Научно-популярный журнал, издается с 1926 года

Бозон Хиггса открыт. Что дальше?

Бозон Хиггса открыт. Что дальше?

Здравствуйте, добрый вечер. Ну, тема, конечно, на слуху, бозон Хиггса, но я постараюсь рассказать и о нём, и о том, что за этим должно бы последовать. Значит, ну, начну я с того, что объявление об открытии новой частицы, бозона Хиггса, было сделано 4-го июля 2012 года в ЦЕРНе на семинаре, специально организованном для этого, при огромном стечении народа. Все знали, что будет такое объявление. Слух пошёл по всему миру на эту тему. Значит, ну, и есть два эксперимента, я несколько слов скажу позже. Это эксперименты CMS и ATLAS и, соответственно, два споксмена, как говорят в экспериментах, Инкандела и Джанотти рассказали о том, как они искали бозон Хиггса и как они его нашли.

И вывод был такой, что открыта частица, тогда осторожно говорили, сейчас гораздо более определённо говорят, что открыта частица, свойства которой согласуются с тем, что теоретически предсказано было по поводу бозона Хиггса. Ну, а Хойер, генеральный директор так в несколько напыщенном тоне сказал, что вот я думаю, что он в руках, как вы считаете? Все захлопали и всё такое.

Значит, ускоритель, Большой адронный коллайдер продолжал работать до конца 12-го года. Была набрана дополнительная статистика, было много новых событий и в результате открытие было подтверждено. Были обнаружены новые каналы распада этой частицы, было выяснено, что спин частицы равен нулю, я сейчас скажу о спине, то есть то, что требуется от бозона Хиггса. Но и важно понимать, что речь идёт не просто об открытии элементарной частицы ещё одной. Хотя, конечно, открытие элементарной частицы в наше время это редкое событие и всегда очень волнительное, но, на самом деле, ситуация более, ещё более интересная. Речь идёт о том, что мы начали изучать новый сектор физики элементарных частиц, новые фундаментальные взаимодействия. Значит, ну, вот то, что мы знаем про Стандартную модель, про состав частиц Стандартной модели, укладывается в один вот этот простенький слайд. Вот известная частица – электрон. Это вот загогулинка там синенькая – это мюон, буковка «мю» должна быть.

Есть соответствующие нейтрино, электронные, мюонные, тау-нейтрино. Это частицы очень похожие друг на друга, только электрон самый лёгкий из них. Значит, есть ещё один класс частиц – это кварки. Вот мы все состоим из u и d кварков, наши протоны, нейтроны состоят из этих кварков, а есть более тяжёлые s,c,b,t-кварки, есть античастицы к ним ко всем. И частицы, которые отвечают за взаимодействие. Это всем известный фотон, электромагнитное взаимодействие. Есть глюоны, то есть связывают кварки внутри протона и, значит, замечательные частицы, которые обозначаются буковками W и Z, они для нас будут очень важными. Должен быть гравитон в природе, никто его не обнаружил. По-видимому, гравитон как частицу никогда нельзя будет обнаружить, хотя гравитационные волны обнаружить можно и я думаю, это скоро будет сделано. Ну, и, наконец, бозон Хиггса – это вот особая статья среди всех этих частиц. Ну, после такого короткого введения, что мы с вами сегодня будем обсуждать, ну, во-первых, несколько слов о собственно открытии, что открыли, где. Поговорим о том, зачем он нужен, потому что понимать, что дальше, невозможно без того, чтобы как-то понимать, зачем нужен бозон Хиггса. Почему теоретики были уверены, что бозон Хиггса или что-то в таком духе должно обязательно существовать. Ну, и дальше, какая ожидаемая новая физика. Или другой вариант. Что новой физики нет, что бозоном Хиггса исчерпывается вся физика, которая доступна на Большом адронном коллайдере и это тоже, на самом деле, оказывается, очень нетривиальный поворот может быть в будущем, новый поворот в мировоззрении, если хотите.

Что мы знаем про эту новую частицу, про бозон Хиггса? Это бозон. Слово «бозон» означает следующее. Вообще мы знаем, что все элементарные частицы имеют внутренний угловой момент. Они как бы вращаются как волчок. И в квантовой теории это вращение не абы какое, а этот угловой момент может быть либо полуцелый в единицах постоянной Планка, либо целый. Этот угловой момент называется словом «спин». Ну, и вот про кварки, электроны, мюоны, тау и нейтрино. Известно, что у них спин половинка и их называют словом «фермионы». Частицы с полуцелыми и целыми спинами имеют очень разные свойства. Так вот у фермионов полуцелые спины, а у бозонов спин целый, и вот те частицы, про которые мы знаем: фотон, глюон, W и Z, они имеют спин – единица. А гравитон должен иметь спин – двойка.

Значит, ну, вот я сказал, что известные до сих пор бозоны отвечают за взаимодействия. Фотон отвечает за электромагнитные, глюоны за силы между кварками в протоне, W и Z отвечают за слабые взаимодействия, так называемые, взаимодействия, которые приводят к бета-распадам, скажем, нейтрона. Давным-давно известный процесс. А вот бозон Хиггса отвечает за нечто совершенно другое. Главная его роль, точнее, главная роль поля Энглера-Браута-Хиггса – это то, что оно даёт массы всем частицам, всем элементарным частицам. А бозон Хиггса – это квант этого поля и это особенность, совершенно новая ипостась физики элементарных частиц. В теории, я уже сказал, спин бозона Хиггса должен быть равен нулю. Мы обсудим, почему это так. Значит, что про него ещё известно? Это тяжёлая частица. Ну, вот в физике элементарных частиц массу измеряют в энергетических единицах, памятуя, что E=mc2. Поэтому можно мерить в граммах, а можно мерить в гигаэлектронвольтах, в энергетических единицах.

Ну, вот протон весит примерно один ГэВ, гигаэлектронвольт, ну, а сейчас уже используется единица в тысячу раз больше, ТэВ. Ну, дальше я буду считать скорость света равной единице и чтобы не путаться и измерять в энергетических единицах все массы. Так вот наиболее тяжёлая частица t-кварк имеет массу 172 ГэВ, стало быть, в 170 раз примерно, там 180, тяжелее, чем протон. Ну, а вот бозон Хиггса, он второй по массе, его масса 125,5 ГэВ. Ну, точность тут не очень высокая пока, но вот 125,5 такое как бы центральное значение. Ну, понятно, что если вы хотите открывать частицу большой массы, значит, вам надо много энергии и, соответственно, вам требуется ускоритель высоких энергий и именно для этого потребовался Большой адронный коллайдер. Вторая причина – это то, что взаимодействие бозона Хиггса с обычными частицами довольно слабое, поэтому он рождается редко и вам надо иметь много столкновений протонов, чтобы образовать бозон Хиггса. Ну, наконец, бозон Хиггса – это нейтральная частица, у него электрического заряда нет.

