Всеукраїнський загальнополітичний освітянський тижневик
Персонал Плюс - всеукраїнський тижневик

Якого бозона впіймали вчені?

Відкриття фундаментальної частинки, близької за параметрами до бозона Хіггса, називають найбільшим науковим досягненням XXI століття. Про роль бозона в структурі Всесвіту і українцях-учасниках епохального експерименту Фокусу розповів доктор фізико-математичних наук Євгеній Мартинов.

Американський фізик і нобелівський лауреат Леон Ледерман одного дня жартома назвав бозон «божественною частинкою» у своїй книзі «Частинка Бога: якщо Всесвіт є відповіддю, то що було запитанням»? Відтоді бозон з легкої руки ЗМІ знайшов свою «божественну суть».

Євгеній Мартинов читає лекції з фізики високих енергій. Але фізики — народ практичний, вони звикли будь-яку теорію підтверджувати експериментальним шляхом. Доктор фізико-математичних наук, завідуючий лабораторією Інституту теоретичної фізики ім. Н. Боголюбова НАН України Євгеній Мартинов — не виключення. Він — учасник проекту ALICE, одній з експериментальних установок Великого адронного колайдера в ЦЕРН, Європейській організації ядерних досліджень. Мартинов роз’яснив «Фокусу» наукові аспекти відкриття бозона.

Чим такий важливий бозон, який шукали більше 40 років і про відкриття якого повідомили минулого тижня? Згідно із сучасними уявленнями цей бозон відповідає за те, що усі частинки, окрім фотона, мають масу, іншими словами, за те, що ми усі маємо масу і існуємо. Але, згідно теорії Стандартної моделі, спочатку маса часток дорівнює нулю. Отже в наявності — протиріччя між теорією і практикою. Саме поле Хіггса, квантами якого є бозони Хіггса, фактично рятує цю ситуацію, вносячи поправку до схеми взаємодії частинок. Частинки взаємодіють з цим полем таким чином, що в результаті набувають маси.

Поки ніхто не дає гарантії, що знайдена частка — той самий бозон Хіггса. Чому? Так, стверджувати це доки рано. Треба з’ясувати, як розпадаються частинки після зіткнення, як розподіляються по енергіях і кутах розльоту ті частинки, на які вона розпадається тощо, перш ніж робити висновок, чи являється частинка бозоном Хіггса. Зараз є багато теоретичних моделей виникнення маси елементарних частинок. У Стандартній моделі описується будова матерії, електромагнітна, слабка і сильна взаємодії усіх елементарних частинок. Вона припускає наявність одного бозона з відомими (передбаченими) властивостями. Але зараз існують також моделі з декількома бозонами Хіггса, з різними масами. Є моделі, які пояснюють існування маси у частинок без допомоги додаткових бозонів. Усе це доки гіпотези, які вимагають або підтвердження, або спростування. За деякими параметрами виявлена частинка спів­падає з пророцтвами Стандартної моделі. Наприклад, вже визначена маса нової частки, яка перевищує масу протона в 130 разів!

Українські фізики мають відношення до відкриття частинки, яка може виявитися бозоном Хіггса. В експерименті CMS (саме у цій установці і в детекторі ATLAS був виявлений бозон) бере участь група фізиків з Національного наукового центру «Харківський фізико-технічний інститут» (ХФТИ). Мета експерименту — пошук нових частинок, передбачених теоретиками, у тому числі виявлення і дослідження бозона Хіггса. На жаль, інститути України погано фінансуються, тому українці в ЦЕРН постійно не працюють. Ми іноді вимушені їздити туди для спільної роботи і обов’язкових чергувань на установці за свій рахунок. Але ми беремо участь в так званій грід-інфраструктурі експериментів в ЦЕРН (grid — грати, мережа, яка допомагає вирішувати завдання, що вимагають величезних обчислювальних ресурсів. — Фокус). Робота організована так: 24 години в добу, сім днів в тиждень обчислювальні кластери ІТФ і ХФТІ завантажені завданнями обробки і аналізу цих експериментів ALICE і CMS на адронному колайдері. Минулого тижня директор ЦЕРН Рольф-Дітер Хойєр говорив, що без грід-технології аналіз величезного об’єму експериментальних даних і від­криття нової частки були б неможливими.

Україна брала участь в створенні двох з шести експериментальних установок Великого адронного колайдера 0151 ALICE і CMS. Нині фізики з Інституту теоретичної фізики ім. Н. Боголюбова НАН України (ІТФ) беруть участь в експерименті ALICE. Мета цього експерименту — дослідження надщільної матерії, яка утворюється при зіткненні важких іонів, а саме — ядер свинцю. Згідно із сучасними поглядами таким був стан матерії Всесвіту майже відразу після свого народження.

У ЦЕРН (Великий адронний колайдер) проводиться багато експериментів. Наприклад, досліди по створенню і дослідженню антиматерії. Учені намагаються пролити світло на загадки темної речовини і темної енергії. Частки, які ми спостерігаємо (протони, електрони, нейтрони і ін.), — це лише 4-5% матерії у Всесвіті. Це експериментально доведений факт. Інші 95% — темна матерія і темна енергія. Поки ми не знаємо їх природу, не знаємо, з чого складається темна матерія. Але сподіваємося, що на деякі питання дасть відповідь Великий адронний колайдер. У цій області існує багато теоретичних красивих і цікавих моделей. Усі вони вимагають перевірки, що фізики і намагаються робити в ЦЕРН.

Як відкриття бозона можна використовувати на практиці? 150 років тому англійський фізик Джеймс Клерк Максвелл написав свої рівняння для електромагнітного поля. Зараз без цих рівнянь не розраховується жоден сучасний електронний прилад. 

При розробці і побудові прискорювачів, у тому числі ВАК, створені нові технології, інженерні рішення, які потім впроваджуються в наше життя. Більше 20 років тому в ЦЕРН для потреб фундаментальних досліджень була придумана всесвітня інтернет-павутина. Усе це результати досліджень, які на перший погляд, — лише задоволення цікавості людини, прагнення пізнати навколишній світ. Так було завжди, так буде і далі. Упевнений, прийде час, і бозон Хіггса стане працювати (прямо або опосередковано) на «народне господарство». Як це виглядатиме, зараз не скаже ніхто. Хіба що письменники-фантасти.

вгору

© «ПЕРСОНАЛ ПЛЮС». Усі права застережено.

Передрук матеріалів тільки за згодою редакції.
При розміщенні матеріалів в Інтернет обов’язкове посилання на сайт видання. Погляди авторів можуть незбігатися з позицією редакції

З усіх питань звертайтеся, будь ласка, gazetapplus@gmail.com