Итоги № 28 (2012)

Попался! / Парадокс

Попался!

/ Парадокс

На Большом адронном коллайдере уложили последний кирпичик в фундамент мироздания: неуловимый бозон Хиггса пойман. Ученым больше нечего искать?

Революция, о которой так давно твердили физики-теоретики, наконец свершилась! 4 июля ученые, работающие на Большом адронном коллайдере (БАК), объявили, что бозон Хиггса, предсказанный английским физиком Питером Хиггсом еще в 1964 году, обнаружен. Вероятность ошибки составляет всего лишь одну сотую процента, и по всем критериям это является бесспорным открытием. Открытием именно с научной точки зрения, то есть этому факту можно верить безоговорочно, смело упоминать о нем в диссертациях.

Бозоны, говоришь?

Бозон Хиггса считался последней неоткрытой из 24 фундаментальных частиц. Его отсутствие не давало ученым увидеть законченную модель строения материи. Согласно теоретическим выкладкам Питера Хиггса, его бозон должен наделять массой всю материю во вселенной. Но без экспериментального подтверждения его существования стандартная модель оставалась лишь красивой, но неподтвержденной теорией. Теперь физики могут с полной ответственностью заявлять, что знают, из чего состоит все сущее в подлунном мире и как все это взаимодействует. «Для теоретической физики это подлинный триумф! — радостно заявил «Итогам» руководитель коллаборации Dzero американского ускорителя Тэватрон, на котором также проходили поиски бозона Хиггса, доктор физико-математических наук Дмитрий Денисов. — Открытие действительно сделано! Во-первых, два независимых эксперимента на БАК выдали идентичные результаты. Во-вторых, со значимостью 2,9 сигма сигнал бозона Хиггса мы видим и на Тэватроне — в совершенно других условиях (протон-антипротонные столкновения) и в других каналах распада. Вероятность того, что все четыре эксперимента дают ошибку, меньше 10 в 14-й степени, поэтому можно смело праздновать замечательное открытие!»

Эпохальным событием, которое по значимости можно сравнить с открытием позитрона или сверхпроводимости, назвал в разговоре с «Итогами» обнаружение бозона Хиггса участник эксперимента — заведующий отделом экспериментальной физики высоких энергий Научно-исследовательского института ядерной физики имени Д. В. Скобельцына МГУ доктор физико-математических наук Эдуард Боос. Но при одном условии — если наблюдаемое физиками ЦЕРНа событие действительно происходило с участием той самой «частицы бога».

До сих пор у ряда специалистов остаются определенные сомнения по поводу состоятельности открытия. Михаил Рыскин, доктор физико-математических наук, заведующий отделением теоретической физики Петербургского института ядерной физики, называет все это «чисто пиаровской акцией» и приводит пример из недавнего прошлого. В начале 70-х так же гремела новость об открытии калифорнийскими учеными кварков. Один видный американский теоретик находился в то время в Ленинграде. На семинаре поинтересовались его мнением об открытии. Он ответил, что знает ученых этой очень сильной группы, работающих на совершенно уникальной аппаратуре, и он бы им поверил, если бы не знал, что им срочно нужны были деньги. «Аналогичное впечатление производит и заявление об открытии бозона Хиггса», — говорит Рыскин. Ученый делает подобный вывод на основании как своей интуиции, так и тех данных, которые представили сотрудники БАК. Он считает, что вероятность открытия, равная 99,99 процента, или 5 сигма, как принято говорить у физиков, — далеко не показатель. Так, например, семь лет назад в Гамбурге с такой же вероятностью открыли лепто-кварк, который в последующие исследования быстренько «закрыли». Или вспомнить открытие, предъявленное на суд общественности сотрудниками ЦЕРНа 23 сентября прошлого года, относительно того, что нейтрино может двигаться быстрее скорости света. Тогда вероятность была еще выше, чем у обнаруженного бозона Хиггса, — 6 сигма, или практически 100 процентов. Однако и это открытие оказалось несостоятельным. Так почему же стоит верить нынешним заявлениям ученых из ЦЕРНа?

