|
|
|
|
 Rewiever
Теоретики заглядывают в будущееСреда, 20 Августа 2003 г. 23:42 (ссылка)
 В силу объявленной на сей раз тематики семинара («пространственно - временные структуры в микро- и макрокосмосе») собравшиеся теоретики изящно оперировали понятиями, выходящими далеко за рамки наших обыденных представлений о пространстве и времени. Не случайно в своих комментариях к происходящему один из «хозяев поля», заместитель начальника теоретического отдела ГНЦ ИФВЭ профессор Владимир Петров заметил, что физики сегодня подходят к пониманию того, что даже бывшие уделом писателей-фантастов представления о путешествиях во времени не так уж беспочвенны. Что интересно — усложнение представлений о сокрытых пока тайнах мироздания происходит не вопреки, а благодаря попыткам ученых «навести порядок» в накопленных экспериментальных результатах и теоретических разработках.
Казалось, что эта вынужденная отсрочка давала шанс американцам опередить своих европейских коллег и конкурентов: специально для этого был за 260 млн. долларов отреставрирован протон-антипротонный ускоритель Tevatron(«Тэватрон»), принадлежащий Национальной лаборатории высокоэнергетических исследований имени Энрико Ферми (Fermilab, Fermi National Accelerator Laboratory— FNAL) в Батавии (штат Иллинойс). Однако коллайдер, которому исполнилось уже 20 лет, так и не смог забыть свой преклонный возраст и выйти на расчетную мощность, к тому же физиков приводят в уныние длительные периоды обслуживания и ремонта между экспериментами. Теперь из расписания экспериментов на «Тэватроне», представленного американскому Министерству энергетики (которое финансирует работу коллайдера), выясняется, что самая ранняя дата, когда будет получено конкретное доказательство существования бозона Хиггса (или уточнение энергетических рамок его возможного существования при неудаче), — это 2009 год. Но к тому времени должно уже пройти два года, как войдет в строй более мощный европейский LHC, и на него к тому времени будут обращены взоры всего научного сообщества. К тому же единственное, на что будет способен «старичок» Tevatron к 2009 году — это проверить всё тот же диапазон до 115 ГэВ, уже освоенный «приказавшим долго жить» женевским LEP.
Опубликовано: газета ИФВЭ "Ускоритель" - 20 августа 2003 г. Примечание: несколько ранее более краткий вариант текста и прилагаемое фото были опубликованы в «Известиях»
Rewiever
Прорваться за пределы Стандартной моделиПонедельник, 02 Мая 2023 г. 00:41 (ссылка)
«Предвкушение получения новых данных – самое интересное для учёных»
Физика элементарных частиц изучает, как устроена материя на самом глубинном уровне – сейчас наука имеет возможность исследовать законы физики на масштабах одной тысячной размера протона. Ученые, работающие в этой области, пытаются выяснить, из каких «кирпичиков» складывается окружающий нас мир, и какими силами они друг к другу притягиваются. Роль «кирпичиков» играют разнообразные частицы, такие как электроны и кварки, а силы – это фундаментальные взаимодействия четырех типов. Самым первым из них была обнаружена гравитация, и по иронии судьбы сейчас именно ее ученые понимают хуже всего. Другие три взаимодействия удалось описать единым образом, и все они участвуют в формировании материи. Электромагнетизм собирает из заряженных частиц (ядер и электронов) атомы и отвечает за всю химию. Ядра, в свою очередь, формируются так называемым сильным взаимодействием, которое также ответственно за удержание в протонах и нейтронах еще более маленьких частиц, кварков. Последнее взаимодействие – слабое – долгое время казалось ненужным, однако в тридцатые годы прошлого столетия выяснилось, что именно благодаря ему существуют термоядерный синтез, отвечающий за горение звезд и обеспечивающий нас энергией. Объединение электромагнитного, сильного и слабого взаимодействий на основе калибровочного принципа произошло в шестидесятых годах двадцатого века. Ученым удалось создать достаточно красивую модель, названную "Стандартной". Она хорошо описывала все известные на тот момент частицы, и более того, сумела предсказать обнаружение новых. В 2012 году на Большом адронном коллайдере (БАК) после многолетних поисков была обнаружена последняя частица Стандартной модели – бозон Хиггса. Несмотря на все успехи и достоинства этой теории, физики имели к Стандартной модели претензии еще с момента её создания. Первым её недостатком считается то обстоятельство, что она искусственно подстроена под описание экспериментальных данных, а не выведена исходя из какого-то фундаментального первого принципа. Следующее слабое место проявилось при попытке использовать Стандартную модель для описания Вселенной, причем не только ее нынешнего вида, но и эволюции. Астрофизика и космология требуют новых ингредиентов, таких как взаимодействия, нарушающие барионное число, или частиц, ответственных за быстрое раннее расширение (инфляцию), не заложенных в Стандартную модель. Но, возможно, это проблемы космологии, а не теории частиц? Однако в девяностые годы оказалось, что существует такой таинственный объект как темная материя. При расчете масс галактик для описания движения звезд выяснилось, что должно существовать огромное количество материи, которая является невидимой, а значит, не участвует в электромагнитном взаимодействии и не описывается Стандартной моделью. Наконец, третья претензия – техническая: при расчетах на больших масштабах энергии взаимодействий в модели появляются противоречия. Сегодня физики ставят перед собой задачу построить новую теорию, лишенную недостатков Стандартной модели, однако пока что сложно даже наметить её контуры.  «Сейчас в нашей области физики наступает кризис (а в науке это прекрасно, это заставляет людей больше думать, позволяет совершить прорыв): почти все эксперименты удовлетворительно описываются неудовлетворительной теорией. Но мы уже подошли к той черте, за которой Стандартная модель должна сломаться. Поэтому существует уверенность, что скоро мы найдем что-то, что укажет, в каком направлении должна двигаться теория», – объясняет Павел Николаевич.Существует два возможных направления развития экспериментальных исследований. Одно из них – увеличение энергии в экспериментах по столкновению частиц. Создание Большого адронного коллайдера позволило в несколько раз поднять энергетическую планку. Хотя исследования на БАК ведутся уже более десяти лет, ученым пока не удалось обнаружить никаких отклонений от Стандартной модели. Увеличить энергию в существующей конфигурации почти невозможно, поэтому в настоящий момент идут работы по поднятию светимости (количества соударений частиц в секунду), что позволит увеличить вероятность обнаружения каких-то редких событий. Второе направление – поиск редких явлений при относительно невысоких энергиях взаимодействия. Демонстрировать отклонение от предсказаний Стандартной модели могут и довольно легкие частицы. Примером может служить аномальный магнитный момента мюона, масса которого в десять раз меньше массы протона, но который чувствует существование частиц тяжелее протона в сотни и даже тысячи раз. Другие интересные частицы, изучением которых как раз и занимается группа Павла Николаевича, – B-мезоны. В них содержится тяжелый b-кварк, аналогичный d-кваркам – составным частям протонов и нейтронов, но имеющий гораздо большую массу и быстро распадающийся. Интерес к этим частицам Павел Николаевич объясняет так: «Тяжелые кварки "знают" все физические законы, в том числе и то, что происходит при больших энергиях. За время до распада B-мезоны успевают "вспомнить" всю физику от начальных классов до неизвестных ученым закономерностей, и изучая такие распады, мы как бы "допрашиваем" частицы о том, как устроена физика, причем и на энергиях пока для нас недостижимых. Чем тяжелее частица, тем ближе ей эта интересующая нас шкала высоких энергий».  Рождаются B-мезоны парами при столкновениях электронов и позитронов. За время жизни, составляющее несколько пикосекунд, они успевают пролететь расстояние порядка сотни микрон, а затем за счет слабого взаимодействия происходит распад. Напрямую B-мезоны обнаружить нельзя, регистрируются только продукты их распада. Получившиеся частицы также нестабильны и распадаются на еще более легкие. Задача физиков – по результатам измерений восстановить всю цепочку распадов, рассчитать её свойства и сверить с моделью. Если в результате обнаружат расхождение с теорией, то это и будет свидетельствовать об отклонении от Стандартной модели.На мезонной фабрике SuperKEKB (изображение с 24hitech.ru) Эксперимент Belle II, в котором принимают участие ученые ФИАН, проводится на ускорителе, расположенном в японском городе Цукуба. На протяжении двадцатого века Япония имела сильную школу теоретической физики, однако в области больших экспериментов традиционно соревновались между собой США и Европа (иногда СССР). В восьмидесятые годы Япония включилась в эту гонку, построив первый свой крупный ускоритель. Эксперименты на нём оказались неудачными, однако позднее в этом же тоннеле была построена B-фабрика (KEKB), называемая так за большое количество рождаемых в столкновениях B-мезонов. Она проработала более 10 лет и дала множество важных, интересных и подчас неожиданных результатов. Два года назад был официально запущен ускоритель следующего поколения – SuperKEKB, который позволит увеличить количество рождаемых B-мезонов на два порядка. Этот ускоритель гораздо скромнее Большого адронного коллайдера, как по размерам (подземное кольцо диаметром 4 км), так и по масштабам денежных вложений. Однако его преимущество – огромное число сталкивающихся электронов и позитронов. При наличии большого числа частиц основной проблемой является их удержание: необходимо провести частицу, не теряя, по кольцу тысячи раз, при этом пучки удерживаются с точностью в нескольких нанометров. Успешно решить задачу удалось за счёт продвинутой магнитооптической системы, а рекордная светимость была достигнута сильным сжатием пучков в точке взаимодействия.  Помимо ускорителя успех эксперимента определяется детектором. Уже сейчас ясно, что сконструированный детектор, в создании которого активное участие принимали ученые ФИАН, получился удачным. Детектор представляет собой «сэндвич» из под-детекторов, каждый из которых предназначен для решения конкретной задачи. Около точки взаимодействия расположены вершинные детекторы размером всего около 10 сантиметров из кремниевых пластинок, которые измеряют трек частиц с точностью до десятков микрон; данные с них считываются десятками тысяч электронных каналов. Чуть дальше расположена дрейфовая камера, которая реконструирует треки продуктов распада B-мезонов. Схема детектора эксперимента Belle II По изгибу трека в магнитном поле измеряется импульс частицы, а для определения типа частицы используется черенковский детектор, принцип действия которого был разработан в ФИАН в середине прошлого века. Следующей частью детектора является калориметр, регистрирующий фотоны. Наконец, на наибольшем удалении от зоны взаимодействия стоит созданная нашими учеными мюонная система. Мюоны мало взаимодействуют с веществом, поэтому пролетают дальше других частиц и попадают в сцинтиллятор – вещество, излучающее свет при прохождении сквозь него частиц. Эта система состоит из большого количества слоев и является самой большой по объёму и весу – суммарно она покрывает площадь более тысячи квадратных метров. Сцинтилляционный пластик, используемый в системе, был произведен в России по особой технологии, позволяющей очень эффективно собирать сцинтилляционный свет. Российские физики из ФИАН регулярно бывают в Японии: они не только обрабатывают экспериментальные данные и обсуждают результаты, но и следят за правильной работой детектора. Работа ускорителя обходится очень дорого (потребляемая им мощность сравнима с мощностью целой электростанции), поэтому нельзя, чтобы ускоритель работал вхолостую, детектор должен функционировать и записывать интересные события постоянно. За секунду происходит около миллиарда столкновений, большинство из которых неинтересные, поэтому электроника детектора должна очень быстро принимать решение – сохранить считываемое событие или нет (записывать все подряд просто физически невозможно). Электроника работает на пределе возможностей, и часто возникают сбои, так что ученым приходится перезагружать систему или останавливать её для ремонтных работ. В данный момент идет процесс настройки детектора и плавного увеличения светимости. Павел Николаевич оптимистично смотрит в будущее: «Пока в нашем эксперименте только начался набор данных, почти никаких результатов еще нет, и мы можем говорить только о планах. Предвкушение получения новых, никем пока не исследованных данных – самое интересное время для ученых, особенно для молодых. Обычно кажется, что если в какой-то области произошло открытие, то это очень интересная область. Но ведь открытие уже сделано, значит, скорее всего, дальше все будет скучно. А у нас уже очевидно, что ускоритель и детектор работают, значит скоро нас ожидает целый поток новых данных. Велики шансы, что в ближайшие лет пять будет открыто что-то, указывающее направление развития физики элементарных частиц на следующие десятилетия». К. Кудеяров, «ФИАН-информ»
Rewiever
С.Афонин (СПбГУ) предсказал "тяжелый Хиггс"Суббота, 22 Апреля 2023 г. 23:08 (ссылка)
Второй бозон Хиггса?
