Читаем без скачивания Компьютерра PDA 21.08.2010-27.08.2010 - Компьютерра

- Без наблюдения таких фундаментальных явлений, как механизм Хиггса, мы никогда не будем уверены, что природа устроена именно так, как мы предполагаем. Поэтому это первоочередная задача. Предположим маловероятный случай, что Хиггсовский бозон не будет найден. Это будет означать, что мир устроен совсем по-другому, чем мы думали.

- Возможно ли построение с помощью LHC новой картины мира?

- LHC, конечно, ответит на многие вопросы. В частности, будет вестись поиск суперсимметрии. Суперсимметрия - это гипотетическая симметрия, связывающая фермионы и бозоны, это значит, что они могут переходить друг в друга. В суперсимметричных моделях возможно объединение всех взаимодействий. Константы слабого, электромагнитного и сильного взаимодействий сравниваются в одной точке, решается вопрос расходимостью радиационных поправок к массе Хиггсовского бозона. Суперсимметричные модели предсказывают большое количество частиц с массами, доступными для изучения на LHC. И если суперсимметричные частицы будут открыты на LHC, это будет, несомненно, революционный шаг в нашем понимании мира и новое торжество Стандартной модели. В суперсимметричных моделях может быть введена и гравитация.

- Частица Хиггса пока не обнаружена. Какие есть косвенные или прямые подтверждения существования механизма Энглера - Браута - Хиггса?

- Косвенных подтверждений, что Хиггсовский бозон существует, очень много. Он входит в расчёты всех процессов в Стандартной модели, в них обязательно есть обмен Хиггсовским бозоном. Без него невозможно вычислить многие измеряемые величины, такие как массы векторных бозонов и Т-кварка, бегущую константу электромагнитного взаимодействия и другие. Более того, из прецизионных измерений этих величин получаются серьёзные ограничения на массу Хиггса: она не может быть более 165 ГэВ с вероятностью 95%. Нижний предел составляет 115 ГэВ (означающий, что Хиггс с массой менее 115 ГэВ не существует) получен экспериментально на установке LEP в CERN.

- Какие теории ожидается подтвердить с помощью LHC? В каком из этих направлений уже есть намеки на результаты?

- Это Стандартная модель, теория суперсимметрии, вполне возможно, подход дополнительных измерений. Проблемы дополнительных размерностей обсуждались ещё в двадцатых годах прошлого века. Мы привыкли к четырём измерениям - три координаты и время, но чисто математически вы можете ввести хоть сто. А физики с помощью такого подхода пытаются придумать механизм, который бы объяснял мир. Считается, что те энергии, которые нам доступны, позволяют видеть всего лишь четыре измерения, а при больших энергиях нам станут доступны другие. Это явление называется компактификацией измерений. Предполагается возможность такого сценария: бозон Хиггса есть, но нет суперсимметрий. Или же: нет ни бозона Хиггса, ни суперсимметрий.

Теории с дополнительными размерностями претендуют на то, чтобы объяснить все явления. Если масштаб, на котором начинают проявляться дополнительные размерности ~1 ТэВ, то это явление доступно для наблюдения на LHC.

- А почему у LHC именно такая проектная энергия?

- Только из финансовых соображений. Технических причин нет. В девяностых годах в Америке полных ходом шел проект SSC (Superconducting Super Collider) с энергией в четыре раза большей, чем у LHC, и наш институт активно участвовал в строительстве этого ускорителя. Уже был прорыт туннель в сто километров, но потом конгресс США закрыл этот проект по чисто политическим мотивам. Если бы он не был остановлен, то, несомненно, мы бы уже получили ответы на многие вопросы, и не надо было бы строить LHC, полная стоимость которого 5 миллиардов долларов.

При этом стоимость проекта минимальная: изначально туннель в 27 километров был уже готов, он остался от предыдущего ускорителя LEP. Рассматривается вариант, что потом, когда мы научимся делать магниты с большим полем, можно будет увеличить энергию. Технически в настоящее время возможно поднять энергию и в 10 раз, и в 20, это вопрос чисто экономический.

- Какие основные физические результаты были достигнуты после последнего запуска?

- Результаты, которые были достигнуты - демонстрационные, они не являются открытиями, но они очень существенные. Реальную работу на LHC начали с марта, и уже удалось увидеть почти все известные частицы, такие как W-бозон, Z-бозон. И всё, что было зарегистрировано на LHC, хорошо совпадает с теорией.

