Вселенная - это бесконечная симфония струнного оркестра.
(неизвестный автор из интернета)
Струны Вселенной
глава 3
Бозон Хиггса - частица Бога
Наташа, моя соседка, ждала меня у входа в парк около дома, как и всегда в последнее время, когда мы во время прогулки вместе с нашими домашними любимцами - моей восьмилетней шалуньей Юлей и Наташиной Лушей, йоркширским щеночком - прогуливаясь и разговаривая, "обсуждали проблемы строения Вселенной", но говорили об этом на своём, доступном нам, домохозяйкам, уровне.
Мне давно было интересно всё, что касалось звёзд, планет, комет, красных карликов, чёрных дыр... интересно всё о строении Вселенной, а значит, и о Большом взрыве, и о мире элементарных частиц, из которых состоит всё. Я старалась не пропускать передачи о Вселенной по ТВ, потом стала заглядывать в интернет, читать и слушать лекции учёных. И вот однажды, гуляя с Наташей в парке, я рассказала ей что-то на эту тему, она откликнулась, заинтересовалась, так появились наши "научные" беседы.
Наташа ждала меня в начале главной аллеи, куталась в тёплый, обмотанный вокруг шеи, шарф и ёжилась от ветра. На руках у неё была маленькая Луша, которая, увидев меня и Юльку, тявкнула несколько раз и радостно завиляла хвостиком.
- Привет! Почему Луша не бегает? - спросила я.
- Вчера вечером гуляли, она наступила на осколок бутылки и порезала лапку. Лечила ей рану, а для прогулок купила ботиночки, и, представляешь, она сразу один потеряла, а найти мы не смогли - снег же кругом, - Наташа огорчённо вздохнула.
- Подожди, дай моей Юльке понюхать другой ботиночек, у неё такой нюх что угодно найдёт.
- Точно! - обрадовалась Наташа.
Юлька с интересом обнюхала маленький ботиночек, одетый на лапку Луши.
- Будем считать запомнила, - я посмотрела на Наташу. - Помнишь, где потеряли?
- Помню.
- Тогда пошли.
За последние дни парк засыпало снегом. Замело, завалило все скамейки, тропинки и дорожки, идти можно было только по главным аллеям, которые расчистили. Ветер поднимал и кружил снежные вихри, было пасмурно и пустынно: ни детей с санками и лыжами, ни мамочек с колясками, ни пенсионеров. Казалось, нет никого кроме нас.
- Что у нас на повестке дня? - весело глядя на меня, спросила Наташа.
- Сегодня... Сегодня я расскажу о бозоне Хиггса.
- Бозоны - это частицы, которые переносят Взаимодействия, - вспомнила Наташа, - но разве это интересно?
- Ещё как! Бозон Хиггса из-за его важности сами физики назвали частицей Бога.
- Тогда, - Наташа улыбнулась, - скажу волшебное слово, с которого начинаются наши путешествия во Вселенной. Итак...
- Итак, - смеясь, повторила я и продолжила, - почти четырнадцать миллиардов лет назад в результате Большого взрыва возникла наша Вселенная. Вначале в ней были только поля - электромагнитное, сильных и слабых взаимодействий и гравитационное, столько полей известно сегодня.
Эти поля взаимодействовали между собой, так появились все элементарные частицы, которые физики делят на два вида: фермионы - переносчики Вещества, и бозоны - переносчики Взаимодействия.
К началу 60-х годов прошлого века Теория Большого взрыва удовлетворяла большинство физиков, но в ней были белые пятна. Например, как возникла масса элементарных частиц, одни из которых лёгкие, а другие тяжёлые?
В 1964 году британский физик-теоретик Питер Хиггс предложил неожиданную и грандиозную теорию - он предположил, что есть особое поле, при взаимодействии с которым все частицы приобретают массу.
Сейчас это поле назвали полем Хиггса, а квант или порция этого поля - та частица, которая его образует, и есть бозон Хиггса.
Бозон Хиггса был недостающим звеном Стандартной модели.
Стандартная модель физики элементарных частиц - основной инструмент физиков-теоретиков, она описывает электромагнитное, слабое и сильное взаимодействие всех элементарных частиц, она даёт возможность предсказывать новые элементарные частицы и их свойства. Гравитационное взаимодействие пока не вписывается в Стандартную модель.
Но была одна частица - предсказанный бозон Хиггса, масса и свойства которого оставались неизвестными, а попытки найти его ни к чему не приводили.
- Чтобы в эксперименте обнаружить бозон Хиггса нужны огромные энергии, и для этого, наверное, построили нечто абсолютно грандиозное, - предположила Наташа.
- Именно так. Но и цели были грандиозны. Обнаружение бозона Хиггса стало бы экспериментальным подтверждением правильности Стандартной модели, правильности понимания физиками устройства мира.
Поэтому в 2001 году в пригороде Женевы, на границе Швейцарии и Франции, в ЦЕРНе (Европейский совет ядерных исследований) началось строительство Большого адронного коллайдера (БАК).
Одной из главных задач БАК стало обнаружение бозона Хиггса, который назвали частицей Бога, так важен он был для понимания Стандартной модели.
В 2008 году Большой адронный коллайдер был запущен и начал работать.
- Как же устроен Большой адронный коллайдер?
- Большой адронный коллайдер - это самая крупная экспериментальная установка в мире и самое большое сооружение, построенное руками человека на Земле. В строительстве БАК участвовали более 10.000 учёных и инженеров из более чем 100 стран, а стоимость его строительства составила 10 миллиардов долларов.