«Есть довольно старая, но всё еще привлекательная идея, что существуют другие бозоны Хиггса, которые влияют на "стандартный". Расширение Стандартной модели хотя бы на одну такую частицу потенциально может "одним махом" объяснить вышеупомянутые несостыковки. На эту тему есть немало работ, однако здесь остро встает вопрос о величине массы второго бозона Хиггса, так как от нее решающим образом зависит то, как именно можно решить имеющиеся проблемы на уровне количественных предсказаний, а также понять, по каким признакам искать такую частицу в экспериментах на Большом адронном коллайдере», - рассказывает автор новой работы Сергей Афонин, доктор физико-математических наук, профессор кафедры физики высоких энергий и элементарных частиц, руководитель лаборатории теории ядра и элементарных частиц имени В. А. Фока Санкт-Петербургского государственного университета.  Исследователь разработал теоретическую модель, которая позволила предсказать массу второго гипотетического бозона Хиггса. В основе концепции лежит идея о том, что бозон Хиггса может быть составной частицей, части которой очень сильно связаны, наподобие того, как кварки сильно связаны внутри протонов и нейтронов.Идея «композитного Хиггса» часто используется для решения проблемы стабилизации его массы, обеспечивая «защиту» от быстро растущего вклада квантовых поправок: проще говоря, величина массы стабилизируется размером «внутренних частей». При очень сильной связи «структурных частей» между собой могут появляться некоторые универсальные характеристики, что, при определенных предположениях, позволяет описывать систему без знания конкретной природы этих «частей». В квантовой теории поля на этом основан так называемый голографический подход, изначально возникший в теории струн. Именно в рамках такого подхода и была построена модель. Сначала, в совместной работе исследователя с коллегами, она была успешно протестирована на описании масс известных легких частиц, составленных из кварка и антикварка, где также имеет место сильная связь составных частей, а затем применена к Стандартной модели. Расчеты показали, что второй бозон Хиггса имеет массу примерно в четыре раза больше первого, однако доказать его существование еще предстоит.
Напомним, что в настоящее время эффекты темной материи наблюдают только в космологических масштабах. Например, именно темная материя ответственна за своего рода «хаос» в наблюдаемых законах движения звезд во многих галактиках. Причем, по современным данным, её общая масса почти в пять раз превышает массу обычной материи. «Довольно неожиданным в предсказанном значении массы второго бозона Хиггса стало то, что она практически в точности соответствует максимальной вероятности распада такой частицы на топ-кварк и топ-антикварк — самых тяжелых частиц в нынешней Стандартной модели. При этом масса обычного бозона Хиггса соответствует максимальной вероятности распада на глюоны — переносчики сильного взаимодействия, являющиеся, как и фотон, безмассовыми векторными бозонами. В будущем было бы интересно исследовать подмеченное соответствие, что могло бы дать новые, независимые аргументы в пользу существования второго бозона Хиггса с предсказанной массой, а следовательно, сильнее мотивировать физиков к его целенаправленному поиску в планируемых экспериментах на Большом адронном коллайдере», — подводит итог Сергей Афонин. Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Physics Letters Текст РНФ 20.04.2023
Rewiever
Долгий путь к уточнению Стандартной моделиВторник, 18 Апреля 2023 г. 22:03 (ссылка)
Каждая заряженная элементарная частица является и маленьким магнитом, проворачивающимся в магнитном поле, а по углу его поворота измеряется величина АММ. Мюоны хороши для исследований тем, что физики умеют получать эти частицы в больших количествах, а кроме того, они живут относительно долго ― 2 микросекунды. Мюон в 200 раз тяжелее электрона, а его АММ чувствительней к вкладу тяжелых частиц в 40000 раз. «Поэтому именно для мюона интереснее всего сравнить величину АММ, измеренную в эксперименте, с предсказанием Стандартной модели. Если мы увидим отличие, то это указывает на «Новую физику» ― что существуют какие-то силы и частицы, которые вносят свой вклад в АММ и которые мы не учитываем в Стандартной модели», ― сказал заместитель директора ИЯФ СО РАН по научной работе доктор физико-математических наук И.Б. Логашенко. Результаты измерений ученых ИЯФ СО РАН, получение которых вместе с постройкой коллайдера заняли 20 лет, значительно отличаются от тех, что раньше получали в мире. Разница между предсказанным Стандартной моделью значением АМММ и полученным в эксперименте сократилась примерно в четыре раза.  «Мы не понимаем, почему у нас получился результат, отличающийся от всех предыдущих. Мы уверены в нашем результате, было сделано огромное количество проверок. По моему убеждению, анализ данных, который мы провели, был наиболее тщательный среди всех, которые были сделаны раньше. Это не удивительно ― мы учились на опыте других в том числе. Но и прошлые измерения проводили очень серьезные научные группы. Предстоит еще понять, что отличает наши измерения от всех остальных», ― рассказал И.Б. Логашенко на пресс-конференции. Ученый добавил, что сейчас очень важно, чтобы измерения российских ученых подтвердили в других институтах. Для верификации результата требуются независимые эксперименты. При этом даже подтверждение измерений ученых ИЯФ СО РАН будет означать не то, что «Новой физики» нет, а скорее то, что она должна проявляться при больших энергиях. «Закрывает ли наш результат возможность существования «Новой физики»? Конечно, нет. Вопрос ― в точности… Чем тяжелее частицы, которые мы еще не открыли, тем они дают меньший вклад в аномальный магнитный момент мюона. Поэтому наша разрешающая способность ― то, до каких энергий мы увидим вклад гипотетических частиц, ― зависит от точности измерений. С той точностью, которую мы измерили ― да, закрывает. Мы можем сказать, что не может быть частиц легче определенной массы. Но частицы с большой массой могут быть», ― сказал И.Б. Логашенко. Теперь ученые ждут независимого подтверждения измерений. Кроме того, уточняющие данные ждут со второго детектора коллайдера ВЭПП-2000 - СНД. В течение следующих двух лет ученые планируют получить новые данные, чтобы подтвердить существующие. Еще лет пять-шесть займет модернизация детектора, после чего опять начнется очередной набор информации. Тогда ученые планируют увеличить точность измерений в два-три раза, но на это уйдет ориентировочно 10 лет.
Rewiever
Погасла «Звезда Физтеха»Среда, 22 Февраля 2023 г. 17:49 (ссылка)
Ушел из жизни академик РАН Семён Соломонович Герштейн Московский физико-технический институт, Отделение физических наук Российской академии наук, Секция ядерной физики ОФН РАН, НИЦ «Курчатовский институт», Институт физики высоких энергий им. А. А. Логунова с глубоким прискорбием сообщают, что 21 февраля на 94-м году жизни скончался выдающийся физик с мировым именем, организатор науки и талантливый педагог академик РАН Семён Соломонович Герштейн.  Работы Семёна Соломоновича Герштейна оказали важное влияние на развитие атомной физики, физики элементарных частиц и астрофизики. Уже в первой научной работе совместно с Я. Б. Зельдовичем им был открыт фундаментальный закон сохранения в слабом векторном взаимодействии, аналогичный закону сохранения электрического заряда, и получено указание на аналогию слабых и электромагнитных взаимодействий. Этот результат имел важнейшее значение для создания современной теории микромира — Стандартной модели. Он явился также исходным пунктом такого плодотворного направления в теории, каким является алгебра токов. Также совместно с Я. Б. Зельдовичем, используя космологические данные, Семёном Соломоновичем Герштейном был установлен верхний предел на массу мюонного нейтрино. Этот результат стимулировал произошедший в последнее время синтез физики частиц и космологии. Еще до открытия нейтральных токов, в 1962 году, Семён Соломонович предложил для их наблюдения изучать возбуждение атомных ядер под действием нейтрино средних энергий. Наблюдение этого типа реакции — расщепления дейтрона под действием солнечных нейтрино — стало наиболее убедительным доказательством осцилляций солнечных нейтрино и справедливости Стандартной модели Солнца. Среди других результатов Семёна Соломоновича Герштейна в области космологии и астрофизики — предложение оригинального механизма коллективного ускорения солнечных космических лучей, идея о том, что наблюдаемые гамма-всплески связаны со специфическими вспышками массивных звезд, и получение ограничения на возможную массу гравитона из данных по анизотропии реликтового излучения (совместно с А. А. Логуновым и М. А. Мествиришвили). Мировую известность получили работы Семёна Соломоновича Герштейна по теории мезомолекулярных процессов и мюонного катализа. Он предсказал существование сильного влияния переходов мезоатомов в нижнее состояние сверхтонкой структуры на вероятность мю-катализа (эффект Герштейна — Вольфенштейна), открыл явление резонансного образования мезомолекул дейтерия (совместно с В. П. Джелеповым и другими), предсказал, что в смеси дейтерия-трития один мюон может вызывать более 100 актов реакций ядерного синтеза, что побудило начать исследования этого эффекта во многих лабораториях мира. В области физики частиц совместно со своими учениками Семён Соломонович получил ряд важных результатов для процессов с тяжелыми кварками: предложил механизмы рождения очарованных частиц в нейтринных и фотонных пучках, предсказал сечение рассеяния с-кварков на нуклонах и дал одну из первых интерпретаций ипсилон-мезонов, предсказал массу, время жизни и основные каналы распада Вс-мезонов, состоящих из b- и с-кварков. В последние годы Семёном Соломоновичем Герштейном были рассмотрены разнообразные следствия полевой теории гравитации, развитой А. А. Логуновым и сотрудниками. Благодаря его расчетам на ускорителе протонов впервые в мировой практике получен интенсивный пучок электронов с энергией до 46 ГэВ, недоступной для существовавших в то время электронных ускорителей, и проведены совместные эксперименты группы ФИАН — Ереванский физический институт — ИФВЭ по изучению взаимодействия фотонов высокой энергии с протонами. Большое внимание Семён Соломонович уделял подготовке научных кадров. После окончания Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова он начал свою трудовую деятельность учителем физики в сельской школе и одновременно сдавал экзамены по теоретическому минимуму Л. Д. Ландау. Четверо учеников С. С. Герштейна из этой школы защитили докторские диссертации, а более 10, окончив филиал МИФИ, стали сотрудниками Физико-энергетического институте в Обнинске. На протяжении многих лет Семен Соломонович преподавал физику в вузах нашей страны: в 1958–1959 гг. — в Ленинградском политехническом институте, в 1961–1962 гг. — в филиале Физического факультета МГУ в Дубне, а с 1963 г. без перерывов читал курсы теоретической физики в МФТИ, где был заслуженным профессором. В результате тайного голосования студентов МФТИ Семён Соломонович Герштейн был награжден почетным знаком «Звезда Физтеха». В числе бывших его студентов множество крупных ученых. Семён Соломонович неизменно активно поддерживал молодых, способных научных сотрудников и вообще талантливых людей. Немало усилий он уделял популяризации науки. Будучи членом редколлегии энциклопедии «Физика микромира» и редактором-консультантом БСЭ, написал для этих изданий более десятка статей. Семён Соломонович Герштейн был членом редколлегий журналов «Природа», «Ядерная физика» и ТМФ. В знак признания заслуг и достижений Семён Соломонович был награжден орденом «За заслуги перед Отечеством» IV степени, орденом Почета, Почетной грамотой Президента РФ, Золотой медалью РАН имени Л. Д. Ландау, международными премиями ОИЯИ имени Б. М. Понтекорво и ИТЭФ имени И. Я. Померанчука. Семёна Соломоновича отличали высокая научная принципиальность, преданность науке, прирожденная интеллигентность, внимательное и доброжелательное отношение к людям. Его кончина — невосполнимая утрата для российской и мировой науки. Выражаем глубокие и искренние соболезнования родным и близким Семёна Соломоновича. Светлый образ этого замечательного ученого и человека навсегда останется в памяти друзей и коллег и сохранится в истории науки. Rewiever
