Физики: кажется, найдены новые фундаментальные частицы мироздания

У бозона Хиггса может появиться кузен

18 декабря 2015 в 13:59, просмотров: 6033

Две группы физиков, работающих независимо друг от друга на Большом адронном коллайдере в CERN (Европейский центр ядерных исследований), сообщили, что они обнаружили следы, возможно, новых фундаментальных частиц мироздания. Это произошло во вторник, 15 декабря. У знаменитого и неуловимого «бозона Хиггса» может появиться двоюродный брат.

Физики: кажется, найдены новые фундаментальные частицы мироздания
фото: Сергей Иванов

Вторник стал днем «мозгового штурма» физиков на CERN — от «самых диких идей» до еще более диких. Если найденный след не окажется Иваном Сусаниным и не заведет физиков в непролазные дебри, то ученые 15 декабря наткнулись на более тяжелую версию бозона Хиггса — частицы, которая объясняет, почему другие элементарные частицы имеют массу. Но есть и другая версия, согласно которой «найденыш», если он действительно найден, является гравитонсом, то есть квантовым носителем гравитации; его находка может означать существование новых измерений и факторов пространства-времени.

Наконец, на конце длинной цепи этих «если бы, да кабы» насажена революция — первый намек на теорию природы, которая существует по ту сторону «Стандартной Модели», царящей в физике последнюю четверть века.

Но пока что еще слишком далеко для того, чтобы «свистать наверх» ученых, считают физики в CERN и за ее пределами. Они указывают на то, что история физики элементарных частиц полнится статистическими неожиданностями и аномалиями, которые исчезали, когда появлялась новая более полная статистика.

То, что произошло 15 декабря на CERN может быть лишь удивительной «шишкой» в статистике, полученной от коллайдера, говорят физики, участвовавшие в эксперименте. Они предупреждают, что необходимо куда больше статистики, которая поступит уже в недалеком будущем. «Я не думаю, что есть люди, считающие достаточной полученную статистику, — говорит К. Грэнмер, физик из Нью-Йоркского университета, который работает в одной из команд на CERN, носящей название «Атлас». — Но это было бы в случае подтверждения чем-то гигантским». Он указывает на то, что многие физики-теоретики отложили в сторону свою текущую работу и взялись за изучение новых результатов, полученных от CERN.

Доктор Грэнмер говорит, что когда «будут приняты во внимание все статистические эффекты, «шишка», обнаруженная «Атласом», будет иметь один из 93 шансов оказаться флюком», то есть счастливой случайностью. Это куда надежнее, чем один шанс из трех с половиной миллионов считающийся «сигмой ять» — золотым стандартом для открытия. Показательно, что группа ученых C.M.S., конкурирующая с «Атласом», наткнулась на «шишку» именно в том самом месте, что и группа физиков «Атласа».

А вот мнение Нины Аркани-Хамед, физика-теоретика из Института продвинутых знаний в Принстоне: «Хотя мы еще далеки от того, чтобы откупоривать бутылки шампанского, лежащие в холодильнике, но вся история нас, безусловно, интригует».

Быть может, и на сей раз история повторится? Именно на этой неделе, но четыре года назад, эти же две команды физиков зафиксировали аналогичные «шишки» в статистике Большого коллайдера, что привело к открытию бозона Хиггса шестью месяцами позже. Аудитория в прошлый вторник в CERN, недалеко от Женевы, была так набита ее сотрудниками, что начальству пришлось, сидя на полу, выслушивать двухчасовую презентацию работ «Атласа» и C.M.S. Презентация началась с того, что весь зал пропел «Happy Birthday» физику Клер Ли, экспериментаторше из Брукхевенской национальной лаборатории на Лонг-Айленде, США.

В какой-то момент, уходящий в отставку генеральный директор CERN Рольф Хойер попытался освободить проходы зала от публики, ссылаясь на пожарные инструкции. Но никто даже не пошевелился. Хойер пошутил: «Теперь мне стало ясно, что я уже «хромая утка», — сказал он.

Когда в 2012 году ученые объявили, что они действительно нашли бозон Хиггса, они поспешили добавить, что это «не конец физики», что это даже не черчиллевское «начало конца». Они говорили с надеждой в голосе, что это, быть может, «конец начала».

Бозон Хиггса был последним камешком в Стандартной Модели, которая объясняет все то, что мы знаем о субатомных частицах и силах. Но есть и такие вопросы, на которые даже эта Модель не дает ответа, например, что происходит на дне «черной дыры», какова идентичность «черной материи» и «черной энергии», которые заправляют Космосом, или почему Космос это материя, а не антиматерия?

