Бозон Хиггса: 2014 год все решит

Открытие бозона Хиггса представляет собой важную веху в истории развития физики элементарных частиц, но реальность такова, что лишь следующий, 2014 год, расставит все точки над «i» в исследовании этого элемента. Именно в начале 2014 года Бозон Хиггса станет предметом исследований НАСА.

Рассмотрим логистику. В CERN, в Женеве, около 10000 ученых сотрудничают в течение нескольких лет в проекте с Большим адронным коллайдером ( LHC ) стоимостью £ 5 млрд — это подземный круговой механизм, построенный по шкале Лондонской кольцевой линии с миллиардной долей точности — все для того, чтобы раскрыть субатомную материю, которая придает звездам, планетам и живым существам их массу. Прибегая к столкновениям потоков протонов колоссальной энергии по всему туннелю, ученые добились изменения нашего представления о космосе. Мы знаем теперь, что невидимое энергетическое поле, — поле Хиггса, — есть во всем мире, это поле предоставляет элементарным частицам, например протонам, их массу. Самой элементарной частью этого поля являются бозоны Хиггса.

И это особенно сладкий успех для Великобритании. Мало того, что существование бозона было предусмотрено британцем из Эдинбургского университета Питером Хиггсом, но и машина, обнаружившая его, LHC, была разработана Лин Эванс, другим ученым из Великобритании. В то же время, один из наших выдающихся физиков, сэр Кристофер Ллевеллин Смит, был генеральным директором CERN в 1990 году и отвечал за переговоры по строительству коллайдера.

«Он работает намного лучше, чем я предполагал», — говорит он о механизме, строительство которого он вынашивал, — это прекрасная машина».

Но в то время, когда идея такой машины была впервые предложена 30 лет назад, создание LHC, конечно, не слишком увлекало ученых и политиков. Эта тема уже обросла легендами. Строительство коллайдера, который сегодня считается триумфом науки и техники, практически прекращалось несколько раз. Это следует учитывать тем физикам, которые сегодня мечтают о создании следующей машины.

Есть также много других ученых, которые в настоящее время считают, что LHC может стать последним крупным ускорителем частиц в нашей истории.

«Люди сегодня думают, что строительство LHC было неизбежным, как только мы предложили его строительство, на самом деле это было совсем не так», — говорит Ллевеллин Смит.

Действительно, проект сопровождался атаками критиков. США в то время планировали Сверхпроводящий Super Collider ( SSC ), подземный туннель окружностью 54 миль — вокруг которого протоны должны лететь со скоростью, в три раза превышающей ту, что применена в LHC. Зачем строить менее мощный механизм, спрашивали критики?

Но SSC потерпел фиаско. Отдельные конгрессмены сначала поддержали проект, потому что они надеялись, что он будет построен в их штате. Но после того, как был избран Техас, те, что находились за пределами штата, потеряли интерес.

Расходы выросли и SSC, который остался без защитников, был отменен. Таким образом, США потратили свои деньги на Международную космическую станцию, проект, который не имел важной научной ценности, но удовлетворил корыстные интересы.

После того, как исчез его соперник, дело с LHC пошло веселее. Тем не менее, были потрачены десятилетия переговоров, прежде чем страны — члены CERN согласились на строительство.

Наконец, соглашение было подписано — кроме Великобритании, страдающей от экономического кризиса 1993 года, и Германии, которая несла расходы, связанные с условиями объединения страны.

В случаях обеих стран, приходилось договариваться в последнюю минуту, чтобы сохранить проект, хотя Ллевеллин Смит говорит, что проект несколько раз находился на грани прекращения.

«Было очень трудно в некоторых случаях. Проект имел все шансы не состояться», — замечает он.

«И этот момент имеет явные последствия для LHC. Если его гигантские детекторы кроме доказательств существования бозонов Хиггса НЕ представят ничего больше в процессе своего использования, физикам будет трудно убедить мир, что они нуждаются в еще большей машине, чтобы исследовать глубже строение материи», — подчеркнул Нобелевский лауреат, физик Стивен Вайнберг.

