Еженедельник 15min побеседовал о сенсационной новости, объявленной Европейской организацией по ядерным исследованиям (CERN) 4 июля, с Юозасом Видмантасом Вайтукасом, заведующим Отделом исследований новых материй и технологий измерений Института прикладных наук Вильнюсского университета.
Никакой божественности
- Результаты испытаний в Большом адронном коллайдере показали, что в конце концов удалось открыть частицу, соответствующую бозону Хиггса, которая может объяснить, как вещество приобретает массу. Понадобилось почти 50 лет…
- Когда-то Исаак Ньютон установил, что вес пропорционален массе, а Альберт Эйнштейн объявил, что энергия пропорциональна массе. Однако ни один из них так и не ответил на вопрос, почему в сущности существует масса.
СТАНЬ ДРУГОМ ru.15min.lt на FACEBOOK и узнавай все новости первым!
Во время исследований мира элементарных частиц стремились создать единую систему. Это удалось сделать – эта система называется стандартной моделью.
Стандартная модель в мире элементарных частиц соответствует Периодической системе химических элементов. Но углубление в свойства этих частиц показало, что наряду с уже открытыми частицами, которые распределены на группы, нужна еще одна частица, которая объяснила бы, почему одни частицы имеют массу покоя, а другие нет.
В 1964 году профессор Эдинбургского университета Питер Хиггс представил теорию, объясняющую, почему элементарные частицы, а также все созданные из них тела, должны иметь массу. Его теория гласит, что существует поле, ныне называемое полем Хиггса, а массу частиц предопределяет частица, которую мы сейчас называем бозоном Хиггса. Если теория подтвердится, выяснится, почему существует масса, станет ясно и то, почему существует сила притяжения, другими словами, гравитация.
Таким образом, созданная профессором теория помогла бы понять окружающий нас мир.
Гипотеза, возникшая 50 лет назад, проверялась различными способами, пока 4 июля не было объявлено, что обнаруженная при помощи Большого адронного коллайдера частица, согласно предварительным данным, является бозоном Хиггса.
Однако полученные данные, хоть и весьма точные, все еще считаются предварительными: нужно время, чтобы убедиться, на самом ли деле это бозон Хиггса, или просто какая-то другая новая частица.
- Новость о возможном открытии бозона Хиггса объявлена как величайшая сенсация. Заговорили о другом понятии Вселенной и новой эре в истории физики. Якобы после уничтожения массы можно будет летать быстрее света.
- Когда в науке открывают что-то новое, начинают говорить таким тоном, словно создано что-либо удивительное, которое опровергает прошлое. Но в этом случае мы шагаем в определенную неизвестную область, а открытие бозона Хиггса означало бы, что по лестнице познания мира мы поднялись на одну ступень выше. Сейчас мы можем решать другие трудные задачи, которые мы видим, а новые исследования вызовут и новые проблемы.
Разговоры о том, что после уничтожения массы космических кораблей они смогут лететь быстрее света, я пока что назвал бы сказками. Физика элементарных частиц основана на теоретических моделях. Поэтому для того, чтобы такие вещи могли произойти, в первую очередь их нужно создать и только после множества экспериментов подтвердить или опровергнуть выдвинутые гипотезы.
- Бозон Хиггса еще называют «частицей Бога». Откуда такое определение?
- Каждый человек создает представление, которое кажется ему приемлемым. Относительно создания нынешнего мира наука выдвигает гипотезу, что он сформировался из определенной так называемой сингулярной точки, в которой были все ныне нас окружающие галактики. Миллиарды лет назад они составляли не такое пространственное изображение, которое мы видим сейчас, но были в одной материи.
Из этого одного тела они распались во время Большого взрыва. Во время него и сформировалось поле Хиггса, в котором действующим партнером были бозоны Хиггса. Во время Большого взрыва они дали массу частицам, из которых состоит весь наш мир. Под воздействием бозона Хиггса образовались силы гравитации, они распределились так, как сейчас расположены планеты – Солнце, Земля, созвездия.
Некоторые считают, что во время Большого взрыва действовал не бозон Хиггса, а рука Бога, поэтому частицу и называют божественной. Это – метафорическое название, не имеющее ничего общего ни с религией, ни с наукой.
Если честно, я даже не знаю, когда точно появилось это название. Думаю, в последнем десятилетии, когда стало выясняться, что бозон Хиггса должен существовать. Однако ученые его точно не зазывают «частицей Бога».
- Значит, в течение многих лет теорию П.Хиггса оценивали скептически?
- Известный ученый Майк Хоукинс проиграл 100 долларов США: когда-то он заключил пари, что бозон Хиггса не существует. Но сейчас даже он признал, что факты, свидетельствующие о существование такой частицы, неоспоримы.
Сам П.Хиггс (ему сейчас 83 года – прим.ред.) был весьма доволен и признался, что не ожидал, что частица будет найдена еще при его жизни. Думаю, за бозон Хиггса ему присудят Нобелевскую премию.
То, чего нет
- Ученые говорят, что открытие бозона Хиггса откроет дорогу к великой тайне Вселенной – также и к природе темной материи. Правда, людям, далеким от естествознания, трудно понять, что это за материя.
- Большая часть материи Вселенной не испускает никакого света (электромагнитных волн), или спускает такой слабый (а возможно, просто другое излучение), который пока что не удается обнаружить. Когда мы смотрим на небо, а в нем – абсолютная мгла, мы думаем, что там ничего нет, хотя все пространство заполнено излучением, оставшимся после Большого взрыва.
Физики, изучающие элементарные частицы, наш микромир, выдвигают гипотезу, что во Вселенной все же могут существовать частицы, которые не могут обнаружить электромагнитные волны (микроволны, радиоволны, световые волны).
