Маса цікавого. Що на практиці означає для людства відкриття бозона Хиг

Відкриття фундаментальної частинки, близькою за параметрами до бозона Хіггса, називають найбільшим науковим досягненням XXI століття. Про роль бозона в структурі Всесвіту і українців - учасників епохального експерименту Фокусу розповів доктор фізико-математичних наук Євген Мартинов

Американський фізик і нобелівський лауреат Леон Ледерман якось жартома назвав бозон «божественної часткою» в своїй книзі «Частка Бога: якщо Всесвіт є відповіддю, то що було питанням?» З тих пір бозон з легкої руки ЗМІ знайшов свою «божественну сутність».

Але фізики - народ практичний, вони звикли будь-яку теорію підтверджувати експериментальним шляхом. Доктор фізико-математичних наук, завідувач лабораторією грід-обчислень у фізиці Інституту теоретичної фізики ім. М. Боголюбова НАН України Євген Мартинов - не виняток. Він - учасник проекту ALICE, однією з експериментальних установок Великого адронного коллайдера в ЦЕРН, Європейської організації ядерних досліджень. Мартинов роз'яснив Фокусу наукові аспекти відкриття бозона.

Чим так важливий бозон, який шукали понад 40 років і про відкриття якого повідомили минулого тижня?
Відповідно до сучасних уявлень цей бозон відповідає за те, що всі частинки, крім фотона, мають масу, іншими словами, за те, що ми все маємо масу і існуємо. Але, відповідно до теорії Стандартної моделі, спочатку маса частинок дорівнює нулю. Так що маємо суперечність між теорією і практикою. Саме поле Хіггса, квантами якого є бозони Хіггса, фактично рятує цю ситуацію, вносячи поправку в схему взаємодії частинок. Частинки взаємодіють з цим полем таким чином, що в результаті набувають масу.

Поки ніхто не дає гарантії, що знайдена частка - той самий бозон Хіггса. Чому?
Так, стверджувати це поки рано. Потрібно з'ясувати, як розпадаються частинки після зіткнення, як розподіляються по енергіях і кутах розльоту ті частинки, на які вона розпадається і т. Д., Перш ніж зробити висновок, чи є вона бозоном Хіггса. Зараз є багато теоретичних моделей виникнення маси елементарних частинок. У Стандартної моделі описується будова матерії, електромагнітну, слабку і сильну взаємодію всіх елементарних частинок. Вона передбачає наявність одного бозона з відомими (передбаченими) властивостями. Але зараз існують також моделі з декількома бозона Хіггса, з різними масами. Є моделі, які пояснюють існування маси у частинок без допомоги додаткових бозонів. Все це поки гіпотези, які вимагають або підтвердження, або спростування. За деякими параметрами виявлена ​​частка збігається з прогнозами Стандартної моделі. Наприклад, вже визначена маса нової частинки (яка перевищує масу протона в 130 раз. - Фокус).

Українські фізики мають відношення до відкриття частинки, яка може виявитися бозоном Хіггса?
В експерименті CMS (саме в цій установці і в детекторі ATLAS був виявлений бозон. - Фокус) бере участь група фізиків з Національного наукового центру «Харківський фізико-технічний інститут» (ХФТІ). Мета експерименту - пошук нових частинок, передбачених теоретиками, в тому числі виявлення і дослідження бозона Хіггса. На жаль, інститути України погано фінансуються, тому українці в ЦЕРН постійно не працюють. Ми іноді змушені їздити туди для спільної роботи і обов'язкових чергувань на установці за свій рахунок. Але ми беремо участь в так званій грід-інфраструктурі експериментів в ЦЕРН (технологія грід-обчислень, від англ. Grid - решітка, мережа, яка допомагає вирішувати завдання, що вимагають великих обчислювальних ресурсів. - Фокус). Робота організована так: 24 години на добу, сім днів на тиждень обчислювальні кластери ІТФ і ХФТІ завантажені завданнями обробки і аналізу даних експериментів ALICE і CMS на адронному колайдері. Минулого тижня директор ЦЕРН Рольф-Дітер Хойер говорив, що без грід-технології аналіз величезного обсягу експериментальних даних і відкриття нової частинки були б неможливими.

Чим особисто ви і ваші колеги займаєтеся в ЦЕРН, де знаходиться Великий адронний коллайдер?
Україна брала участь у створенні двох з шести експериментальних установок Великого адронного коллайдера 0151 ALICE (від англ. A Large Ion Collider Experiment) і CMS (від англ. Compact Muon Solenoid). В даний час фізики з Інституту теоретичної фізики ім. М. Боголюбова НАН України (ІТФ) беруть участь в експерименті ALICE. Мета цього експерименту - дослідження надщільного матерії, яка утворюється при зіткненні важких іонів, а саме ядер свинцю. Згідно з сучасними поглядами таке або дуже схожий стан матерії Всесвіт мала майже відразу після свого народження.

Які ще експерименти проводяться в ЦЕРН?
У ЦЕРН проводиться багато експериментів. Наприклад, досліди зі створення і дослідження антиматерії. Не всі вони пов'язані з ВАК. Вчені намагаються пролити світло на загадки темної речовини і темної енергії. Частинки, які ми спостерігаємо (протони, електрони, нейтрони та ін.), - це лише 4-5% матерії у Всесвіті. Це експериментально доведений факт. Решта 95% - темна матерія і темна енергія. Поки ми не знаємо їх природу, не знаємо, з чого складається темна матерія. Але сподіваємося, що на деякі питання дасть відповідь ВАК. У цій області існує багато теоретичних красивих і цікавих моделей. Всі вони вимагають перевірки, що фізики і намагаються робити в ЦЕРН.

Як відкриття бозона можна використовувати на практиці?
150 років тому англійський фізик Джеймс Клерк Максвелл написав свої рівняння для електромагнітного поля. Зараз без цих рівнянь не розраховується жоден сучасний електронний прилад.
При розробці і побудові прискорювачів, в тому числі БАК, створені нові технології, інженерні рішення, які потім впроваджуються в наше життя. Більше 20 років тому в ЦЕРН для потреб фундаментальних досліджень була придумана всесвітня інтернет-павутина, WWW. Можете ви уявити життя сучасної людини без інтернету? Все це результати досліджень, які на перший погляд - лише задоволення цікавості людини, прагнення пізнати навколишній світ. Так було завжди, так буде і далі. Упевнений, прийде час, і бозон Хіггса стане працювати (прямо або опосередковано) на «народне господарство». Як це буде виглядати, зараз не скаже ніхто. Хіба що письменники-фантасти можуть повправлятися в цьому.

Щоб збільшити зображення, натисніть тут
Яна Сєдова, Фокус