«Нам нужно избавиться от слова «подобный»

Зачем коллайдеру продолжать работать, если бозон Хиггса уже открыли, и где будут искать новую физику

«Газета.Ru» разобралась, зачем БАК продолжать работать, хотя бозон Хиггса уже открыли, чем планируют заняться ученые во время полуторагодовой остановки прибора и где будут искать новую физику.

Большой адронный коллайдер проводит последние рабочие дни, сталкивая ионы свинца. Большие работы по протон-протонным столкновениям на невиданно высокой энергии — 7 ТэВ! — закончены, а специалисты-ускорительщики готовятся к полуторагодовым работам по апгрейду прибора для выхода на энергию, в два раза превышающую сегодняшнюю. А чем в это время будут заниматься научные коллективы коллабораций? Об этом «Газете.Ru» рассказали члены двух крупнейших коллабораций, работающих с данными детекторов, созданных для поиска бозона Хиггса, — ATLAS и CMS.

«Наша основная цель — убрать слово «подобный» из фразы «частица, подобная бозону Хиггса»! Это наша ближайшая цель.

Я полагаю, что уже сейчас у нас есть достаточно статистики, чтобы сделать это, то есть мы набрали нужный массив данных за 2012 год, теперь нам только нужно время, чтобы их обработать. Вот от слова «подобный» нам нужно избавиться и сказать: да, это бозон Хиггса. Мы пока не знаем, какой именно это бозон Хиггса — тот, что предсказывает Стандартная модель, или нет», — объясняет член коллаборации ATLAS, сотрудник Научно-исследовательского института имени Вейцмана (Израиль) Эйлам Гросс.

«2012 год был чрезвычайно важным, возможно, самым важным годом для физики частиц за последние 30—40 лет. Я думаю, что скоро люди будут вспоминать то, что они увидели в июле (именно тогда было объявлено об открытии новой частицы) как «июльскую революцию». Однако 2013-й тоже может стать очень и очень интересным годом, который откроет новые свойства найденной частицы. У нас еще масса данных, которые нам предстоит анализировать. Пока сложно сказать, достаточно ли их для прояснения вопроса со спином, но, так или иначе, после их обработки нам будет что сказать.

В течение этого года мы обязательно выступим с новой информацией по исследованию бозона Хиггса»,

— пообещал Грег Ландсберг, координатор физической программы эксперимента CMS из Университета Брауна (США).

«Кроме того, мы продолжаем поиски новых, еще не предсказанных частиц, и это будет делаться и на большом массиве данных, который мы будем анализировать в 2013 году. Вряд ли нам удастся найти гравитон: если он и существует, то энергия БАК не позволит его увидеть. А вот поискать отклонения от Стандартной модели мы можем, на это как раз и рассчитана энергия ускорителя. Почему у нас возникают сомнения в том, что эта стройная теория полностью правильна? Дело в том, что она отличается неестественно точной «настройкой». То есть, чтобы она работала, все параметры должны быть подобраны крайне, крайне аккуратно. Как вы думаете, удастся вам поставить авторучку на пишущий кончик стержня? В принципе это возможно, если делать это очень-очень аккуратно. Но жизнь нам подсказывает, что это маловероятно.

Вот Стандартная модель является такой же неустойчивой структурой: чтобы заставить ее работать, нужно добиться точности соблюдения параметров, подобной установлению на столе ручки, длина которой равна расстоянию от Земли до Луны, а размер кончика — в один атом.

Любые мельчайшие изменения исходных параметров приводят к тому, что «ручка» падает на стол. Вот поэтому Стандартная модель кажется некоторым ученым «неестественной», она противоречит нашему повседневному смыслу. А вот суперсимметричные модели могут как раз дать механизм, который позволяет ручке не падать. Это один из аргументов в их пользу: они дают очень элегантное математическое решение проблемы такой «неустойчивости» Стандартной модели. Однако в природе есть и примеры случайных точных совпадений параметров. Самый простой пример — солнечное затмение. Размер Луны и Солнца, когда мы смотрим на них с Земли, отрегулирован с точностью до процента, поэтому затмения такие зрелищные. Этого не должно было произойти, это маловероятно, но это случилось. Возможно, ситуация со Стандартной моделью схожая, это нам и предстоит выяснить. Однако чем тяжелее суперсимметричные частицы-партнеры, тем сложнее нам их увидеть. Вот почему нам нужно двукратное повышение энергии столкновений частиц, которое будет достигнуто на следующей запуске», — отметил Грег Ландсберг.

Ученый, однако, не исключает возможности ответить на вопрос об устойчивости Стандартной модели уже в этом году, проанализировав имеющиеся данные. И это будет очень важно не только с точки зрения теоретической физики, но и для всей философии науки: «неестественные» теории придется признать вполне имеющими право на жизнь.

«А вот далекое будущее не так очевидно. Когда мы запустим БАК в 2015 году, он будет работать на огромной энергии, также повысится светимость прибора (то есть в ту же единицу времени мы сможем регистрировать на порядки больше столкновений частиц). Мы получим гигантский массив данных, что (это мое личное мнение) не может не привести к новому серьезному прорыву в физике частиц. А направление движения нам покажут результаты обработки уже набранных данных, которую мы ведем сейчас. Кроме того, нам нужно детально изучить свойства новой частицы.

Переход от открытия к высокоточным измерениям не так прост.

Вот в 2015 году мы начнем эту работу: поймем, какое разрешение нам нужно, достаточно ли имеющегося и т. д. Еще многое и многое предстоит понять: существует ли всего один бозон Хиггса или их много, как в какой-то из суперсимметричных моделей; является ли он фундаментальной частицей, является ли он источником какого-то нового взаимодействия, полностью ли он объясняет природу массы», — считает сотрудник ATLAS Маруми Кадо из Университета Париж-Юг.

Читайте также

Разобраться в свойствах самого бозона Хиггса, как оказалось, тоже довольно сложно.

«Может понадобиться еще 20 лет, чтобы детально изучить сам бозон. «Хиггс» не «живет», он мгновенно распадается на другие частицы. Квантовая механика говорит нам, какова вероятность распада до тех или иных конечных продуктов. Измерять эти вероятности с наилучшей возможной точностью — это наша главная цель в следующие несколько лет», — отметил Гросс.

«Многие из нас, когда были студентами, слышали такую фразу: то, что является искомым сигналом сегодня, будет фоном завтра.

И вот в первый раз в жизни мы увидели это своими глазами. В течение одного года!

В начале года «следы», оставленные бозоном Хиггса, были для нас ценнейшим, важнейшим сигналом, но, возможно, уже к концу следующего года они станут фоном, который нужно учесть и очистить, чтобы увидеть следы «новой физики» за пределами Стандартной модели.

Так, как мы сейчас очищаем наши данные от «следов» других, ранее известных частиц. Вот это сдвиг парадигмы для физиков: «хиггс» станет лишь фоном для новых открытий», — подытожил он.