Хиггс маслом

18 сентября 2008, 00:00

Большой адронный коллайдер все-таки запустили — если считать запуском то, что 10 сентября пучки протонов, разогнанных почти до скорости света, вхолостую прошли круг в одну сторону, потом в другую. Настоящие эксперименты — со столкновениями частиц и на полной мощности — начнутся позже. Главное, чего от них ждут, — получения бозона Хиггса. Бозон уже успели назвать «частицей бога» — что, конечно, впечатляет, но не делает понятнее, зачем ее ищут

Всего год назад судьбу Большого адронного коллайдера (БАК) могла решить одна игральная карта. Вытащи ученые джокера из большой колоды — прибор отправился бы на свалку. Это следствие парадокса, связанного с нарушением причинности и выведенного двумя маститыми физиками-теоре­тиками Хольгером Нильсеном и Масао Ниномия. В своей статье они заверяли коллег, что физика стоит перед лицом нешуточной опасности: одна из частиц, которые собираются синтезировать, способна из будущего помешать своему рождению. Сверхпроводящие магниты начнут рушиться, трубы лопаться, а сотрудники CERN’а увольняться — лишь бы не дать коллайдеру шансов.

Каким конкретно способом частица испортит всем жизнь, не успев родиться, в статье не уточнялось. Но современная физика оставляет простор для воображения. Скажем, квантовая теория (в версии Эверетта) допускает бесконечное множество Вселенных, где события развиваются по-разному. Возможно, сохранились бы только те, где эксперимент провалился. Например, из-за недостатка денег. Или из-за глобального взрыва. Мир, где ученые просто проиграли свой прибор в карты, рассуждали авторы статьи, обойдется дешевле безжизненной планеты. А факт проигрыша даст спокойно, без катастроф свернуть проект.

Ниномия и Нильсен вряд ли читали Стругацких, но ход их рассуждений повторяет логику романа «За миллиард лет до конца света»: теоретик вот-вот выведет свое уравнение — а Вселенная, противясь быстрой разгадке, начинает его смущать то вывороченными с корнем деревьями прямо под окном, то визитами виртуальных подруг. Разница в масштабах проблемы: герой Стругацких только догадывается, что случайно занялся чем-то невероятно важным, а тут профессора и академики знают наверняка.

Частица, со стороны которой ждут провокаций, на­зывается бозоном Хиггса. Именно чтобы ее найти, и построили Большой адронный коллайдер — не испугавшись перспективы сгинуть в черной дыре или раствориться в странной материи. Если с поисками повезет, преемник БАК — Очень Большой Адронный Коллайдер (VLHC) — займется бозоном Хиггса вплотную.

 pic_text1

Все потому, что пока на месте бозона зияет единственная дыра в Стандартной модели. А она для физиков то же самое, что таблица Менделеева для химиков. Стандартная модель, в отличие от химической таблицы, перечисляет не атомы, а еще более мелкие элементарные частицы. Мельче, собственно, некуда: их, не в пример атомам, нельзя разобрать на детали.

Закрыть дыру в теории — значит еще и обезопасить себя. Не столько от антивещества с черными дырами, сколько от публичного недоверия. Физиков упрекают: они ищут то, в чем еще не разобрались, однако заранее заявляют, что ничего лишнего не появится. Находка спасет науку, и это будет самый скучный сценарий. Вот, наверное, почему главный астрофизик планеты Стивен Хокинг сделал ставку на то, что открытия не случится. Удачи стимулируют ученых скупать фраки и ездить в Стокгольм. Неудачи — думать дальше.

В популярных статьях бозон называют «частицей бога»: пишут, что он снабжает массой все остальные частицы — как те, из которых состоит вещество вокруг, так и те, которые возникают и гибнут за доли секунды внутри ядер. В частности, заставляет весить сам себя. В голову приходит только волшебная палочка, которая касанием превращает невесомое в тяжелое. Не слишком наглядно.

