Защо търсенето на Хигс-бозона е толкова важно за физиката на елементарните частици?
Физиката на елементарните частици се опитва да отговори на два въпроса: кои са фундаменталните съставни части на материята и как те взаимодействат помежду си така, че да създават по-сложни обекти. "Стандартният модел" дава някакъв отговор на този въпрос. В рамките на този модел обаче не става ясно или няма ясен механизъм да се обясни откъде възниква масата на частиците.

През 1964 г. британският физик Питър Хигс и негови колеги предлагат следната идея: в пространството, във вселената, навсякъде, съществува едно поле, което ние наричаме Хигсово поле. Частиците взаимодействат с него и в резултат на това те получават маса. Ако тази хипотеза е вярна, ако такова поле наистина съществува, тогава се предвижда, че трябва да съществува въпросният Хигс-бозон.

Това е нормална частица, която се ражда, има кратък живот и бързо се разпада. Ние обаче можем да регистрираме продуктите от този разпад. Измервайки ги, ние сме способни да регистрираме тази частица.

Както виждате, 48 години са минали от формулирането на хипотезата досега. И сега ние за пръв път наблюдаваме нещо, което във всеки случай прилича на Хигс-бозон.

 

Каква е причината някои наричат Хигс-бозона с името божия частица?
Това название тръгва от Леон Ледерман, Нобелов лауреат по физика. Той го използва, когато започва да пише научнопопулярна книга. Идеята е проста: както ви казах, допускането е, че това Хигсово поле е навсякъде и влияе на всичко. Сякаш е като Бог. Но в частицата няма нищо свръхестествено. Това е просто название за широка публика, така че да звучи малко по-привлекателно.

А защо откриване му е толкова трудно?
Трудно е, защото, както се оказа, частицата е с доста голяма маса. За да може да я "родим", ни трябват много мощни ускорители, с които доскоро не сме разполагали. За пръв път, откакто е построен Големият адронен колайдер в CERN, ние имаме възможност да правим подобни изследвания, да проверим този масов диапазон, където и всъщност се оказа, че тя в действителност съществува.

Защо изследователите от ЦЕРН са предпазливи в твърденията си дали това е Хигс-бозон?
Тук пак ясно трябва да формулираме нещата. Без всякакво съмнение в момента имаме откритие. Наблюдаваме нова частица, която до днес не е регистрирана. В рамките на точността, с която правим тези измервания, тя съвпада с това, което ние очакваме да е Хигс-бозонът, предсказан от "Стандартния модел".

Работата е там, че има ред други модели, които прогнозират наличието на частици, които са много близки по свойства до Хигс-бозона от Стандартния модел. И все пак те са различни. И затова сега най-важният въпрос, който стои пред нас, е да дадем ясен и точен отговор дали това, което наблюдаваме, е Хигс-бозонът, предсказан в рамките на Стандартния модел. Или пък че става дума за някаква друга частица, различна от него.

Във втория случай това ще означава, че за пръв път наблюдаваме обект, който не се описва от Стандартния модел. Тоест става дума за някаква физика извън него.

Т.е. и в двата случая физиката е на прага на фундаментална промяна?
При всяко едно положение това е историческо откритие. Мога да го твърдя със сигурност.

Но това не е крайната точка. Това е първата стъпка по един много дълъг път, по който сме тръгнали и чрез който се опитваме да отговорим на въпроса от какво е направен светът около нас.

Какво следва, ако откритата частица не е Хигс-бозон?
Сблъскваме се с един сериозен проблем и той е следният: ако човек погледне как се движат далечните галактики, при измерването на тяхното движение може да се установи, че тяхното поведение съответства на доста по-висока маса, отколкото е видима под формата на звезди.

Изводът оттук е, че очевидно съществува материя, която не излъчва и не поглъща светлина. Нейната маса може да бъде пресметната и това е около 23% от вселената. Тогава се пита от какво е съставена тази материя. Тя със сигурност не е изградена от частиците, описани в Стандартния модел.

Това е така наречената тъмна материя. Наричаме я тъмна, защото нито поглъща, нито излъчва светлина.

Вторият проблем е свързан с това, че вселената, и това ние го знаем със сигурност, се разширява с постоянно ускорение. Пита се "а защо се разширява". За да има някакво ускорение, трябва да има постоянна сила, която действа. Въпросът е каква е тази сила и откъде се взима. Това сега условно е наречено тъмна енергия. В момента не знаем отговора на този въпрос. Можем обаче да пресметнем каква част от енергията на вселената отива за това разширение. Става дума за около 73%. Сега, ако съберем 73 и 23, получаваме 96. Излиза, че Стандартният модел обхваща 4% от съдържимото във вселената и има едни 96%, зад които не знаем какво седи.

Това е и една от основните задачи на експериментите, които се правят в CERN – не само да окомплектоваме този Стандартен модел, което ще стане с откриването на Хигс-бозона, но и поне отчасти да се опитаме да отговорим на въпроса от какво се състоят останалите 96% от вселената.

Ако трябва да бъдем честни, това, което на нас ни се губи, е, че явно не разбираме структурата на пространство-времето. Това, което се опитваме да направим, е да проумеем как е устроена.

