Сколько измерений имеет такая странная штука, как «пространство-время»? До какого предела существует понятие «длины» в области малых промежутков? Как происходила эволюция Вселенной от Большого Взрыва до наших дней и вообще - был ли этот самый Большой Взрыв? Какова роль элементарных частиц в космологии и что следует из того недавно экспериментально установленного факта, что реликтовое излучение, оказывается, отнюдь не равномерно пронизывает нашу Вселенную?

Кто откроет бозон Хиггса?

По традиции в начале июля- 2003 в Протвино состо­ялся Междуна­родный семинар по фундамен­тальным пробле­мам физики вы­соких энергий и теории поля. На 26-ую по счету встречу собра­лись теоретики преимущественно из России (Моск­ва, Протвино, Дубна, Санкт-Петер­бург), а также из Англии, Фран­ции и США.  В течение 3 дней говорили о «сокровенном». А именно о том, откроет ли «частица бо­га», или бозон Хиггса, свою тайну американским физикам.

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.

Один из ключевых вопросов совре­менной физики высоких энергий — подтверждение   или   опровержение  существования теоретически пред­сказанной еще в 1964 году шотланд­ским физиком Питером Хиггсом эк­зотичной субатомной частицы, назы­ваемой бозоном Хиггса (Higgs boson, Н) — по сути, единственного недос­тающего звена Стандартной модели элементарных частиц. Предполагает­ся, что бозон Хиггса сыграл основ­ную роль в механизме, посредством которого некоторые частицы (квар­ки, лептоны) во время Большого взрыва приобрели массу, а другие ос­тались безмассовыми (фотоны).

Помимо полей, «отвечающих» за тройку фундаментальных взаимо­действий (электромагнитное, силь­ное и слабое), в Стандартной модели предполагается наличие еще одного скалярного поля, которое неотдели­мо от пустого пространства, не сов­падает с гравитационным и называется полем Хиггса (Хиггс в своё вре­мя выдвинул гипотезу, что простран­ство между частицами как бы запол­нено тяжелой, вязкой субстанцией). Считается, что все фундаментальные частицы приобретают массу в ре­зультате взаимодействия с этим вез­десущим полем (тяжелые частицы взаимодействуют с полем Хиггса сильнее, легкие — слабее). В силу корпускулярно-волнового дуализма нолю Хиггса должна соответствовать по крайней мере одна частица — по­средник, квант этого поля, собствен­но бозон Хиггса (бозон — потому что частицы Хиггса подчиняются стати­стике Бозе-Эйнштейна). Драматизм ситуации состоит в том, что если «хиггс» будет обнаружен, то запол­нится прямо-таки зияющая лакуна в основании Стандартной модели и подтвердится правильность нашего понимания Вселенной (а до сих пор Стандартная модель, в общем-то, не терпела поражений, напротив, полу­чала одно блестящее подтверждение за другим). Но если будет доказано, что  бозона Хиггса нет, то это откроет путь для целого ряда альтернативных теорий, давно гото­вых заменить Стандартную модель, — вплоть до всякой экзотики с «па­раллельными Вселенными» или «вы­сшими измерениями».

Предыдущие эксперименты показа­ли, что, если мистическая частица действительно существует, то она должна иметь массу между 114 и 211 гигаэлектронвольтами (ГэВ). Кстати говоря, подобных частиц мо­жет быть в принципе и сразу не­сколько... Трудности, стоящие на пути открытия «хиггса» были столь велики, а его предполагаемая роль столь важна, что частица получила ироническое прозвище «частица бо­га», хотя многих физиков от этого «псевдонима», пущенного для эф­фектности СМИ, просто коробит.

В 2000 году одна из групп ядерщи­ков ЦЕРНа уже заявила о том, что им удалось зафиксировать распад «хиггса» с массой 114 ГэВ, но потом исследователи сами же усомнились в своих результатах. Речь идет о серии экспериментов ALEPH (Apparatus for LEP Physics) на LEP (Large Elec­tron Positron Collider) — Большом электрон-позитронном коллайдере, который функционировал в течение 11 лет (с 13 ноября 1989 года по 2 ноября 2000 года) и должен теперь передать эстафету более мощной ус­тановке — LHC (Large Hadron Collid­er) — Большому адронному коллайдеру, введение в строй которого ожи­дается только в 2007 году. Этот суперколлайдер, рассчитанный на энергию протонов 14 ТэВ, предназначен не только для поиска бозона Хиггса, но и для обнаружения возможных про­явлений суперсимметрии, а монти­руется он в том же 27-километровом тоннеле, в котором находился LEP.

А вот LHC задуман до­статочно мощным для того, чтобы изучить оставшуюся часть возмож­ных значений масс частицы вплоть до 211 ГэВ и вывести окончательный вердикт о существовании или несу­ществовании загадочной частицы.

    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.

  Справка. Владимир Алексеевич Петров — доктор физико-математических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, один из наиболее цитируемых российских ученых по версии Scopus, руководитель Отдела теоретической физики в НИЦ «Курчатовский институт» — ИФВЭ.

— 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.

   — 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. 

— Глюонная связь — основная причина невылетания кварков или это лишь средство?

— 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».