Общество

Всеволод Чаплин
председатель Синодального отдела по взаимодействию Церкви и общества Московского Патриархата

Бозон, просто бозон

4 июля 2012, 16:15

Фото: wikipedia.org

В среду, после почти 20 часов ожидания, утечек в СМИ и бурных обсуждений, ученые из CERN официально объявили об открытии новой элементарной частицы, которая, вероятно, может быть знаменитым бозоном Хиггса, предсказанным еще в начале 60-х, последним кирпичиком стандартной модели современной физики.

Бозон Хиггса – последняя элементарная частица стандартной модели – закрывает дискуссию о том, как именно взаимодействуют между собой элементарные частицы, но открывает пространство для ряда новых споров

Детектор ATLAS Большого адронного коллайдера обнаружил новую частицу, а уровень статистической значимости сигнала превысил необходимые пять стандартных отклонений, сообщила официальный представитель коллаборации на Большом адронном коллайдере Фабиола Джианотти. «Мы видим в наших данных ясные свидетельства существования новой частицы с уровнем значимости «5 сигма» (то есть опыт официально подтвержден – ВЗГЛЯД.), с массой около 126 гигаэлектронвольт», – сказала Джианотти, слова которой цитирует РИА «Новости».

Вице-президент Российской академии наук физик-теоретик Александр Андреев заявил, что обнаружение учеными исследовательского центра в Швейцарии новой частицы имеет большое значение для фундаментальной науки, но не поможет человечеству изобрести вечный двигатель или машину времени. «Это имеет большое, принципиальное фундаментальное значение, но для практики это пока ничего не означает», – сказал Андреев «Интерфаксу». По его словам, революционным для физики и науки в целом было бы, если бы бозона Хиггса не было. Комментируя предположение о том, что обнаружение новой частицы приближает человечество к созданию вечного двигателя или машины времени, ученый категорично заявил: «Это все вранье».

Энергия и масса

Сам Большой адронный коллайдер был запущен в 2008 году. Окончательно доказать тот факт, что новая частица и есть искомый бозон Хиггса, на самом деле еще только предстоит (споры об этом уже начались, но нам остается лишь ждать непосредственных выкладок). Но историю бозона на самом деле стоит начать с природы энергии, то есть с фундаментальных открытий еще XVIII и XIX веков, без которых невозможно представить себе полную картину современной физики.

Дело в том, что все существующие частицы могут вступать друг с другом в разные типы взаимодействия: гравитационное, электрическое и магнитное (электромагнитное). Эти взаимодействия образуют то, что называется «полем»: пространство между полюсами магнита (или зарядами частиц) – самый простой пример такого поля – можно увидеть, если насыпать железные опилки на стекло, под которым покоится стержневой магнит. Опилки сами собой лягут так, что будут видны дуги, протянутые от одного полюса к другому.

Таким был первый шаг в попытке объяснить то, как именно устроен окружающий нас мир.

Энергию стоит дополнить самым простым и всем известным понятием массы тела: она, известная всем нам по эмпирическим наблюдениям (гиря в 6 килограммов тяжелее пакета картошки в полкило – объяснения не требуются), на поверку оказалась едва ли главной загадкой физики.

Мы, казалось бы, все понимаем о массе, но только на уровне тела. Однако же масса тела есть масса его вещества, то есть тех частиц, из которых оно состоит, именно поэтому чугунный брусок всегда тяжелее алюминиевой чушки того же размера.

Магнитное взаимодействие (фото: wikipedia.org)

Однако проблема уже в начале XX века состояла ровно в том, что понятия массы и энергии никоим образом не помогали описать непредметный мир. И речь идет не только о Вселенной, которая теоретически должна иметь какую-то массу и какую-то энергию, но и о микромире, о тех самых простых частицах, из которых и состоит все вокруг. Их еще предстояло найти.

Мы можем придумать меру веса и описать массу чугунного бруска, но какую меру необходимо ввести для того, чтобы описать пространство. То есть буквально: а сколько весит вакуум?

К ответу на этот простой вопрос физики приблизились лишь тогда, когда нашли то, что они назвали «элементарными частицами», которые, в свою очередь, были разделены на фундаментальные частицы (например, кварк), имеющие простую структуру, и составные (протон, нейтрон, адрон, мезон и некоторые другие). 