Где открыли? Открыли на Большом адронном коллайдере. Это, ну, вот внизу, наверное, не очень хорошо видно, кольцо с длиной 27 километров, серьёзное сооружение, 1600 проводящих магнитов здоровенных. Они, эти магниты, удерживают протоны в этом кольце, протоны летят друг навстречу другу и сталкиваются лоб в лоб. Энергия столкновения до последнего времени была 4 ТэВ на протон, 4 тысячи ГэВ на протон. Всего в сумме 8 ТэВ, а проектная энергия 14 ТэВ. И дело тут не в том, что не хочется иметь полную энергию, а дело в том, что оказалось, что технически были сделаны некие ошибки в проекте Большого адронного коллайдера, который не смог изначально работать на полную энергию. И сейчас, буквально сегодня, сейчас до конца 14-го года идут работы по переделке, существенной переделке систем Большого адронного коллайдера и он должен заработать на полную энергию в 15-м году. Внизу, вон там, нарисованы картинки. Есть 4 места встречи протонов, они летают навстречу друг другу не сталкиваясь, но есть места, 4 места, где они сталкиваются и там установлены экспериментальные установки. Вот LHCb и ALICE, эти установки не предназначены для исследований при самых высоких энергиях, а существенные для нас установки – это CMS и ATLAS.

Ну, вот чтобы так чуть-чуть себе представлять, что из себя представляют эти установки, я здесь схему СMS – компактного мюонного соленоида изобразил или показал. Но видно, что тут целый набор систем, я не буду подробности рассказывать, но видно, что есть множество систем. В чём идея? Идея в том, что вы хотите зарегистрировать все частицы заряженные и фотоны, узнать про их направление движения и тем самым установить, что же произошло у вас в результате столкновения. Это большая машина. Из-за того, что энергии очень большие, для того, чтобы, скажем, померить импульс заряженной частицы, что делается? Есть магнитное поле, частицы в этом магнитном поле искривляют свою траекторию, но из-за того, что энергия очень большая, то искривление очень слабенькое, поэтому вам нужно иметь большой размер вашей установки, чтобы это искривление заметить. Ну, и точно так же для того, чтобы измерить энергию частицы, вам нужно иметь много вещества, чтобы частица оставила всю свою энергию в этом веществе. Это здоровая машина. Вот этот детектор с торца, вот там человечек ходит в жёлтой каске. Видно, что это, действительно, машина вполне такого большого, серьёзного размера. Что видит детектор? Ну, значит, детектируются, действительно, все заряженные частицы, детектируются фотоны, определяется тип частицы, что это такое: электрон, мюон или сильно взаимодействующие частицы типа протона или мезона. Измеряется энергия и направление движения каждой частицы. То есть вы можете про каждое событие сказать, что в нём произошло. Протон – это частица составная, это не элементарная частица, она состоит из кварков и глюонов, поэтому столкновения, сами понимаете, сложные: когда вы бьёте кирпичом по кирпичу, то у вас, конечно, много осколков в разные стороны разлетаются и это как бы мусор, он вас не интересует. Вот эти жёлтые траектории, этот тот самый мусор, когда сталкиваются две частицы с огромной энергией, два протона, в результате, в основном, образуется мусор. Как правило, события неинтересные, кроме мусора в них ничего нет.

Но иногда бывают события более интересные. Здесь вот красными линиями, кто видит, вот они, красные вот такие линии прямые. Но они, на самом деле, не совсем прямые, чуть-чуть изгибаются в магнитном поле. Показана траектория мюона, эти вот частицы, которые пролетают очень далеко, сквозь детектор прошивают, они мало энергии теряют, пролетают через весь детектор и, измеряя импульс этих частиц, вы можете убедиться, что событие, которое здесь есть, это то, что у вас родился Z бозон, тяжёлая частица, и он распался на два мюона. Завершая разговор о Большом адронном коллайдере, что это такое, должен сказать, что тут работает очень много народу. Естественно, такую сложную систему сделать и работать на ней, конечно, двум человекам невозможно. Это более 3-х тысяч физиков, только физиков, не говоря об инженерах, техниках и т.д. и, вообще, это чудеса самоорганизации. Потому что это самоуправляемая система со своими подсистемами и т.д. и это сотня организаций, десятки стран. Вот они все умеют между собой взаимодействовать и решать вот такие непростые задачки.

Что значит, открыли? Что такое открытие в физике элементарных частиц? Прежде всего, надо сказать, что почти все элементарные частицы нестабильны. Характерное явление в физике частиц – это распад частицы на несколько других или рождение новых частиц в столкновениях. Вот взаимопроникновение частиц – это характерная особенность элементарных в физике микромира. Бозон Хиггса не исключение. Он тоже нестабилен. Его время жизни предсказывается на уровне 10 в минус 22-й секунды. Это очень мало. Он летит до распада расстояние чуть больше размера атомного ядра. Если он летит со скоростью, близкой скорости света, то он пролетает расстояние, ну, в 50 раз больше, чем размер атомного ядра. Ну, это, вообще говоря, не рекорд. Есть частицы, которые живут ещё короче. Например t-кварк живёт в 500 раз меньше. Так что неустойчивость это не препятствие для того, чтобы открывать эти частицы. Прямо, кстати сказать, измерить время жизни бозона Хиггса на Большом адронном коллайдере невозможно, просто потому, что он летит очень маленькое расстояние, и невозможно увидеть, что он, действительно, пролетел какое-то расстояние. По-другому никак.

Так вот, как открыли. Открывали его, изучая продукты распада. Распад на два фотона – это редкий процесс, два распада из тысячи идут по этому каналу и один раз из 10-ти тысяч, ещё более редкий процесс, это распад либо на две электронно-позитронные пары, либо пары e-плюс e-минус и мю-плюс мю-минус, либо 4 мюона. Ну, вот например, что происходит, когда бозон Хиггса распадается на два фотона. Если вы разделили частицы, измерили два жёстких высокоэнергичных фотона, измерили их энергии и импульсы, направления движения, то следом вы можете использовать простые кинематические соображения, которые говорят вам, что некоторая комбинация этих импульсов и угла разлёта между фотонами, которые там буквой m-гамма обозначена. Вот эта комбинация должна, если это распалась частица, должна быть в точности равна массе этой частицы.

Ну, конечно, пары фотонов рождаются в совершенно других процессах. Не только тогда, когда бозон Хиггса рождается, есть множество других процессов, когда это фон. Так вот в том месте, вот если откладывать график, количество событий по вертикальной оси, по горизонтальной оси вот эта самая комбинация m-гамма, то должна быть нашлёпочка в том месте, где масса бозона Хиггса, у вас должна быть превышение над фоном. Что и видно. Вот эта вот нашлёпочка показана лупой, превышение над гладкой спадающей кривой – это и есть бозон Хиггса. Вот что такое открытие в физике элементарных частиц.

