Онлайн-журнал «Русский репортер»

Хиггс маслом

Большой адронный коллайдер все-таки запустили — если считать запуском то, что 10 сентября пучки протонов, разогнанных почти до скорости света, вхолостую прошли круг в одну сторону, потом в другую. Настоящие эксперименты — со столкновениями частиц и на полной мощности — начнутся позже. Главное, чего от них ждут, — получения бозона Хиггса. Бозон уже успели назвать «частицей бога» — что, конечно, впечатляет, но не делает понятнее, зачем ее ищут

Всего год назад судьбу Большого адронного коллайдера (БАК) могла решить одна игральная карта. Вытащи ученые джокера из большой колоды — прибор отправился бы на свалку. Это следствие парадокса, связанного с нарушением причинности и выведенного двумя маститыми физиками-теоре­тиками Хольгером Нильсеном и Масао Ниномия. В своей статье они заверяли коллег, что физика стоит перед лицом нешуточной опасности: одна из частиц, которые собираются синтезировать, способна из будущего помешать своему рождению. Сверхпроводящие магниты начнут рушиться, трубы лопаться, а сотрудники CERN’а увольняться — лишь бы не дать коллайдеру шансов.

Каким конкретно способом частица испортит всем жизнь, не успев родиться, в статье не уточнялось. Но современная физика оставляет простор для воображения. Скажем, квантовая теория (в версии Эверетта) допускает бесконечное множество Вселенных, где события развиваются по-разному. Возможно, сохранились бы только те, где эксперимент провалился. Например, из-за недостатка денег. Или из-за глобального взрыва. Мир, где ученые просто проиграли свой прибор в карты, рассуждали авторы статьи, обойдется дешевле безжизненной планеты. А факт проигрыша даст спокойно, без катастроф свернуть проект.

Ниномия и Нильсен вряд ли читали Стругацких, но ход их рассуждений повторяет логику романа «За миллиард лет до конца света»: теоретик вот-вот выведет свое уравнение — а Вселенная, противясь быстрой разгадке, начинает его смущать то вывороченными с корнем деревьями прямо под окном, то визитами виртуальных подруг. Разница в масштабах проблемы: герой Стругацких только догадывается, что случайно занялся чем-то невероятно важным, а тут профессора и академики знают наверняка.

Частица, со стороны которой ждут провокаций, на­зывается бозоном Хиггса. Именно чтобы ее найти, и построили Большой адронный коллайдер — не испугавшись перспективы сгинуть в черной дыре или раствориться в странной материи. Если с поисками повезет, преемник БАК — Очень Большой Адронный Коллайдер (VLHC) — займется бозоном Хиггса вплотную.

Экспериментаторы увидят не сам бозон Хиггса, а его распад на другие частицы

Все потому, что пока на месте бозона зияет единственная дыра в Стандартной модели. А она для физиков то же самое, что таблица Менделеева для химиков. Стандартная модель, в отличие от химической таблицы, перечисляет не атомы, а еще более мелкие элементарные частицы. Мельче, собственно, некуда: их, не в пример атомам, нельзя разобрать на детали.

Закрыть дыру в теории — значит еще и обезопасить себя. Не столько от антивещества с черными дырами, сколько от публичного недоверия. Физиков упрекают: они ищут то, в чем еще не разобрались, однако заранее заявляют, что ничего лишнего не появится. Находка спасет науку, и это будет самый скучный сценарий. Вот, наверное, почему главный астрофизик планеты Стивен Хокинг сделал ставку на то, что открытия не случится. Удачи стимулируют ученых скупать фраки и ездить в Стокгольм. Неудачи — думать дальше.

В популярных статьях бозон называют «частицей бога»: пишут, что он снабжает массой все остальные частицы — как те, из которых состоит вещество вокруг, так и те, которые возникают и гибнут за доли секунды внутри ядер. В частности, заставляет весить сам себя. В голову приходит только волшебная палочка, которая касанием превращает невесомое в тяжелое. Не слишком наглядно.

