September 11th, 2008

Популярно о том, зачем запускают адронный коллайдер

Оставив в стороне шутки про злые черные дыры, кои до начала полноценной работы LHC в следующем году все равно не имеют шансов появиться, поговорим о том, зачем такую большую и дорогую хрень вообще сделали.

Т.к. я сам не физик, приведу выдержки из интервью В.А. Рыбакова, д.ф.н., физика, сотрудника Института ядерных исследований РАН.
Полностью интервью опубликовано здесь http://www.polit.ru/dossie/2008/07/23/rubakovtrv.html

Итак, главные вопрос - как рождается масса покоя у электрона и ему подобных частиц (более менее понятна ситуация с массами у протона и нейтрона). Если бы массы покоя у электрона не было, он двигался бы со скоростью света и атомы не могли бы образоваться. Существующая популярная точка зрения гласит, что электроны имеют массу из-за того, что их окружает поле, колебания которого и назвали бозонами Хиггса. Хиггсовский бозон, который надо найти, является возбуждением этого поля. Если нужно привести аналогию, то хиггсовскую среду можно сравнить с океаном. Живя в океане, в котором пока нет волн, ты не чувствуешь, не знаешь, что ты находишься в воде, просто живешь и живешь. Когда же возникает волна, начинающаяся в океане после землетрясения, то ты уже чувствуешь, что живешь в некоей среде, а не в пустоте. Образно говоря, xиггсовский бозон – как раз такая волна. Это частица, которая является квантом этого поля- океана. Как электромагнитное поле имеет своим квантом фотоны, так и xиггсовское поле имеет своим квантом xиггсовский бозон.

Кстати, хиггсовский бозон был предложен вовсе даже и не Питером Хиггсом, точнее – не одним Хиггсом. Раньше его статьи появилась публикация бельгийцев Роберта Браута и Франсуа Энглера, но почему-то в обиход вошел термин «хиггсовский бозон», хотя они предположили существование поля-океана независимо и раньше Хиггса.

Если бозон Хиггса найдут и организаторы Нобелевской премии решат ее вручить первооткрывателям хиггсовского бозона, то думаю, что её должны дать Энглеру и Брауту вместе с Хиггсом, потому что все знают об их публикации, просто слово «Хиггс» вошло в обиход и является более удобным, коротким термином.

Кстати сказать, идея о существовании элементарного хиггсовского бозона – это лишь одна из идей, одна из возможностей. Но не обязательно, что в природе всё именно так, мы пока не знаем, каким образом у элементарных частиц появляются массы.

А если бозон Хиггса не найдут, что тогда? Масса электрона задана свыше? В природе обязательно должен существовать механизм, который обеспечивает генерацию масс. Этот механизм обязательно должен существовать, но он не обязательно должен быть таким, каким его предложили Браут, Энглер, Хиггс и еще несколько исследователей, работавших над этой проблемой.

Может быть, ситуация более сложная и напоминает физику сильно взаимодействующих частиц – адронов, там тоже протон имеет массу, но за счет совершенно другого механизма. Протон имеет массу независимо ни от какого поля Хиггса. Должен быть механизм, должна существовать какая-то частица или частицы, а может быть, и много разных частиц…

Вообще интерес к LHC связан в первую голову даже не с хиггсовским бозоном. Если хиггсовский механизм работает так, как описано Браутом, Энглером и Хиггсом, то это в каком-то смысле тривиальная вещь, полезная, важная и всё такое, но тривиальная, потому что это самый простой механизм, который дает массы, самый простой, какой можно придумать.

Но очень может быть и, скорей всего, так оно и есть, что в этой области энергий существует целая новая область физики. Либо связанная буквально с генерацией масс, либо не прямо связанная с ней, но есть много теоретических соображений, которые говорят о том, что дело не ограничится одним хиггсовским бозоном. Здесь есть разные гипотезы, разные точки зрения, кто-то скажет по-другому, но большинство физиков согласны с тезисом, что одним бозоном Хиггса дело не ограничится.

