Олег Галкин,

4 июля Европейский центр ядерных исследований (CERN) объявил об открытии частицы, по характеристикам очень похожей на бозон Хиггса. По мнению многих физиков, произошедшее стало наиболее значимым прорывом в физике микромира за последние 30-40 лет. Белорусская наука и промышленность также внесли в него свой вклад.
 
Божественный тормоз
 
Бозон Хиггса, прозванный русскоязычной прессой “частицей Бога”, в последнее время по праву стал главным героем новостей во всем мире. Считается, что именно благодаря этой элементарной частице остальные приобретают массу и материальность. Ранее ее существование допускалось лишь теоретически, сегодня же ученые получили реальные доказательства, позволяющие говорить о том, что “пациент скорее жив, чем мертв”.
 
Почему бозон Хиггса получил столь загадочное прозвище? Отвечая на этот вопрос, главный научный сотрудник Института Физики им. Степанова НАН Беларуси Евгений Толкачев обратил внимание, что общепринятая версия перевода словосочетания “the God particle” некорректна.
 
“Я человек неверующий. Но даже мне очевидно, что люди, переводившие эту фразу, не имеют чувства языка. Бог не состоит из частиц, и мы, физики, частиц Бога не ищем. На самом деле американский физик, нобелевский лауреат Лео Макс Ледерман в целях пиара назвал эту частицу божественной. Это произошло тогда, когда деньги на ускоритель еще только просили. Нужно было для людей, располагавших финансами, придумать красивый образ”, - сказал ученый.
 
Вкратце и упрощенно портрет “божественной частицы” выглядит следующим образом. В далеком 1964 г. британец Питер Хиггс предположил существование особого поля, которое пронизывает всю Вселенную. По его теории, оно не оказывает никакого влияния на электромагнитные волны: свет, радио, гамма-излучение. Зато другие частицы в нем тормозятся, причем при ускорении частиц его противодействие возрастает. И чем больше они замедляются, тем большую приобретают массу. В роли “тормозов” как раз и выступают эти самые хиггсовы бозоны.
 
 
Стройка века
 
Обнаружение “божественной частицы” было одной из главнейших целей, ради которых сооружался Большой адронный коллайдер (БАК). Строительство и обслуживание данного агрегата обошлось в 9 млрд долларов. В 2008 г. он прославился на весь мир благодаря слухам, гласящим, что его запуск может обернуться глобальной катастрофой. Однако примечателен он не только благодаря своей скандальной репутации. Во-первых, БАК – самая большая машина, созданная человеком, представляющая собой гигантское кольцо длиной почти 27 км. Во-вторых, его внутренности являются самым пустым местом в нашей части галактики. Давление там в 10 раз меньше, чем на Луне, и даже космический вакуум более насыщен. В-третьих, он же – и самое горячее место в галактике. При столкновении пучков частиц генерируется температура в 100 тысяч раз больше, чем в середине Солнца, а это – сотни миллионов градусов. Все вышеперечисленные обстоятельства делают его уникальнейшим объектом не только Земли, но и всей Вселенной.
 
В строительстве и обслуживании такой махины и громадных сложнейших экспериментальных установок на ней участвовали и продолжают участвовать около 10 тысяч ученых и инженеров из более чем 50 стран. К созданию уникальных экспериментальных комплексов (ATLAS и CMS) на БАК причастен и целый ряд белорусских предприятий. Еще до начала строительных работ белорусские ученые из Национального научно-учебного центра физики частиц и высоких энергий БГУ (НЦ ФЧВЭ БГУ), а затем и из Института физики им. Степанова, совместно с Объединенным институтом ядерных исследований в Дубне создали компьютерные программы, способные моделировать процессы, которые должны происходить при столкновении пучков внутри коллайдера.
 
На Минском заводе им. Октябрьской революции и Минском тракторном заводе при научном и организационном сопровождении НЦ ФЧВЭ БГУ создавалось оборудование для адронных калориметров: приборов, измеряющих энергию частиц. Около десятка других предприятий и институтов выполняли различные промежуточные заказы: например, БНТУ проводил специальные испытания узлов поставляемого оборудования, а Институт порошковой металлургии НАН Беларуси производил выравнивание (рихтовку) и тестирование металлических пластин для него. Финансовую и иную поддержку этим работам оказывал Государственный комитет по науке и технологиям.
 