Практика, разумеется, сложнее: так, мезон – это по сути кварк и антикварк, а сами кварки вообще не могут находиться в свободном состоянии, они скорее процесс, нежели предмет. Процесс распада, разумеется.

Мир элементарных частиц очень многообразен, и для его подробного описания потребовался бы минимум учебник. Отметим лишь, что некоторые их свойства, с удивлением описанные физиками, вообще не лезут ни в какие ворота. Фотон (квант, непосредственная составляющая электромагнитного излучения), «частица света», не имеет массы и представляет собой одновременно и частицу, и волну. А нейтрино так слабо взаимодействует с веществом, что проходит сквозь вещество.

Когда элементарные частицы были обнаружены, описаны и классифицированы, оказалось, что фундаментальных взаимодействий насчитывается не три (или два, как посчитать), а четыре: во-первых, это все та же гравитация, во-вторых, электромагнитное взаимодействие, в-третьих, так называемое «сильное» (самый известный пример – ядерный распад) и, наконец, «слабое» (оно ответственно за некоторые виды распадов, например, распад нейтрона на протон, электрон и электронное антинейтрин и т. д.)

Три типа взаимодействия (все, кроме гравитации), 24 фундаментальные частицы, шесть видов кварков и шесть лептонов (частиц, которые не участвуют в сильных взаимодействиях) составляют так называемую стандартную модель, которая должна описать все принципы устройства мира, но, к сожалению физиков, сделать это не в состоянии.

Проблема состоит в том, что совершенно не ясно, почему частицы обладают именно такой массой и вступают в именно такие взаимодействия: и сам факт наличия определенной массы, и типы взаимодействий уже изучены, но ведь нейтрино – это не кусок чугуна, который можно сравнить с куском алюминия.

Бозон и гравитон

Именно с этой точки и начинается отсчет истории уже самого бозона Хиггса.

Кроме уже описанных элементарных, были обнаружены отдельные частицы, которые в микромире отвечают за перенос тех или иных взаимодействий (или физических свойств). Они были объединены в группу с общим названием «бозоны». Так, например, уже упоминавшиеся фотоны обеспечивают электромагнитное взаимодействие. Однако не все бозоны являются переносчиками тех или иных свойств: вообще же деление на бозоны и фермионы - это деление на частицы с целым или полуцелым спином.

Питер Хиггс (фото: Reuters)

Британский ученый Питер Хиггс в 1960-х предположил, что Вселенную пронизывает некое поле, которое и придает частицам ту или иную массу. Сразу после гипотетического Большого взрыва частицы не разлетелись лишь потому, что их что-то удержало, что-то заставило их приобрести новое физическое свойство, вокруг которого выстроились новые взаимодействия. Квант этого поля и есть бозон Хиггса, нечто, что позволяет частицам приобретать массу, становясь прообразом любого вещества (в том числе и еще не изученного вещества, из которого в основном состоит Вселенная).

Бозон Хиггса – последняя элементарная частица стандартной модели – закрывает дискуссию о том, как именно взаимодействуют между собой элементарные частицы, но открывает пространство для ряда новых споров.

«Узнав массу и другие характеристики хиггсовского бозона, можно будет продвинуться в теоретическом понимании новой физики за пределами стандартной модели. Например, пролить некоторый свет на вопрос о существовании суперсимметрии. В отличие от бозона Хиггса, существование в природе суперсимметрии – вопрос остро дискуссионный. Математически наличие суперсимметрии при достаточно высоких энергиях не запрещено, а в некоторых теориях, обобщающих стандартную модель, например в теории струн, просто совершенно необходимо. Открытие БАКом суперсимметрии привело бы к тектоническому сдвигу в современной физике», – пояснил в интервью газете ВЗГЛЯД доцент Оксфорда Андрей Старинец одно из направлений таких споров.

