участие в знаменитой "погоне" за бозоном Хиггса.

Действительно, после того, как физики, работающие на Большом адронном коллайдере, нашли бозон Хиггса, многие задаются вопросом — что будет дальше с этой установкой, являющейся самой крупной из всех, что когда-либо сооружали для науки? Какие задачи ему предстоит решить в ближайшем будущем, и какими открытиями нас сможет порадовать коллектив отважных экспериментаторов с БАК? И нужно ли вообще продолжать эксплуатировать это весьма дорогостоящее устройство, если уже стандартная модель подтверждена и все Нобелевские премии — розданы?

Читайте также: Новая частица или адронная молекула?

Следует заметить, что подобные вопросы обычно задают те, кто ошибочно считает, что любая научная проблема может быть решена в результате только одного открытия. На самом деле, это не так — чаще всего открытие рождает куда больше новых вопросов, чем дает ответы на старые. Именно это, по мнению заведующего лабораторией Института теоретической и экспериментальной физики имени А. И. Алиханова, доктора физико-математических наук Андрея Ростовцева, произошло и при обнаружении учеными бозона Хиггса — он поставил совсем не точку, а скорее, многоточие в истории Стандартной модели. Поэтому ничего не закончено и коллайдеру предстоит еще много работы.

"Обнаружение бозона Хиггса было первоочередной задачей научного коллектива, что работает на Большом адронном коллайдере (БАК), но при этом далеко не единственной." — рассказал Андрей Африканович зрителям "Правды.Ру" во время прямого эфира "Большой адронный коллайдер: жизнь после Хиггса". — Вообще, изначально вопрос вовсе не ставился так, как его часто формулируют неспециалисты — как только ученые откроют бозон Хиггса, то Стандартная модель их гипотезы превратится в истину последней инстанции и мы все будем знать об элементарных частицах".

С самого начала было понятно, что этого не будет Вообще, даже о самом бозоне ходит много мифов — например, многие, когда слышат, что эта частица наделяет своих "коллег" массой, то сразу думают, что вот, значит все те 80 килограммов, которые во мне есть, обеспечил именно бозон Хиггса. Он действительно придает массу частицам, однако с нашей массой это вообще никак не связано. Мы ведь состоим из электронов и кварков (слагающих протоны и нейтроны), и из этого следует, что 90 процентов нашей массы обеспечивает совсем не бозон Хиггса, а кварковые взаимодействия. А на бозон Хиггса приходится в лучшем случае один процент нашей массы!

И вот тут сразу всплывает еще одна интересная задачка для физиков — ведь взаимодействие кварков в протонах и нейтронах до сих пор толком не изучено. Это я говорю к тому, что на самом деле никто и не предполагал, что бозон Хиггса будет той частицей, открытие которой все объяснит. Более того, сама Стандартная модель не может объяснить всего — она всего лишь эффективный инструмент, при помощи которого легко систематизировать частицы. Но она не может объяснить многих простых вещей, с которыми мы сталкиваемся каждый день — например, гравитацию.

Но почему же тогда ее не отвергнут? Да потому, что Стандартная модель может объяснить некоторые эффекты, причем весьма элегантно. Вот вам пример, — мы знаем, что электрон обладает маленькой массой (кстати, его масса образуется именно за счет взаимодействия с бозоном Хиггса). Но электрон является точечной частицей, он создает вокруг себя электромагнитное поле, и взаимодействие с этим полем имеет гигантскую энергию. Но тогда получается (по знаменитой формуле Эйнштейна о взаимодействии массы и энергии), что электрон по идее должен иметь и гигантскую массу — около тонны! Почему же такого не происходит?

И тут Стандартная модель говорит нам, что это невозможно, потому что существует античастица электрона — позитрон. Именно он и играет роль своеобразного "экранирующего устройства" для поля электрона. Ведь в вакууме всегда рождается пара — электрон и позитрон, которые, подобно своеобразным "дипольчикам" экранируют поля друг друга. Так что маленькая масса электрона — это результат присутствия в природе позитрона. Вот зачем нужна эта античастица с точки зрения Стандартной модели.

