Алексей Левин
«Популярная механика» №3, 2012
Шумиха вокруг обнаружения бозона Хиггса на Большом адронном коллайдере вызывает у широкой публики, далекой от науки, раздражение. Обыватели хотят знать, на что уходят налоги, и, вполне естественно, всех интересует важный вопрос. Но не о происхождении Вселенной, а можно ли будет использовать найденную частицу в науке и народном хозяйстве. И как именно.
Можно ли как-нибудь использовать бозоны Хиггса в науке или, возможно, даже в технологии (конечно, если их удастся обнаружить)? На первый взгляд, эта идея столь нелепа, что даже не стоит обсуждения. Однако не так уж давно никто не видел ни малейшей возможности практического применения предсказанных Максвеллом, но еще не обнаруженных электромагнитных волн и даже уже открытого электрона. Говорят, что склонный к парадоксальным формулировкам Нильс Бор сказал, что предсказания — дело трудное, особенно если речь идет о будущем. Поэтому не станем торопиться с выводами.
Темная Вселенная
То, что обычная барионная материя составляет около 5% полной массы нашей Вселенной, сейчас считается среди ученых практически общепризнанным фактом. 23% приходятся на темную материю, которая в космических масштабах проявляет себя лишь гравитацией (причем столь явно, что ее распределение в пространстве уже неплохо изучено). Принято считать, что темная материя, скорее всего, состоит из массивных и потому нерелятивистских (или, по крайней мере, не ультрарелятивистских) частиц, не имеющих электрического заряда и связанных с барионной материей гравитационным и слабым взаимодействиями. Оставшиеся 72% мировой массы записаны за темной энергией, природа которой абсолютно неизвестна.
Индивидуальные частицы темной материи пока не обнаружены ни в одном эксперименте. И это не удивительно, им ведь положено очень слабо взаимодействовать с обычным веществом. К тому же распределение темной материи в космосе неоднородно, и возможно, что в окрестностях Солнца ее просто очень мало. Но физики не теряют надежды отловить эти частицы земными приборами.
Скрыто от глаз
Однако не исключено, что есть материя и «потемнее». Некоторые исследователи допускают реальность совсем уж экзотических полей и частиц, не входящих в Стандартную модель и не принимающих участия ни в одном из известных науке четырех фундаментальных взаимодействий. Для нас они как бы вообще не существуют, поскольку не проявляют себя никакими силовыми эффектами. Можно пойти еще дальше и предположить, что эти «сверхтемные», или скрытые, частицы способны формировать атомы, звезды и планеты, возможно, даже обитаемые.
Существует ли способ их обнаружить? Есть надежда, что для этого пригодятся хиггсовские поля и их кванты — хиггсовские бозоны. По мнению Джеймса Уэллса, одного из ведущих теоретиков ЦЕРН, «наше» хиггсовское поле (поле Стандартной модели) может взаимодействовать с «чужими» полями того же типа, которые придают массу частицам скрытого мира. Эти взаимодействия позволят заметить нечто определенное — хотя и не сами частицы, а лишь их тени. Дело в том, что любое хиггсовское поле в каждой точке пространства определяется исключительно своей величиной и не имеет никаких выделенных направлений, в отличие от векторных полей электричества и магнетизма. К тому же хиггсовские поля пронизывают все пространство без ограничений и поэтому чрезвычайно чувствительны к мельчайшим флуктуациям энергии, имеющим источники в скрытом мире. Это означает, что хиггсовские бозоны в принципе могут распадаться не только на известные частицы, например Z0-бозоны, но и на частицы скрытого мира.
Частицы из ниоткуда
Что же может показать эксперимент? Предположим, что какие-то бозоны Хиггса, рожденные на Большом адронном коллайдере, распадутся как раз на такие частицы. Они будут в высшей степени нестабильны и дадут начало частицам-потомкам. В силу сцеплений между хиггсовыми полями среди них могут оказаться и такие, что подчиняются нашим фундаментальным взаимодействиям и потому отлавливаются детекторами. При этом они будут возникать не в точке распада родительского бозона Хиггса, а где-то в другом месте. Может случиться, что ученые зарегистрируют треки новорожденных частиц, начинающиеся там, где никак нельзя было подозревать существование «реальных» частиц-предшественников. И если это случится, гипотеза скрытого мира получит первые подтверждения.
Эта гипотеза выглядит совершенной фантастикой, но она серьезно обсуждается в научной литературе. Так что, быть может, скрытый мир когда-нибудь станет явью.
Легче легкого
Поскольку бозоны Хиггса ответственны за массу некоторых частиц, идея варьировать напряженность хиггсовских полей, чтобы менять массу предметов, на первый взгляд кажется вполне здравой. Скажем, можно будет оснастить самолеты какими-нибудь хиггс-нейтрализаторами, чтобы сделать их легче и сэкономить топливо. Или вовсе придумать летающие машины без крыльев. А может, даже замахнуться на космические корабли! Увы, игра не стоит свеч. Практически вся масса атома сосредоточена в протонах и нейтронах ядра. Масса каждой из этих частиц чуть меньше 940 МэВ, в то время как входящие в них кварки в сумме тянут максимум на 25 МэВ: массы обоих нуклонов практически полностью обеспечиваются глюонными полями. Даже уменьшив вдвое массы кварков, мы мало чего добьемся. К тому же единственный мыслимый путь к манипулированию хиггсовскими полями требует очень высоких энергий, эквивалентных нагреву до квадриллиона (1015) градусов. Так что намного проще и дешевле будет разрабатывать новые сверхлегкие материалы на основе углепластиков. Ну и с бескрылыми летающими машинами придется подождать.
Источник: elementy.ru.
Рейтинг публикации:
|
С легкой руки нобелевского лауреата, физика Леона Ледермана, бозон Хиггса получил прозвище «частица Бога» (God particle). Ледерман, написавший книгу «Частица Бога: если Вселенная — это ответ, то каков же вопрос?», объясняет, что «эта частица очень важна для нашего понимания структуры материи, но пока неуловима», и добавляет в качестве шутки, что «издатель отверг название «чертова частица» (Goddamn Particle), которое гораздо лучше отражало мерзкий характер и расходы на ее поиск». Изображение: «Популярная механика»