Ещё один процесс – это процесс, в данном случае, рождения электрон-позитронной и мю-плюс мю-минус пары. Вот электрон с позитроном, два жёлтеньких коротеньких усика. Они останавливаются и отдают свою энергию. Можно измерить их энергию, этих электронов. А два длинных усика, которые проходят через весь этот рисунок – это два мюона. И про них тоже всё известно. Известен импульс и энергия. Опять-таки, собирая некую комбинацию импульсов всех этих частиц, вы должны иметь, в области массы бозона Хиггса у вас должно быть превышение числа событий над фоном. Вот что здесь и показано. Красненькое – это то, что вы ожидаете от бозона Хиггса, а чёрненьким показаны экспериментальные данные. И видно, что, действительно, в области 125 ГэВ есть заметное превышение числа событий над фоном, который показан голубым. Замечу, что здесь, всего-навсего, речь идёт о десятках событий. Вот работал-работал ускоритель полтора года и, всего-навсего, образовалось несколько десятков бозонов Хиггса, которые распались по этим каналам на 4 электрона или мюона. Бозонов Хиггса набралось сотни тысяч всего, ну, а из них одна десятитысячная вероятность распада, несколько десятков распалось по данной моде. Но она очень чистая и из-за этого удаётся выделить этот сигнал.

Вопрос, почему раньше не открыли? Раньше не открыли по двум причинам. Во-первых, E=mc2. Поэтому, если вы хотите рождать тяжёлые частицы, вам нужно иметь высокие энергии. Второе соотношение, кружочек перечёркнутый – это дельта. Греческая буква дельта. Это соотношение квантовой физики, которое говорит вам следующее. Если вы хотите изучать физику на очень маленьких расстояниях, вам нужно иметь большие импульсы и, соответственно, большие энергии. Ну, это вы, наверное, понимаете, что если вам надо разглядеть какую-то маленькую деталь, то вам нужно иметь очень короткие длины волн, да, вот в свете. Вы не можете с помощью света разглядеть объекты, размер которых меньше, чем длина волны этого света. Это, буквально, здесь и написано. Потому что длина волны – это величина, обратно пропорциональна импульсу фотона. Поэтому если вы говорите о высоких энергиях, вы сразу говорите о малых расстояниях. Вот энергии 100 ГэВ соответствует длина 10 в минус 16-й сантиметра. То есть в тысячу раз меньше, чем размер атомного ядра. Это область расстояний, которые мы сегодня знаем, какая там на ней физика. Теперь ясно, что если вы имеете дело с очень маленькими расстояниями, то и вероятность взаимодействия тоже маленькая. Просто потому, что она пропорциональна квадрату размера. У вас столкновение частиц происходит, ну, как будто бы они были лепёшечки размера r. Поэтому если вы хотите изучать большие частицы больших масс, вам надо иметь высокие энергии. При этом вы имеете дело с маленькими расстояниями и при этом вы имеете дело с маленькими интенсивностями взаимодействия, вероятностями процесса, которые падают как единица на квадрат энергии. Отсюда следует заключение, что для того, чтобы обнаруживать новые тяжёлые частицы и изучать физику на сверхмалых расстояниях, вам нужны пучки частиц, протонов в данном случае, не только очень высокой энергии, но и высокой интенсивности.

Так вот, в принципе, бозон Хиггса можно было бы открыть на предыдущем коллайдере Tevatron, в Соединённых Штатах Америки. Это протон-антипротонный коллайдер, у которого суммарная энергия была два ТэВа. Энергии Tevatron’а хватает, но там не хватило интенсивности, не хватило светимости и благополучно он завершил свою работу просто из-за того, что он теперь уже не конкурентоспособен с Большим адронным коллайдером. А в ЦЕРНе хватило интенсивности, хватило энергии. В результате эта частица была обнаружена. Это бозон: ну, прежде всего, распад на два фотона, который мы с вами знаем что есть, сразу говорит вам о том, что, во-первых, это частица имеет спин целый, просто из закона сохранения углового момента, а, во-вторых, что этот спин не равен единице. Распад частиц со спином один на два фотона запрещён теоремой Ландау. Есть такая замечательная теорема, которая говорит, что коль скоро вы видите распад на два фотона, всё, спин не единица никак. Ну, а дальше более тонкий эффект, угловые распределения можно измерить и убеждаться, что спин не равен двойке или выше. Значит, спин – ноль. И это как раз соответствует теории.

Значит, ну, про эту частицу, про бозон Хиггса известно пока не слишком много. Буквально вот тут все то, что известно. Что нарисовано? По горизонтали отложено число событий. Единица – это Стандартная модель. Я уже сказал, что Стандартная модель – это теория элементарных частиц современная. Внизу отложено ожидание, количество ожидаемых событий, отнесённых к предсказанию Стандартной модели. Вот единица – это Стандартная модель. Ноль – это если ситуация, когда бозона Хиггса нет совсем. Ну, а экспериментальные данные – это вот точки с усами ошибок. Ну, и вот видно, что измерены, с не очень хорошей точностью, процессы распада на два фотона посерединке таблицы. Следующий за ним распад на 4 электрона или мю-плюс мю-минус. Ну, и ещё вот парочка распадов, очень интересный распад на два тау-лептона. Это второй сверху на левой табличке. Тоже его видят и CMS и ATLAS. Это интересный процесс. Ну, вот b, анти-b – это на два кварка распад. Трудно заметить. Не потому, что он редкий, а потому, что b-кварков рождается очень много на Большом адронном коллайдере. Выудить эффект от фона очень сложно, но начинают видеть вроде бы на Tevatron’е и этот процесс тоже…

Так что пока всё согласуется со Стандартной моделью, но вы видите, что ошибки-то очень большие. Неопределённость каждой из этих величин достигает величины порядка там, ну, половины. Единица – это Стандартная модель, но полная неопределённость примерно половина. То есть видно, что есть куда двигаться. Ну, вот теперь разговор о том, зачем он нужен. Зачем нужен бозон Хиггса. Но прежде всего надо понимать, и мы с вами понимаем, что всякая частица элементарная – это квант некоторого поля. Вот фотон – это квант электромагнитного поля. Если вы говорите о частицах, сразу надо говорить о поле. Как раньше в СССР любили повторять: мы говорим – партия, подразумеваем – Ленин. Говорим – частица, подразумеваем – поле. И наоборот. Говорим – Ленин, подразумеваем – партия. Говорим – поле, значит, есть частицы. Ну, вот фотон и электромагнитное поле – однозначное соответствие. Поэтому задавая вопрос о бозоне Хиггса, зачем он нужен, лучше задавать вопрос по-другому. Зачем это новое поле нужно? Ну, вот тут довольно трудная тема. Потому что приходится вспоминать кое-что из физики. Первое, что надо вспомнить, это замечательное свойство физических явлений, физического мира, то, что всякой симметрии соответствует закон сохранения. Симметрия вообще очень глубокая вещь в физике частиц и вообще в физике. Всякой симметрии соответствует закон сохранения и наоборот. Всякому закону сохранения соответствует симметрия, увидел закон сохранения, ищи симметрию. Например. Мы знаем, что законы физики одинаковы в разные моменты времени. Вчера физика была такой же, как сегодня. Как физики говорят: симметрия относительно сдвигов во времени. Такая симметрия есть, и она приводит к закону сохранения энергии.

