Версия для печати
Вернуться к списку

ВСЕМ СУЩИМ ПРАВИТ "ТЕМНАЯ МАТЕРИЯ"

- Физика микромира и физика макромира - космология - оказались очень тесно связаны друг с другом. Именно в этих областях науки можно ожидать самых необычных результатов. Каковы ваши прогнозы на ближайшие десять лет ?

- Революционные преобразования возможны и в космологии, и в физике элементарных частиц. Та область физики частиц - энергий, масс частиц, которая была доступна до последнего времени, в настоящее время достаточно исследована. Следующий этап - проникновение в совершенно новую и неожиданную область явлений и процессов, происходящих при более высоких энергиях.

Некоторые физические факты, с которыми приходится иметь дело теоретикам, работающим в области физики элементарных частиц, оказались неожиданными. Они пришли из космологии. Все вещество, которое нам сегодня известно, все изученные на сегодня частицы, существующие во Вселенной, составляют менее пяти процентов по массе, по плотности энергии. Остальное - это абсолютно неизвестные формы материи, получившие несколько жаргонные названия - "темная материя", "темная энергия". И вот они-то и составляют девяносто пять процентов энергии. Темная энергия - это скорее не масса, а некая субстанция, которая имеет свойства, совершенно не похожие на те, что у обычной материи. И это серьезный вызов физике элементарных частиц. Темная материя, с другой стороны, должна определенно состоять из каких-либо тяжелых частиц. И до сих пор физика элементарных частиц не знает ответа на вопрос, что это за частицы.

Космологический эксперимент совершенно неожиданно показал, что такая темная материя существует, соответственно эксперимент в физике высоких энергий должен подсказать, чем являются частицы темной материи. В этом смысле теоретики могут выдвигать разные гипотезы. Но таким предположениям будет грош цена до тех пор, пока не будут получены экспериментальные данные.

Сейчас мы стоим на пороге важного события. Надеюсь, что оно произойдет в течение нескольких лет. Летом этого года в ЦЕРНе будет запущен крупнейший на планете ускоритель - Большой адронный коллайдер. Это огромное кольцо диаметром 8,6 километра и протяженностью 27 километров, в котором 7 тысяч магнитов, охлажденных до температуры 2 градуса по Кельвину. Создано оно для того, чтобы разгонять протонные пучки до энергии 7 ТэВ. Для сравнения: достигнутые сегодня энергии - это 0,5 ТэВ.

Пучки протонов, летящие навстречу друг другу, сталкиваются в детекторных зонах, создавая 100 терабайт информации каждую секунду. Как известно, протоны содержат три кварка, связанных между собой глюонами, определяющими ядерное взаимодействие. Определить тип и энергии всех частиц, образовавшихся после столкновения протонов, весьма сложно, поэтому определить, что именно произошло в каждом столкновении, - задача весьма сложная, в столкновении рождаются не только кварки, но и электроны, и фотоны, и т.д.

Откроют, скажем, бозон Хиггса. Ведь именно эта частица, согласно Стандартной модели, определяет массы других частиц. Если он существует, то физики смогут определить его массу и характер взаимодействия с другими частицами. Самый простой сценарий генерации темной материи подразумевает, что частицу эту должны обязательно вместе с другими, совершенно новыми, но тем не менее родственными найти на новом ускорителе.

Открытие новой частицы, новых явлений при новых энергиях мгновенно не произойдет. Есть большая надежда, что эксперименты на новом коллайдере помогут объяснить по крайней мере, что такое темная материя. С темной энергией дело обстоит сложнее. Возможно, что частицы темной материи будут рождаться в процессе столкновений высокоэнергетических протонов, и либо прямо, либо по косвенным признакам их можно будет зарегистрировать.

- Какие последствия эти исследования будут иметь для развития космологии и для физики элементарных частиц?

- Это будет новая глава в физике элементарных частиц. Стандартная модель, в которой главную роль играют кварки и лептоны, а также электромагнитное, сильное, слабое взаимодействие и поле Хиггса, в нее впишется, но это будет совершенно новая физика.