Как ще протекат изследванията оттук нататък?

Оттук нататък, както обикновено, следва много работа. В момента сме наблюдавали много малко количество от тези частици. За да можем да изучим свойствата им, е необходимо да изследваме повече от тях. Тогава може да проверим по-детайлно какви са техните свойства.

Първата задача в този режим е да наберем по-голяма статистика и на тази база да кажем дали това е Хигс-бозонът от Стандартния модел, или е нещо различно от него. Вчера беше взето решение работата на ускорителя да се удължи. По принцип планът беше да приключим до края на 2012 г. След това ускорителят трябваше да бъде спрян за 2 години. Идеята е да бъдат обновени част от системите му и да бъде достроен, така че да работи при по-високи енергии. Същото важи и за детекторите, които са инсталирани към този ускорител.

Сега има ново решение, според което удължаваме срока с още около 3 месеца. Надяваме се, че с данните, които ще наберем през това време, ще може да отговорим на първия въпрос - дали това е Хигс-бозон или не.

В рамките на колко време се очаква статистическите данни да са обработени напълно?
Ще набираме данни някъде до март и трябва да имаме резултат някъде април-май. Някъде в рамките на една година оттук нататък би трябвало да можем да отговорим на този въпрос.

Ще има ли някакви практически ползи от откриването на Хигс-бозона или всичко остава само в рамките на теоретичната физика?
Тук опираме до въпроса за съотношението между фундаменталните и приложните изследвания. Самото откриване на тази частица и новото знание, което ще получим за това как се е раждала вселената, как се е развивала, откъде се взема масата, естествено няма да има пряко приложение. Или поне не веднага. Но в процеса на откриване на тази частица тези 20 години работа, конструирането на нови детектори, на нов ускорител и т.н. доведоха до развитието на множество нови технологии. Те пряко влизат в индустрията, в медицината, в създаването на нови материали.

Най-пресният пример, който мога да ви дам, е конструирането на система от слънчеви батерии на женевското летище. Беше разработена нова технология за съхраняване на топлината, събрана от слънцето, и това става с много по-висока ефективност, отколкото досега. Това е чисто CERN-овска разработка, свързана с изработването на ускорителната система. На пръв поглед обаче няма нищо общо.

Друг пример са информационните технологии. Сега се разработва нова световна мрежа. Сигурно знаете, че world wide web (www) е резултат от CERN-овска разработка от предишната серия експерименти. Сега ние правим нещо, което се нарича GRID. Това е надстройка над www и тепърва всички хора ще го усвояват. Ние вече работим с GRID – това е система за разпространение и обработка на данни. Обработката е новият момент в сравнение с www.

Друг пример, разбира се, е здравеопазването. Всички тези детектори и детектори системи, които използваме в изследванията, много бързо навлизат в медицината. Цялата образна диагностика фактически е базирана на детектори, каквито ние разработваме и използваме във физиката на елементарните частици.

Доколко инвестицията в Големия адронен колайдер, която е около 10 млрд. долара, наистина се изплаща?
А доколко се изплаща инвестицията в един самолетоносач? Знаете ли колко струва? Той е по-скъп, отколкото ускорителят на елементарни частици на CERN.

Покрай програмата, която реализираме чрез Големия адронен колайдер, ако обърнем в пари всички тези така наречени spinoffs, които имаме в процеса на разработка на новата апаратура, ефектът е изключително голям за индустриите на държавите, които членуват в CERN. Така че подобни изследвания си имат своята пряка възвращаемост.

Ще ви дам само един пример. Половината от бюджета на CERN отива в индустрията на страните членки под формата на поръчки. Просто мащабите са такива, че всичко се прави промишлено. Само че изискванията на CERN обикновено са такива, че подобна технология не съществува никъде. Тя се разработва частично в CERN съвместно в частни компании, след което се възлагат поръчки на индустрията. Правено е изследване, според което всяка поръчка, получена от CERN за един швейцарски франк, е осигурила след това за същото това предприятие поръчки за още три швейцарски франка. Тоест има трикратно възвръщане на инвестициите.

Какво е българското участие в проекта?
България има много ясно, видимо и добре дефинирано участие в получаването на тези резултати. В действителност цялата тази програма от изследвания започна преди 20 години. От българска страна са включени две организации – Софийският университет и Институтът за ядрени изследвания и ядрена енергетика на БАН. От самото начало ние участваме в разработването на програмата, в проектирането на дизайна на детекторите, след това в конструирането на прототипи, а накрая и в самото им производство.

В България например е направена съществена част от така наречения адронен калориметър. Става дума за устройство, тежащо 700 тона. То е произведено тук, в София.

Също така взехме участие и произведохме заедно с италиански колеги над 2000 квадратни метра детектори, които регистрират мюони. Това са заредени частици, които са адски важни при този тип изследвания. Ние отговаряме за поддръжката на тази система, за нейната работа по време на набора на данни. Участваме в самия набор на данни, както и в анализа на получените резултати. Така че имаме много добре изразен и съществен принос. Освен това получаваме всички резултати при изследванията, които се провеждат в ускорителя на частици в рамките на експеримента CMS.

 

 Източник: Капитал

• Предишна
• Следваща