Если говорить о том, что физика одна и та же в разных местах в пространстве, если есть симметрия относительно сдвигов в пространстве, ей соответствует закон сохранения импульса. А симметрия относительно вращений, тот факт, что все направления в природе равноправны, этот факт приводит к закону сохранения углового момента. Такие симметрии, которые мы в школе проходили и, наверное, многие знают, что из них следуют законы сохранения и наоборот, это такие очевидные, наглядные симметрии. Мы знаем, что есть закон сохранения заряда электрического, да. Заряд сохраняется. С ним тоже связана симметрия. Но её вот так вот на пальцах не увидите. Это внутренняя симметрия теории. Симметрии и законы сохранения можно воспринимать и как запреты, например, запрет на нарушение углового момента. В замкнутой системе угловой момент нельзя, чтобы не сохранялся. Нельзя, чтобы менялся. Есть запрет на несохранение углового момента. Запрет на несохранение электрического заряда. Замечательно, что та же самая симметрия, которая даёт в природе сохранение электрического заряда, она же приводит и к отсутствию массы фотона. Запрет на массу фотона есть. А фотон безмассовый, летает со скоростью света. На то он и фотон. Но летает со скоростью света не просто так, а потому что ему запрещено иметь массу, запрещено симметрией. Всё замечательно. В электродинамике всё тип-топ. Так вот вспоминаем, что есть массивные частицы, очень похожие на фотон, W и Z бозоны и они имеют массы. Они имеют массы, это измерено, частицы давно открытые, была Нобелевская премия получена за это дело и всё такое прочее. Они довольно тяжёлые, они массивные. Во всех остальных отношениях.

Во всех остальных отношениях они очень похожи на фотон. Вот взаимодействие, скажем, электронов с фотоном и взаимодействие электрона с Z бозоном, посерединке картинка, они устроены очень похоже друг на друга. Сейчас мы очень много знаем про эти взаимодействия. Они говорят нам о том, что устроены они так же, как взаимодействие частиц с фотонами и есть внутренняя симметрия. Похожая на симметрию, связанную с сохранением заряда. И вот эта внутренняя симметрия, она всем частицам, на самом деле, потрясающее дело, запрещает иметь массы. Всем. И электронам, и W бозонам, всем, все должны быть без массы. Но если бы это было так, то нас бы уже с вами тут не стояло, понятное дело, потому что электрон бы летал со скоростью света и мы бы давно уже все разлетелись в разные концы Вселенной. К счастью, это не так, эти массы есть и это вопрос. В чём тут кундштюк?

А кундштюк в том, что вообще-то симметрия, она, конечно, может быть есть, но она не обязана реализовываться точно, сейчас поясню в каком смысле. Она может быть нарушена. Представьте себе, что мы живём внутри магнита, однородного образца железа. В магните случайным образом, так устроено его основное состояние, наиболее выгодное энергетическое состояние, что в нём образуется магнитное поле. Ну, в однородном образце оно однородное. Везде одинаковое. Образовалось магнитное поле. Теперь, если мы ставим эксперимент внутри этого магнита, мы видим, что у нас не все направления равноправны. Есть направление выделенное, это направление магнитного поля. Соответственно, закон сохранения углового момента не работает внутри магнита. Ну, и если мы ставили бы эксперименты внутри магнита, мы бы сказали, да, ребята, нет никакой симметрии относительно вращений, есть выделенное направление. Это вот направление, вокруг которого электрон летает по спирали. Ну, а теоретики умные, они бы сказали: нет, ребята, подождите. В пространстве нет выделенных направлений, а вот у нас тут есть поле, которое выделяет направление. В пространстве все направления равноправны, но симметрия относительно вращений нарушена тем, что у нас есть магнитное поле.

Ну, и вот на самом деле такая же ситуация примерно есть и в вакууме. В нашем физическом вакууме ситуация очень похожая. Похожая, да не совсем. В магните выделено направление магнитного поля. Это нарушение пространственной симметрии, нарушение симметрии относительно вращения. А в физическом вакууме нарушена внутренняя симметрия, та, которая приводит к закону сохранения заряда. Не электрического заряда, а заряда, который привязан к Z бозону. Значит, железо – это всё-таки среда некоторая, такая вполне, как говорится, осязаемая, а вакуум – это штука неосязаемая. Но это тоже некоторая среда, и в ней вполне могут быть разлиты поля, так же как в магните есть магнитное поле, так же и в вакууме есть поле Н. Как раз то самое поле Энглера-Браута-Хиггса. В отличие от физики внутри магнита, где нарушается пространственная симметрия, симметрия относительно вращения остаётся, это поле не должно выделять направления в пространстве. Оно должно быть, хотя и существовать в вакууме, но никаких направлений в пространстве выделять не должно. И с этим связано то, что его квант должен иметь спин ноль. Ну, у фотона спин единица. Это как бы связано с тем, что есть выделенное направление у магнитного поля. Магнитное поле – это вектор. А это должен быть скаляр – поле Энглера-Браута-Хиггса, соответственно квант его должен иметь нулевой спин. Заключая, для чего нужен бозон Хиггса, для чего нужно поле Энглера-Браута-Хиггса, это можно суммировать так, что симметрии теории микромира, симметрии Стандартной модели запрещают существование масс частиц, а вот это новое поле нарушает симметрии и даёт частицам массы. Обеспечивает частицам массы.

Причём здесь Энглер-Браут-Хиггс? Ну, история такая, что в 64-м году сначала Энглер и Браут написали простенькую модель, где, действительно, происходило такое явление, явление нарушения симметрии и образования масс. Они были первыми. Но, вообще, мало того, чтоб придумать модель, надо уметь её ещё изучить – свою собственную. Они это сделали не до конца. Они не заметили, что в их модели есть новая элементарная частица. Вот этот самый бозон. Они это просто не заметили, они увидели, что векторная частица типа W и Z получила массу, а то, что есть ещё одна частица новая, бесспиновая в этой модели, они этого не заметили. А Хиггс написал свою статью и в ней продемонстрировал, что в этой же самой модели – он ссылался на Энглера и Браута в той публикации, которая существует в Phys. Rev. Letters – но у него есть такое суждение, что помимо всего прочего есть ещё и новый бозон. И вот теперь этот бозон называют бозоном Хиггса. И долго всю эту теорию называли теорией Хиггса, но теперь потихонечку устаканивается название – теория Энглера-Браута и Хиггса. Ну, и вполне правильно, что Энглеру дали Нобелевскую премию. И Хиггсу дали Нобелевскую премию, и Энглеру. А Браут не дожил до открытия, к сожалению. Роберт Браут, самый молодой из них, к сожалению, его уже с нами нет лет 5, наверное.