Но почему я про электрон вспомнил — ведь бозон Хиггса, взаимодействуя с разными частицами, в том числе и с тяжелыми t-кварками, получает от этого взаимодействия практически неограниченную массу. И вот тут-то начинаются проблемы — в Стандартной модели нет ни одной частицы, которая обеспечивала бы такое же "экранирование" его поля, как делает позитрон в случае электрона. Вот вам еще одна интересная задачка для коллектива коллайдера — попробовать найти эту частицу.

Одним словом, пока мы 30 лет гонялись за этим неуловимым бозоном Хиггса, то поняли не то, что Стандартная модель непогрешима, а совсем другое, — в современном виде она не работает. Логичнее было бы сказать, что бозон Хиггса не подтвердил, а в какой-то мере опроверг ее. Если говорить образно, то после открытия бозона Стандартная модель стала похожа на здание, строители и архитекторы которого совсем не знают, откуда они берут материалы. И вот, руководствуясь этой аналогией, мы должны признать, что бозон Хиггса оказался тем кирпичиком, после положение которого стало ясно, что это здание построить по ранее утвержденному плану невозможно.

Резюмируя, можно сказать, что теперь физики займутся поиском того, что разрешило бы возникшие в Стандартной модели противоречия. И в этом им также помогут эксперименты на БАК. Собственно говоря, у ученых есть два пути — это поиск той самой новой частицы, которая скомпенсирует бесконечную массу бозона Хиггса. Но это очень тяжелый путь — ведь никто пока и не представляет, какие могут быть у нее свойства.

Образно выражаясь, нам придется искать ту самую черную кошку в темной комнате — ведь пока мы можем сказать лишь то, что скорее всего, она будет не очень тяжелой — ведь сам бозон Хиггса оказался именно таким. Следует заметить, что сейчас мы даже не знаем, к какому семейству должна принадлежать эта частица. Поэтому если ее все-таки удастся найти, то можно без преувеличения сказать, что будет положено начало совершенно новой физике. Ну, а найти ее можно только в экспериментах на БАК.

А второй путь — работать с самим бозоном. Мы, например, знаем, что бозон Хиггса — это точечная частица. Но может быть, там что-то нарушается на малых расстояниях и он становится не точечным? Такое уже известно для других частиц — они могут переставать вести себя как точечные. Ситуацию осложняет еще и то, что бозон Хиггса — это первая открытая людьми точечная частица, у которой нет спина (то есть собственного момента импульса элементарных частиц, имеющего квантовую природу и не связанного с перемещением частицы как целого — ред.). Правда, спина нет и у давно известного пи-мезона — однако он-то состоит из кварков, и именно поэтому не имеет такой же бесконечной массы. А вот, что происходит с бозоном Хиггса в этом случае, мы пока понять не можем.

И вот тут-то коллайдер нам очень пригодится — пока мы знаем лишь то, что на привычных нам мощностях его работы никаких изменений с временем-пространством не происходит. Но, может быть, если мы увеличим мощность, то сможем зафиксировать такие изменения, которые помогут нам разгадать эту тайну бозона Хиггса? Пока мы этого не знаем наверняка — однако, если будем работать дальше, то, наверное, сможем что-то понять. Вообще, сейчас все физики верят в то, что объяснение странного поведения бозона, образно выражаясь, стоит за соседним углом. Нужно просто заглянуть за этот угол — ну, а без коллайдера это сделать не получится".

Читайте также: Подорваны основы физики частиц

Как видите, Большой адронный коллайдер будет нужен ученым еще долгое время — ведь теперь им предстоит разгадать множество загадок, которые возникли после обнаружения бозона Хиггса. Поэтому сдавать его в "архив" науки пока преждевременно — его коллектив еще много раз сможет удивить человечество своими открытиями…

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"