Физики видят это иначе. Академик Валерий Рубаков предлагает представить себе океан. И рыб:

— Рыба преодолевает сопротивление воды. Чем она крупнее, тем сопротивление больше. Океан — это и есть хиггсовское поле, которое заполняет пространство и мешает частицам разгоняться. Так появляется масса. Но бозона Хиггса в этой картине нет. Он — что-то вроде ряби в океане. Подымается волнение — возникает бозон. Вообще это часто используемая картина. В современной науке со времен появления квантовой механики не различают частицу и волну.

 pic_text2

Если «океан» всюду, то что тогда хотят получить физики на Большом адронном коллайдере?

Они хотят сделать рябь. Океан есть везде, а ряби нет. Для того чтобы пошла волна, придется его возмутить. Но это не так просто, нужна большая энергия — получить ее можно только в ускорителе.

Хиггсовское поле существовало всегда?

Такого океана, однородно разлитого, в самом начале Вселенной не было. При сверхвысокой температуре океан, грубо говоря, испарялся. Он был не плотной средой, а — снова неточная метафора — плазмой. И никаких масс у частиц не было — конечно, только на самых ранних стадиях эволюции Вселенной, в первые доли секунды после Большого взрыва. Потом космос подостыл, произошла конденсация. И вот уже поле Хиггса существует во всей Вселенной. По крайней мере в той ее части, которую мы знаем.

А когда во Вселенной возникает новая материя — например, в межзвездном пространстве рождается пара из час­тицы и античастицы, и обе они сколько-нибудь весят, — нужен ли для этого бозон?

Не нужен. Все происходит внутри океана. Частицы сразу после рождения начинают сквозь него протискиваться.

Бозону Хиггса тут нечего делать.

 pic_text3

Говорят, что бозон неустойчив. Как он распадается и чем это чревато?

Да ничем не чревато. Он распадается на пару обычных частиц, например фотонов или электронов, и дальше они живут по своим законам, движутся через этот океан. Фотон, правда, так хитро устроен, что хиггсовское поле на него не влияет никак — это и означает, что массы у него нет.

В старых учебниках пишут про гравитоны — частицы, которые переносят гравитационное поле и тем самым притягивают массивные тела. Гравитоны и бозоны Хиггса — это одно и то же?

Почему обязательно в старых учебниках? Во всех новых теориях гравитоны присутствуют, они обязательно должны быть: есть поле тяготения — должен существовать и его квант. Но взаимодействует он не с массой, а с энергией. Вот свет никакой массы покоя не имеет, но создает гравитационное поле и в нем искривляется. Так что бозон Хиггса и гравитон — это абсолютно разные частицы.

А как быть с естественными космическими ускорите­лями? Те же струи вблизи пульсаров, где энергии час­тиц намного больше, чем внутри БАК. Есть ли шансы обнаружить бозон Хиггса там, не ставя экспериментов на Земле?

Знаете, частица распадается мгновенно. Время жизни слишком маленькое — 10-24 секунды. Поэтому мы их никак не увидим, это во-первых. А во-вторых, вам нужна не просто энергия, а много соударений. Космический газ, куда бьют частицы, — все равно очень разряженная вещь. Потока бозонов Хиггса не было и не будет, их рождение — единичный процесс, даже в космосе.

И потом, даже по космическим меркам это огромная энергия. Ну вот совсем по-простому: «Е равно эм це квадрат», так? Если нужен тяжелый объект, то, чтобы его родить, нужно иметь энергию не меньше этого самого эм-це-квадрата.

 pic_text4

Стивен Хокинг поставил сто долларов на то, что бозон Хиггса не найдут. Вы бы так поступили?

Ну, маленькую он ставку сделал… Я бы сказал так: если не сам хиггсовский бозон — в самом простом варианте, то его аналог должны найти обязательно. В любом случае час­тицы получают массу по какому-нибудь механизму, так? А этому механизму обязательно отвечает новая частица. Пусть даже ее свойства отличаются от прогноза. Но не сильно. Была популярна модель, где бозон Хиггса не элементарная частица, а составная. Как адроны, которые сами состоят из кварков. Такой вот «адрон Хиггса». А если даже такую частицу не найдут, то, я считаю, всем теоретикам надо скопом подавать в отставку.

Фото: GAMMA/EYEDEA PRESSE/EAST NEWS; ©CERN; Claudia Marcelloni/©CERN