Для такого короткого время это колоссальный успех. В физике частиц обработка данных проходит годами, а здесь фактически в реальном времени набирается статистика, и сразу выдается результат. Но пока количества набранных событий недостаточно для обнаружения бозона Хиггса. Несмотря на это, с детектора ATLAS на последнюю международную конференцию было представлено 40 докладов. Публикации идут полным ходом. Ведь кроме бозона Хиггса есть масса другой физики, поскольку мы работаем в новой области энергий, нужно измерять зависимости сечений от энергии, вероятности выхода частиц и многое другое.

Для изучения того же бозона Хиггса, необходимо исследовать множество "второстепенных" процессов, которые представляют сами по себе большой интерес.

- Когда предположительно проявится частица Хиггса?

- В ближайшие полтора года, на мой взгляд, она не будет открыта, потому что не хватает эффективности установки (светимости). Рост светимости сейчас достаточно быстрый, ведь кроме энергии должно быть достаточное количество столкновений. Но маловероятно, что в ближайшие полтора-два года наберётся нужная статистика. Числа столкновений будет недостаточно. В связи с этим работу установки Tevatron в Америке (где ведется также поиск бозона Хиггса при энергии в 3 раза меньшей, чем на LHC), которую планировали остановить в 2011, решили продлить ещё на три года. Так что открытия бозона Хиггса следует ожидать года через три.

- Что входит в список физических задач, которые официально стоят перед CERN?

- Это огромная физическая программа. В нее входит поиск бозона Хиггса, поиск суперсимметричных частиц, поиск дополнительных размерностей, изучение физики B-мезонов, изучение физики тяжелого кварка, топ кварка, изучение эффектов несохранения CP-четности, тау-лептона, поиск частиц тёмной материи и многое другое. В ближайшие 15 лет LHC останется установкой с самой высокой энергией, где будет решаться много задач, и вполне возможно, что мы увидим то, чего и не ожидали.

Слово "коллайдер" стало на слуху, когда начал запускаться LHС. Но надо понимать, что физика элементарных частиц не началась и не кончается этим проектом, есть и другие, они дают не меньший вклад. Очень важны эксперименты на коллайдерах при низких энергиях. Например, в нашем институте работают два таких коллайдера ВЭПП-4М и ВЭПП-2000, с энергией соответственно 12 ГэВ и 2 ГэВ. ВЭПП-2000 - новая установка, которая начала работать в 2009 г., и имеет в настоящее время самую высокую светимость в этой области энергий. (ВЭПП - встречные электрон-позитронные пучки).

LHC и эксперименты на низких энергиях не исключают друг друга, а дополняют. Многие явления не могут быть поняты при сверхвысоких энергиях: явления LHCf.

- Это так называемая forward physics (физика "вперед"), то есть наблюдение частиц, которые вылетают вперед по ходу пучка. Она не только интересна, но и важна. Такие детекторы, как ATLAS и CMS, регистрируют частицы, вылетающие под сравнительно большими углами. Часто протон с протоном сталкиваются периферийно, как бы касаясь друг друга, а многие вторичные частицы уходят в конус, который является "мёртвой зоной" для больших детекторов. Дополнительная установка детекторов под очень малыми углами, несомненно, даст новую, дополнительную информацию.

- Последний вопрос: какова реальная польза человечеству от LHC?

- Путь прогрессивного развития человечества предполагает добывание новых знаний, которые могут быть получены только в совместной работе и над теорией, и над экспериментом, история это уже доказала. Теоретическая мысль может быть широкой и разноплановой, и для неё всегда важно иметь экспериментальное указание - в каком направлении нужно работать. И если мы решим, что нам достаточно сотовых телефонов, телевидения и ядерных реакторов, тогда можно отказаться от проектов, подобных LHC. Можно жить и так. Но прогресс не остановить. Мы хотим знать, что было в начале, где мы сейчас, и что будет в будущем. И, конечно, LHC - это один из инструментов, с помощью которого можно получить это знание.

Профессионально физику элементарных частиц понимают немногие, но это нормально, что науку "делает" очень малое количество людей, а пользуются все.

Общество должно осознавать, что получение нового знания является приоритетом. Насколько это знание может быть использовано в повседневной жизни? Если говорить о реальной пользе, то можно только приводить примеры из истории. По-видимому нет ни одного явления в физике, которое бы не получило практического применения. Электричество и радиоволны, ядерная физика, все, что было предметом научного любопытства, пошло в народное хозяйство. Всего сто лет назад считалось, что радиоактивность - это просто забава, а электричество считалось фокусами. Можно ли было 15 лет назад представить, что почти у каждого будет сотовый телефон и ноутбук?