Существуют разные точки зрения, как именно будет выглядеть эта теория. Тем не менее у нее будут новые законы сохранения, потому что без законов сохранения частиц темной материи они бы давно распались. Стабильная частица означает появление нового закона сохранения. Физика работает именно так. Но может быть еще и другой аспект. Если действительно будут обнаружены частицы темной материи, изучено, как они взаимодействуют друг с другом, с другими частицами, тогда мы заглянем в историю Вселенной на одну миллионную долю секунды, приблизительно после Большого взрыва, и будем знать, как была устроена Вселенная через одну миллионную долю секунды после своего образования. Сейчас, через четырнадцать миллиардов лет, мы сможем узнать, какие в ней происходили процессы, какой там "варился суп", какая там была плазма. А теоретические гипотезы получат экспериментальные подтверждения.

- Есть ли существенные продвижения в развитии самой теории?

- Вот как раз в этом отношении сыграла и играет очень интересную роль теория струн. Она сама по себе экспериментально не подтверждена, и в обозримом будущем это вряд ли произойдет.

Но в рамках этой теории уже появились идеи и разработаны определенные методы, раскрывающие горизонты теории струн. Сегодня используются совершенно неожиданные методы в теоретическом исследовании, например, того, что называется кварк-глюонной плазмой. Протоны, нейтроны, другие сильно взаимодействующие частицы, если их собрать в одно место и нагреть, то возникнет новое состояние вещества, которое называют кваркглюонной плазмой. Так вот теория струн, как это ни странно, применима в исследовании относительно приземленного объекта - кварк-глюонной плазмы. Поэтому, конечно, ничего зря не бывает. Если у вас есть красивая теория, то она где-нибудь да выстрелит.

- Наряду с новыми частицами какие еще "сюрпризы" могут нас ожидать?

- В обозримом будущем могут быть открыты самые неожиданные вещи, например дополнительные измерения. Может оказаться, что мы живем не только в трехмерном пространстве, а есть дополнительное, как бы скрученное пространство.

Эти измерения закручены так, что мы их просто не видим, глядя с больших расстояний. А когда идем на более малые расстояния, то эти измерения могут проявиться. И не исключено, что это произойдет в той области энергий, которая будет доступна новому ускорителю. Здесь также может возникнуть прорыв, и мы можем столкнуться с эффектами, которые проявятся благодаря новым дополнительным измерениям. Возможно, наличие в природе темной энергии свидетельствует именно об этом.

- Не приведут ли эксперименты на новом ускорителе к глобальной катастрофе?

- Этот вопрос серьезно обсуждался. Но на него есть ответ. Столкновения с такой энергией в природе были, и не раз. Некоторая часть космических лучей имеет эффективную энергию гораздо выше, чем та, которая будет достигнута в ЦЕРНе. Их мало, и события такого рода на Земле происходят не часто, хотя они зарегистрированы. За миллиарды лет существования Земли таких событий было не меньше, чем запланировано в экспериментальных исследованиях в ЦЕРНе. В космических лучах встречаются протоны с эффективной энергией 400 ТэВ, и их столкновения с земной атмосферой к катастрофе не привели. В ЦЕРНе суммарная энергия "всего" 14 ТэВ, и катастрофы там точно не будет.

- Почему до сих пор мы не фиксировали частиц темной материи ?

- Темная материя движется медленно во Вселенной: скорость ее частиц около одной тысячной скорости света. Это хаотическое движение. Столкновения между этими частицами, если и происходят, то с малой вероятностью. С нашими частицами они почти не взаимодействуют, Земля для них прозрачна. Темная материя может испытывать только гравитационное или какое-то другое очень слабое взаимодействие с нашими частицами, многие гипотезы о темной материи предполагают, что она испытывает другие взаимодействия с нашими частицами помимо гравитационных, но это взаимодействие слабо проявляется.

- Как фундаментальные исследования повлияют на развитие общества?

- В фундаментальной науке открытия происходят не часто и не скоро проявляются и превращаются в технологические достижения. Особенно в физике элементарных частиц. Мы сейчас плохо себе представляем, что произойдет на новом уровне энергий, который будет достигнут на коллайдере в ЦЕРНе. Надо, однако, понимать, что те технологии, которые развиваются для создания ускорителя и детекторов частиц, это, конечно, технологии переднего края, находящие применение в самых разных областях.