Цивилизация
На проходящей в Вене ежегодной конференции Европейского физического общества по высоким энергиям (CERN) физики, работающие на Большом адронном коллайдере (LHC), рассказали о первых результатах своей работы в ходе Второго сеанса LHC (RUN 2) с энергиями частиц в 13 ТЭВ, что почти вдвое превышает их энергии двухлетней давности (7 ТЭВ).
Энергетический апгрейд коллайдера позволил увеличить скорость несущихся по его кольцу протонов с 299 792 449 до 299 792 454 м/сек, притом что скорость света, напомним, составляет 299 792 458 м/сек.
Казалось бы, пятиметровая добавка невелика, но результат потрясает, хотя с начала второго сеанса на LHC прошло меньше двух месяцев. За это время Большой адронный коллайдер зарегистрировал более 10 трлн соударений. По словам генерального директора CERN Рольфа Хейера, физики, работающие на коллайдере, за эти несколько недель получили на летних конференциях в сто раз больше данных, чем представили в прошлом году.
Нельзя сказать, чтобы за эти два месяца открытия на LHC посыпались как из рога изобилия, да никто и не ожидал этого.
«Еще слишком рано ожидать каких-то сенсационных открытий, — заявил Хейер журналистам на конференции. — Мы должны набраться терпения. Их основной урожай придется на грядущие годы».
Нынешний период можно назвать периодом игр, периодом освоения нового энергетического уровня.
Когда ученый получает в руки новый прибор, новую установку, для начала он должен с ней какое-то время «поиграться», привыкнуть к ее особенностям, приноровиться к новым возможностям.
Операторы Большого адронного коллайдера как раз этим и занимаются. Сегодня они гоняют по 27-километровому кольцу коллайдера встречные лучи из 100 млрд протонов, разделенных на 476 пучков, получая в среднем по одному соударению каждые 50 наносекунд. В ближайшем будущем они намерены увеличить интенсивность пучков и довести ритм соударений до 25 наносекунд. После планового перерыва в сентябре команда LHC надеется увеличивать количество сталкивающихся пучков и к концу года довести их количество более чем до 2000.
В ходе этих «игр» всего, повторимся, за несколько недель физикам LHC удалось «переоткрыть» все известные фундаментальные частицы. Исключение составляет только бозон Хиггса, для которого набранной во Втором сеансе статистики еще не хватает.
Но параллельно с «играми» идут и настоящие эксперименты. Представители коллабораций главных детекторов коллайдера ATLAS и CMS сообщили на конференции о первых измерениях по генерации сильно взаимодействующих заряженных частиц — адронов — на энергии 13 ТЭВ. Эти измерения важны для понимания механизма процессов, в которых рождаются адроны.
Они также предоставили результаты первых измерений эффективных сечений частиц — так называется вероятностная мера столкновений атомов, ядер или элементарных частиц в виде эффективной площади их поперечного сечения.
Однако героями дня стали представители другого детектора LHC — детектора LHCb, коллаборация которого в этот же день опубликовала в журнале Nature Physics статью о своем новом открытии и одновременно сообщила о нем на конференции. Речь идет об эксперименте, основанном на данных, полученных физиками в ходе Первого сеанса работы коллайдера (RUN 1), но обработать которые ученым удалось только сейчас.
Тогда, два года назад, они получили первый намек на то, что во время протон-протонных столкновений в фейерверке образующихся и распадающихся частиц ими обнаружено превращение одного вида кварка, «прелестного», в другой, верхний кварк.
Стандартная модель, доминирующая сегодня в мире физики и все меньше устраивающая многих исследователей, такое превращение позволяет, но его параметров не предсказывает. Однако две предыдущих попытки обнаружить на других установках это превращение привели к противоречивым результатам. Параметры превращения не совпадали друг с другом, и это несоответствие можно было объяснить участием в процессе какой-то еще, неизвестной, частицы, причем такой, которая с точки зрения Стандартной модели невозможна.
Наблюдения, проведенные физиками LHCb, и их последующий анализ показали, что процесс превращения одного кварка в другой (оно является звеном в целой цепочке распадов и превращений, порождая в конечном счете мюон и нейтрино) находится в полном соответствии со Стандартной моделью, и необходимость во введении новой сущности, то есть новой частицы, полностью отпадает.
«Было бы очень здорово, — говорит Ги Уилкинсон, возглавляющий это исследование на детекторе LHCb, — если бы мы смогли показать своей работой, что со Стандартной моделью не все в порядке, — это была бы настоящая сенсация».
Но они показали обратное.
Правда, вопросы все-таки остаются. Например, остается непонятным, почему прежние исследования превращений «прелестного» кварка оказались несовместимы между собой. Да и сама Стандартная модель имеет несколько очевидных недостатков.
Она, например, не объясняет темной материи и темной энергии, она несовместима с Общей теорией относительности, в то время как одна из предложенных ей взамен альтернатив — теория суперсимметрии (сокращенно — SUSY) — прекрасным образом все существующие несоответствия в состоянии убрать, вдобавок объяснив существование и темной материи, и темной энергии.
Против SUSY пока играет то обстоятельство, что в ходе Первого сеанса LHC предсказанных этой теорией суперсимметричных частиц найти так и не удалось. SUSY также предсказывает наличие по меньшей мере пяти бозонов Хиггса, а найден пока только один.
По мнению Уилкинсона, эту теорию рано списывать со счетов.
«Очень трудно убить суперсимметрию, — говорит он. — Это многоголовый монстр. Но если в течение ближайших двух лет ничего не изменится, для суперсимметрии наступят тяжелые дни, число ее сторонников будет падать».
Так что придется дожидаться предсказанного Рольфом Хейером урожая. А также вступления России в CERN, которое, по словам министра образования и науки России, произойдет до конца 2015 года, когда наша страна должна получить статус ассоциированного члена Европейской организации ядерных исследований.