- Подожди, я не ослышалась? 10.000 учёных из 100 стран мира и 10 миллиардов долларов? Чтобы открыть одну частицу?! - воскликнула Наташа.
- Да, но не забывай, её называют частицей Бога, т.к. она даёт массу всем другим элементарным частицам, а значит всему на Земле, ни больше, ни меньше.
Так вот, длина кольцевого подземного тоннеля, в котором находится ускоритель БАК равна 27 километрам. Поэтому он назван - Большой.
За одну(!) секунду протоны в БАК пролетают 27 км тоннеля 11.000 раз!
Адронный - так как ускоряет адроны - тяжёлые частицы, в частности протоны.
Коллайдер - в переводе с английского значит "сталкиватель", потому что сталкивает пучки частиц, двигающихся в противоположных направлениях.
БАК - уникальнейшее сооружение на Земле.
Внутри него царит такая пустота, которую трудно встретить где-либо в Солнечной системе.
Давление в БАК в 10 раз меньше, чем давление воздуха на Луне, где как известно воздуха почти нет.
Когда частицы сталкиваются, температура этих микро-взрывов достигает сотен миллионов градусов и превышает температуру солнца в 100.000 раз!
И одновременно в БАК для проведения опытов достигаются предельно низкие температуры.
А для того, чтобы в БАК частицы могли столкнуться с невообразимой силой, их разгоняют почти до скорости света.
- Я не понимаю, как может существовать температура, превышающая температуру солнца в 100.000 раз? - удивилась Наташа. - Из какого материала должны быть сделаны стенки туннеля, где разгоняются элементарные частицы?
- Такого материала в природе нет. Все "проще" и остроумнее - пучки протонов подвешивают и держат в магнитном поле, они не соприкасаются со стенками туннеля.
Для удержания, коррекции и фокусировки протонных пучков используются 1624 сверхпроводящих магнитов, общая длина которых превышает 22 км.
Эти магниты работают при температуре -271°C (минус двести семьдесят один градус по Цельсию!).
При этом абсолютный ноль температуры, т.е. минимальный предел температуры, которую может иметь физическое тело во Вселенной, равен минус 273 градуса по Цельсию.
- Фантастика! Как же обрабатывается информация, полученная в БАК? Подозреваю, построили нечто...
- Ты права. Для обработки грандиозного объёма данных была создана уникальная сеть, состоящая из нескольких десятков компьютерных центров по всему миру.
Её назвали ГРИТ - решётка. По сути - это суперкомпьютер, способный обрабатывать информацию, ёмкостью 15 млн гигабайт в год.
Побочным продуктом работы ЦЕРНа стала концепция всемирной паутины - Интернета, предложенная Тим Бернерс-Ли.
Это тот самый Интернет, которым сейчас, сию минуту, пользуется весь мир и мы с тобой в том числе.
4 июля 2012 года руководство ЦЕРНа официально объявило об открытии бозона Хиггса.
По значимости и масштабности это событие сравнили с полётом человека на Луну. Учёные назвали его началом новой физики.
Нобелевскую премию 2013 года по физике получил Франсуа Энглер и Питер Хиггс за предсказание бозона Хиггса.
- А дальше? Что было после открытия частицы Бога?
- Дальше? - повторила я. - Открытие бозона Хиггса подтвердило Стандартную модель физики элементарных частиц, подтвердило правильность пути, и это очень важно, но не решило всех проблем белых пятен.
Стандартная модель описывает привычную нам материю, однако, считается, что она составляет не более 5% всей Вселенной.
Ещё 22-25% - это Тёмная материя, и около 74%(!) - Тёмная энергия.
Объяснить их природу с помощью бозона Хиггса не удастся.
Но в одном мнения всех, и СМИ, и научного сообщества, сходятся: подтверждение существования бозона Хиггса, отвечающего за возникновение массы элементарных частиц, стало завершением почти полувековых усилий физиков по созданию убедительной картины мира.
Это событие открыло новые направления исследований, среди которых - актуальный вопрос о существовании многомерного пространства.
Помнишь, мы говорили, что наша Вселенная существует в "скучном" четырёхмерном мире - три пространственных измерения и одно временное. Но это мы так считаем, а на самом деле...
- На самом деле мы пришли с тобой к тому, с чего начали - к дополнительным измерениям, - многозначительно закончила Наташа.
- Именно так, - согласилась я.
В это время Юлька, шедшая рядом, вдруг встрепенулась, рванула в сторону от аллеи, зарылась носом в снег, вытащила что-то, подбежала к нам и положила рядом маленький комочек.
Я взяла его в руки. Это был ботиночек Луши.
- Нашёлся! - обрадовалась Наташа.
Потом мы шли молча. В парке зажглись фонари, ветер стих, небо прояснилось, выглянула луна и звёзды среди миров...
Среди миров, в мерцании светил ***
Одной Звезды я повторяю имя,
Не потому, чтоб я Её любил,
А потому, что я томлюсь с другими.
И если мне сомненье тяжело,
Я у Неё одной ищу ответа,
Не потому, что от Неё светло,
А потому, что с Ней не надо света.
- Причём здесь стихи о любви?
- Трудно сказать...
информация о бозоне Хиггса взята из лекций:
Валерий Рубаков - физик-теоретик, академик РАН, доктор физико-математических наук
Сергей Рубин - физик-теоретик, доктор физико-математических наук
Алексей Семихатов - физик-теоретик, доктор физико-математических наук
а также из Википедии и других открытых источников Интернета
*** Среди миров - Иннокентий Анненский