Ну, вот теперь, что дальше? Надо сказать, что теория Энглера-Браута-Хиггса ущербна. Ущербна она вот по какой причине. В природе есть несколько массовых масштабов, энергетических масштабов. Есть энергетический масштаб массы протона, это масштаб сильных взаимодействий. Ну, с ним всё, более-менее, понятно. А есть масштаб слабых взаимодействий, и он определяется как раз массой бозона Хиггса. Это 100 ГэВ примерно. Наконец, есть ещё один масштаб, который мы точно заведомо знаем, это масштаб гравитационных взаимодействий. Он составляется из ньютоновской гравитационной постоянной по размерности просто и постоянной Планка, скорости света. Это гигантский энергетический масштаб 10 в 19-й ГэВ. То есть число с 19-ью нулями, если в ГэВах мерить. По сравнению с сотней ГэВ это гигантский масштаб. И, конечно, когда мы видим, что у нас есть очень разные числа, которые, ну, в общем, по сути, характеризуют энергетические масштабы, и в этом смысле близкой природы, то, конечно, возникает вопрос: в чём дело? Как такое может быть, что в природе есть такие разные масштабы? Значит, больше того.

Больше того. Мы с вами знаем, что вакуум – это не просто пустота. В вакууме есть виртуальные частицы. Частицы, которые возникают и исчезают. Возникают на короткое время, благодаря соотношению неопределённостей могут это сделать, и тут же исчезают. Рождаются – уничтожаются. И это небезобидная вещь. Это приводит к так называемым радиационным поправкам. Взаимодействие вот с этой вот средой из флуктуирующих полей или возникающих и исчезающих частиц – это разные описания одного и того же – это взаимодействие приводит к некоторым эффектам наблюдаемым. Их называют иногда радиационными поправками. Так вот, в электродинамике это очень всё хорошо измерено, великолепно вычислено, измерено с фантастической точностью и совпадение между теорией и экспериментом фантастическое. Одна миллиардная. Лучше. Так вот, в частности, появляются поправки к массам. Например, они приводят к сдвигу энергии, так называемый лэмбовский сдвиг, сдвигу энергии электронов в атомах. То есть они меняют массу атома. Раз энергия изменилась из-за этого эффекта, стала немножко другой, значит, масса изменилась. Значит, поправки к массе тоже в природе бывают за счёт взаимодействия с вакуумом. Можно задать себе вопрос. Что происходит с массами элементарных частиц? Ответ забавный. Мы знаем, что если бы не было никакого поля Энглера-Браута-Хиггса, то все частицы были бы без массы из-за симметрий. Причём это утверждение точное даже при учёте радиационных поправок. Значит, они были безмассовыми даже при учете взаимодействия с вакуумом. Симметрия запрещала бы эти массы и никакие взаимодействия с вакуумом эти массы бы не генерировали. Поэтому радиационные поправки к массам всех частиц защищены симметриями. В этом смысле всё хорошо. Кроме одной. А именно массы бозона Хиггса.

Взаимодействие бозона Хиггса с виртуальными частицами, с частицами, которые есть в вакууме, приводят к гигантским радиационным поправкам. Эти радиационные поправки стремятся подтянуть массу бозона Хиггса к массе Планка, 10 в 19-й ГэВ. И если оставаться в рамках Стандартной модели, то приходится полагать, что изначально масса бозона Хиггса очень большая, точнее, положительный или отрицательный её квадрат очень большой. Значит, есть очень большие радиационные поправки, они собираются вместе и дают маленькое число 100 ГэВ. Невероятная совершенно картинка. Не может быть, чтобы природа была так устроена. Наверное, не может быть. И отсюда вывод. Это вполне серьёзный разговор. Это не то, что я, так сказать, вас обманываю. Именно на этом основано ожидание новой физики, которое разделяет, пожалуй, большинство теоретиков, ну, и экспериментаторы вслед за ними повторяют. Надо думать, что всё не так. Что, на самом деле, новая физика наступает на не очень больших энергиях. На энергии порядка ТэВа. Это новая физическая теория, работающая на масштабах энергии ТэВ и выше. Она имеет гораздо лучшее поведение, в смысле ультрафиолетовом, в смысле высоких энергий. И то, что происходит – это радиационные поправки подтягиваются вот к этому масштабу энергии новой физики. Ну, сто ГэВ, где сто ГэВ, там и ТэВ.

Поэтому это очень распространённая сегодня точка зрения и это основное, главное основание ожидать новых открытий на Большом адронном коллайдере. Вот это простое соображение, что вам нужно иерархию масс удерживать от радиационных поправок. И это соображение говорит вам, что на масштабе энергии Большого адронного коллайдера вы уже ожидаете совершенно новых физических явлений. Каких? Ну, тут уже начинается область гипотез. Должен сказать, что ни одна из этих гипотез до сих пор не подтверждена. Это домыслы пока теоретиков. Кто прав, кто неправ, это должно показать будущее. Суперсимметрия. Такое красивое словечко. И, кстати, теория была изначально предложена в ФИАНе, на Ленинском проспекте, двумя нашими коллегами Гольфандом и Лихтманом. Это симметрия, которая связывает между собой частицы разного спина. Такая удивительная симметрия между бозонами и фермионами. И теория говорит, что если она есть в природе, эта суперсимметрия, то всем нашим известным частицам должны быть партнёры, как говорят, суперпартнёры. Скварк для кварка, сэлектрон, суперэлектрон для электрона, фотино, такое вот названьице для суперпартнёра фотона и т.д. В них спины имеют другую величину. Для кварка – это половинка. Для скварка – это ноль. Для фотона единица, для фотино половинка. Они отличаются на ½. И все эти новые частицы должны рождаться на Большом адронном коллайдере. Почему суперсимметрия хороша? Она хороша тем, что вот такая замечательная симметрия, она удерживает радиационные поправки, действительно. Происходит сокращение между вкладами виртуальных бозонов и виртуальных фермионов. Скажем, от фотона и фотино. Фотон даёт вклад в квадрат массы с одним знаком, а фотино даёт вклад в квадрат массы бозона Хиггса с другим знаком.

Если бы массы были одинаковы у частицы и её суперпартнёра, то это было бы точное сокращение. Если же массы немножечко разные, то сокращение не точное, а сокращение примерно на разницу масс. Ну, чуть поменьше, на самом деле. Значит, остаётся несокращённая разность масс между частицей и её суперпартнёром. Это означает, что суперпартнёры должны иметь массы в районе сотен ГэВ. Должны рождаться на Большом адронном коллайдере. Ещё один плюс. Вспоминаем, что в природе есть, так называемая, тёмная материя. Это частицы нейтральные, стабильные и образующие довольно заметную часть массы нашей Вселенной. Среди частиц Стандартной модели таковых нету, нейтрино не годятся по некоторым причинам, а вот в суперсимметричных теориях есть кандидат на роль частицы тёмной материи. Связано это с тем, что суперпартнёры рождаются и уничтожаются парами. Легчайший суперпартнёр стабилен. Он не может распасться, ему нет пары. Значит, легчайший суперпартнёр стабилен, он очень натуральным образом оказывается электрически нейтральным и как раз может играть роль, является довольно приличным кандидатом на роль частицы тёмной материи. Вообще-то, теоретики ожидали, что суперсимметричные партнёры должны были быть обнаружены ещё лет этак 20 назад. То есть когда заработал LEP, электрон-позитронный коллайдер в ЦЕРНе, ну, такое было ожидание, что, наверное, он поработает-поработает и найдёт суперпартнёров. Дудки. Не нашёл.