Большой адронный коллайдер, стоимостью в 10 миллиардов долларов, был построен для разгона протонов вокруг 18-мильного подземного трека со скоростью 99% скорости света. Сталкиваясь друг с другом, протоны создавали благоприятную среду для поиска новых частиц и сил Вселенной. Чем больше энергии придавалось этим столкновениям, тем более массивные частицы появлялись на треке CERN. Согласно логике квантовой микроскопии, чем больше энергии они потребляют, тем меньшие и «интимные детали» природы могут наблюдать физики.

Вдоль подземного трека «запаркованы» два гигантских шестиэтажных конгломерата компьютеров, кристаллов, магнитов и проводов. «Атлас» и C.M.S. имеют в своем распоряжении по 3000 физиков, которые обязаны ловить и классифицировать все, что проистекает из этих микроскопических образчиков первичного изначального огня.

В течение двух первых лет своего функционирования коллайдер «выстреливал» протоны — стройматериал, так сказать, обычной материи, насыщая их энергией в четыре триллиона электрон-вольт. Во взаимозаменяемых частях массы и энергии, которые физики предпочитают. Если сравнивать, что «оголенный» протон весит около одного миллиарда электрон-вольт, а бозон Хиггса — около 125 миллиардов электрон-вольт.

С июня месяца после двухлетнего выключения физики CERN разгоняют свой коллайдер с почти двойной энергией по сравнению с той, с помощью которой им удалось найти бозон Хиггса, направляя двойню лучей протонов с силою в 6,5 триллиона электрон-вольт энергии друг на друга в поисках новых частиц, которые ведут к познанию более глубоких законов Вселенной.

С тех пор главные новости заключаются в отсутствии новостей, если не считать «мучительно дразнящих» намеков или «шишек» в статистике, быть может, свидетельствующих о новых частицах и указателях новых теорий или «статистических демонов».

Пока что наиболее интригующие результаты — это избыток парных гамма-лучей, соответствующий энергии в районе 750 миллиардов электрон-вольт. Гамма-лучи, по мнению физиков, могут быть созданы радиоактивным распадом новой частицы, той самой, которую окрестили «кузеном» бозона Хиггса. А сам этот бозон был впервые замечен, поскольку он разлагался во множестве гамма-лучей.

Возможно и то, что речь идет о куда более массивной частице, которая разложилась, опускаясь к паре фотонов. Пока всего этого никто не знает. Никакая из существующих моделей этого не предсказывала, чем, надо сказать, довольные некоторые ученые. «Чем больше нестандартных ситуаций, тем лучше, — говорит директор исследовательских работ Национальной акселераторной лаборатории имени Ферми и член одной из команд CERN Дэнон Ликкен. — Это позволит людям о многом подумать. А нам платят за то, что мы размышляем».

Мария Спиропулу, профессор Калтеха и тоже член одной из команд CERN, говорит: «Как экспериментатор, я вижу 750-миллиардные электроволны, эти чудовища, которые дегенерируют в два фотона». Объяснение этого феномена она «великодушно» оставляет физикам-теоретикам.

Новые полученные результаты основаны на анализе коллизии друг с другом 400 триллионов протонов.

Если полученная таким образом частица реальна, говорит доктор Ликкен, то физики узнают об этом уже летом 2016 года, когда в их руках окажется статистика в десять раз больше нынешней, и они продемонстрируют ее ученым всего мира, собравшимся в Чикаго, этом «заднем дворе» лаборатории имени Ферма.

Такое открытие будет означать плодотворное будущее для космологических путешествий и для самого коллайдера CERN, которому суждено работать еще 20 лет. Оно даст толчок и тем предложениям, которые пока что существуют лишь на чертежных досках в основном в Китае — о строительстве новых еще более мощных коллайдеров.

«Мы еще только-только приближаемся к мощи и славе того, как оперирует коллайдер CERN в 13 триллионов электрон-вольт, — говорит доктор Спиропулу. — Мы сейчас вступаем в эру, когда приходится стрелять в потемках!»

Удивительное создание природы человек! Сравните то, как «стреляет» во тьме гигантского подземелья коллайдер CERN, с тем, что происходит на поверхности земного шара. Первые страницы газет полны сообщений о зверствах джихадистов, о трагедии Украины, о бряцании ядерным оружием, о том, как гибнут от голода и холода миллионы детей, о маразме современных политиканов.

А тем временем в подземельях CERN друг с другом «воюют» «Атлас» и C.M.S. Нет, это не тайные общества бандитов из джеймсбондовских лент. Это тысячи ученых, смотрящих далеко вперед.

Кому достанется планета в этом историческом споре? «Атласу» и C.M.S. – или тем нелюдям, которые делят нашу планету огнем и мечом, но хотят засунуть ее целиком в карманы своих брюк? Ответ на этот вопрос уже давно зреет, в том числе и в подземельях CERN. Но вот каким он будет, никто еще не знает.



Партнеры