Бозон пока не виденЧетверг, 28 Февраля 2002 г. 22:50 (ссылка)
Почему на смену LEP сооружают LHC Минул год с тех пор, как в ЦЕРНе был закрыт LEP («большой электронно-позитронный») ускоритель на встречных пучках в 27-километровом кольце, пересекающем подземным образом французско-швейцарскую границу. Тоннель был отдан под реконструкцию для установки здесь нового, но уже протон - антипротонного ускорителя, для чего предстоит в течение ближайших нескольких лет полностью заменить электрофизическое оборудование гигантской «магнитной дорожки». Этот «вынужденный» простой тоннеля вовсе не означает простоя для физиков ЦЕРНа.  Прошедший год прошел под знаком форсированной обработки громадного массива экспериментальных данных, накопленных за последние несколько лет работы LEP. «Суперзадачей» был поиск экспериментального подтверждения присутствия в ядерных взаимодействиях так называемого «бозона Хиггса» - гипотетической частицы, таящей в себе разгадку понятия «масса». Питер Хиггс, ученый из Эдинбургского Университета, в 1960 году предположил, что Вселенная как бы пронизана особым физическим полем, переносчиками которого являются некие сверхтяжелые частицы, получившие затем свое название в честь автора догадки.Их собственная масса оценивалась рекордной для микромира величиной порядка 80 гига-электронвольт. Поле, образуемое хиггсовыми частицами, как раз и обусловливает наличие массы у всех иных ядерных частиц, описываемых общепринятой у большинства физиков Стандартной моделью. Это «семейство» включает в себя электроны и разные сорта нейтрино, мюонов и кварков, комбинациями которых и образуются протоны, нейтроны и всё остальное «население» микромира. Но если практически все иные составляющие гипотезы Стандартной модели получили уже вполне адекватное экспериментальное подтверждение, то «бозон Хиггса» все это время оставался неуловимым. В 2000 году, перед объявленным сроком закрытия LEP, физикам удалось вроде бы «нащупать след». И они уговорили даже продлить на месяц завершающий сеанс работы LEP в надежде совершить-таки «открытие века»... .  И вот в последнем выпуске The New Scientist с глубоким разочарованием сообщается, что анализ полученных данных не принес желанного результата. «Хиггс» по-прежнему не виден в столкновениях частиц, ускоренных до энергии LEP - даже на уровне предельно осуществимой сегодня техники физического эксперимента.Возможно, что при достижении более высоких энергий столкновений внутриядерных частиц на новом ускорителе в прежнем тоннеле ЦЕРНа как раз и удастся осуществить мечту. Во всяком случае, здесь сооружаются (в том числе с участием физиков из ведущих научных центров России, включая Протвино) новые сложные экспериментальные установки, способные решить эту задачу. Запуск LHC (большого адронного коллайдера) ожидается в 2007 году. А вопрос о происхождении массы материи, таким образом, остается всё еще открытым. Опубликовано: газета "Ускоритель" - 7 февраля 2002 г. Примечание автора: Открытие бозона Хиггса признано научным прорывом 2012 года, П.Хиггсу была вручена Нобелевская премия по физике за 2013 год.
 rss_habr
[Перевод] Революционный эксперимент и новая физикаВторник, 27 Апреля 2021 г. 16:00 (ссылка)
Стандартная модель физики — это безобразная, уродливая теория. Казалось бы, окончательная теория Вселенной должна быть упорядоченной, простой и красивой, но вместо этого Стандартная модель имеет 36 кварков и антикварков, 23 регулируемых параметра и 3 отдельных поколения частиц. Это неудобная и далеко не простая теория. И всё же, какой бы неприглядной она ни была, она проходила испытание за испытанием в течение последних 50 лет. Стандартная модель — одна из наиболее хорошо проверенных теорий физики, предсказывающая существование частиц, таких как бозон Хиггса, и за неё было получено более 50 Нобелевских премий. Приятного чтенияhttps://habr.com/ru/post/554432/?utm_source=habrahabr&utm_medium=rss&utm_campaign=554432
rss_habr
[Перевод] Виртуальных частиц не существуетЧетверг, 15 Апреля 2021 г. 20:08 (ссылка)
И бесконечного количества пар «частица-античастица» в вакууме тоже нет. Выражение «виртуальная частица» часто попадается в физике и в научно-популярных объяснениях квантовой теории поля. Но на самом деле виртуальных частиц как таковых не существует. Сегодня мы поговорим о том, зачем (и в каком виде) нужны виртуальные частицы, и почему их не существует. Читать далееhttps://habr.com/ru/post/552644/?utm_source=habrahabr&utm_medium=rss&utm_campaign=552644
Rewiever
В.А. Петров напомнил о теории А.А. ЛогуноваСреда, 17 Марта 2021 г. 23:47 (ссылка)
Вечная жизнь электрона и поиски суперсимметрии: чем интересен микромир? /Редакционное название/
Самые интересные вопросы микромира — такие как невылетание кварков, продолжительность жизни частиц, поиски суперсимметрии и гипотетических частиц, — мы обсудили (см.) с Владимиром ПЕТРОВЫМ из НИЦ «Курчатовский институт» — ИФВЭ (Институт физики высоких энергий им. А.А. Логунова) в Протвино. /Автор интервью Янина Хужина — с Владимиром Петровым. Фото: Николай Малахин, «Научная Россия»/.
— В 2012 году на Большом адронном коллайдере был триумфально открыт бозон Хиггса. Группа НИЦ «Курчатовский институт» — ИФВЭ тоже участвовала в этих исследованиях. В чем заключался вклад вашей команды? — Бозон Хиггса был заявлен двумя из четырех крупных экспериментов в ЦЕРНе. Это эксперименты АТЛАС и КМС. В обоих экспериментах участвовали группы ученых из нашего Института в Протвино. Они являются соавторами открытия бозона Хиггса. Сегодня я не буду останавливаться подробно на вкладе каждого из них, скажу только, что усилия всех специалистов были огромными: это и создание уникального оборудования, и поставка для ЦЕРНа некоторых материалов, которые не всегда можно получить с оптимальным соотношением цены и качества в Европе, а в России они есть; а также дежурство на сеансах и сложная обработка результатов с помощью компьютеров высочайшего уровня и, конечно, соответствующая теоретическая работа — cловом, практически во всех областях проекта наши специалисты принимали активное участие. — Поле Хиггса придает массу частицам? — Грубо говоря, да. Это значит, что если бы этого поля не было, то мы бы с вами, очень условно говоря, могли бы быть очень лёгкими, «летали по воздуху». Не было бы массы у элементарных частиц, у кварков, например. То есть это некое поле, которое как бы разлито по всей Вселенной, и через него протискиваются частицы и тем самым в каком-то смысле приобретают свою массу, инерцию. Но это относится не ко всем частицам. Например, фотон пока что этой участи избежал и остается без массы. — Бозон Хиггса — это как бы мельчайшая часть, квант этого поля?  — На этот счет есть как минимум несколько версий. Одна из простейших заключается в том, что бозон Хиггса — есть один квант этого поля, один тип. Такая гипотеза пока что находится в согласии со всеми экспериментами. Однако те данные о свойствах этого бозона, которыми мы располагаем, не исключают и других возможностей: например, наличия других типов бозонов такого рода, а также того, что, возможно, этот бозон не является элементарной частицей, а составлен из каких-то других более элементарных. Такая возможность вполне всерьез рассматривается, и в этом смысле вопросов еще достаточно много.Стандартная модель фундаментальных взаимодействий (см.) — это модель квантовой теории калибровочных полей, описывающая кварки и лептоны и три фундаментальных взаимодействия: слабое, сильное, электромагнитное. /Схема всего сущего - "Стандартная модель" - из презентации В.А. Петрова/ — Можно ли сказать, что бозон Хиггса в каком-то смысле завершает Стандартную модель, которая описывает весь наш сегодняшний мир? — Что касается бозона Хиггса, то, да. В той части, которая называется электрослабой частью Стандартной модели (описывает слабое и электромагнитное взаимодействие), а также в рамках сильного взаимодействия, бозон Хиггса стал действительно завершающим элементом. В этом смысле его обнаружение играло центральную роль, поскольку, как мы уже говорили, поле Хиггса дает массы кваркам и другим частицам. Но, если смотреть шире, то для завершения Стандартной модели нам не хватает кванта гравитации — гипотетической частицы под названием гравитон. Несколько лет назад были открыты гравитационные волны, и в этом эксперименте, кстати, российские ученые тоже участвовали. Но пока что говорить определенно о том, что эти волны проквантованы, мы не можем, какие у них свойства — мы тоже пока не знаем. Этап открытия гравитационных волн я бы мог назвать предпоследним, если включать в Стандартную модель гравитацию, а последним должен стать гравитон. — Мы с вами сейчас говорим о гравитации как о взаимодействии, а может ли гравитация быть материей, например? — Гравитация, собственно говоря, всегда рассматривалась как поле. Это сложно объяснить, но гравитацию сейчас большинство физиков общей теории относительности рассматривают по-другому: это даже и не поле, а геометрия — то есть некие функции, которые описывают метрические свойства пространства-времени. И в этом смысле гравитация стоит особняком по отношению ко всей остальной материи. Создателем и первым директором нашего Института физики высоких энергий был А.А. Логунов. Поскольку по роду деятельности он был теоретиком, то в своё время выдвинул и развил собственную, новую теорию гравитации (РТГ - релятивистскую теорию гравитации), где гравитация была обычным физическим полем и, соответственно, стала альтернативой общей теории относительности. — Правильно ли я понимаю, что в современной картине мира вся Вселенная состоит из неких полей. Причем какие-то из них являются фундаментальными, а какие-то нет. А сколько всего этих полей существует? — Дело в том, что основой современной физики элементарных частиц является квантовая теория поля, а в ней разделение на поля и частицы довольно условно. Например: мы привыкли считать, что электромагнитное взаимодействие осуществляется путем обмена фотонами — это то, что является силой. Но, с другой стороны, и сами фотоны могут друг с другом взаимодействовать путем обмена электронами и позитронами (позитрон — античастица электрона), и здесь уже электроны и позитроны выступают в качестве полей, переносчиков взаимодействия. Поэтому разделение на частицы и поля довольно условное на самом деле, но оно нисколько не противоречит математическому аппарату квантовой теории поля — там все находится в полной гармонии. Причем в некоторых условиях какие-то свойства частиц могут проявляться корпускулярно: частица может вести себя как точечный объект, а может проявлять свойства волны. Это, впрочем, уже давно известно из квантовой механики. В сферу главных научных интересов Владимира Петрова входят квантовая хромодинамика, процессы с участием тяжелых кварков, эффекты квантовой гравитации, дифракционные процессы. Работа ученого тесно связана с экспериментами в SLAC (США), HERA (Германия), а в последнее время преимущественно с экспериментами на Большом адронном коллайдере CERN (Швейцария). — Поговорим об Институте физики высоких энергий. В советские годы здесь был запущен легендарный «Серпуховский синхротрон». Расскажите об этом проекте подробнее..  — В 1967-м году наш Институт запустил ускоритель протонов У-70. На тот момент это был крупнейший ускоритель в мире. Энергия протонного синхротрона составляла 70 ГэВ (1 ГэВ = 109 электронвольт). Это был юбилейный год, пятидесятилетие революции. Я не скажу, что строительство ускорителя подгоняли специально под эту дату, но открытие его на тот момент пришлось очень кстати. Представьте себе 70 миллиардов электронвольт – это значит, что электрон пролетает зазор с напряжением 70 миллиардов вольт. Поверьте, это чудовищное напряжение, это огромная энергия! И тогда это был лидирующий в мире по энергии ускоритель. В течение последующих пяти лет он оставался таковым, и за это время мы успели сделать здесь несколько интересных открытий, таких как, например, возрастание полных сечений и радиуса сильных взаимодействий с ростом энергии столкновений или эффект масштабной инвариантности в процессах множественной генерации адронов. Я думаю, что У-70 сыграл важную роль и внес довольно существенный вклад в мировую физику частиц. /В ускорительном комплексе У-70, фото из архива ИФВЭ/ — А сейчас он по-прежнему работает? — Да, он работает. На нем ведется ряд экспериментов по разным направлениям, таким как, например, поиск редких распадов К-мезонов или исследование механизмов сильного взаимодействия в столкновениях протонов с атомными ядрами. Но, к сожалению, сейчас его работа по разным причинам сильно затруднена. Если в прошлые годы, не говоря уже о советском времени, на У-70 проводилось несколько сеансов в год, то есть он в это время был «включен» и на нем можно было работать, «набирать статистику», то сейчас это — один раз в год или даже реже. Накапливать необходимую статистику, позволяющую осуществлять надежный физический анализ данных, в таких условиях очень трудно. — Изначально ускоритель создавался для поиска кварков — неделимых составляющих протонов и нейтронов? — Да. Кварки были введены в обиход где-то в 1964-м году, в течение последующих нескольких лет они были у всех на слуху, и ученые задавались вопросом: а где эти кварки, как их искать, что они из себя представляют? Поэтому одним из первых экспериментов на нашем ускорителе У-70 как раз и стал поиск частиц с дробным электрическим зарядом — у кварков имеется дробный электрический заряд, кратный 1/3 от заряда электрона. Результат поисков был отрицательным. То есть даже при тех высоких энергиях, которые у нас были, кварки не удалось увидеть. И это стало первым шагом к пониманию феномена, который сегодня называется «невылетанием кварков». Сейчас уже известно, что при существующих в мире энергиях кварки увидеть невозможно, об их существовании мы можем говорить лишь по косвенным признакам. Кварк в эксперименте можно наблюдать как некий шлейф, некий «хвост» из обычных частиц, который тянется за кварками, но конкретно сами кварки мы не видим. /Слово «кварк» было заимствовано из романа Джеймса Джойса «Поминки по Финнегану». Слова «три кварка для мистера Марка!» в романе выкрикивали чайки. Кварк в немецком языке — это творог, в английском — имитация крика чаек, чепуха. Американский физик-теоретик Мюррей Гелл-Ман предложил использовать слово кварк для обозначения новых элементарных частиц - из презентации В.Петрова/. Все последующие мировые эксперименты на более мощных ускорителях тоже давали неизменно отрицательные результаты, и в итоге вызрела гипотеза, что кварки вообще невозможно выделить в чистом виде, сфотографировать, грубо говоря. Тривиальный пример, который часто приводится, это пример с полюсами магнитов: если существующие частицы — протоны, пи-мезоны и т.д. — уподобить магниту, а составляющие их — полюсам магнитов, то получается, что вы не можете один полюс отрезать. Вы порежете магнит, а у вас опять появятся два полюса — и так до бесконечности. — То есть они между собой неразрывно связаны? — Да. И в этом смысле возникала как раз проблема, которая сейчас сформулирована как одна из выдающихся загадок Стандартной модели — это теория, или проблема невылетания кварков; или quark confinement (пленение кварков), если брать аналогию из английского языка. На нашем ускорителе У-70 в экспериментальном плане был совершен первый шаг к становлению этой гипотезы, которая сейчас является важнейшей проблемой. — Эта связь кварков обеспечивается неким «склеивающим», глюонным полем? Прим.: от английского glue (клей). — Да, согласно современной физической теории, кварки связаны между собой этим глюонным полем. Но свойства этих полей на больших расстояниях несколько необычны: скажем, если электромагнитное поле на больших расстояниях падает, когда вы разводите электрические заряды, то здесь, напротив, сила возрастает: чем больше вы разводите частицы, тем выше сила «натяжения», поэтому кваркам вылететь нельзя. Глюонная «струна», связывающая кварки, может только где-то порваться, родить пару кварк-антикварк, но, опять же, у вас тогда появится не два отдельных кварка, а две пары кварк-антикварк.  — Глюонная связь — основная причина невылетания кварков или это лишь средство?— Трудно сказать. На вопрос о невылетании кварков, как я уже упоминал, пока не найдено однозначного ответа. Если говорить о полях, то есть опять возвращаться к теоретической науке, то проблема невылетания кварков — это чисто теоретическая проблема. Экспериментаторы вам говорят, что кварков в свободном виде нет — и точка. Однако строение протонов, пи-мезонов, их масса, свойства — словом, все сообщает о том, что внутри ядра, внутри протонов и нейтронов они есть. И тогда возникает проблема: а почему их нельзя вырвать? И вот эта проблема сейчас уже четко сформулирована и входит в число задач, которые до сих пор никто не может решить. Это интереснейший вызов для теоретика. Подходов много. Люди работают над этим интенсивно, проходят научные конференции, семинары и т.д. В нашем Институте в Протвино в конце года тоже планируется провести онлайн-конференцию на эту тему. — Считается, что время жизни электрона бесконечно. В какой форме электрон продолжают свою вечную жизнь, скажем, после смерти человека? — Ну, электроны все равно в наших атомах так и остаются, неважно живы мы или умерли. Атомы ведь никуда не деваются... просто происходит распад. Химические вещества, составлявшие основу нашего тела, распадаются на молекулы, на более простые элементы, – попадают в землю и возвращаются обратно. Поэтому электроны никуда не пропадают. К нашей с вами биологической жизни жизнь электрона, к счастью или к сожалению, отношения особо не имеет. В этом смысле электроны так и продолжают жить дальше; считается, что бесконечно, так как мы пока не видели их распадов, а значит, время их жизни превышает космологическое время — известный нам возраст Вселенной (около 14 млрд. лет), поэтому электроны и принято считать вечными. Что касается других элементарных частиц, а их сотни, то почти все они распадаются, причем многие из них распадаются довольно быстро. А вот электрон, фотон, протон, электронное нейтрино, похоже, и правда живут вечно — по крайней мере пока что их распада никто не видел. — За рамками Стандартной модели существуют гипотетические частицы, такие как тахион (якобы превышающий скорость света), гравитон (квант гравитации), магнитный монополь (имеющий один полюс) и многие другие. Какие из гипотетических частиц ученые больше всего хотят найти? — Если начать с тахионов, то это наименее востребованная в плане поиска элементарная частица. Конечно, есть энтузиасты, которые занимаются поисками тахиона, и в этом смысле здесь даже могут быть вполне согласованные теории, но как это все воплотить в жизнь, как и где их искать — непонятно. Так что пока поиск тахионов находится вне рамок экспериментальных исследований. Есть много экспериментов по поиску такой гипотетической частицы, как аксион, который, грубо говоря, является реакцией Природы на нарушение некоторой симметрии. Некоторые считают, что именно из аксионов может состоять темная материя. Но это тоже вызывает много вопросов. Сейчас ощущение такое, что часто ищут «сами не знают что», поскольку мы до сих так и не выяснили, из чего состоит эта темная материя, как она взаимодействует — помимо того, что «не светится», и т.д. Поэтому все, что пока можно сделать, это взять для описания темной материи какие-то доступные нашему пониманию модели: скажем, тот же аксион или, например, так называемый темный фотон — короткоживущая тяжелая частица, которая может распадаться на другие частицы. Но добрая половина экспериментов, которые сейчас проводятся на коллайдере в ЦЕРН, зациклена на поиске частиц, обладающих суперсимметрией, или иной экзотики. Однако за более чем десятилетнюю историю БАКа все эти эксперименты заканчивались словами о том, что в данной области энергии таких частиц не обнаружено. — Можете рассказать подробнее о суперсимметрии? — Ученые очень сильно хотят найти её. Дело в том, что до введения в строй Большого адронного коллайдера (БАК) в теоретическом сообществе было полное убеждение, что когда БАК заработает, сразу же будут найдены частицы, обладающие суперсимметрией, а также суперструны, и посыплется на нас как из рога изобилия вся эта красивая физическая теория — но не тут-то было! То, что суперсимметрия не была найдена, стало шоком для многих теоретиков, и в состоянии замешательства они пребывали последующие несколько лет. «Не может быть, чтобы Природа не обладала таким красивым свойством, как суперсимметрия!», — говорили они… а оказалось, что на ускорителях мы этого не видим. СУПЕРСИММЕТРИЯ — это симметрия между частицами материи (фермионами, коими являются кварки и лептоны) и частицами-переносчиками сил (то есть бозонами: глюоны, фотоны и др.). Согласно этой модели, у каждой элементарной частицы есть свой суперпартнер, то есть элементарные частицы материи и переносчики взаимодействий (сильного, слабого, электромагнитного) могут взаимно превращаться друг в друга. Но мы не наблюдаем этого в природе, поэтому, возможно, в какой-то момент существования Вселенной суперсимметрия была нарушена. Открытие суперсимметрии в эксперименте означало бы открытие новой физики за пределами Стандартной модели. — Есть гипотеза, что наша Вселенная была суперсимметричной на ранних стадиях своего существования?.  — Да, есть такое предположение, но я бы не сказал, что оно разделяется большинством ученых. Сторонники гипотезы считают, что в начале рождения Вселенной симметрия могла быть максимальной, но потом она постепенно начала нарушаться и пришла в то состояние, которое мы имеем сейчас. То есть получается, что в каком-то смысле мы были очень идеальные в начале (хотя физически нас с вами там не было), но потом что-то пошло «не так».Сейчас концепция ранней суперсимметрии приняла несколько иной вид. Большой взрыв, как космологическая гипотеза, больше не является доминирующей точкой зрения. Есть другие идеи, и они предполагают, например, непрерывное пульсирование Вселенной: сжатие-растяжение; то есть в такой концепции не было никакого великого начала в виде Большого взрыва. /так в теории РТГ, которую развивал академик А. Логунов (1926-2015), фото - «Научная Россия»/ — Могут ли в природе рождаться элементарные новые частицы? Или те, что возникли после условного Большого взрыва, так и остались, причем с теми же свойствами? — А это очень интересный вопрос! В общем-то, считается, что не могут. Аргументируется это тем, что мы нашли некую фундаментальную теорию (Стандартная модель), вечную — по смыслу вашего вопроса, которая лежит в основе всего, и с неё-то, собственно, Большой взрыв и начинался. Это очень интересная мысль — появление новых видов частиц со временем — это ваша гипотеза. Но пока что все остается так, как было, а новые частицы рождаются только в чисто механическом смысле, когда у вас энергия переходит в массу. — Владимир Алексеевич, какие научные вопросы, кроме упомянутых нами сегодня, вас интересуют больше всего? — Сейчас я много работаю над многомерными теориями, когда мы предполагаем, что наше пространство не трехмерное, а, скажем, пятимерное. Меня интересуют, в частности, физические следствия, которые мы можем из этого получить. Такая тенденция в целом не нова: в 1980-х годах был настоящий бум, связанный с поиском дополнительных измерений пространства-времени. Сейчас все успокоилось, «мода» не стоит на месте, но в этой области исследований по-прежнему остается много интересных возможностей. — Получается, в физике тоже есть своя мода? Мода на идеи? — Еще бы! Вспомнить хотя бы 1980-е, 90-е годы. Тогда только теория струн всех интересовала, а вся остальная физика считалась чуть ли не чепухой. По этому поводу развился бешеный математический аппарат, однако какого-то более-менее адекватного приближения теории струн к физической реальности мы так и не увидели. С одной стороны, каждая новая мода на физические идеи иногда полезна, потому что она возбуждает энтузиазм, будит какие-то творческие порывы. Хотя с другой стороны, может оказаться и вредной. Я себя отношу скорее к консерваторам и к энтузиастам «старой» Стандартной модели, ведь там до сих пор остается множество нерешенных вопросов. Беседовала Янина Хужина. Опубликовано: «Научная Россия», 15 марта 2021, там же видеоролик /При републикации здесь изменены визуальная подача текста и порядок иллюстрирования (с некоторым добавлением)/
