Бозон Хиггса. Частица бога поймана в рукотворном аду с помощью российских датчиков

Только что в Европейском центре ядерных исследований объявлено о том, что бозон со свойствами, которые предсказывал Питер Хиггс, обнаружен. Таким образом, 4 июля 2012 года человечество получило подтверждение: таинственный бозон Хиггса – частица, которой давно уже присвоили звание «частицы бога», – существует.

СИЛА, КОТОРАЯ ТОРМОЗИТ МИР

Рассказать о том, что нельзя не то чтобы увидеть невооруженным взглядом, но даже представить себе, – немыслимо трудно. Здесь не обойтись без всяких аналогий и упрощений. И тем не менее, основную идею можно изложить так.

Если в химии есть своя система, которая называется Периодической и приоритет открытия которой принадлежит Д.И.Менделееву, то в ядерной физике есть своя Стандартная модель, которая описывает весь мир элементарных частиц и их взаимодействий, которых насчитывается три: электромагнитное, сильное и слабое.

Стандартная модель всем хороша и многократно экспериментально подтверждена. Но одна заминка не давала покоя ученым: получалось, что у квантов слабого взаимодействия масса есть, а у квантов электромагнитного взаимодействия – нет. И вот, в 1964 году британец Питер Хиггс предположил существование особого поля, которое присутствует во всей Вселенной. Это поле не оказывает влияния на электромагнитные волны: свет, радио, гамма-излучение – поскольку никак не взаимодействует с ними. В свою очередь, другие частицы тормозятся в этом поле, причем при ускорении частиц его противодействие возрастает.

Данный процесс можно проиллюстрировать с помощью пенопластовых упаковочных «червячков». Если их рассыпать на гладком полу, и подуть из пылесоса, они легко разлетятся в разных направлениях. Но стоит вылить на пол воду – и характер их движения  изменится.

Элементарной частицей этого всепроникающего поля и должен быть этот самый бозон Хиггса. Если он найден, то это будет означать, что Стандартная модель, в общем, верна и из разряда теорий переходит в разряд законов природы. И никаких «странных Вселенных», параллельных миров и прочих удивительных вещей ожидать, в общем-то, не приходится. Но с другой стороны – именно благодаря ей Вселенная столь надежна, что позволяет в ней образоваться жизни, в том числе разумной.

Очевидно, похожие соображения подтолкнули редакторов, готовивших к выпуску книгу нобелевского лауреата Леона Ледермана «The God Particle: If the Universe Is the Answer, What Is the Question?». Считается, что автор хотел из-за ее неуловимости назвать частицу «проклятой» – goddamn , но в итоге выбрали версию «the God particle» – то есть «частица бога» – именно потому, что наличие такой частицы и определяет облик нашей Вселенной.

ТО, ЧЕГО НЕ СОЗДАЛ БОГ

Открытие бозона Хиггса – это одна из главных целей, ради которой строился грандиозный Большой адронный коллайдер (БАК, или по английски – LHC). Это не просто самая большая машина, созданная человеком, – гигантское кольцо длиной почти 27 км, с 9300 магнитами, омываемыми сначала 10 000 тонн жидкого азота, а затем и жидким гелием. БАК – это уникальный объект не только на Земле, но и в Солнечной системе, и в галактике. Воистину, человек создал то, чего нет в данный момент в нашей части Вселенной. В частности, внутренности коллайдера – это самое пустое место в нашей части галактики. Никакой космос не сравнится с этой пустотой: давление там в 10 раз меньше, чем давление воздуха на Луне, где, как известно, воздуха нет (точнее – почти нет).

Он же, с одной стороны – самое горячее место в Галактике: при столкновении пучков частиц генерируется температура в 100 000 раз больше, чем в середине Солнца, а это – сотни миллионов градусов. Что уж там какие-то чахлые атомные или водородные бомбы... Одно счастье, что эта температура реализуется в столь малом объеме, что и представить его невозможно. И при этом, чтобы регистрировать результаты этих микровзрывов детекторы коллайдера охлаждены до температуры минус 271,3 градуса Цельсия – такого холода нет в открытом космосе даже между звезд, и при такой температуре электрический ток, однажды запущенный в цепь, движется в ней бесконечно.

Чтобы можно было организовать эти сверхгорячие взрывы, пришлось разогнать частицы до самых высоких скоростей – 99,9999991% от скорости света. А чтобы обработать весь фантастический объем информации, потребовалось построить уникальную Сеть, которая анализирует информацию, которая не уместится и на 1 700 000 двойных DVD, а именно, емкостью 15 млн гигабайт в год. Сеть распределяет работу по различным центрам обработки информации во всем мире.

Над этим фантастическим проектом трудились и трудятся ученые, инженеры и рабочие более чем из 100 стран мира. Всего в проекте занято более 10 000 человек.

Россиянину, очевидно, будет интересно узнать, что во всех основных детекторах используются изделия, созданные российскими учеными более чем из десятка научно-исследовательских учреждений и производств. Россияне изготавливают калориметры, трекинг-детекторы, изделия точной механики, тяжелые установки. По разным данным, непосредственно в проекте работает 700 российских специалистов, а объем заказов на изготовление деталей превышает $120 млн. Одних только датчиков-кристаллов завод «Северный кристалл» в кооперации с Курчатовским институтом в Апатитах сделал более 12 000 штук. По сути – это и есть «детекторы бога», с помощью которых и ловят бозон Хиггса.

КАК ДЕЛАЕТСЯ БУДУЩЕЕ?

И все же – а что даст простому человеку этот самый бозон? Помните знаменитые слова Шерлока Холмса о значении фундаментальных знаний для конкретного человека: «Ну хорошо, пусть, как вы говорите, мы вращаемся вокруг Солнца. А если бы  я узнал, что мы вращаемся вокруг Луны, много бы это помогло мне или моей работе?..» – под ними могли бы подписаться миллионы землян.

И вправду: в повседневной жизни знание природы пространства-времени не имеет смысла для большинства. Но сам путь познания требует совершенствования вполне осязаемых технологий. Не стоит забывать, что интернет, посредством которого вы сейчас читаете эти строки, также является продуктом научного поиска: концепция Всемирной паутины появилась также в CERNе, трудами Тима Бернерс-Ли, который разработал и протокол http, и язык html, и идентификаторы URL. Во что превратится современная Сеть БАКа, называемая GRID, то есть «решетка» – даже трудно представить. Это будет сверхскоростной суперкомпьютер, который сможет моделировать самые скоростные и сложные процессы – например, в биохимии.

И сама машина БАК, которая создает условия, которых нет в природе, в перспективе может помочь созданию веществ и материалов, доселе немыслимых. Стоимость же этого научного чуда, исчисляемая миллиардами долларов (6 миллиардов в 2009 году) даже в пересчете на население одного Евросоюза (450 млн) составляет всего лишь около 10 евро с человека – цена одного обеда в общепите средней руки. Зато перспективы открывает он перед нами фантастические. И не только в физике – это первый проект в мире, который объединил практически все страны, сколько-нибудь связанные с физикой. Слава богу... и его бозону.