«Мой кошмар в том, что единственным важным открытием LHC останется бозон Хиггса», — говорит Вейнберг, — это открытие имеет важное значение. Это подтверждает действующую теорию, но не дает нам никаких новых идей. Мы должны сделать новые открытия, которые потребуют дальнейших дополнительных исследований, если мы хотим получить деньги на коллайдер следующего поколения».

Нас еще ожидают открытия частиц, которые могли бы объяснить наличие темной материи во Вселенной. Астрономы знают, что кварки, электроны и другие формы обычной материи на Земле могут объяснить около 1/6 от массы Вселенной. Должно существовать еще что-то.

Ученые называют это темной материей, но не могут договориться о природе ее происхождения. Частица, которая пронизывает космос и которую пока не обнаружено, может быть ответственной за это.

Как говорит Вайнберг: «Что может быть более захватывающим, чем найти частицу, которая составляет большую часть массы Вселенной?».

Конечно, открытие происхождения темной материи поможет ученым получить миллиарды, которые им понадобятся для коллайдера следующего поколения. Но, если не случится подобных экзотических открытий, ученым будет трудно с финансированием.

Такие взгляды поддерживает Ллевеллин Смит: «Единственным реальным случаем для того, чтобы говорить о механизме следующего поколения, будет открытие явления, которое LHC сможет только обнаружить, но не сможет качественно исследовать. Приходится ждать и надеяться на что-то подобное. Конечно, для ученых много работы на LHC в течение следующих нескольких лет».

Что касается дизайна прибора следующего поколения, на сегодняшний день наиболее вероятным кандидатом был бы линейный коллайдер — в отличие от кругового — ускоритель, который будет стрелять электронами по прямой линии на много миль, прежде чем заставит потоки разбиваться друг о друга.

Уже создан мировой консорциум экспертов для рассмотрения подобных планов, в их числе Лин Эванс. Но пока LHC не предоставит дальнейших результатов, дизайн такого коллайдера будет оставаться неопределенным.

«Вполне возможно, что мы находимся в конце нашего пути», — добавляет Ллевеллин Смит, — Конечно, если кто-то не совершит неожиданный прорыв, скорее всего, мы дошли до конца в процессе использования ускорительной техники».

После 50 лет использования технологии разгона и разбивки субатомных частиц вдоль тоннелей, мы, кажется, приближаемся к истощению этой технологии.

И даже если технические трудности будут преодолены, политические вопросы могут быть непреодолимыми. Неизбежны будущие битвы за местные интересы.

Нам пришлось ждать более 2000 лет, чтобы доказать, что Демокрит был прав, когда говорил, что материя состоит из атомов

Ученым в таком случае придется использовать другие методы для изучения строения космоса: мощные космические телескопы, которые могли бы заглянуть назад в ранней Вселенной.

Сами по себе они вряд ли приведут к большим открытиям. В результате, когда LHC завершит свою работу в следующем десятилетии, мы можем столкнуться с длинной паузой на нашем пути к раскрытию структуры Вселенной.

«Нам пришлось ждать более 2000 лет, чтобы доказать, что Демокрит был прав, когда говорил, что материя состоит из атомов», — говорит Вейнберг, — Потом, в 20 веке, нам пришлось ждать технические достижения, необходимые для исследования субатомного мира на все более глубоких и глубоких уровнях».

«Подобное с нами уже случалось. Однако, если LHC не определит что-то действительно впечатляющее, неизбежным будет приостановление поисков раскрытия законов природы, и эти поиски не будут восстановлены при нашей жизни», — добавляет он.

Короче говоря, мы должны всячески воспользоваться славой, которую несет открытие бозона Хиггса, и славой прекрасной машины, которая это доказала.