26.01.2019

Обруч истины

Знаменитый бозон Хиггса давно перестал быть чем-то из области фантастики. Современные учёные, похоже, поставили точку в вопросах Стандартной модели физики и фактически остановили работу большого адронного коллайдера: на два года, как было сказано, для того, чтобы увеличить энергию до 14 ТэВ. И пока БАК замер в неопределённой статике, в головах самых отчаянных учёных родилась новая идея. Необходимо построить гигантских размеров новый коллайдер, который, возможно, даст дорогу всему человечеству к новой физике! Увы, Стандартная модель многого объяснить оказалась неспособна. Например, природу «тёмной материи» или, скажем, «тёмной энергии». Иными словами, состав практически всей массы Вселенной человеку пока никак не понять. Поможет ему в этом познании новый, условно говоря, огромный коллайдер. Или не поможет. В таких научных надеждах, как известно, истина по-прежнему находится где-то рядом, как говаривал один из героев известного телесериала.

История создания Стандартной модели (СМ) – это, по сути, великая история потрясающих успехов и в открытии новых частиц, и в теоретической части. Доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Физического института им. П.Н. Лебедева РАН Алексей Друцкой пару лет назад в одной из своих статей подвёл результаты, которые Стандартная модель подарила человечеству. По его словам, «в 1935–1950 годах, в дополнение к ранее открытым электрону, протону и нейтрону, были обнаружены новые элементарные частицы — нейтрино, мюоны, пионы и каоны. Разделение частиц на два класса — лептоны и адроны, а позднее введение понятия кварков позволило провести первичную классификацию частиц и взаимодействий. Дальнейшее развитие было стимулировано открытием в 1970-х годах новых частиц — с «очарованным» c-кварком, «прелестным» b-кварком и t-лептона. В 1980-х годах экспериментальное наблюдение переносчиков слабых взаимодействий, W- и Z-бозонов, а в 1990-х годах t-кварка окончательно сформировало сегодняшнюю конфигурацию СМ. Последней частицей, предсказанной в рамках СМ, был бозон Хиггса, открытый в ЦЕРНе в 2012 году, что явилось полным триумфом Стандартной модели». В итоге построение Стандартной модели в целом завершено, а что будет дальше, никто не знает.

Экспериментаторы стараются найти что-то, что противоречило бы Стандартной модели, теоретики придумывают новые модели, расширяющие её. И вот те самые частицы, процессы или модели, которые и возникают в различных расширениях Стандартной модели, учёные и стали называть физикой новой. Однако никаких особых результатов в поиске такой физики найти не представляется возможным. Пока, по крайней мере. И вот здесь как раз и может помочь будущая гигантская машина, которую уже нарекли Циклическим коллайдером будущего.

Теперь давайте сравним нынешний БАК с будущим гигантом, который задумали построить в Европейском центре по ядерным исследованиям (ЦЕРН). Длина БАК – 27 километров, а длина будущего «обруча» – 100! И с энергией нас ждёт потрясающая разница: 14 ТэВ против 100 ТэВ. И в цене строительства, естественно, новый научный «обруч» обойдётся ровно в два раза дороже (по предварительным подсчётам) – в 24 миллиарда долларов. Впрочем, кроме впечатляющего замаха на непознанное, у нас с вами пока остаётся слишком много открытых вопросов. И самые главные мы задали заместителю директора НИИ ядерной физики МГУ им. Ломоносова Виктору Саврину.

Виктор Иванович, и всё же, какова основная задача будущего глобального сооружения? Для чего оно необходимо?
В первую очередь для того, чтобы продвинуться в познании материи и окружающего нас мира и, конечно, Вселенной. Большой адронный коллайдер внёс свой огромный вклад в решение этих задач. Бозон Хиггса внёс многое в понимание тех процессов, которые происходят вокруг нас. А это будет новый коллайдер, это будет новый проект, который гораздо мощнее и по энергии, и по интенсивности.

