Приобрести месячную подписку всего за 290 рублей

Несколько слов на языке Вселенной

2010

Энергия Большого адронного коллайдера (БАК) начинает приближаться к проектной. Это значит, что мы скоро узнаем нечто важное о мире. Вот только что? Тут-то ученые и начинают яростно сыпать терминами. Для того чтобы хоть что-то понять, нужен словарь. Корреспондент «РР» обратилась к специалистам и попыталась составить глоссарий самых необходимых вещей, которые нужно знать о коллайдере

Из средств массовой информации следует, что смысл Большого адронного коллайдера «разгадке жизни равносилен». Борис Пастернак так говорил о женской прелести. Женщины не поверили, но метафорой были тронуты. В случае с коллайдером метафора обретает настолько буквальный смысл, что создается забавное ощущение: мы стоим на пороге новой религиозности. Коллайдер вот-вот перейдет из разряда Очень Больших Приборов в разряд посткиберпанковского техногенного фетишизма. Едва ли не каждая статья о коллайдере с точки зрения физика больше напоминает сборник легенд и мифов. Просто физическая реальность коллайдера такова, что напрочь сносит крышу бытового сознания. Физикам приходится говорить метафорами. А там, где метафоры, недалеко и до мифа. Но мы все же попытались провести границу между научными реалиями и всяческим фетишизмом.

«Андронный»

устойчивая оговорка радио- и телеведущих. Вообще-то андрон — это мужская комната в древнегреческом доме. И имя режиссера Кончаловского.

Адроны

От греческого корня ἁδρός — сильный. На языке физики это собирательное наименование класса частиц, участвующих в сильных взаимодействиях. Адроны, ускоренные коллайдером, сталкиваются наподобие двух кусков кремня. Что в таком случае происходит, видели все — рассыпаются искры. При столкновении адронов рассыпаются элементарные частицы. Типичная ошибка «чайников» — полагать, что адроны СОСТОЯТ из час­тиц, образующихся при столкновении. Но адрон не матрешка: из полей, которые активизирует энергия столкновения, рождаются совершенно новые частицы. И чем выше энергия, тем более тяжелые и менее предсказуемые частицы могут возникнуть. БАК рассчитан на такие энергии, при которых результат столкновения уже почти непредсказуем. Это-то и интригует.

Сильное взаимодействие

Наименование одного из четырех видов фундаментальных взаимодействий в нашей Вселенной. Два из них, гравитационное и электромагнитное, мы вполне можем ощутить на себе. Остальные два, сильное и слабое, проявляются только в микромире. Сильное взаимодействие работает на масштабе 10–13 см — масштабе атомного ядра. Это и есть та сила, которая удерживает вместе компанию из положительно заряженных протонов. Сильное взаимодействие в сто раз сильнее электромагнитного, которое, в свою очередь, сильнее гравитационного в 1042. Внутри ядра сильное взаимодействие ­— действительно самое сильное в природе.

Стандартная модель

Это что-то вроде таблицы Менделеева для Вселенной. Во-первых, Стандартная модель позволяет разобраться с вопросом, из чего Вселенная состоит. Во-вторых, она же объясняет, как современная Вселенная появилась. Наконец, в-третьих, модель предполагает возможность осторожных предсказаний того, что до сих пор экспериментально не установлено. И до сих пор все частицы, существование которых было предсказано Стандартной моделью, удавалось получить экспериментально. Кроме бозона Хиггса.

Суперсимметрия

Одним из главных постулатов Стандартной модели является идея о наличии во Вселенной нескольких типов симметрии. Чтобы понять, что такое симметрия для физиков, достаточно банального опыта. Если в вашей комнате бардак — книжки перемешаны с бутербродами, а носки висят на люстре, — она идеально симметрична. Попробуйте поменять местами носки и бутерброды — принципиально ничего не изменится. Но если вы положите книжки на полки, бутерброды в холодильник, а носки в шкаф, то никакой симметрии уже не будет. По крайней мере, она будет не везде. Платяной шкаф не будет симметричен книжному, и оба они не будут симметричны холодильнику. Степень упорядоченности мгновенно возрастет, а число симметрий увеличится. Согласно Стандартной модели, наш мир симметричен относительно трех типов симметрий, что есть очевидный признак его упорядоченности. Отсюда вытекает подозрение, что порядок во Вселенной, как и в вашей комнате, был не всегда. До разделения на типы симметрий и вообще до всех существующих сейчас разделений (вещество и поле, вещество и антивещество) Вселенная переживала состояние некоего великого единства или, как говорят физики, обладала суперсимметрией. Время возникновения суперсимметрии вполне исчислимо — это 10–44 секунды после Большого взрыва, то есть с момента начала отсчета времени как такового. Пространство тоже исчислимо — 10–33 см. Это минимальные масштабы, при которых время и пространство вообще имеют смысл.