Ну, всё-таки у него энергия была 200 ГэВ в системе центра масс, маловато, ну, ладно. Вот заработает Большой адронный коллайдер и вот тут-то суперсимметричные партнёры и посыпятся. И бытовало убеждение среди большой части физиков, что первым-то, первое открытие на Большом адронном коллайдере будет вовсе никакой не Хиггс, а будут эти самые суперпартнёры. Пару месяцев, тройку месяцев – ставили пари, когда откроют. Одни говорили: ну, три месяца. Другие: полгода. Третьи: нет, ну, год надо поработать. Вот он поработал полтора года, до сих пор ничего, суперсимметрию не открыл и это уже заставляет физиков почёсываться, адептов суперсимметрии. Потому что сейчас это всё становится уже очень таким зыбким, проблематичным. Так что моё-то мнение, что с суперсимметрией беда. Ну, посмотрим. Есть совсем другой сценарий. Тоже неподтверждённый пока и вообще тоже проблематичный, на самом деле. Дело в том, что для теоретиков совершенно необязательно думать, что поле Энглера, Брута и Хиггса – это элементарное поле. И что бозон Хиггса – это элементарная частица. В физике конденсированных сред, физике твёрдого тела, жидкостей, есть, на самом деле, множество примеров спонтанно нарушенной симметрии. И вообще теория нарушения симметрии, она пришла из физики конденсированных сред в физику элементарных частиц и, на самом деле, даже и методы очень похожи.

Но в физике конденсированных сред ничего похожего, как правило, на бозон Хиггса нет вообще. И механизмы нарушения симметрии совершенно не такие, как придумали Энглер, Браут и Хиггс. Пример. Сверхпроводимость. Сверхпроводимость – это очень похоже на то, что происходит в мире элементарных частиц. Там есть явление массы фотона – в толще сверхпроводника фотон эффективно массивный. Это проявляется в, так называемом, эффекте Мейсснера. И внутренняя симметрия электродинамики внутри сверхпроводника нарушена. Так же как симметрия Стандартной модели нарушена в нашем вакууме. Прямая аналогия. Но никакого элементарного скалярного поля, типа поля Энглера, Браута и Хиггса в сверхпроводнике нет. Мы знаем, что там всё, что есть – это кристаллическая решётка и электроны, специальным образом взаимодействующие между собой.

Замечательно, что теория Энглера-Браута-Хиггса – это релятивистская версия, значит, версия, совместная со специальной теорией относительности, давней теории Гинзбурга-Ландау, которые предложили свою теорию сверхпроводимости аж в 50-м году, и Виталий Лазаревич Гинзбург за это дело получил Нобелевскую премию, существенно позже. Эти теории очень похожи. Просто если посмотреть на формулы, то один в один. Но поле Гинзбурга-Ландау, на самом деле, никакое не элементарное. Это аналог поля Энглера-Браута-Хиггса. Оно не элементарное, а составное. Не буду вдаваться в детали, как именно это всё происходит. В физике элементарных частиц тоже бывают составные поля. Например, пи-мезоны. Вот когда-то думали, что пи-мезон – это элементарная частица. Описывали элементарным скалярным, псевдоскалярным, неважно, элементарным скалярным полем, пи-ноль. Потом выяснилось, что они состоят из кварков и антикварков, эти самые пи-мезоны, но при низких энергиях это невозможно разрешить, если у вас нет высокоэнергичных пробников, то эта частица, пи-мезон, выглядит как составная. Так вот думается, не исключено, что поле Энглера-Браута-Хиггса похоже на поле пи-мезона.

Похоже на поле пи-мезона. И тогда это составное поле, бозон Хиггса – составная частица. Тоже можно проблему иерархии на таком пути пытаться решить, и тоже простые модели такого сорта не проходят. Противоречат экспериментальным данным. Ну, есть море других предложений, в том числе, связанных с введением дополнительных измерений пространства. Пространство может иметь не три измерения, а больше. Тогда на этом пути тоже можно подойти к решению проблемы иерархии массы. Ну, и всякие другие есть идеи, ещё более дикие. Но, может быть, природа совсем не так устроена, как мы об этом думаем. Может быть, мы что-то такое прошляпили. Я имею в виду: мы, это теоретики. И тогда экспериментаторам трудно. Потому что, значит, проще проверять предсказания, чем искать то, не знаю, что. Ну, как говорится, тем не менее, у них есть свои программы искать то, не знаю, что и, может быть, нас ждут неожиданные открытия.

Но в любом случае, впереди достаточно длинная интересная программа. Во-первых, надо будет – это вовсю будет происходить, конечно – искать новую физику прямо на Большом адронном коллайдере, новые суперпартнёры частиц или проявление составленности бозона Хиггса, при котором предсказываются новые частицы определённого сорта и т.д. 15-й год начала работы на полную энергию, начало 15-го года, первая половина. А кроме этого, нужно изучать в деталях всё, что связано с бозоном Хиггса. Почему? Потому что в Стандартной модели, минимальной её версии с одним полем Энглера-Браута-Хиггса, всё предсказывается. Вы можете посчитать всё. Все свойства, все константы связи, все взаимодействия – все известны. Поэтому надо проводить измерения и искать, и проверять, верно ли то, что вы напредсказывали. А напредсказывали довольно много. Довольно много можно измерять. Можно измерять разные вероятности распадов. Вот кое-какие из них были показаны там на табличке. Но вот есть распады интересные мю-плюс мю-минус, вот такие вот крючочки. Это мюон, который весит 0,105 ГэВ, хотя маленькая вероятность 0,02 процента этого распада, но, тем не менее, можно пытаться его искать. Пары b анти-b и т.д. Есть целый ряд распадов, вероятности которых однозначно предсказываются Стандартной моделью. Все их надо измерить.

Есть разные механизмы рождения. Вот этот синенький бозон Хиггса может рождаться в столкновении зелёненьких глюонов, первая картинка слева. Один сам по себе, ну, и там всякий мусор. Ну, есть всякие другие процессы, например, процесс, где рождается тяжёлая пара t-кварков. Последняя нижняя справа, рождается бозон Хиггса и вместе с ним рождаются t-кварки. Или слева нижний, Z бозон рождается или W вместе с бозоном Хиггса. Такое ассоциированное рождение, как говорят. Тоже всё можно вычислить, всё вычислено уже. Всё – это имеется в виду вероятность этих процессов. Ну, и опять надо сравнивать с экспериментом и чем точнее эксперимент, тем лучше. И если найдутся уверенно какие-то отклонения от предсказаний Стандартной модели, вот это будет самое интересное. Значит, будет означать, что минимальная Стандартная модель не работает, что физика богаче. Но надо думать, что точности Большого адронного коллайдера, на самом деле, не хватит. Это связано, в первую очередь, с тем, что, ещё раз, вы лупите кирпичом по кирпичу, протоном по протону. Когда вы бьёте протоном по протону, у вас море всего высыпается и вам трудно найти чистый сигнал, его как следует померить. Что нужно? Нужен новый электрон-позитронный коллайдер. Электрон – это не кирпич, это точечка. Поэтому когда они сталкиваются, всё происходит чистенько и аккуратненько. Это можно сформулировать так, что протонная машина, коллайдер – это машина открытий, где происходит открытие. А электрон-позитронная машина, коллайдер – это машина, где производятся прецизионные измерения.

