Теоретики заглядывают в будущее

Среда, 20 Августа 2003 г. 23:42 + в цитатник

Кто откроет бозон Хиггса?

По традиции в начале июля- 2003 в Протвино состоялся Международный семинар по фундаментальным проблемам физики высоких энергий и теории поля. На 26-ую по счету встречу собрались теоретики преимущественно из России (Москва, Протвино, Дубна, Санкт-Петербург), а также из Англии, Франции и США. В течение 3 дней говорили о «сокровенном». А именно о том, откроет ли «частица бога», или бозон Хиггса, свою тайну американским физикам.

В силу объявленной на сей раз тематики семинара («пространственно - временные структуры в микро- и макрокосмосе») собравшиеся теоретики изящно оперировали понятиями, выходящими далеко за рамки наших обыденных представлений о пространстве и времени. Не случайно в своих комментариях к происходящему один из «хозяев поля», заместитель начальника теоретического отдела ГНЦ ИФВЭ профессор Владимир Петров заметил, что физики сегодня подходят к пониманию того, что даже бывшие уделом писателей-фантастов представления о путешествиях во времени не так уж беспочвенны. Что интересно — усложнение представлений о сокрытых пока тайнах мироздания происходит не вопреки, а благодаря попыткам ученых «навести порядок» в накопленных экспериментальных результатах и теоретических разработках.

Один из ключевых вопросов современной физики высоких энергий — подтверждение или опровержение существования теоретически предсказанной еще в 1964 году шотландским физиком Питером Хиггсом экзотичной субатомной частицы, называемой бозоном Хиггса (Higgs boson, Н) — по сути, единственного недостающего звена Стандартной модели элементарных частиц. Предполагается, что бозон Хиггса сыграл основную роль в механизме, посредством которого некоторые частицы (кварки, лептоны) во время Большого взрыва приобрели массу, а другие остались безмассовыми (фотоны).

Помимо полей, «отвечающих» за тройку фундаментальных взаимодействий (электромагнитное, сильное и слабое), в Стандартной модели предполагается наличие еще одного скалярного поля, которое неотделимо от пустого пространства, не совпадает с гравитационным и называется полем Хиггса (Хиггс в своё время выдвинул гипотезу, что пространство между частицами как бы заполнено тяжелой, вязкой субстанцией). Считается, что все фундаментальные частицы приобретают массу в результате взаимодействия с этим вездесущим полем (тяжелые частицы взаимодействуют с полем Хиггса сильнее, легкие — слабее). В силу корпускулярно-волнового дуализма нолю Хиггса должна соответствовать по крайней мере одна частица — посредник, квант этого поля, собственно бозон Хиггса (бозон — потому что частицы Хиггса подчиняются статистике Бозе-Эйнштейна). Драматизм ситуации состоит в том, что если «хиггс» будет обнаружен, то заполнится прямо-таки зияющая лакуна в основании Стандартной модели и подтвердится правильность нашего понимания Вселенной (а до сих пор Стандартная модель, в общем-то, не терпела поражений, напротив, получала одно блестящее подтверждение за другим). Но если будет доказано, что бозона Хиггса нет, то это откроет путь для целого ряда альтернативных теорий, давно готовых заменить Стандартную модель, — вплоть до всякой экзотики с «параллельными Вселенными» или «высшими измерениями».

Предыдущие эксперименты показали, что, если мистическая частица действительно существует, то она должна иметь массу между 114 и 211 гигаэлектронвольтами (ГэВ). Кстати говоря, подобных частиц может быть в принципе и сразу несколько... Трудности, стоящие на пути открытия «хиггса» были столь велики, а его предполагаемая роль столь важна, что частица получила ироническое прозвище «частица бога», хотя многих физиков от этого «псевдонима», пущенного для эффектности СМИ, просто коробит.

В 2000 году одна из групп ядерщиков ЦЕРНа уже заявила о том, что им удалось зафиксировать распад «хиггса» с массой 114 ГэВ, но потом исследователи сами же усомнились в своих результатах. Речь идет о серии экспериментов ALEPH (Apparatus for LEP Physics) на LEP (Large Electron Positron Collider) — Большом электрон-позитронном коллайдере, который функционировал в течение 11 лет (с 13 ноября 1989 года по 2 ноября 2000 года) и должен теперь передать эстафету более мощной установке — LHC (Large Hadron Collider) — Большому адронному коллайдеру, введение в строй которого ожидается только в 2007 году. Этот суперколлайдер, рассчитанный на энергию протонов 14 ТэВ, предназначен не только для поиска бозона Хиггса, но и для обнаружения возможных проявлений суперсимметрии, а монтируется он в том же 27-километровом тоннеле, в котором находился LEP.

Казалось, что эта вынужденная отсрочка давала шанс американцам опередить своих европейских коллег и конкурентов: специально для этого был за 260 млн. долларов отреставрирован протон-антипротонный ускоритель Tevatron(«Тэватрон»), принадлежащий Национальной лаборатории высокоэнергетических исследований имени Энрико Ферми (Fermilab, Fermi National Accelerator Laboratory— FNAL) в Батавии (штат Иллинойс). Однако коллайдер, которому исполнилось уже 20 лет, так и не смог забыть свой преклонный возраст и выйти на расчетную мощность, к тому же физиков приводят в уныние длительные периоды обслуживания и ремонта между экспериментами.

Теперь из расписания экспериментов на «Тэватроне», представленного американскому Министерству энергетики (которое финансирует работу коллайдера), выясняется, что самая ранняя дата, когда будет получено конкретное доказательство существования бозона Хиггса (или уточнение энергетических рамок его возможного существования при неудаче), — это 2009 год. Но к тому времени должно уже пройти два года, как войдет в строй более мощный европейский LHC, и на него к тому времени будут обращены взоры всего научного сообщества. К тому же единственное, на что будет способен «старичок» Tevatron к 2009 году — это проверить всё тот же диапазон до 115 ГэВ, уже освоенный «приказавшим долго жить» женевским LEP.

А вот LHC задуман достаточно мощным для того, чтобы изучить оставшуюся часть возможных значений масс частицы вплоть до 211 ГэВ и вывести окончательный вердикт о существовании или несуществовании загадочной частицы.

Опубликовано: газета ИФВЭ "Ускоритель" - 20 августа 2003 г.

Примечание: несколько ранее более краткий вариант текста и прилагаемое фото были опубликованы в «Известиях»

Серия сообщений "Совещания, конференции по ФВЭ и ускорителям":
Часть 1 - XIV Международный семинар теоретиков
Часть 2 - Семинар закончен. Работа продолжается.
...
Часть 19 - Как всегда, в конце июня
Часть 20 - Физикам нужен бозон Хиггса
Часть 21 - Теоретики заглядывают в будущее
Часть 22 - О "чёрных дырах" в космосе и на Земле
Часть 23 - В Протвино опять поправляли Эйнштейна
...
Часть 34 - «Балдинская осень» возобновлена в Дубне
Часть 35 - Прошла Конференция ускорительщиков RuPAC'23
Часть 36 - XXXVI Международный семинар по ФВЭ