Стоит отметить, что поиск бозона Хиггса – не единственная задача, которую решают ученые с помощью БАКа. Параллельно с ней, они уточняют характеристики множества других частиц, ищут явления т.н. "новой физики" (суперсимметричные частицы, дополнительные пространственные измерения, кварк-глюонная плазма, структура кварков и др.), в том числе способные пролить свет на загадки "темной материи" и "темной энергии" во Вселенной.
 
Что же касается основных экспериментов, то белорусские ученые принимали участие в обеих группах, подтвердивших существование бозона Хиггса – ATLAS и CMS. По словам директора НЦ ФЧВЭ БГУ Николая Шумейко, в проекте ATLAS сейчас принимают участие 10 человек из Беларуси, в проекте CMS же – более 20. Они участвуют в обработке данных, дежурят на установках, следят за показаниями измерительных приборов, проводят необходимые регулировки и корректировки.
 
“Открытие в физике микромира не считается открытием, если оно сделано одной группой по одной методике. В этой области знаний открытие признается только тогда, если оно сделано как минимум двумя группами, работающими независимо друг от друга. Для этого на коллайдере и предусмотрено два универсальных детектора, равносильных по возможностям, но основанных на разных технологических принципах – СМS и ATLAS”, - пояснил Николай Шумейко.
 
Почему физики так радуются?
 
В физике микромира существует так называемая Стандартная модель, которая описывает весь мир элементарных частиц и их взаимодействий, коих насчитывается три вида: сильное, слабое и электромагнитное. В целом, она уже практически доказана, однако до недавнего времени в ней не хватало лишь одной частицы – бозона Хиггса. Все остальные были найдены экспериментальным путем, и лишь “божественный” бозон существовал только в теории. Теперь же Стандартная модель находит очередное подтверждение своей истинности, и, фактически, из разряда гипотезы переходит в разряд законов природы. Впрочем, по словам Евгения Толкачева, в ней остается еще около 20 параметров, которые предстоит еще конкретизировать.
 
Интересно, что на поиски бозона Хиггса ученые потратили больше всего времени. Прошло 48 лет с момента предположения до момента его обнаружения на практике. Открыть все остальные частицы Стандартной модели удалось куда быстрее.
 
Годы, прошедшие от теоретического предположения до открытия элементарной частицы. Взято у The Economist
Годы, прошедшие от теоретического предположения до открытия элементарной частицы. Взято у The Economist
 
“До 4 июля физика выглядела как перевернутая пирамида, теперь же она стоит на твердом основании, которым для нее становится поле Хиггса”, - прокомментировал ее значение для науки Евгений Толкачев.
 
Что касается практической отдачи от этого открытия, то ее ждать придется еще очень долго. И какой она будет – могут сейчас предугадать, пожалуй, лишь самые смелые фантазеры. Одна лишь созданная для его осуществления инфраструктура дорогого стоит – специально для обработки данных с БАКа пришлось построить уникальную ГРИД-сеть, которая обрабатывает информацию емкостью 15 млн гигабайт в год! Стоит вспомнить, что интернет в современном его виде также зародился в недрах CERN.
 
“Например, с помощью нейтрино можно следить за работающей атомной электростанцией. Наблюдать за всеми процессами, которые проходят в каждой точке ядерного реактора, стержней и так далее. Только одна такая установка пока что существует, и та находится в Америке”, - привел пример физик.
 
Любопытно, что в будущем физики планируют повторять проведенный эксперимент. Причем, еще не раз! Чтобы исключить вероятность статистической ошибки. Ведь пока что искомая частица была зафиксирована только единожды, пусть и двумя независимыми группами. Проверка сделанного открытия растянется на несколько лет.
-30%
-10%
-15%
-10%
-20%
-80%
-10%
-20%
-10%
-10%
-10%