Так было в прошлом. W бозоны и Z бозоны открыли на протон-антипротонном коллайдере в ЦЕРНе. А точно измерили свойства, особенно Z бозона, с фантастической точностью измерены свойства уже были на электрон-позитронной машине тоже в ЦЕРНе, называется LEP. То же самое и здесь. Нужен электрон-позитронный коллайдер. Обсуждаемо, какой именно, на какую именно энергию, ну, начиная от 250-ти ГэВ, а, может быть, и выше. Это зависит от того, что же всё-таки будет обнаружено, если будет обнаружено, на Большом адронном коллайдере. Но в любом случае сейчас вовсю идёт обсуждение и японцы вообще уже заявили, что они готовы строить электрон-позитронную машину у себя в Японии, линейную машину, в отличие от кольцевых ускорителей, которые до сих пор строились. Эта будет линейная машина и электроны с позитронами будут без вращений разгоняться друг навстречу другу в линейном коллайдере. Японцы уже сказали, что они готовы этим делом заниматься, но давайте, товарищи, присоединяйтесь, половину, там, или, по-моему, половину, средств на эту постройку давайте со всего мира соберём. А вторую половину японцы вложат сами.

Так вот заключая эту часть, можно сказать, что мы в начале пути, нам много предстоит узнать. Ну, свойства, конечно, бозона Хиггса измерить, узнать, может быть, таких бозонов несколько. Тут такое тоже вполне может быть. Какая за ним стоит новая физика? Конечно, это, как говорится, ночной кошмар, но, тем не менее, природа может оказаться совсем даже не столь интересна для нас и ничего нового, никакой новой физики мы не обнаружим. Как к этому надо будет относиться? Куда деваться с этой загадочной иерархией и с этой непонятной, с тем, что вот есть необходимость точной подгонки параметров для того, чтобы масса бозона Хиггса равнялась 125 ГэВ, а не 10 в 19-й ГэВ? Ну, как относиться? Давайте посмотрим вокруг. Знаем, что в природе есть такая штука, которая называется тёмная энергия. Это термин, который обозначает некую субстанцию, эта субстанция обеспечивает ускоренное расширение Вселенной. Важно, что энергетический масштаб, соответствующий вот этой компоненте энергии во Вселенной соответствует одной тысячной электрон-вольта. Не ГэВа, а электрон-вольта. Более того. Если приглядеться, то с ним ещё хуже. Тоже требуется тонкая подгонка параметров, чтобы не подвинуть этот энергетический масштаб к планковскому масштабу 10 в 19-й ГэВ. И вообще нет никаких идей, как, какая физика могла бы обеспечить такую тонкую подгонку. Вот для бозона Хиггса суперсимметрия, составленность – это всё может решить проблему. Здесь ничего такого нет. Даже идей нет, как можно было бы объяснить столь большую разницу в масштабах энергии, связанную с тёмной энергией и с гравитацией с массой Планка. Нет идей.

Есть всякие другие загадки. Например, иерархия в массах элементарных частиц. Вот если писать в ГэВах, то масса электрона – это 5 десятитысячных, а масса t-кварка, вроде близкий по смыслу объект – 172 ГэВа. То же, как говорится, что за дела? Вообще-то, нормальный человек должен был бы сказать: надо это дело объяснять. Надо искать новую физику и искать её экспериментально, рассматривать теоретические возможности всякие и всё такое прочее. А другой человек, как выясняется, тоже не совсем ненормальный, скажет, что нет, товарищи, случайности, вот эти чудеса, эти несуразности – это свойства природы. Никаких объяснений за ними нет. И вот эти параметры, энергетические масштабы, они, да, вот такие, какие они есть без всяких объяснений. И он скажет: а вот фундаментальные параметры, вот эти самые, масштаб тёмной энергии, масса бозона Хиггса, они, вообще-то, очень хорошее значение принимают. Они такие, что мы здесь с вами есть. Звучит это антинаучно, на первый взгляд. Прежде, чем говорить о том, что это на второй взгляд не очень антинаучно, давайте мы ещё посмотрим, какие есть случайности, которые мы не умеем объяснить. Почему вот эта вот тёмная энергия, её называют ещё космологической постоянной, определённый тип тёмной энергии, почему она такая маленькая? Тысячная электрон-вольта – соответствующий энергетический масштаб. Человек, который любит антропный принцип (антропный принцип, значит, наше существование), он скажет: смотрите, если бы эта величина была на порядок больше, Вселенная начала бы ускоренно расширяться гораздо раньше, чем в реальности. А это значит, что галактики не успели бы образоваться. Просто времени бы не хватило. Они бы, всё вещество растянулось в разные стороны и вместо того, чтобы скучивалось, произошло бы скучивание в галактике, оно просто равномерно разошлось, разлетелось в разные стороны, и Вселенная была бы сегодня пустая. Никаких галактик. Никаких галактик, никаких звёзд, никакой Земли, никакого вашего покорного слуги и вас тоже. И всего-навсего отличие на порядок от того, что реально имеется. Вот вам объяснение.

Ладно. Давайте совсем из, так сказать, известной физики. Вот протон имеет массу чуть-чуть меньше, чем нейтрон. Вообще-то, протон и нейтрон составные частицы, их масса определяется, в том числе, массами кварков, которые входят в протон и нейтрон. Кварки разные. Массы протона и нейтрона определяются и силой электромагнитного взаимодействия между этими кварками. Протон заряжен, нейтрон нет. Поэтому, вообще говоря, эти числа – массы протона и нейтрона – могли быть совершенно разными. Ну, не совершенно разными, ну, скажем, отличались бы не на, значит, не МэВы, даже доли МэВа, а могли бы отличаться, скажем, на 10 МэВ. МэВ – это мегавольт, одна тысячная ГэВа, миллион электрон-вольт. ГэВ – это миллиард, а МэВ – миллион. Вот они отличаются, видно, на величину чуть меньше, чем одна тысячная ГэВа, да. А могли бы отличаться на 10 тысячных. Ничего, как говорится, удивительного с точки зрения физика не было бы. Но тогда была бы беда. Если бы масса нейтрона была меньше, чем масса протона, а такое вполне можно себе представить, тогда протон был бы нестабилен. В нашем мире нейтрон нестабилен, распадается на протон, электрон и антинейтрино. А тут протон был бы нестабилен. Распадался бы в нейтрон, позитрон и нейтрино. Значит, водорода бы не было. Правильно? Протон распался бы, вместо этого нейтроны летали бы.