В чём будущие преимущества стокилометрового устройства? Что такого оно может дать, чего не смог нынешний БАК?
Прежде всего длина коллайдера определяет его энергию и частиц, которые он разгоняет. А для чего нужны более высокие энергии? Я могу сказать, что повышение этой энергии даёт нам больше возможностей для изучения элементарных частиц и строения вещества, которое нас окружает. И, в частности, для обнаружения новых частиц с высокими энергиями и высокими массами. На нынешнем коллайдере получить частицы с более высокими массами не удастся, а они, по тем представлениям, которые современные физики имеют, должны существовать, и их можно наблюдать. Вот для этого и необходим коллайдер помощнее.

Новые открытия действительно могут перевернуть представления о мироустройстве и, собственно, саму Стандартную модель?
Наверняка так и будет. Понимаете, в чём дело, ведь БАК не смог вывести экспериментальную науку за пределы стандартной модели. Пока, включая работу с БАК и другие эксперименты, мы не получили ничего нового, что есть в Стандартной модели, в том смысле, что те процессы, которые сейчас наблюдаются, описаны в Стандартной модели, и никаких отклонений от неё нет.
Но учёные уверены, что есть так называемая новая физика, которая как раз лежит за пределами Стандартной модели. И, безусловно, что этот новый коллайдер, если он будет построен и запущен, позволит нам эти явления объяснить и понять уже, наконец, где проходят ограничения в Стандартной модели.

Всевозможные риски учёные просчитали? Ведь наверняка природа не любит любопытный человеческий нрав и может приготовить непредсказуемые сюрпризы?
Конечно, просчитали. Это не грозит человечеству какими-то глобальными катастрофами. Дело в том, что ещё перед запуском БАКа проводилось очень широкое публичное обсуждение вопросов о том, что может произойти после запуска коллайдера. Была создана международная независимая комиссия, которая тщательно и подробно изучила всевозможные процессы, которые могут произойти после столкновения протонов в большом адронном коллайдере, и затем объяснила, что ни в одном из этих процессов рождения каких-то катастрофических объектов произойти не может в принципе. Этот доклад был опубликован и успокоил общественность. А сами физики в этом никогда и не сомневались. Более того, большой адронный коллайдер, так же как и будущий, построены под землёй, а над ними находятся города и деревни, в которых живут люди. И был проведён опрос между швейцарскими и французскими жителями этих населённых пунктов, которые находятся над БАКом, у которых спросили о том, нет ли у них каких-либо возражений перед началом работы коллайдера. А ведь эти граждане – народ очень щепетильный и в экологическом плане, и в техногенных аспектах жизни. И все они дали своё согласие, что тоже является неким подтверждением безопасности в зоне работы коллайдеров.

Россия примет участие в строительстве нового коллайдера?
Да, безусловно. Уже проходят обсуждения, и у нас для такой работы есть все возможности. Совсем недавно мы получили от ЦЕРНа запрос, в котором они перечислили те подсистемы, которые необходимы для создания будущего коллайдера и которые могли бы быть изготовлены у нас в России. Сейчас идёт обсуждение этого списка, и мы, в свою очередь, подготовим наши пожелания относительно того, что мы могли бы сделать. Это что касается создания самого ускорителя и детектора. Но кроме этого проходит широкое обсуждение и формирование программы физических исследований для того, чтобы понимать, для чего всё это нужно и что этот новый адронный коллайдер может дать науке. Он, кстати, не только адронный сначала он будет электрон-позитронный, а потом в нём запустят протонный ускоритель, как это было и в случае с БАКом.

КСТАТИ
Мечты человечества о возможно скором познании всех истинных секретов мироздания и законов не только Стандартной модели, но и «новой» физики проектом будущего сверхбольшого коллайдера не ограничены. К примеру, физик из Университета Дьюка Джеймс Бичем, который работает с детектором ATLAS на БАКе, недавно предложил физический эксперимент: невероятно большой ускоритель атомов – ультраадронный коллайдер, расположенный по внешнему краю Солнечной системы. По мнению Бичема, «в настоящее время мы довольно хорошо понимаем, что происходило, когда Вселенная была размером с яблоко; этого мы можем достичь с энергиями БАК. Но когда она была меньше, чем дальше назад во времени, тем непонятнее». Бичем полагает, что такой эксперимент мог бы решить большинство загадок физики сразу и, скажем, раскрыть истинную природу тёмной материи или даже доказать возможность путешествий во времени. Решится ли научный мир на такой шаг? Покажет время.