rss_habr
[Перевод] Не все частицы и античастицы можно разделить на материю и антиматериюВоскресенье, 31 Января 2021 г. 22:49 (ссылка)
https://habr.com/ru/post/540182/?utm_source=habrahabr&utm_medium=rss&utm_campaign=540182
Rewiever
Охота за "экзотическими" частицамиЧетверг, 21 Сентября 2000 г. 22:39 (ссылка)
Rewiever
В новом направлении (интервью Л.Г. Ландсберга)Среда, 26 Декабря 2001 г. 21:17 (ссылка)
Когда, где и в чём проявит себя Новая физика? Из архива газеты ИФВЭ "Ускоритель" Профессор Леонид Григорьевич Ландсберг и коллектив его лабораторий (Отдел экспериментальной физики ИФВЭ) в этом сеансе начали новый поиск. Что в перспективе?  - Прежде всего, я должен с удовлетворением отметить тот факт, что наш институт снова вышел на регулярное проведение двух больших сеансов в год. Это очень важно, это создает рабочий ритм и держит все подразделения ИФВЭ в хорошей форме.Текущий сеанс имел для нас принципиальное значение потому, что в нем мы фактически начали новую программу исследований, связанных с физикой К-мезонных распадов. Как я уже рассказывал вашим читателям, эксперимент на установке СФИНКС, который был нацелен на поиски экзотических барионов и решение других вопросов адронной спектроскопии, а также близкие по тематике опыты, которые мы проводили в ФЕРМИЛАБе на установке SBLEX, в первом приближении закончены. Последние измерения на СФИНКСе мы провели в первой половине 1999 года, но обработка большой статистики, набранной на этой установке и в ФЕРМИЛАБе, займет еще несколько лет. Однако сегодня я уже, на самом деле, живу другим экспериментом, связанным с широкой программой исследований К-мезонов, которая будет осуществляться частично у нас в Институте, а частично в ФЕРМИЛАБе. - Почему Вы сменили направление поиска в сторону К-мезонных распадов? - Потому что это очень интересное направление, сулящее многие перспективы. Могу рассказать о нем подробнее. Последние десятилетия в физике были связаны с тщательным исследованием современной теории элементарных частиц, получившей название Стандартной Модели (СМ). И всюду, где можно было проверить предсказания СМ с большой точностью, эксперименты удивительно хорошо согласовались с ними. И в то же время мы понимаем, что сколь ни хороша СМ, она все-таки есть некое приближение, которое «работает» только в области энергии до сотни, ну, может быть, до нескольких сотен ГэВ. Очевидно, что в дальнейшем, при переходе к большим энергиям и меньшим расстояниям, должны наблюдаться новые физические явления - так называемая «Новая Физика». Ожидается, например, образование новых типов очень тяжелых частиц - суперсимметричные частицы, новые типы калибровочных бозонов и связанные с ними новые взаимодействия, более сложные семейства хиггсовских частиц и т.д.. В последние годы очень активно обсуждаются модели с дополнительными размерностями пространства, которые могут привести к более «раннему» на энергетической шкале проявлению эффектов гравитации в физике элементарных частиц.  Сейчас имеются две возможности попасть в этот новый мир.(схема СМ добавлена много позже) Во-первых, это опыты на очень больших коллайдерах - таких, как коллайдер ФЕРМИЛАБ или сооружаемый сейчас коллайдер LHC в ЦЕРНе. Проектируются и коллайдеры нового поколения на встречных лептонных пучках. В этих опытах при очень больших энергиях могут непосредственно рождаться новые тяжелые частицы и наблюдаться аномальные явления, знаменующие собой проявление Новой Физики. Все это требует также создания огромных экспериментальных установок, я бы сказал, «промышленного» типа. На них будут работать научные коллаборации, численность которых будет выражаться четырехзначными цифрами. Но есть и другая возможность заглянуть за пределы существующих сегодня в физике представлений. Это исследование очень редких процессов, связанных со слабыми распадами частиц и другими прецизионными измерениями. Одна из самых перспективных возможностей связана с поисками эффектов Новой Физики в редких распадах К-мезонов. Это очень трудные опыты, требующие создания интенсивных каонных пучков и очень хороших установок, разработки надежных методов подавления фоновых процессов (вероятность которых часто на много порядков превышает ожидаемый эффект). Всё это заставляет искать нестандартные подходы, и лично меня такие исследования привлекают гораздо больше, чем опыты того «индустриального» типа, о которых я только что сказал. Именно такими исследованиями мы и собираемся сейчас заниматься. Для этого объединяются научные группы, работающие на трех хорошо известных институтских установках - СФИНКС, ИСТРА и ГАМС. - На чем Вы планируете вести свои новые поиски? - В настоящее время в ИФВЭ создается пучок сепарированных К-мезонов на основе тех высокочастотных сверхпроводящих сепараторов, которые были разработаны в свое время в Карлсруэ для ЦЕРНа, затем переданы нам и сейчас проходят испытания с нашей криогенной системой. Мы надеемся, что удастся создать очень хороший пучок, позволяющий иметь интенсивность несколько миллионов каонов за цикл. На нем могут быть сделаны интересные опыты по поиску новых типов взаимодействий, исследования прямого несохранения СР-инвариантности, попытки найти новые механизмы нарушения СР-инвариантности, не укладывающиеся в рамки Стандартной Модели. Это как раз одно из тех мест, где Стандартная Модель недостаточно хорошо исследована, и где можно ожидать от нее отступлений, связанных с проявлением Новой Физики. В то же время мы участвуем в экспериментах ФЕРМИЛАБа по исследованию редких распадов как заряженных, так и нейтральных К-мезонов, где можно продвинуться еще дальше: создать более интенсивные пучки и исследовать еще более редкие процессы. Программы опытов - та, которую мы планируем здесь и та, что начнется в ФЕРМИЛАБе, взаимно дополнят друг друга. Исследования в ИФВЭ должны начаться раньше, чем в ФЕРМИЛАБе, где они будут продолжены уже на новом уровне. - Работа в последнем сеансе уже была связана с новыми планами? - Да., именно в этом направлении мы и провели работу в текущем сеансе. Это были трудоемкие методические исследования, связанные с созданием высокоэффективной системы подавления мюонного фона. Названная система была предложена и разработана в нашем Институте. Сеанс провели хорошо. Нам удалось достаточно быстро создать новый детектор, запустить установку и набрать статистику, необходимую для последующего исследования метода подавления мюонов. Нам надо получить уровень подавления 10 в минус 6 степени, а это непростая задача. Отмечу, что такое подавление мюонного фона очень важно как для будущих опытов в ИФВЭ, так (и особенно) для измерений в ФЕРМИЛАБе. Поэтому к физикам, работающим на установках ИСТРА и СФИНКС для проведения измерений присоединились двое наших американских коллег, приехавших к нам специально на этот сеанс. - И каково же их впечатление? - Судя по их отзывам, вполне благоприятное. Они увидели наш ускоритель работающим. Увидели, что быстро создана и удачно испытана достаточно сложная система. Отметили творческий настрой и деловую атмосферу в коллективе. Все это им очень понравилось. Один из них, профессор Р. Тширхард , выступил с докладом на семинаре ИФВЭ, где поделился с нами последними результатами опытов с К- ноль-мезонами, проводящихся в ФЕРМИЛАБе на установке KTEV. Это зародыш одной из тех установок, на которых мы будем проводить совместные с США эксперименты. Другая часть исследований будет вестись на второй установке с очень интенсивным сепарированным пучком заряженных каонов, которая называется СКМ (для нее, собственно, и проводились наши последние опыты, о которых я рассказал). - Вы полагаете, что еще не все физики потеряли интерес к нашему ускорителю и веру в его технические возможности?  - Уверен, что и опыты по адронной спектроскопии, и поиски экзотических состояний, и изучение редких процессов с К-мезонами - это та область исследований, для которых наш ускоритель хорошо приспособлен, и можно, и важно их здесь проводить.Возвращаясь опять к перспективе опытов с К-мезонами в ИФВЭ, я хочу подчеркнуть, что мы рассматриваем их как часть широкой программы каонных исследований, которые мы будем проводить как у себя дома, так и в США. Мы надеемся, что это будет некоторая совместная российско - американская программа, и часть наших американских коллег примет непосредственное участие в измерениях в ИФВЭ. Я уверен, что такое более широкое сотрудничество будет полезно обеим сторонам. Мы думаем, что в опытах на У-70 будут также участвовать не только наши коллеги из ИЯИ,. которые уже работают с нами, но и ученые из ОИЯИ и Японии. Но если мы хотим, чтобы наш Институт остался мировым научным центром, нам надо,конечно, создавать новые установки. На старом оборудовании нам долго не продержаться. И новый каонный эксперимент - это очень важный шаг в таком направлении. Хотелось бы верить в его успех. Следует, конечно, сказать, что создание интенсивного канала сепарированных К-мезонов - это очень трудная научно-техническая задача, которая может быть решена только при напряжении всех сил Института. При этом потребуется и значительное усовершенствование нашего ускорителя - в первую очередь реализация задач стабильного работающего медленного вывода, а в дальнейшем и повышение интенсивности ускорителя. Все это может быть достигнуто только при очень интенсивной работе многих инженерно-технических подразделений ИФВЭ. Нас обнадеживает то, что некоторые из них уже включились в эту работу и то, что развитие наших К-мезонных исследований сильно поддерживается Дирекцией Института и особенно академиком А.А. Логуновым. Но самые большие трудности еще впереди: канал необходимо соорудить быстро (за 2-2,5 года), если мы хотим сохранить позиции ИФВЭ в развитии мировых исследований. Хотелось бы верить, что нам это удастся. Таким образом, мои научные интересы перемещаются в область редких распадов, и я надеюсь, что такая вот мощная коллаборация позволит делать очень интересные эксперименты. Мы начали эту работу с большим энтузиазмом. Некоторые ученые работают в одном направлении всю жизнь, а другие предпочитают менять направление поиска. Я, по-видимому, отношусь ко вторым, и сейчас для меня наступил вот такой важный момент. Надеюсь, что в ближайшие годы я буду заниматься исследованием редких распадов, ну и, конечно, обобщать результаты, полученные на установке СФИНКС, т.е. продолжать исследования экзотических состояний, которым я отдал предыдущие 15 лет жизни». По материалам: Л. Разумова, газета «Ускоритель» - 26 декабря 2000 г.
