http://www.ras.ru/digest/showdnews.aspx?id=a9665770-7f77-4c25-90a1-7ed8e15c7bd7&print=1
© 2024 Российская академия наук

ИДЁТ ОХОТА НА БОЗОНА

После запуска Большого адронного коллайдера (БАК), по признанию учёных, началась новая эра в физике. Об этом рассказывает академик Виктор МАТВЕЕВ, директор Института ядерных исследований Российской академии наук, председатель международного объединения учёных, участвующих в одном из проектов.

– Виктор Анатольевич, почему физики зациклились на каком-то бозоне? Кто-то даже назвал его «божественной» частицей.

– Это из-за его особо важной роли. Именно бозон в эксперименте на коллайдере должен или подтвердить, или опровергнуть гипотезу о существовании Хиггсова поля. Тем самым подвергнуть критическому испытанию нашу стройную так называемую Стандартную модель элементарных частиц – это поистине величайшее достижение фундаментальной науки на рубеже веков. Пока всё, что физики предсказывали на базе этой модели, сбывалось. Осталось обнаружить предсказанный английским теоретиком Питером Хиггсом бозон, этот ключ ко всей теории. Если обнаружим бозон, то подтвердится гипотеза о существовании весьма необычного и удивительного поля, названного полем Хиггса.

– А если не найдёте?

– Будем думать... Но жизнь подсказывает, что мир в своей основе устроен очень логично и универсально. Одно вытекает из другого. Стремится к простоте. Чтобы найти истину – надо убрать всё лишнее. Как в скульптуре.

– Сколько времени уйдёт на поиски бозона?

– Надеюсь, года нам хватит, чтобы понять, способны ли мы прочувствовать бозон в поле Хиггса. Мы только начали работу. Все данные, полученные на коллайдере, надо обработать и осмыслить. Тут ребята как-то подсчитали, что если всю информацию, собранную за год, уложить в компакт-диски и сложить стопкой, то получится 20-километровая башня. Но пока мы ищем бозон Хиггса, узнаём много нового о необычных свойствах разных элементарных частиц.

– Но что в результате получат люди?

– Что получим, пока говорить рано. Когда впервые в лабораторных условиях блеснули электрические разряды, никто не думал об электрической лампочке; когда было обнаружено такое явление, как радиация, никто не думал об атомной бомбе и атомных электростанциях. Резерфорд от вопроса о практическом значении открытия ядерной структуры атома отмахнулся и сказал, что это ему неинтересно. Хотя в душе, конечно же, каждый первооткрыватель понимал, что его открытие что-то обязательно даст человечеству.

– Тем не менее, когда изобрели электрическую лампу и Эдисону потребовались деньги на производство, он убеждал финансистов в необходимости поддержать его дело одной фразой: «Вы будете получать налоги»…

– Налоги и доходы… Это где-то далеко впереди… И не сфера интересов учёных. Мы сейчас ловим бозон… У нас много вопросов. Например, есть некоторая фундаментальная симметрия, управляющая законами, действующими на малых расстояниях. Но есть и нарушения этой фундаментальной симметрии. Вдруг что-то спонтанно нарушается. И эти нарушения имеют определённый характер. Почему-то вдруг – ни с того, ни с сего – у частицы появляется масса. И масса возникает в поле Хиггса, квант которого, если повезёт, нам удастся родить в 27-километровом кольце БАК, где протон за одну секунду делает 10 тысяч оборотов. Там мощное магнитное поле, сверхнизкие температуры, сверхвысокий вакуум и сверхчувствительные детекторы создают все условия, при которых и бозон можно обнаружить, и микромир изучать, и понять, как это поле Хиггса влияет на изменение массы частиц. Уж очень они в этом поле себя странно ведут. Когда поле усиливается, то массы частиц увеличиваются.

– Чем необычен ваш бозон?

– Ещё в школе нас знакомят с электромагнитным полем. Фотон – частица потока света – есть элементарное возбуждение или, как физики говорят, квант электромагнитного поля. В классической теории фотону соответствует распространяющаяся в пространстве волна электромагнитного поля. Нет источника света – и электромагнитное поле исчезает, обращается в ноль. Хиггсово поле ведёт себя иначе. Оно и в пустом пространстве, в вакууме, не исчезает и имеет постоянную величину. Его можно сравнить со своеобразным морем, заполняющим всё пространство. И все мы, весь мир, погружены в это море и испытываем его влияние. А сам бозон Хиггса, аналогично фотону – квант Хиггсова поля, есть своеобразная волна, бегущая по Хиггсову морю.

Согласно Стандартной модели, погружённая в это «море» изначально безмассовая частица благодаря взаимодействию с Хиггсовым полем приобретает массу. Сильнее взаимодействие с полем, сильнее само поле – тяжелее частица, слабее поле – легче частица.

А исчезни Хиггсово поле совсем, иссохни это заполняющее пространство Хиггсово море – и всё, что мы видим вокруг, весь мир да и мы сами распадёмся на отдельные частицы. Потеряв массу, они разлетятся со световыми скоростями.

– Куда?