Без водорода стабильного жить плохо. Например, звёзды всё-таки горят из-за того, что в них есть водород в центре звезды. Правда? Первая, первоначальная реакция в центре звезды – это два протона сталкиваются, образуют дейтерий. Плохо. Без водорода плохо. Если бы разница была в ту же сторону, как сейчас, как в реальности, но масса нейтрона была бы, скажем, на 10 МэВ, а не на один больше, чем у протона, то не было бы никаких ядер, кроме протонов. Потому что нейтроны в ядре были бы неустойчивы. Почему они там не распадаются? Потому что из-за того, что есть связь нейтрона и протона, эффективная масса нейтрона меньше в ядре, чем у свободного нейтрона и он не распадается. А если бы эта разность масс была всего-навсего на порядок больше у нейтрона и протона, то взаимодействия не смогли бы компенсировать, не смогли бы понизить массу нейтрона ниже, чем порог распада и отлично нейтроны в ядрах распадались бы. Всё. Никакой химии. Был бы один водород в природе. Тоже плохо. Нам всё-таки надо иметь, ну, так углеродик, кислородик. Неплохо, не вредно, правда? Вот такое чудесное явление, которое физика объяснить не может. Потому что чему равна масса кварка, предсказать невозможно. Ну, есть много других, можете подумать, представить себе, что надо ещё поменять, чтобы всё тут рассыпалось. Много чего можно поменять так, чтобы всё рассыпалось, такие числа, которые сейчас кажутся фундаментальными, надо поменять, чтобы всё тут рассыпалось, чтобы нас тут не стояло. Вот такие замечательные явления.

Как к этому относиться? Можно относиться так, что всё это должно найти своё реальное естественное объяснение в терминах фундаментальных взаимодействий, там, константа, туда-сюда. А можно думать по-другому. Можно думать, что эти случайности говорят нам совсем о другом. Давайте представим себе, что Вселенная огромна. Ну, она и так не маленькая, но давайте представим себе, что наша видимая часть Вселенной занимает малюсенькую-малюсенькую её часть. Давайте ещё представим себе, что вот эти константы связи, массы, даже законы природы, может быть, законы физики в разных местах Вселенной разные. Огромная Вселенная, здесь одни законы, здесь другие. Здесь масса бозона Хиггса 100 ГэВ, здесь 10 в 19-й. Тогда есть области, которые неприспособлены для нас – там, где масса бозона Хиггса, скажем, 10 в 19-й ГэВ, скажем. Почему они для нас не приспособлены? Где нейтрон легче, чем протон, швах, не годится, там жить невозможно. И мы находимся там, вот где на картинке вон там есть маленький островочек, где чего-то такое растёт, а всё остальное – безжизненная пустыня. Тогда наше существование просто экспериментальный факт и этот экспериментальный факт характеризует окружающую нас Вселенную. Эту маленькую область огромной Вселенной. Она выбрана, выделена тем, что в ней возможно наше существование. Аналогия здесь такая. Ну, вот мы живём с вами на Земле, а не в произвольной точке пространства, да. В произвольной точке пространства мы жить не можем, там холодно 2,7 градуса Кельвина температура, там пусто, не приспособлено, в космосе мы жить не можем. Мы живём там, где, ну, хоть как-то условия более-менее ничего для жизни. Живём на Земле. Это не потому, что законы природы специально под нас подогнали здесь, температура подогналась и всё такое. А просто потому, что нашлось такое место во Вселенной, и мы возможны. Так же и можно всё это дело думать, распространять на огромную Вселенную и говорить, что мы находимся там, где подходящие условия для нашего существования.

Вообще-то, когда начинаешь об этом разговаривать с физиками, они сразу начинают от тебя, как чёрт от ладана, драпать, потому что это сильно меняет взгляды, сильно такая какая-то позиция упадническая. Как бы вы отказываетесь что-нибудь объяснять, несуразности типа, там, многих порядков различия между массой бозона Хиггса и массой Планка, вы отказываетесь объяснять. Вы говорите: это, ребята, антропный принцип, отказываясь об этом разговаривать. И, вообще, конечно, так сказать, жмёт, не хотелось бы, чтобы так было. Всё-таки нам кажется, что мир познаваем. Но, с другой стороны, это опровергнуть невозможно, мы существуем и, вообще говоря, это может быть правдой. Горькой, как говорится, но правдой. И занятно, для меня, что могут быть и аргументы против появиться в будущем, и аргументы за. Если мы начнём понимать, что такое тёмная энергия и понимать, сообразим, откуда взялся этот масштаб энергий, одна тысячная электрон-вольта, тогда это будет аргумент «против». А аргумент «за» будет такой. На Большом адронном коллайдере открытий больше не произойдёт. Вот бозон Хиггса открыли, и никакой новой физики после этого нет. Всё. Последнее открытие в физике элементарных частиц – бозон Хиггса. Окажется, что он в точности такой, какой предсказывается Стандартной моделью и ничего нового, объяснения его массы нет и не предвидится. Тогда это, конечно, будет сильный, на мой взгляд, аргумент в пользу антропного принципа. Ну, как антропный принцип здесь работает? Очень просто. Если сделать среднее значение поля, которое определяет все массы, на порядок больше, то термоядерные реакции в звёздах не пойдут. А если сделать, представить себе, что массы подтягиваются к массе Планка, 10 в 19-й ГэВ, то любой кусочек вещества мгновенно падает, превращается в чёрную дыру. Массы такие большие, что гравитационные силы огромные, и он превращается в чёрную дыру. То, что массы маленькие, вакуумное среднее, вакуумное значение поля Энглера-Браута-Хиггса всё-таки небольшое, там, в масштабах 100 ГэВ, соответственно масса бозона Хиггса в масштабах 100 ГэВ – это можно объяснять антропным образом. Тоже если на 2-3 порядка больше или меньше – плохо. Меньше тоже плохо, потому что слишком лёгкие были бы те же самые атомы, и собрать их в компактные объекты типа Земли было бы трудно. Поэтому видно, что антропный принцип и здесь тоже можно привлекать и, ещё раз, если не будет найдено никакой новой физики на Большом адронном коллайдере, тогда всё, пиши пропало, работает антропный принцип.

Ну, вот такая интрига. Интрига интересная. Во-первых, надо надеяться, что за углом новая физика, что в ближайшие годы на Большом адронном коллайдере мы узнаем что-то совсем новое, то, чего не было до сих пор в заводе. Или, если ничего нового не будет найдено, придётся пересматривать взгляд на природу, фактически будет мировоззренческий, для меня, по крайней мере, переворот. Придётся думать, что мы пришли к тому рубежу, на котором фундаментальные значения параметров определяются вовсе даже нашим с вами существованием в этом бренном мире. Спасибо.

Reset password

Recover your password
A password will be e-mailed to you.
Back to
Закрыть панель