eco-pravda
Вслед за бозоном Хиггса сдался и чармоний-3Среда, 06 Марта 2019 г. 22:47 (ссылка)
Новую частицу на Большом адронном коллайдере открыли ученые НИЦ "Курчатовский институт" - ИТЭФ
rss_habr
[Перевод] Не потеряли ли на Большом адронном коллайдере свидетельства наличия новой физики?Пятница, 22 Февраля 2019 г. 11:00 (ссылка)
https://habr.com/ru/post/441240/?utm_source=habrahabr&utm_medium=rss&utm_campaign=441240
eco-pravda
Лептокварки нашли. Пока только в расчётахСреда, 26 Декабря 2018 г. 20:44 (ссылка)
Европейским физикам не хватает энергий для разгадки тайны мироздания
В ЦЕРНе обнаружили легкие кварки Всего какие-то 10,5 тыс. лет, если судить по данным радиоуглеродного анализа, люди соорудили на склоне холма Гобекли – «пупа Земли» – уникальный комплекс для наблюдения за небом. Он представлен плоскими каменными колоннами Т-образной формы, на поверхности которых древние «астрономы» вырезали фигурки различных животных и птиц. На колонне № 43 изображен раскинувший крылья гриф, парящий кругами в небе. Эмуляция опытов по столкновению частиц на Компактном мюонном соленоиде (CMS ) Считается, что название Веги произошло от арабского waqi со значением «падающий», подобно стервятнику на добычу. Вега – самая яркая в расположенном в 25 световых годах от Солнца созвездии Лиры, ходящем кругами вокруг небесного полюса. Расчеты показали, что 10,5 тыс. лет назад Вега всходила после зимнего солнцестояния, как раз над «столпом 43». На небесных картах рядом с Лирой располагаются созвездия Лебедя и Геркулеса, а снизу – Лисички. Небольшая Северная Корона (Corona Borealis) отделяет созвездие Геркулеса от Волопаса, держащего в одной руке дубину, а в другой – поводки преследующих Большую Медведицу Гончих Псов – большего Астериона и меньшей Чары (Chara). Под Чарой развеваются пышные Власы Вероники, названные в честь жены Птолемея V Эпифана, которого помнят за его указ, высеченный в трех вариантах на розеттском камне, найденном солдатами Наполеона. Подобным камнем, позволившим узнать тайну иероглифов, можно считать черную дыру, располагающуюся за Власами Вероники на расстоянии миллиарда световых лет. Дыру «увидел» рентгеновский телескоп ХММ-Ньютон, который наблюдал за ярко светящим квазаром PG. Квазарами называют псевдозвезды, которые светят за счет разогретых до гигантских температур слоистых облаков газа, а не за счет термоядерной реакции в недрах самих звезд. Газ и пыль собираются вокруг черных дыр, или активных галактических ядер, присутствующих в центре большинства галактик. Дыра в бинарных системах может также захватывать своим гравитационным полем вещество звезды-компаньонки, в результате чего возникает «собирательный», или аккреционный, диск, который в последние годы стали представлять в виде объемного 3D-тора, или бублика. Анализируя рентгеновские спектры PG, полученные с помощью ХММ-Ньютона, астрономы Лестерского университета пришли к выводу, что образование вокруг сверхмассивной дыры массой около 40 млн солнечных, имеет более сложное строение. Выяснилось, в частности, что на горизонт событий, за пределы которого не вырываются никакие излучения, вещество падает чуть ли не сверху, и скорость этого падения достигает 100 тыс. км/сек, то есть трети от световой! Тем самым, как считают ученые, они впервые «увидели» релятивистское падение материи на черную дыру. О чем и было сообщено в журнале Monthly Notices of Royal Astronomical Society. Нам, на Земле, никогда не удастся достигнуть масштаба энергетических катаклизмов, бушующих в недрах Вселенной. Поэтому даже на самом мощном адронном коллайдере (БАК – LHC), в котором сталкиваются пучки водородных ядер (протонов), никак не удается доказать или опровергнуть истинность стандартной модели. В популярном пересказе она говорит о том, что атомы имеют ядра, вокруг которых «вращаются» электроны. Более двух тысячелетий философы убеждали своих слушателей, что атомы далее неделимы, однако ХХ век доказал, что они были неправы. Нильс Бор в пику Эйнштейну постулировал квантовые скачки электронов, а его ученик, наш выдающийся соотечественник, ставший американским гражданином, Георгий Гамов, – туннельный эффект, благодаря которому электрон может «вылетать» из ядра (бета-распад). Ричард Фейнман, заложивший основы квантовой электродинамики, познакомил мир со своей диаграммой, описывающей этот самый распад. В результате этого нейтрон превращается в протон, испуская «ядерный» электрон и электронное антинейтрино.
Но ведь существовала сразу после инфляции, последовавшей за Большим взрывом, кварк-глюонная плазма (глюоны от glue – «клей»), из которой только после дальнейшего охлаждения возникли составляющие атомных ядер, нуклоны. Таким образом, бета-распад является как бы мостиком между слабым и сильным взаимодействиями, игра которых и порождает чрезвычайно мощный поток как бы безмассовых нейтрино, лишь изредка взаимодействующих с веществом. Стандартная модель постулирует, что легкие лептоны, к которым относятся электроны, «промежуточные» мезоны и нейтрино, в отличие от «тяжелых» барионов, и кварки генерируют два семейства пар. По этой причине стало возможным говорить о лептокварках. Первое свидетельство существования лептокварков получено к середине сентября 2018 года на Компактном мюонном соленоиде (CMS LHC), о чем сообщили исследователи, работающие в Европейском центре ядерных исследований в Женеве (ЦЕРН). Ученые подчеркивают, что третье поколение лептокварков генерировать пока не удалось, поскольку требуется энергия около 900 ГэВ (Гигаэлектрон-вольт), которая раз в пять больше энергии топ-кварка – на сегодня самой тяжелой частицы. Не оставляют физики надежд и на продолжение строительства, в три раза более мощного, чем БАК, кольцевидного ускорителя за океаном. По материалам: Александр Спирин, "НГ-Наука"  Опубликовано: 26 декабря 2018 Помочь "ЭкоПравде": 220220036160172 money.yandex.ru/to/41001234767911
Rewiever
Симпозиум по спиновой физикеПятница, 25 Декабря 1998 г. 12:24 (ссылка)
«СПИН-98» в Протвино
В подмосковном городе Протвино прошел международный симпозиум, собравший физиков из крупнейших исследовательских центров мира. Среди его организаторов — российские ученые, которые продолжают работать вопреки кризисным условиям в стране. Физика высоких энергий имеет дело с объектами, невидимыми глазу - так называемыми «элементарными частицами». Название появилось в начале века, когда опыты Резерфорда доказали, что считавшийся ранее неделимым атом состоит из гораздо более мелких частиц. Их-то и окрестили элементарными, полагая, что достигнут предел дробления материи. Но минуло несколько десятков лет, появились новые приборы для внутриатомных исследований - ускорители и детекторы заряженных частиц. Оказалось, что «элементарные частицы» вовсе не элементарны, они имеют составное строение, сложную «внутреннюю» жизнь и неразгаданные еще закономерности поведения. Все это и есть предмет исследования современной физики высоких энергий. Одним из самых мощных инструментов познания глубинных свойств окружающего нас мира служит так называемая «спиновая физика высоких энергий». Чтобы получить представление об особенностях спиновой методики, воспользуемся хорошо известной аналогией. Если обыкновенный детский волчок сильно закрутить, у него появляется новое качество - устойчивость. Как его ни наклоняй, он будет стремиться восстановить вертикальное положение. Кончится вращение - устойчивости как не бывало. В физике это явление получило наименование «сохранение момента количества движения». У всех внутриядерных частиц обнаружилась характеристика, которую можно уподобить внутреннему механическому моменту движения. Частицы как бы «закручены» в одном из двух возможных направлений, и многое в их поведении связано с этим внутренним свойством, которое получило наименование «спин» (от английского spin— кручение). Но в отличие от механического волчка, который может приобретать любой момент количества движения, частицы имеют спины, только кратные либо 1, либо 1/2. Спин научились измерять и использовать в описаниях всевозможных взаимодействий в микромире, ибо спин, подобно моменту количества движения волчка, имеет незыблемое свойство сохраняться. И это свойство спина частиц оказалось весьма удобным для использования в построении теоретических моделей и в их экспериментальной проверке, которой и занимается спиновая физика. В сентябре этого года физики более чем из десятка стран съехались в подмосковный город Протвино на международный симпозиум «Спин-98». Своих представителей прислали все крупнейшие лаборатории из США, Германии, Италии, Англии, Японии и других стран. Россию представляли исследователи из Москвы, Новосибирска, Дубны и Протвино.