Хиггс всемогущий

Тем не менее если все же принять бозон Хиггса как доказанный факт, то какой с него, грубо говоря, толк? Что он даст человечеству?

Для физики частиц данное открытие важно прежде всего как подтверждение силы теоретического предсказания и могущества эксперимента, который решает, какие теории правильные, а какие должны уйти в небытие. Теперь у многих и теоретиков, и экспериментаторов будет гораздо больше времени для того, чтобы сосредоточиться на поисках новых частиц, на выстраивании новых теорий — в конце концов, это приведет к более глубокому пониманию природы. Теоретики на основании математики, собственного воображения и существующих на данный момент экспериментальных данных пытаются предсказать неизвестные еще законы природы и понять, как устроен мир элементарных частиц, из которых построено все окружающее нас пространство. Не все предсказания теоретиков подтверждаются экспериментально, но в случае с бозоном Хиггса теория торжествует. «Зная его массу, а также то, что поле Хиггса существует, теоретики получат новую экспериментальную информацию, которая поможет им продвинуться в их новых предсказаниях. Надеюсь только, что для подтверждения следующей великой теории не придется ждать 50 лет», — говорит Дмитрий Денисов.

А вот вопрос о прикладном применении фундаментальных открытий почти любого физика-теоретика приводит в бешенство. Однако бозон Хиггса благодаря пиар-политике ученых из ЦЕРНа и Тэватрона настолько сильно вошел в обиход, что новости вокруг него стали обсуждать на кухнях наряду со светскими и политическими сплетнями. Поэтому сейчас физикам сложно просто взять и сказать обывателям, чтобы те убрали свои невежественные носы от тонких материй. Взамен этого им приходится осторожно рассуждать о том, как бозон Хиггса повлияет на жизнь людей. «Задача ученых, работающих в фундаментальной науке, — понять законы природы, и мы продвинулись сейчас еще на один шаг», — говорит Дмитрий Денисов. Как вновь полученная информация может быть использована в практических целях, можно лишь предполагать, держа в уме пример аналогичных эпохальных открытий — например, открытие электрона, которое около 100 лет назад казалось чисто фундаментальным. Но вскоре за ним последовало появление квантовой механики, затем создали транзистор, изобрели лазеры, и в итоге дело дошло до мобильных телефонов и ноутбуков. Так что сегодня на самом деле трудно судить, что даст человеку бозон Хиггса в будущем.

Куда подальше

Остается, однако, еще один важный вопрос, на который придется ответить, если допустить, что бозон Хиггса все-таки найден: чем будут заниматься теоретические физики дальше? Ведь, казалось бы, стандартная модель обрела законченный вид и теперь о строении материи во Вселенной они знают все. Одни считают, что новых открытий человечество может и не дождаться. Например, Михаил Рыскин уверен: «Подтверждение открытия бозона Хиггса будет означать, что стандартная модель благополучно замкнулась, а решение последующих теоретических проблем уже лежит в области энергий, которые в миллиарды раз больше тех, которые можно достичь на современных ускорителях. Экспериментально до таких энергий мы доберемся не скоро».

Но есть и ученые, уже решившие для себя этот вопрос. Они занимаются проблемами, которые входят в так называемую область beyond physics (за пределами физики). «Именно изучение бозона Хиггса может указать на новые теории за пределами стандартной модели», — предполагает Дмитрий Денисов. Поскольку вопрос массы в стандартной модели решен, скорее всего, теоретики переориентируются на объяснения других интересных феноменов — например, темной материи, без которой галактики во Вселенной просто-напросто разлетелись бы в разные стороны. «Мы не знаем, что ее составляет, но ни одна из частиц стандартной модели на ее роль не подходит, бозон Хиггса тоже», — говорит Эдуард Боос.

Есть и другие, не менее интригующие проблемы для последующего изучения. Например, весьма и весьма интересна теория суперсимметрии, в которой каждая известная элементарная частица (электрон, кварки и даже бозон Хиггса) имеет двойника — осесимметричную частицу. Это направление открывает целый «зоопарк» частиц, которые расскажут нам намного больше о природе на еще меньших расстояниях, чем те, что ученые изучают сегодня.