Поле Хиггса

Если бы физики решили написать свою библию, они начали бы ее словами: «Сначала было поле». Первое поле Вселенной обладало свойством суперсимметрии, то есть полного бардака на фоне запредельно высоких энергий. В этом состоянии поле не было отделено от вещества, а физические взаимодействия еще не разделились на виды. Материя и антиматерия существовали на равных, если бы так продолжалось и дальше, никакая современная Вселенная возникнуть бы не смогла. Но потом что-то произошло — и как полагают физики, одним из главных виновников этого стало поле Хиггса. О его природе неизвестно практически ничего. Но именно в этом поле запустился механизм нарушения симметрии между полем и веществом, который действует и поныне. В принципе, механизм нарушения этой симметрии описывает и Стандартная модель. Но как-то странно. Получается, что, когда из поля возникло вещество, оно не должно было иметь массы. И тем не менее масса у него есть. Это и есть чудо поля Хиггса. Смоделировать его коллайдер, конечно, не сможет: понадобится слишком много квантов этого поля — бозонов Хиггса. Но если удастся получить хотя бы один такой бозон, это многое сделает понятным.

Бозоны и фермионы

Физики делят элементарные частицы на два типа статистик по принципу чет — нечет. Час­тицы, подчиняющиеся нечетной статистике, называют фермионами — из них по большей части состоит вещество. Частицы четной статистики — бозоны, из них по большей части состоят поля. Два типа статистик работают примерно как регулировщики транспорта. Свойства нечетных фермионов можно наблюдать на дорогах: два автомобиля не могут находиться в одном месте одновременно — образуются пробки. Четным бозонам ничто не мешает находиться в одном месте в любых количествах. Если представить себе автомобили из бозонов, проблема пробок будет решена.

Бозон Хиггса, или просто хиггс

Это частица (или квант) поля Хиггса. У большинства квантов массы нет, однако бозон Хиггса на порядки тяжелее протона, одной из самых тяжелых стабильных частиц. Для кванта это огромная масса. Но это не главное. Легендарный хиггс — это что-то вроде волшебной палочки, обладающей способностью получать нечто из ничто. Как выразился математик Юрий Манин, «квантовое поле Хиггса — причина, по которой в ранней Вселенной изначально безмассовые частицы приобрели массу. В результате люди сделаны не из света, как ангелы, а из тяжелой материи». Если открутить историю назад, мы сможем узнать, как выглядел первородный грех.

ATLAS и CMS

Это установленные на БАКе детекторы элементарных частиц. Или ловушки для невиданного нечто, которое никто и никогда не ловил. БАК в состоянии достичь энергий, на Земле до сих пор недостижимых. Вызванные к жизни физические процессы и частицы будут относиться к так называемой физике за границей Стандартной модели, то есть физике абсолютного неизвестного. Искомый бозон Хиггса именно оттуда. Если на сегодня БАК — самый мощный ускоритель элементарных частиц, то ATLAS и CMS — самые большие детекторы. Они устроены так, чтобы быть готовыми к любым неожиданностям: какую бы форму ни приняли физические процессы или частицы, ATLAS и CMS должны будут их обнаружить.

Французская булка

Еще одна сумасшедшая реалия Большого адронного коллайдера. К физике отношения не имеет. К мифам тоже. Но именно застрявшая в проводах булка помешала запустить коллайдер после многомиллионного ремонта в ноябре 2009 года.

Микроскопические черные дыры

Гипотетическое образование этих дыр — одна из основных медийных страшилок вокруг коллайдера. Вообще-то, черная дыра — это область Вселенной, где гравитация столь высока, что ее не в состоянии преодолеть ни поле, ни вещество. Родить черную дыру на Земле практически невозможно: гравитации не хватит. Однако при столкновении частиц с энергиями, достижимыми в БАКе, гравитация становится достаточно сильной и микроскопические черные дыры вполне возможны. Но тут все упирается в размер. На БАКе могут образовываться микроскопические «дырочки», чья гравитация будет сравнима с гравитацией бегемота. До сих пор бегемоты Вселенной не угрожали.

Тераэлектронвольт

Единица измерения энергии в атомной физике. Один электронвольт — это энергия, которую нужно затратить, чтобы перенести один электрон из точки А в точку В при разнице потенциалов в один вольт. Для макромира это ничтожная величина порядка 10–19 джоуля. Тераэлектронвольт (ТэВ) — это 1012 электронвольт. Или 10–7 джоуля. Тоже немного, но для элементарных частиц это запредельно огромные величины. На БАКе пучки протонов будут сталкиваться с суммарной энергией в 14 ТэВ — на Земле элементарные частицы никогда не сталкивались с такой силой.

№13 (141)



    Реклама

    «Мы научились быть конкурентными…»

    Андрей Рязанов, Генеральный директор Завода электротехнической арматуры


    Реклама