Очень популярна сейчас версия суперсимметрии, это новый тип симметрии, который в природе еще не был обнаружен. Чисто математически это очень красивая симметрия, да и физически она очень интересна. Теория суперсимметрии обладает рядом замечательных свойств, позволяющих устранить всякие несуразицы, которые есть в современных описаниях, в том числе хиггсовского механизма. Пока эти несуразицы чисто вкусовые, в них пока нет реальных противоречий, но гипотеза о суперсимметрии сейчас очень популярна.

С точки зрения наблюдения и эксперимента, суперсимметрию можно пояснить следующим образом. У каждой известной нам частицы должен быть партнер, причем, как правило, не один. У электрона должно быть два партнера, с таким же зарядом, с такими же свойствами, как у электрона, кроме нескольких. В первую очередь различаются массы частиц, они должны быть более тяжелые, и у них должен быть другой спин. Все остальные свойства – как у электрона. Каждой частице, которая есть в природе, каждому кварку, электрону, мюону, каждому нейтрино, фотону должна соответствовать своя частица. Такой громадный зоопарк частиц.

Гипотеза суперсимметрии помогает в продвижении к решению одной проблемы. В природе есть очень разные энергетические масштабы. Например, масштаб гравитационного взаимодействия, если его выражать в терминах энергии, на 17 порядков больше, чем масштабы, которыми оперирует физика элементарных частиц. 17 порядков разницы! Когда исследователь начинает задумываться над тем, почему существует такая разница в масштабах, то ему становится не по себе, откуда же взялось такое «безобразие»? И как раз суперсимметрия позволяет объяснить, почему имеется такая гигантская разница в масштабах. Эта разница тоже, между прочим, очень существенна для нашего с вами существования.

Если бы гравитационные взаимодействия были такие же сильные, как все остальные, то нас бы давно уже тут не было, мы бы уже давно хлопнулись в шарик размером с воробьиное яйцо, а может быть, и еще меньше.

Поэтому для нас с вами очень важно, что есть такая гигантская разница в масштабах. И суперсимметричная теория позволяет объяснить эту разницу. Это одна из причин, почему физики любят суперсимметрию.

Вообще-то теоретики в некотором смысле находятся сейчас в растерянности. Потому что куда ни кинь, везде клин. Та же теория суперсимметрии уже настолько сильно ограничена существующими экспериментальными данными, что для неё почти не остается места. Хотя пока можно найти уголочки, где она все еще не противоречит эксперименту, и пытаться подгонять туда параметры.



Итак, запуск коллайдера позволит заглянуть в новую область элементарных частиц и попробовать решить ряд фундаментальных проблем физики, как то вопрос о природе масс частиц, проверить гипотезу суперсимметрии и ряд других теоретических измышлений. Возможно мы стоим перед чередой открытий, подобных тем, что были сделаны на рубеже XIX и XX вв. и дали нам совершенно новое представление о строении мира. А может быть мы все банально сгорим в чреве маленькой черной дыры :) В любом случае будет интересно.

Great tits

Введите это в гугл и вы найдете не только ссылки на злобную птицу - большую синицу (Parus major), но на и сайты с клубничкой, где у дам и девочек ООчень большие бюсты.

История рассказана сегодня нашим постдоком Домиником Хаейрсом. Он, наш шеф Хенрик Моуритсен и Ону Гюнтуркюр сидят у Ону в лабе Университета Бохума. И зашел у них разговор о больших синицах. Great tits, great tits - доносится от них то и дело. И буквально сразу же в комнату входит то ли студентка, то ли аспирантка Ону с ООчень большими tits. Все замолчали и чуть было не прыснули со смеху. После чего разговор зашел о более политкорректных темах.

А как вам coal tits, синицы московки? Мне лично навевают мысли о грудях жены шахтера, вернувшегося из продолжительного с забоя :)

А вообще хороши птички great tits. Быстро учаться, намного лучше работают при дрессуре в экспериментах с оперантным обучением (для тех, кто не знает, это когда животное учать отвечать нажатием на что- нибудь в ответ на предъявляемый стимул).