«Суперсимметрия - это гипотеза (у нее есть очень глубокие математические основания) о том, что при достаточно высоких энергиях имеется соответствие между бозонами и фермионами - отметил ученый - у каждого бозона есть свой суперпартнер-фермион такой же массы (и наоборот). Например, у электрона (фермиона) имеется «близнец»-бозон под названием сэлектрон, у фотона (бозона) - фотино (фермион) и т.д. Суперсимметрия не наблюдается при доступных нам энергиях, но может существовать при энергиях более высоких. Если суперсимметрия уже существует при энергиях порядка 10 Тэв, БАК может ее обнаружитьКроме того, еще одной частицей, которую, вероятно, предстоит открыть, является гравитон, гипотетический бозон, отвечающий за не входящую в стандартную модель гравитацию, самое слабое из всех существующих взаимодействий».

Эйнштейн и Планк

Объединение всеми нами ощущаемой ежесекундно гравитации и остальных взаимодействий в единую теорию – задача до сих пор не решенная.

Ее сформулировал еще Альберт Эйнштейн, чья общая теория относительности должна каким-то образом совмещаться с квантовой механикой, берущей свое начало с исследований Макса Планка. Однако теория относительности, описывающая макромир, и квантовая механика, ответственная за мир элементарных частиц, не совпадают, и проблема здесь состоит в том, что физические законы, действующие в одной системе, перестают работать в другой.

Бозон Хиггса не дает ответа на вопрос о том, как именно можно совместить две этих фундаментальных теории, однако успех исследований на Большом адронном коллайдере может открыть перспективы изучения объединяющей системы Эйнштейна и Планка квантовой гравитации. Если предельно упрощать, то квантовая механика пока описывает процессы, которые происходят на фоне внешнего, протекающего совершенно независимо от них времени, а теория относительности разбирает явления самого времени: оно является не фоном, а участником событий. Квантовая гравитация, опираясь, с одной стороны, на стандартную модель, а с другой – на открытия многочисленных последователей Эйнштейна, призвана замкнуть эту систему.

Практические перспективы этих исследований сегодня так же трудно себе представить, как трудно было в середине XIX века автору теории электромагнитного поля Майклу Фарадею вообразить себе линии электропередачи, магнитные ключи, мобильные телефоны и покупку билетов на самолет через интернет. Тогда многим исследования Фарадея всерьез казались несусветной чушью, бесполезным времяпрепровождением и блажью чудака.

Главная теория, которая пока не находит никакого практического подтверждения, состоит в том, что пространств в нашем понимании несколько. Именно поэтому гравитационное взаимодействие так слабо проявлено: наше пространство – лишь одна из точек его приложения. Многомерный мир с возможностью инвариантного течения времени – это, пожалуй, самое понятное гипотетическое открытие, которое могут сделать физики, двигаясь дальше в попытке объяснить, как именно устроена Вселенная.

Текст: Михаил Бударагин

Вам может быть интересно

Япония сообщила, что санкции США не затронут ее участие в «Сахалине-2»
Темы дня

«Орешник» стал неядерной дубинкой против НАТО

ВС России нанесли удар по одному из крупнейших заводов в Днепропетровске с помощью «Орешника». Это новейшая баллистическая гиперзвуковая ракета в неядерном оснащении. Владимир Путин назвал испытание «Орешника» ответом на дальнобойные удары с использованием ракет США и Британии. По мнению экспертов, применением принципиально нового мощного оружия Россия показала свои не афишируемые ранее боевые возможности отнюдь не Киеву.

Как рушатся четыре столпа глобального западного господства

«Закончились пятьсот лет доминирования западной цивилизации», говорит премьер-министр Венгрии Виктор Орбан. И хотя пророчества об упадке Запада звучат уже довольно давно, пожалуй, только текущие глобальные геополитические обстоятельства подтверждают их по-настоящему. Могущество Запада столетиями основывалось на четырех столпах – и все они сейчас разрушаются. О чем идет речь?

Путин: Россия нанесла удар ракетой «Орешник» по объекту в Днепропетровске

В Британии усомнились в способности армии страны отразить ядерный удар России

В детсадах Владивостока запретили на Новый год костюмы иностранных супергероев

Новости

На дом Блиновской за 750 млн рублей нашелся покупатель

Блогер Елена Блиновская подписала предварительный договор продажи своего коттеджа в «Миллениум Парке», который оценивается в 750 млн рублей, а площадь составляет 1700 кв. метров, сообщает Telegram-канал SHOT.