Организаторы этого, уже тринадцатого по счету, симпозиума — Международный комитет по спиновой физике высоких энергий и Институт физики высоких энергий (ИФВЭ, Протвино). Симпозиум разбит на несколько секций, рассматривающих роль спиновой физики в «Стандартной модели» (обобщающей картине устройства микромира), спиновую структуру нуклонов, спиновые эффекты во внутриядерных взаимодействиях. Обсуждались методики исследований и собственно «инструментарий» спиновой физики - так называемые «поляризованные» (спины которых имеют одинаковую ориентацию) пучки частиц высоких энергий и техника экспериментов. Обсуждались новые результаты, полученные исследователями на ускорителях, а также планируемые эксперименты. Всего было заслушано около сотни докладов и сообщений, подтверждающих бурное развитие спиновой методологии и первостепенное значение полученных экспериментальных данных. Например, на ускорителе в Калифорнии поставлен эксперимент на встречных пучках электронов, один из которых полностью поляризован. Это позволило применить новую изящную схему спинового анализа результатов измерений, а результаты с высокой степенью точности подтвердили предсказания «Стандартной модели», в которой связываются воедино электромагнитные и слабые взаимодействия в микромире (за её создание в 1979 году получили Нобелевскую премию знаменитые физики С. Вайнберг, А. Салам и Ш. Глешоу). Физики обсудили интересное и не до конца понятное пока явление «переноса спина». Дело в том, что согласно кварковой теории строения вещества все нуклоны (протоны и нейтроны) должны состоять из трех кварков, взаимодействие между которыми осуществляется еще более «скрытыми» частицами - глюонами (см. «Наука и жизнь» №8,1994 г. – Ред.). В этой сложной модели не вполне ясна природа возникновения спина нуклонов, равного 1/2. Эксперименты ведутся на ускорителях ЦЕРНа (Европейской организации по ядерным исследованиям, г. Женева), а также в Германии и США, в том числе с активным участием российских физиков. Было рассказано и о результатах спиновых экспериментов на отечественном ускорителе — протонном синхротроне ИФВЭ на энергию 76 ГэВ (миллиардов электрон-вольт), ныне третьем в мире по энергии ускоренных протонов. Симпозиум в Протвино показал, что спиновый подход позволяет глубже вникнуть в физику внутриядерных процессов, а значит - приблизиться еще на шаг к разгадкам тайн строения материи. Мировой научный поиск, по сути своей интернациональный, не знает пауз, а предстоящий XXI век станет, без сомнений, столетием новых достижений науки и техники. Опубликовано: «Наука и жизнь» № 12, 1998 г.
eco-pravda
Заглянуть внутрь протонаСреда, 14 Декабря 2016 г. 20:11 (ссылка)
Rewiever
Бозон Хиггса или кварк тёмной материи?Четверг, 13 Ноября 2014 г. 23:47 (ссылка)
|
| Метки: техни-кварк LHC тёмная материя Стандартная модель М.Т. Франдсен бозоны | Комментарии (0)КомментироватьВ цитатник или сообщество |
Rewiever
Журнал российских атомщиков, информируя о состоянии дел в энергетической отрасли, показывает также, как добываются новые знания о фундаментальных свойствах материи...
Идея по созданию в нашей стране крупнейшего в мире ускорителя протонов была впервые высказана ещё И.В. Курчатовым, и уже в марте 1958 года было принято соответствующее правительственное решение. Начались работы по поиску подходящей площадки для полуторакилометрового гиганта, и после многих «примерок» остановились на лесистой территории неподалёку от Серпухова, на берегу реки Протвы.
Строительные работы начались в 1960 году, а в ноябре 1963-го был подписан приказ ГКАЭ СССР об организации Института физики высоких энергий как самостоятельно действующего института. Осенью 1967 года (в ночь на 14 октября) протонный синхротрон был запущен, и практически сразу же была достигнута энергия протонов в 76 млрд электрон-вольт (76 ГэВ). Это был «мировой рекорд», и симптоматично, что достигнут он был в присутствии представительной делегации Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН, Швейцария). Собственно говоря, именно тогда и именно здесь положено начало широкому международному сотрудничеству нашей страны в области «физики высших мировых достижений», активно продолжающемуся сейчас на более мощных зарубежных ускорителях. А тогда каждый новый эксперимент на У-70 был шагом в неведомое.…
В частности, 1971-м годом датируется физическое открытие, совершённое здесь: при взаимодействии частиц при энергиях ускорителя У-70 впервые удалось получить подтверждение их сложной внутренней структуры, или, другими словами, экспериментально подтвердить кварковую теорию строения протонов, нейтронов и некоторых других частиц, относящихся к классу т. н. "адронов". Сама кварковая теория, с получением новых результатов на ещё более высоких энергиях взаимодействия на других ускорителях, заметно усложнилась.
Как в этом разобраться, над чем сейчас работают физики – это и попытался объяснить, не прибегая к сложным формулам, главный научный сотрудник ГНЦ РФИФВЭ академик Семён Соломонович Герштейн.
– Начнём с того, что 100 лет назад человечеству были известны только два вида сил, два вида взаимодействия: гравитационное и электромагнитное. Потом выяснилось, что ядро атома состоит из нейтронов и положительно заряженных протонов, которые должны отталкиваться, как и положено одноименным зарядам по закону Кулона. Но ядро оказалось «крепким орешком» – какие-то неведомые силы, в сотни раз более сильные, чем кулоновские, удерживают протоны в ядре вместе. Появилось представление о новом виде сил, которые договорились так и называть – «сильными», как и все ядерные взаимодействия. Этим картина не ограничилась: выяснилось, что некоторые ядра могут самопроизвольно испускать электроны (бета-распад) и гамма-кванты, и что свободный нейтрон сам по себе живёт около 16 минут, а затем распадается на протон, электрон и нейтрино. Стало ясно, что ядерные, сильные взаимодействия тут ни при чём, потому что они на 14 порядков превосходят те энергии, которые регистрируются в процессах бета-распада. Электромагнитными силами бета-распад тогда тоже не удалось объяснить, и пришлось ввести ещё один вид сил, получивший наименование «слабых». Сначала казалось, что существует пять разных типов слабого взаимодействия, пять разных сил. Но когда в середине 20-го века начали строить ускорители и наблюдать распады и рождения частиц, то за 40-50 лет «набралось» разных частиц больше сотни, разных по массе, по знаку заряда, по времени жизни, по способности участвовать сразу в нескольких типах взаимодействия, и так далее. Одна и та же частица в одном и том же эксперименте может распадаться по-разному.
От такого разнообразия веяло хаосом, хотелось привести все наблюдаемые взаимодействия к некому общему знаменателю. Отчасти это получилось, слабые силы удалось увязать с электромагнитными, теперь у нас общепринятой является модель электрослабого взаимодействия, и я счастлив, что внёс в это объединение свою лепту. Дальнейшей желанной перспективой для физиков является модель «Великого объединения», когда будут, надеюсь, сведены воедино все известные нам силы, включая и гравитацию. Сделать это непросто, поскольку существуют неразгаданные ещё противоречия. Мы видим, что частицы, которые мы создаём искусственно, имеют обыкновение рождаться парами: электрон – позитрон, нейтрино – антинейтрино, протон – антипротон... Но во всём обозримом пространстве мы не обнаруживаем антиматерии; античастицы иногда встречаются в космосе, создаются на ускорителях, а антиматерия – нет. И потом, электромагнитные взаимодействия – это притяжение и отталкивание, а гравитационного отталкивания мы не знаем, пока наблюдается только всемирное тяготение. Как могли возникнуть в природе такие асимметрии? Нет вразумительного объяснения, нет и «Великого объединения».
А что удалось или почти удалось сейчас? Более-менее стройное теоретическое здание выстроено в виде так называемой «Стандартной модели». Учёные договорились все известные силы считать «обменными» – это когда взаимодействие осуществляется с помощью частиц-переносчиков, или квантов того или иного силового поля. Таким образом, действие разных на первый взгляд сил укладывается в рамки общей «Стандартной модели». В 1935 году японский физик Юкава выдвинул гипотезу об обменном механизме ядерного сцепления и предсказал массу пи-мезона – частицы, ответственной за это взаимодействие. Его предсказание блестяще подтвердилось, правда, мезонов разных типов оказалось целое семейство, но «Стандартной модели» это не повредило.
Фотон – безмассовый квант электромагнитного поля, переносчик электромагнитного взаимодействия – нам знаком уже давно. Существование квантов слабого поля – W- и Z-бозонов также вытекало из «Стандартной модели». Физики Салам и Вайнберг разработали единую систему уравнений для уже единого электрослабого взаимодействия и, опираясь на эту теорию, вычислили и предсказали массу W-бозона, за что они и получили Нобелевскую премию. В 1983 году в ЦЕРНе Ван дер Меер и Руббиа экспериментально обнаружили W-и Z-бозоны, и тоже стали нобелевскими лауреатами.
К типу сильного взаимодействия относится не только связь нуклонов в ядре, осуществляемая с участием мезонов, но и связь кварков внутри нуклонов, осуществляемая глюонами. Пока ни кварков, ни глюонов в свободном состоянии наблюдать не удалось.
Тем не менее, большое количество правильно предсказанных «Стандартной моделью» результатов даёт основания полагать, что все силы действуют именно по обменной схеме. Да и частицы-переносчики всех взаимодействий, кроме гравитационного, уже экспериментально обнаружены, но гравитация – это особый случай.
Чтобы как-то наглядно представить обменное взаимодействие, надо вообразить, что, к примеру, электрон не «голый», а как бы фонтанирует фотонами, но эти фотоны не отправляются в свободный полёт, а возвращаются обратно, электрон как бы одет в «фотонную шубу». Если поблизости ничего нет, электрон таким образом взаимодействует сам с собой, а если поблизости есть другая заряженная частица, то она может захватить чужие фотоны или отдать свои. То есть произойдет обмен. Примерно так же можно представить себе атомное ядро, в котором каждый из составляющих его нуклонов одет в «мезонные шубы», создаёт вокруг себя мезонное поле, непрерывно испуская и поглощая виртуальные мезоны. Внутри такой мезонной оболочки, то есть на расстояниях между частицами меньших 10-13 см, кулоновское отталкивание протонов бессильно против сильного взаимодействия, и нуклоны как бы крепко заперты внутри ядра. Причем нуклон не состоит из мезонов, нуклон их непрерывно рождает и поглощает, обменивается ими с соседями, идёт такая бурная жизнедеятельность. Мы называем мезоны виртуальными, потому что испускания и поглощения происходят слишком быстро, но их нельзя назвать несуществующими: при столкновении быстрых протонов мезоны могут получить достаточно энергии для независимого существования в течение одной-двух стомиллионных долей секунды, но наши приборы успевают их зафиксировать, а потом по следам распада можно вычислить их массу, заряд, момент вращения (спин) и другие параметры.
А вот кварки оказались подходящим «конструктором для сборки» протонов и нейтронов: всего трёх кварков и антикварков хватило на первых порах. Но потом открыли частицу по имени J/y, и для объяснения её свойств понадобилось ввести в рассмотрение четвёртый кварк. Он был уже предсказан, назван «очарованным», комбинировался с тремя первыми, при сборке частиц с участием четвёртого кварка получались «очарованные» мезоны, которые удалось наблюдать экспериментально. Таким образом, кварковая модель восторжествовала. В 1977 была открыта ещё одна частица, которая в четырёхкварковую модель не вписывалась, пришлось предложить пятый кварк, получивший новое квантовое свойство – «прелесть», charm по-английски. Но и пятикварковой моделью, как показали последующие исследования, дело не ограничивается, на подходе шестой – «правдивый» (от английского truth) t-кварк. Уже само это разнообразие кварков свидетельствует о том, что считать детали кваркового конструктора простыми, элементарными – нельзя.
