Масса интересного. Что на практике значит для человечества открытие бозона Хиггса

Американский физик и нобелевский лауреат Леон Ледерман однажды в шутку назвал бозон "божественной частицей" в своей книге "Частица Бога: если Вселенная является ответом, то что было вопросом?" С тех пор бозон с легкой руки СМИ обрел свою "божественную сущность".

Но физики – народ практичный, они привыкли любую теорию подтверждать экспериментальным путем. Доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией грид-вычислений в физике Института теоретической физики им. Н. Боголюбова НАН Украины Евгений Мартынов – не исключение. Он – участник проекта ALICE, одной из экспериментальных установок Большого адронного коллайдера в ЦЕРН, Европейской организации ядерных исследований. Мартынов разъяснил Фокусу научные аспекты открытия бозона.

Чем так важен бозон, который искали более 40 лет и об открытии которого сообщили на прошлой неделе?
Согласно современным представлениям этот бозон отвечает за то, что все частицы, кроме фотона, имеют массу, иными словами, за то, что мы все имеем массу и существуем. Но, согласно теории Стандартной модели, изначально масса частиц равна нулю. Так что налицо противоречие между теорией и практикой. Именно поле Хиггса, квантами которого являются бозоны Хиггса, фактически спасает эту ситуацию, внося поправку в схему взаимодействия частиц. Частицы взаимодействуют с этим полем таким образом, что в результате приобретают массу.

Пока никто не дает гарантии, что найденная частица — тот самый бозон Хиггса. Почему?
Да, утверждать это пока рано. Нужно выяснить, как распадаются частицы после столкновения, как распределяются по энергиям и углам разлета те частицы, на которые она распадается и т. д., прежде чем заключить, является ли она бозоном Хиггса. Сейчас есть много теоретических моделей возникновения массы элементарных частиц. В Стандартной модели описывается строение материи, электромагнитное, слабое и сильное взаимодействие всех элементарных частиц. Она предполагает наличие одного бозона с известными (предсказанными) свойствами. Но сейчас существуют также модели с несколькими бозонами Хиггса, с разными массами. Есть модели, которые объясняют существование массы у частиц без помощи дополнительных бозонов. Все это пока гипотезы, которые требуют либо подтверждения, либо опровержения. По некоторым параметрам обнаруженная частица совпадает с предсказаниями Стандартной модели. Например, уже определена масса новой частицы (которая превышает массу протона в 130 раз. — Фокус).

Украинские физики имеют отношение к открытию частицы, которая может оказаться бозоном Хиггса?
В эксперименте CMS (именно в этой установке и в детекторе ATLAS был обнаружен бозон. — Фокус) участвует группа физиков из Национального научного центра "Харьковский физико-технический институт" (ХФТИ). Цель эксперимента — поиск новых частиц, предсказанных теоретиками, в том числе обнаружение и исследование бозона Хиггса. К сожалению, институты Украины плохо финансируются, поэтому украинцы в ЦЕРН постоянно не работают. Мы иногда вынуждены ездить туда для совместной работы и обязательных дежурств на установке за свой счет. Но мы участвуем в так называемой грид-инфраструктуре экспериментов в ЦЕРН (технология грид-вычислений, от англ. grid — решетка, сеть, которая помогает решать задачи, требующие огромных вычислительных ресурсов. — Фокус). Работа организована так: 24 часа в сутки, семь дней в неделю вычислительные кластеры ИТФ и ХФТИ загружены задачами обработки и анализа данных экспериментов ALICE и CMS на адронном коллайдере. На прошлой неделе директор ЦЕРН Рольф-Дитер Хойер говорил, что без грид-технологии анализ огромного объема экспериментальных данных и открытие новой частицы были бы невозможными.

Чем лично вы и ваши коллеги занимаетесь в ЦЕРН, где находится Большой адронный коллайдер?
Украина участвовала в создании двух из шести экспериментальных установок Большого адронного коллайдера 0151 ALICE (от англ. A Large Ion Collider Experiment) и CMS (от англ. Compact Muon Solenoid). В настоящее время физики из Института теоретической физики им. Н. Боголюбова НАН Украины (ИТФ) принимают участие в эксперименте ALICE. Цель этого эксперимента — исследование сверхплотной материи, которая образуется при столкновении тяжелых ионов, а именно ядер свинца. Согласно современным взглядам такое или очень похожее состояние материи Вселенная имела почти сразу после своего рождения.

Какие еще эксперименты проводятся в ЦЕРН?
В ЦЕРН проводится много экспериментов. Например, опыты по созданию и исследованию антиматерии. Не все они связаны с БАК. Ученые пытаются пролить свет на загадки темного вещества и темной энергии. Частицы, которые мы наблюдаем (протоны, электроны, нейтроны и пр.), — это лишь 4–5% материи во Вселенной. Это экспериментально доказанный факт. Остальные 95% — темная материя и темная энергия. Пока мы не знаем их природу, не знаем, из чего состоит темная материя. Но надеемся, что на некоторые вопросы даст ответ БАК. В этой области существует много теоретических красивых и интересных моделей. Все они требуют проверки, что физики и пытаются делать в ЦЕРН.

Как открытие бозона можно использовать на практике?
150 лет назад английский физик Джеймс Клерк Максвелл написал свои уравнения для электромагнитного поля. Сейчас без этих уравнений не рассчитывается ни один современный электронный прибор.

При разработке и построении ускорителей, в том числе БАК, созданы новые технологии, инженерные решения, которые затем внедряются в нашу жизнь. Более 20 лет назад в ЦЕРН для нужд фундаментальных исследований была придумана всемирная интернет-паутина, WWW. Можете вы представить жизнь современного человека без интернета? Все это результаты исследований, которые на первый взгляд — лишь удовлетворение любопытства человека, стремление познать окружающий мир. Так было всегда, так будет и дальше. Уверен, придет время, и бозон Хиггса станет работать (прямо или опосредованно) на "народное хозяйство". Как это будет выглядеть, сейчас не скажет никто. Разве что писатели-фантасты могут поупражняться в этом.

Яна Седова, Фокус