Журнал «Компьютерра» - Цифровой журнал «Компьютерра» № 129

Компьютерра 09.07.2012 - 15.07.2012

Статьи

Поймать «Искомого Зверя» современной физики Юрий Ильин

Опубликовано 09 июля 2012 года

Бозон Хиггса найден. К сожалению, пока приходится оговариваться: найдено что-то, по своим характеристикам очень на него похожее. Остаётся крохотная вероятность, что две команды исследователей, работавшие на Большом адронном коллайдере, обнаружили не Искомого Зверя современной физики, а нечто очень похожее.

Этому открытию предшествовала долгая история.

Стандартная модель и четыре типа взаимодействий

По легенде, сэр Исаак Ньютон, великий математик и физик, а также алхимик и богослов, открыл Закон всемирного тяготения, получив яблоком по голове. Из открытия Ньютона впоследствии родилось понятие о гравитации как об одном из основных (фундаментальных) взаимодействий между материальными телами.

Столетия спустя открыто электрическое, или электромагнитное, взаимодействие: одноименные заряды отталкиваются, разноименные притягиваются.

- Путём многолетних исследований было осознано, что переносчиком этого взаимодействия являются безмассовые частицы — фотоны, — объяснял в интервью «Компьютерре» Юрий Тихонов, заместитель директора Института ядерной физики имени Г.И. Будкера СО РАН. — Но в процессе развития физики выяснилось, что есть и другие типы взаимодействий.

В настоящее время физика рассматривает как данность четыре фундаментальные взаимодействия: упомянутые уже гравитационное и электромагнитное, а также так называемые сильные и слабые взаимодействия, проявляющиеся на субатомном уровне.

- Было доказано, что эти взаимодействия между собой очень сильно связаны. Их объединение и привело к появлению электрослабой, или Стандартной, модели, — рассказывает Юрий Тихонов. — Слово «Стандартная» появилось случайно. Это означает, на мой взгляд, что это устоявшаяся красивая теория. Попытки объединения электрических и слабых сил были очень продуктивны, но в любой теории есть свои вопросы. Чтобы она была самосогласованной и в ней не было внутренних противоречий, потребовалось ввести ещё одно поле — скалярное, или Хиггсовское, которое взаимодействует и с электромагнитным, и со слабым полем. С ним электрослабая модель становится согласованной, в ней исчезают расходимости, и это само по себе — большое достижение теории.

В самом деле, физики ценят Стандартную модель за её экспериментальную точность: во всём, что можно было проверить опытным путём, Стандартная модель демонстрирует фантастический уровень совпадения теоретическим ожиданиям.

Сотрудник ЦЕРНа Александр Ерохин поясняет:

- Существует предположение, что все частицы в первые мгновения после Большого Взрыва не обладали массой. С охлаждением Вселенной температура упала ниже некоторой критической величины, так что сформировалось так называемое поле Хиггса, ассоциированное с бозонами Хиггса. С распространением поля Хиггса во Вселенной любая частица, взаимодействуя с бозоном Хиггса, приобретала массу. Чем больше частица взаимодействовала в поле Хиггса, тем большей массой она наделялась.

Проблема в том, что бозон Хиггса сам по себе до сих пор найти не удавалось. Не удавалось даже выявить диапазон масс, к которому может принадлежать этот бозон. По словам Ерохина, если бы частицу не удалось найти и на Большом адронном коллайдере, то можно было бы считать, что её масса находится «вне диапазона 14ТэВ».

Надеясь ответить на вопросы, связанные с существованием массы у элементарных частиц и колоссальным разбросом таковых, британский физик Питер Хиггс в 1960-е годы предложил механизм спонтанного нарушения калибровочной симметрии: в этом механизме вводится специальная зависимость потенциала скалярного поля от величины поля, которая симметрична и является неустойчивой. Неустойчивое состояние не может сохраняться долго и очень быстро переходит в состояние с минимальной энергией.

- Явление спонтанного нарушения симметрии, то есть явление, при котором зависимость поля от потенциала становится несимметричной, получило название механизма Хиггса. Безмассовые поля (векторные бозоны) поглощают часть скалярного поля и приобретают массу. Оставшееся скалярное поле также имеет массу и проявляет себя как новая --">