Когда ничего не было видно, но стало известно, что что-то есть, эту материю и начали называть темной материей. Существует мнение, что она может составлять большую часть массы галактики.
- Как можно не видеть, но знать? Ученые тоже руководствуются интуицией?
- Скорее логикой (улыбается). Астрономы заметили, что галактики намного тяжелее, чем находящиеся в них звезды и различные газы. Значит, есть еще какая-то материя, которую ученые не могут опознать, даже используя современные методы.
Поэтому обнаружение бозона Хиггса позволило сделать следующий шаг, чтобы изучить состав микромира и то, что ученые называют теорией суперсимметрии.
Как можно не видеть, но знать? Давайте представим волчок: каждый ребенок знает, что если запустить волчок, он крутится с определенной скоростью, обладает определенной инерцией – чем тяжелее, тем дольше крутится.
Если посмотреть на галактики определенного вида, видно, что они вертятся, как волчок. Астрономы уже нашли способ оценить, сколько в них звезд, сколько газа в межзвездном пространстве и т.д. Вычислив эту массу, можно провести эксперимент и проверить, сколько бы времени вертелся такой волчок. Выяснилось, что галактики вертятся как несравнимо более тяжелый волчок. Так появилась гипотеза, что в галактике существует еще какая-то материя.
Однако это только один из методов исследования. Другой, требующий более глубоких знаний, показал, что галактики и их месторождения действуют, как так называемые гравитационные линзы – загибают световые волны. Опираясь на то, что галактики загибают свет, издаваемый более отдаленными галактиками, можно установить массу месторождения галактики. Это тоже говорит о том, что масса галактик превышает массу находящихся в них звезд и газов.
Неожиданные открытия
- Позвольте побыть скептиком: любопытство ученых стоит огромных денег, а что это дает обычному человеку, которые не ломает голову над строением мира?
- В этом случае это чисто фундаментальные исследования, предназначенные для решения проблем ползнания мира. Обычному человеку они не могут принести какую-либо реальную пользу.
Однако во время научных исследований совершаются неожиданные открытия. Например, для того, чтобы Большой адронный коллайдер начал действовать, нужно было создать протонный ускоритель. Потом выяснилось, что протонный пучок можно весьма эффективно использовать в качестве самого лучшего хирургического ножа для удаления метастазов рака.
В учрежденном в Японии Центре протонной лучевой терапии проводят исследования лечения раковых заболеваний и создают системы протонной терапии. Протоны достигают большой скорости, и их энергия концентрируется на опухоли. Такая терапия улучшает качество жизни больных раком, поскольку это лечение не вызывает боль и в меньшей степени воздействует на другие функции организма.
Терапия основана на протонной терапии моделированной интенсивности, во время которой можно лучше контролировать дозы облучения: можно выбрать такую энергию частиц, которая будет разрушать только опухоль, которая находится, например, на глубине 2 см под кожей, однако не затронет здоровые ткани и органы. Это очень эффективно.
Другой пример – технология wi-fi, которая пришла из радиоастрономии, когда ученые создавали специальное программное обеспечение для того, чтобы исследовать, какой газ и в каком количестве есть в других галактиках и какие другие объекты в космическом пространстве излучают микроволны.
Мало того, если бы физики CERN не решали трудные задачи, возможно, у нас еще бы не было интернета.
- Великие эксперименты проводятся в лаборатории CERN – в 27-километром кольце на глубине 100 метров под землей. Но полученные там данные обрабатывает большое количество ученых во всем мире. В том числе и в Литве. Глобализация радует?
- В современные исследования втягивается международное сообщество ученых. Раньше один и тот же ученый выдвигал гипотезу, создавал модель для ее проверки и выполнял все исследования.
Сейчас одни ученые придумывают теорию, другие создают оборудование для ее обоснования, третьи начинают это оборудование эксплуатировать и только четвертые обрабатывают полученные результаты – правильной ли была идея первых. Вовлечение в проекты мирового значения мотивирует, однако едва ли не все ученые говорят, что раньше, когда все от начала до конца приходилось делать самому, работать было несравнимо интереснее.
- Если окончательно подтвердится, что в Большом адронном коллайдере был обнаружен бозон Хиггса, какие исследования предстоят в будущем?
- У меня была возможность лично спросить у генерального директора CERN о дальнейших планах. Мне ответили, что планируется строить ускоритель другого вида – не кольцевой, а линейный, в котором можно будет провести новые эксперименты. Но пока что это только идея. Перед этим нужно создать модель, которая могла бы действовать, а это может занять не одно десятилетие.
Вызывает угрозу исчезновения Земли?
Большой адронный коллайдер расположен в туннеле, образующем кольцо длиной около 27 км и проходящем по территории Швейцарии и Франции под землей на глубине 100 м. Пучки частиц разгоняются почти до скорости света в противоположных направлениях и сталкиваются друг с другом в специальных точках столкновения. Таким образом ученые стараются восстановить условия, которые появились после так называемого Большого взрыва, и разгадать загадку возникновения Вселенной.
Критики этого эксперимента утверждают, что проект, стоивший 9 млрд. долларов, уничтожит планету и станет причиной конца света. Они боятся, что образовавшиеся во время экспериментов черные дыры затянут Землю, однако ученые из лаборатории CERN опровергают эту теорию.
Опровержение основано на результатах, полученных в лаборатории исследований космических лучей им. Пьера Оже, оборудованной в Аргентине. Результаты показали, что Землю бомбардируют частицы космической природы, энергия которых в миллионы раз превышает то, что создает человек в лаборатории CERN, - и ничего не происходит.