Чем больше мы узнаём, изучая эти глубинные свойства микромира с помощью всё более мощных ускорителей, тем больше новых загадок и новых открытий. Думается, сейчас надо ждать определённого «прорыва» от синтеза физики микрочастиц и космологии. Учёные тридцать лет сомневались, правильна ли идея о термоядерном происхождении солнечной энергии, потому что никак не удавалось обнаружить тот поток нейтрино, который должен падать на Землю, если на Солнце действительно происходит реакция слияния ядер водорода в ядра гелия. При этой реакции выделяется столько нейтрино, что их приходит 6*1010 на каждый квадратный сантиметр земной поверхности каждую секунду. Подумайте только – через каждый сантиметр нашей кожи каждую секунду проходит 60 триллионов частиц, а мы этого не чувствуем и даже не догадываемся... Теперь, когда мы умеем ловить нейтрино и другие частицы из космоса, а научились мы этому благодаря физике частиц, мы можем подобраться к задаче о скрытой массе и энергии Вселенной, которая мне представляется задачей номер один на ближайшие сто лет.
О чем идёт речь? Наблюдаемая динамика расширения Вселенной предполагает определённую плотность материи. Та материя, которую мы знаем, может дать только около 30 % этой плотности. Где же остальное? Может быть, ответ надо искать, углубившись в ещё более тонкие структуры вещества, спуститься от ядерных размеров – 10-13 см к расстояниям порядка 10-33 см, посмотреть, а что же там?
Хотя сейчас уже вряд ли кто-то надеется отыскать даже в таких глубинах что-нибудь воистину элементарное…
журнал "Росэнергоатом", № 12 / 2003 г.
| Метки: С.Герштейн А.Румянцев Стандартная модель Институт физики высоких энергий ЦЕРН | Комментарии (0)КомментироватьВ цитатник или сообщество |
Атронах_из_плоти
Об авторе: Игорь Иванов, закончил Новосибирский Университет в 1999 году, защитил PhD в Боннском университете в 2002 году, в 2003 году прошел переаттестацию на степень к.ф.-м.н. Работал в Институте Математики СО РАН, Forschungszentrum Juelich (Юлих, Германия), INFN Cosenza (Козенца, Италия). Сейчас работает в Льежском университете (Бельгия).
9 октября 2012 года Нобелевский комитет объявил о присуждении Нобелевской премии по физике Сержу Арошу и Дэвиду Вайнленду за «прорывные экспериментальные методы, которые сделали возможными измерение отдельных квантовых систем и управление ими».
Иногда бывает так, что Нобелевскую премию присуждают за одно-единственное, одномоментно сделанное открытие, которое было удачной догадкой или гениальным прозрением. Однако далеко не всегда революция в физике происходит так «легко»; чаще оказывается, что трудности встают на пути к цели одна за другой, и каждый раз приходится совершать новый прорыв. Именно такое описание в полной мере относится к работам лауреатов Нобелевской премии по физике за 2012 год — француза Сержа Ароша (Serge Haroche) и американца Дэвида Вайнленда (David Wineland). Они сыграли ключевую роль в грандиозном достижении экспериментальной физики последних десятилетий — контроле над квантовым состоянием отдельных элементарных частиц. Однако сделано это было не сразу, а в несколько ключевых этапов, растянувшихся на треть века и завершившихся громкими результатами (включая и практические приложения) обоих лауреатов буквально в последние годы.
Прежде чем приступать к подробному рассказу, любопытно подчеркнуть несколько интересных моментов, объединяющих исследования Ароша и Вайнленда. Арош работает с квантовыми состояниями одиночных фотонов, пойманных в резонатор и надолго «отцепленных» от внешнего мира. Вайнленд работает с квантовыми состояниями одиночных ионов, пойманных в ловушку и тоже изолированных от хаотического внешнего воздействия. Но при этом Арош использует атомы, чтобы наблюдать за состоянием фотона, а Вайнленд использует фотоны, чтобы манипулировать состояниями ионов. Оба метода позволяют осуществить экспериментально то, что еще полвека назад могло считаться лишь «мысленным экспериментом», а также изучить то, как соотносятся друг с другом квантовый и классический мир. И наконец, Арош и Вайнленд — давние и хорошие друзья.
Серж Арош и Дэвид Вайнленд — лауреаты Нобелевской премии по физике за 2012 год. Изображение с сайта nobelprize.org
Rewiever
В начале июля в подмосковном Протвино (близ Серпухова) состоялся традиционный, уже 26-й по счету, Международный семинар по фундаментальным проблемам физики высоких энергий и теории поля. Несколько десятков учёных , преимущественно из России (Москва, Протвино, Санкт-Петербург), а также из Англии, Франции и США, в течение 3 дней говорили «о сокровенном».
На фото: группа участников и гостей семинара (журналистов).
Ещё бы! В силу объявленной на сей раз тематики семинара («пространственно-временные структуры в микро- и макрокосмосе») собравшиеся теоретики изящно оперировали понятиями, выходящими далеко за рамки наших обыденных представлений о пространстве и времени....
Не случайно в своих комментариях к происходящему один из «хозяев поля», заместитель начальника теоретического отдела ГНЦ ИФВЭ профессор Владимир Петров заметил, что физики сегодня подходят к пониманию того, что даже бывшие уделом писателей-фантастов представления о "путешествиях во времени" не так уж беспочвенны. Что интересно - усложнение представлений о сокрытых пока тайнах мироздания происходит не вопреки, а благодаря попыткам учёных «навести порядок» в накопленных экспериментальных результатах и теоретических разработках.
Попробуем и мы в этом разобраться – только без высшей математики и прочих сложностей. Главный нерешённый пока вопрос современной физики внутиатомных частиц (раньше их называли «элементарными»), как, впрочем, и необъятной космологии – существует ли на самом деле теоретически предсказанная ещё в 1964 году шотландским физиком Питером Хиггсом некая частица, называемая сейчас в честь своего автора «бозоном Хиггса». И этот вопрос - не праздное любопытство.
Дело в том, что практически общепринятая в современной мировой физике т.н. «Стандартная модель» (СМ) всего сущего - от субатомных частиц до Вселенной, страдает одним-единственным крупным изъяном. А именно отсутствием экспериментального подтверждения существования этого самого бозона. А без него – никак, ибо в рамках СМ именно «на Хиггса» возложена ответственная роль объяснения наличия или отсутствия такого важного свойства частиц (и не только частиц), как масса. Видимо, не зря популярная телереклама без устали вопрошает: «Сколько вешать граммов?»
Большинство описанных в СМ частиц (кварки, лептоны, адроны) имеют массу, а вот фотоны массой не обладают. До сих пор основные вводимые в СМ понятия и частицы по мере строительства ускорителей и развития физики высоких энергий получали одно за другим замечательные экспериментальные подтверждения (а их авторы – Нобелевские премии), а вот поиски бозона Хиггса по-прежнему безрезультатны. То ли энергии ускорителей пока не хватает, то ли Хиггс все-таки ошибся - неясно. А это значит – вместо СМ физики в конце концов могут принять и иную теоретическую модель «объяснения всего», если только такая модель включит в себя все накопленные экспериментальные данные и объяснит наконец загадку происхождения массы частиц доказательным путём.
И альтернативные теории разрабатываются, в том числе и с возникновением всякого рода «экзотики» типа множественных Вселенных в пространстве многих измерений…
Впрочем, физики-экспериментаторы уже «на подходе к Хиггсу». Более того, пару лет назад одна из исследовательских групп ЦЕРНа (Европейской организации по ядерным исследованиям, Женева, Швейцария) даже было объявила об обнаружении следов присутствия хиггсова бозона при обработке последних измерений на 27-километровом ускорителе LEP (электрон-позитронном коллайдере), но затем эта «заявка на Нобель» была снята с рассмотрения.
Проверить сей факт новыми измерениями уже было нельзя, так как LEP закончил свою трудовую биографию: международное сообщество физиков решило установить в этом уникальном кольцевом тоннеле, пересекающем франко-швейцарскую границу, новое физическое оборудование для ускорения не электронов, а протонов, то есть гораздо более тяжёлых частиц. Это будет уже не LEP, а LHC - большой адронный коллайдер, и он выведет физику высоких энергий на совершенно новые рубежи. Работы по этому крупнейшему научному проекту начала 21-го века ведутся с активным участием российских физиков, в том числе из Протвино, где делают целый ряд элементов ускорительной структуры, а также экспериментальных детекторных установок. Коллайдер заработает, видимо, только к концу текущего десятилетия – вот тогда поиски бозона Хиггса и возобновятся с новой силой.
А теоретическая мысль, как показал этот семинар в Протвино, привычно воспаряет во все новые и новые дали. В этом и состоит суть научного поиска, без которого немыслим дальнейший прогресс человеческой цивилизации.
Опубликовано: "Известия" - 19 июля 2003 г.
/Более полный вариант текста опубликован в газете ИФВЭ "Ускоритель" - 20 августа 2003/
| Метки: 26-й семинар Стандартная модель ЦЕРН LHC П.Хиггс В.Петров Протвино ИФВЭ | Комментарии (0)КомментироватьВ цитатник или сообщество |
Наталия_Гладовская
15 марта 2013 года, 14:14 | Текст: Александр Березин | Послушать эту новость
На конференции по итогам работы , проходившей в итальянских Альпах, коллаборации ATLAS и CMS представили новые — в очередной раз предварительные — результаты, касающиеся частицы, в прошлом году. И результаты эти во многом стали ожидаемыми: частица действительно является .
«Для меня ясно, что мы имеем дело с одним из видов бозона Хиггса, хотя нам всё ещё нужно пройти большой путь, чтобы узнать, каким именно видом хиггсовского бозона он является», — заявил Джо Инкандела (), физик, представляющий коллаборацию CMS, итогов анализа данных от которой пришлось ждать дольше всего. Читать далее
| Метки: бозон Хиггса физика высоких энергий элементарные частицы БАК коллайдер LHC ЦЕРН Стандартная модель | Комментарии (0)КомментироватьВ цитатник или сообщество |
| Следующие 30 » |
<стандартная модель - Самое интересное в блогахСтраницы: [1] 2 3 .... 10 |
|
|
LiveInternet.Ru |
Ссылки: на главную|почта|знакомства|одноклассники|фото|открытки|тесты|чат О проекте: помощь|контакты|разместить рекламу|версия для pda |
Наш мир, как матрешка: он состоит из молекул, молекулы — из атомов, атомы — из электронов и ядер, внутри ядра атома — протоны и нейтроны, а внутри них — кварки и глюоны. Все это многообразие описывается Стандартной моделью фундаментальных взаимодействий.
Институт ядерной физики им.Г.И.Будкера 
Европейский исследовательский центр антипротонов и ионов (FAIR) - крупнейший ускорительный комплекс по исследованию современной ядерной и субъядерной физики, создаваемый в Германии на базе Центра по изучению тяжелых ионов имени Гельмгольца в Дармштадте. Стоимость проекта оценивается примерно в 1 млрд евро. Начало экспериментов на FAIR запланировано на начало 2020-х гг., выход на проектную мощность - в 2025 году. В проекте участвует 10 стран, в том числе Россия.
Обработка огромного массива экспериментальных данных показала, что новая частица, обнаруженная в прошлом году на коллайдере ЦЕРНа (LHC), действительно является бозоном Хиггса. Вместе с тем некоторые международные исследовательские группы говорят о том, что, возможно, мы имеем дело не с хиггсковским бозоном. Возможен выход на новую физику.