– Никуда. Это поле можно сравнить с морем, в котором плавают и образуются массы элементарных частиц. Это поле силы. Чем больше силы, тем больше масса. Чем оно слабее, тем меньше сил и массы. Как всё это обнаружить? Надо по этому полю как-то ударить, чтобы получить ответ, хотя бы в виде волны. Если появится волна, то поле существует. У бозона жизнь коротка, и нам надо исхитриться уловить её движение. Чувствительность детекторов для фиксации бозона нужна невероятная. Число столкновений, чтобы его найти, нужно великое множество. Причём сначала собрать данные, а потом всё обработать – нельзя. Всё должно идти одновременно. При каждом столкновении протонов рождаются сотни частиц, иногда тысячи. За короткое время надо проследить траекторию каждой частицы, летящей со скоростью света, протестировать, измерить её массу, энергию. Такую работу могут осилить только сообща физики всей планеты.

– Тут нужны суперкомпьютеры?

– Не столько суперкомпьютеры, сколько слаженная работа всех участников эксперимента со своими компьютерами в разных странах. И только сеть Грид – распределённая по всему миру информационно-вычислительная система – позволяет всем одновременно участвовать в сборе и обработке данных с установки, находящейся в БАК. Это ещё и техническая гарантия того, что все участники коллаборации – так называется коллектив учёных, занятых в одном проекте, – равноправны. Таких коллабораций на БАК четыре. Российских специалистов, напрямую связанных с работой на БАК, около 700 человек.

– Стало быть, Нобелевскую премию надо давать всем или никому?

– Все результаты публикуются от имени коллаборации. И подписывают их те, кто в соглашении о работе заранее представлен как автор. Хотя надо признать, что это всё равно больной вопрос, который тихо сидит в каждом… Но сегодня все углубились в работу, ведь для начала надо получить какие-то результаты. Самые оригинальные работы и станут сенсацией.

– Как в таком случае можно оценить российский вклад?

– Российских учёных и инженеров на БАК ценят очень высоко. За талант, трудолюбие, универсальность… Мы зачастую знаем и умеем больше других. Всегда приходим на помощь. Мы чувствуем, как к нам относятся. Это очень приятно. Но мы очень зависим от поддержки государства. И нам очень хотелось бы, чтобы наше государство знало об этом и гордилось тем, что мы там делаем.

Весь последний год работа на коллайдере была очень сложной. После аварии надо было всё перепроверить. И спрос на русских специалистов был особенно велик. Каждый кубический сантиметр установки крайне насыщен. Например, нанятые западные спецы пришли, всё соединили. А проверять, как всё работает после их соединений, посылают русских. Это наш особый российский талант – увидеть и прочувствовать, как всё будет действовать. Мы чаще других даём нетривиальное решение проблемы. В особо сложное время подготовки к запуску БАК генеральный директор ЦЕРН постоянно обращался к министру Фурсенко с одной просьбой: «Пожалуйста, по возможности, пришлите или оставьте такого-то физика, инженера или рабочего». Наших там знают по именам. Российское Правительство получило особую благодарность со стороны ЦЕРН за исключительно ценный вклад России в создание комплекса.

– Чем особо в ЦЕРН прославились русские?

– Когда там решили сконцентрировать усилия на поиске бозона, то выяснилось, что нужны особые уловители его электромагнитного распада, когда он делится на два гамма-кванта. Для уловителей были нужны особые кристаллы – предельно жёсткие и оптически прозрачные, чтобы не упустить и поглотить всю выделяемую при распадах энергию. Учёные нашли, что для этого нужно сделать кристаллы вольфрамата свинца. Это сплав вольфрама и свинца. Кристалл невероятно тяжёлый, хотя и абсолютно прозрачный.

Таких кристаллов понадобилось 80 тысяч. Россия оказалась единственной страной, способной это выполнить. Сделал это наш Богородицкий завод в Тульской области. Он теперь известен во всём мире. Ни одна страна не смогла даже близко подойти к таким параметрам, как у нас. Да, на это ушло 10 лет, но только мы смогли сделать такой кристалл.

– А на какие деньги?

– В основном это были инвестиции западных участников коллаборации при финансовой поддержке Правительства России. Кристаллы оказались необыкновенными и, как выяснилось, незаменимыми для медицины и других отраслей. Продукция завода сегодня чрезвычайно востребована.

Или возьмите наш Росатом, заводы в Сарове или Снежинске, которые тоже делали уникальные вещи. Каждое такое участие потом отмечалось в ЦЕРН золотыми наградами.

Например, появление генерального конструктора авиаконструкторского бюро имени Мясищева Валерия Новикова, прилетевшего в Швейцарию на уникальном исследовательском высокополётном самолёте, сконструированном в его КБ, сопровождалось первополосными сообщениями в газетах: «В Женеву прилетел необычный самолёт!» На него ходили смотреть как на чудо. А когда Новиков стал показывать, что они у себя в КБ делают, что практически каждое изделие – уникальное, то совсем покорил учёных ЦЕРН. Его КБ получило звание ассоциированного члена коллаборации CМS за особый вклад. Это многого стоит. Но о таких событиях в России мало кто знает.

Между тем такой опыт взаимодействия российских учёных с мировой наукой, какой даёт нам участие в работе на БАК, надо ценить, поддерживать и развивать дальше. Для этого Россия должна подписать новое соглашение о сотрудничестве с ЦЕРН.

Ну а 30 марта, день, когда в коллайдере столкнулись первые пучки протонов, ускоренных до рекордных энергий, можно считать началом новой эры в физике. Если обнаружим бозон, то тем самым подтвердим гипотезу о существовании Хиггсова поля – значит, наша Стандартная модель элементарных частиц верна. И можно идти дальше.

Ставки высоки.