Персонал Hennessy устроил забастовку против поставок коньяка в Китай в бочках

Работники Hennessy во Франции начали забастовку в ответ на введение Китаем 35% пошлин на бренди из ЕС, протестуя против планов компании по экспорту коньяка в бочках.

Вучич рекомендовал Западу прислушаться к словам Путина об ответе на удары по России

Удары по России останутся без ответа только по мнению «ненормальных» людей, заявил президент Сербии Александр Вучич.

Путин выступил с обращением об ударах западными ракетами и ответе России

Президент России Владимир Путин выступил с обращением к личному составу ВС России и россиянам, чтобы проинформировать о последних событиях в зоне спецоперации. Газета ВЗГЛЯД приводит полный текст обращения главы государства.

Путин: Конфликт на Украине приобрел элементы глобального характера

Президент России Владимир Путин заявил, что удары западными ракетами по российской территории придали конфликту на Украине глобальный характер.

Политолог назвал «предупредительным» испытание «Орешника» на Украине

Комментируя запуск российской гиперзвуковой ракеты средней дальности «Орешник» по объекту на Украине в ответ на использование западных дальнобойных ракет для ударов вглубь территории России, политолог Федор Лукьянов заявил, что «игра» между Россией и Западом перешла в эндшпиль.

США заявили, что знали о готовящемся запуске Россией ракеты по Украине

США знали о запуске Россией баллистической ракеты средней дальности против Украины, Вашингтон провел консультации с Украиной и союзниками, заявила пресс-секретарь Белого дома Карин Жан-Пьер.

В команде Трампа прокомментировали обращение Путина

Избранный президент США Дональд Трамп планирует восстановить мир во всем мире, делая акцент на американскую силу, заявила пресс-секретарь избирательного штаба Трампа Кэролайн Ливитт.

МВД отменило требование предъявлять ОСАГО при регистрации автомобилей

Министерство внутренних дел внесло изменения в регламент регистрации транспортных средств, исключив требование предъявлять ОСАГО, новые правила вступят в силу 1 марта 2025 года.

Швейцария выразила готовность арестовать Нетаньяху по ордеру МУС

Министерство юстиции Швейцарии заявило, что в случае приезда премьер-министра Израиля Биньямина Нетаньяху на территорию страны, он будет арестован по ордеру Международного уголовного суда (МУС).

Медведев обратился к Западу после пуска ракеты «Орешник» по Днепропетровску

Заместитель председателя Совета безопасности России Дмитрий Медведев прокомментировал испытание новой ракеты средней дальности «Орешник» в боевых условиях.

Европейские лидеры договорились посетить парад Победы в Москве

Премьер-министр Словакии Роберт Фицо и президент Сербии Александр Вучич планируют посетить парад Победы в Москве в 2025 году, чтобы подчеркнуть значение борьбы с фашизмом.
Мнения

Сергей Миркин: Как Зеленский и Ермак попытаются спасти свою власть

Кадровая политика Трампа не может не беспокоить главу майданного режима Владимира Зеленского и его серого кардинала Андрея Ермака. И они не будут сидеть сложа руки, ожидая, когда их уберут от власти по решению нового хозяина Белого дома. Что они будут делать?

Андрей Медведев: Украина все больше похожа на второй Вьетнам для США

Выводы из Вьетнама в США, конечно, сделали. Войска на Украину напрямую не отправляют. Наемники не в счет. Теперь американцы воюют только силами армии Южного Вьетнама, вернее, ВСУ, которых не жалко. И за которых не придется отвечать перед избирателями и потомками.

Игорь Караулов: Новая война делает предыдущие войны недовоёванными

Нацизм был разгромлен, но не был вырван с корнем и уже в наше время расцвел в Прибалтике, возобладал на Украине. США, Великобритания и Франция, поддержав украинский нацизм, отреклись от союзничества времен Второй мировой войны, а денацификация Германии оказалась фикцией.
Вопрос дня

«Русский индеец». Кто стал первым политбеженцем из США в Россию?