Физики видят это иначе. Академик Валерий Рубаков предлагает представить себе океан. И рыб:

— Рыба преодолевает сопротивление воды. Чем она крупнее, тем сопротивление больше. Океан — это и есть хиггсовское поле, которое заполняет пространство и мешает частицам разгоняться. Так появляется масса. Но бозона Хиггса в этой картине нет. Он — что-то вроде ряби в океане. Подымается волнение — возникает бозон. Вообще это часто используемая картина. В современной науке со времен появления квантовой механики не различают частицу и волну.

Если «океан» всюду, то что тогда хотят получить физики на Большом адронном коллайдере?

Они хотят сделать рябь. Океан есть везде, а ряби нет. Для того чтобы пошла волна, придется его возмутить. Но это не так просто, нужна большая энергия — получить ее можно только в ускорителе.

Хиггсовское поле существовало всегда?

Такого океана, однородно разлитого, в самом начале Вселенной не было. При сверхвысокой температуре океан, грубо говоря, испарялся. Он был не плотной средой, а — снова неточная метафора — плазмой. И никаких масс у частиц не было — конечно, только на самых ранних стадиях эволюции Вселенной, в первые доли секунды после Большого взрыва. Потом космос подостыл, произошла конденсация. И вот уже поле Хиггса существует во всей Вселенной. По крайней мере в той ее части, которую мы знаем.

А когда во Вселенной возникает новая материя — например, в межзвездном пространстве рождается пара из час­тицы и античастицы, и обе они сколько-нибудь весят, — нужен ли для этого бозон?

Не нужен. Все происходит внутри океана. Частицы сразу после рождения начинают сквозь него протискиваться.

Бозону Хиггса тут нечего делать.

Говорят, что бозон неустойчив. Как он распадается и чем это чревато?

Да ничем не чревато. Он распадается на пару обычных частиц, например фотонов или электронов, и дальше они живут по своим законам, движутся через этот океан. Фотон, правда, так хитро устроен, что хиггсовское поле на него не влияет никак — это и означает, что массы у него нет.

В старых учебниках пишут про гравитоны — частицы, которые переносят гравитационное поле и тем самым притягивают массивные тела. Гравитоны и бозоны Хиггса — это одно и то же?

Почему обязательно в старых учебниках? Во всех новых теориях гравитоны присутствуют, они обязательно должны быть: есть поле тяготения — должен существовать и его квант. Но взаимодействует он не с массой, а с энергией. Вот свет никакой массы покоя не имеет, но создает гравитационное поле и в нем искривляется. Так что бозон Хиггса и гравитон — это абсолютно разные частицы.

А как быть с естественными космическими ускорите­лями? Те же струи вблизи пульсаров, где энергии час­тиц намного больше, чем внутри БАК. Есть ли шансы обнаружить бозон Хиггса там, не ставя экспериментов на Земле?

Знаете, частица распадается мгновенно. Время жизни слишком маленькое — 10⁻²⁴ секунды. Поэтому мы их никак не увидим, это во-первых. А во-вторых, вам нужна не просто энергия, а много соударений. Космический газ, куда бьют частицы, — все равно очень разряженная вещь. Потока бозонов Хиггса не было и не будет, их рождение — единичный процесс, даже в космосе.

И потом, даже по космическим меркам это огромная энергия. Ну вот совсем по-простому: «Е равно эм це квадрат», так? Если нужен тяжелый объект, то, чтобы его родить, нужно иметь энергию не меньше этого самого эм-це-квадрата.

Профессор Хиггс ушел из теорфизики 20 лет назад — заявив, что перестал успевать за ее математическим аппаратом

Стивен Хокинг поставил сто долларов на то, что бозон Хиггса не найдут. Вы бы так поступили?

Ну, маленькую он ставку сделал… Я бы сказал так: если не сам хиггсовский бозон — в самом простом варианте, то его аналог должны найти обязательно. В любом случае час­тицы получают массу по какому-нибудь механизму, так? А этому механизму обязательно отвечает новая частица. Пусть даже ее свойства отличаются от прогноза. Но не сильно. Была популярна модель, где бозон Хиггса не элементарная частица, а составная. Как адроны, которые сами состоят из кварков. Такой вот «адрон Хиггса». А если даже такую частицу не найдут, то, я считаю, всем теоретикам надо скопом подавать в отставку.

Фото: GAMMA/EYEDEA PRESSE/EAST NEWS; ©CERN; Claudia Marcelloni/©CERN