Цифровой журнал «Компьютерра» 2012 № 49 (149) - [2]

Для детального изучения нужен электрон-позитронный коллайдер. Для рождения хиггсовского бозона достаточно суммарной энергии 240 ГэВ. Хиггсовский бозон будет рождаться в процессе. Фоны будут очень незначительными, можно будет легко измерить вероятности распада Хиггса в различные состояния. Можно даже изменить вероятность распада в невидимые состояния, регистрируя Z бозон и вычисляя недостающую массу.

Сейчас рассматриваются два варианта электрон-позитронного коллайдера: линейный и кольцевой. Преимущество линейного коллайдера в том, что на нём можно достигнуть существенно более высокой энергии, примерно до 3000 ГэВ. На кольцевом же коллайдере продвинуться выше 300 ГэВ практически невозможно из-за больших потерь энергии на синхротронное излучение. На какую энергию строить электрон-позитронный коллайдер, зависит от того, что обнаружат на LHC. Для этого нужно подождать ещё несколько лет, пока на LHC наберут достаточно статистики на максимальной энергии 2E=14 ТэВ.

- Рассчитывают ли учёные на какую-то новую физику от изучения свойств бозона Хиггса? Совпадают ли свойства бозона Хиггса с теми, что прогнозировались Стандартной моделью?

- Набранных данных пока достаточно только для открытия этой частицы, что это не статистическая флуктуация. Тем не менее можно сказать, что количество обнаруженных частиц и вероятности распада по зарегистрированным каналам близки к предсказаниям самого простого варианта модели хиггсовского бозона, хотя есть некоторые отличия.

Требуется большая точность (больше данных), чтобы делать выводы о том, согласуются ли свойства Хиггса с предсказанными. Любые отклонения будут свидетельствовать о новой физике, будут подсказкой, в каком направлении двигаться дальше.

- Что будет, если все ожидания подтвердились и исследовать здесь больше нечего? Куда будет двигаться физика элементарных частиц? Как будут искать физику за пределами Стандартной модели?

- Вообще-то, хиггсовский бозон — это далеко не конец физики частиц. Это, конечно, хорошо, что нашли недостающее звено Стандартной модели. Однако есть задача ещё более захватывающая. Совсем недавно удалось определить среднюю плотность Вселенной и её состав.

Получилось, что все известные виды материи составляют только около 5 процентов плотности Вселенной. В основном, это барионы (протоны, нейтроны, ядра), а также электроны, фотоны, нейтрино. Около 25 процентов — это «тёмная материя», какие-то неизвестные частицы, которые так же, как и обычная материя, сконцентрированы в галактиках. Это весьма твёрдо установленный факт. Для того чтобы удержать звёзды во вращающихся галактиках (включая наш Млечный Путь), необходима примерно в 5-6 раз большая масса, чем та, что наблюдается в галактиках (звёзды и межзвёздный газ).

Оставшиеся 70 процентов плотности Вселенной составляет «тёмная энергия», некая равномерно распределённая по Вселенной субстанция (возможно, вакуум), вызывающая антигравитацию на больших масштабах и ускоренное расширение Вселенной. Так что и искать новую физику не надо, она есть налицо, а не какие-то малые отклонения от Стандартной модели. Можно считать, что природа просто бросила вызов физикам!

Есть предположения о природе тёмной материи. Сейчас ведутся несколько подземных экспериментов по регистрации частиц тёмной материи. Они пока не обнаружены, но есть надежды. Ещё более привлекательно рождать тёмную материю на ускорителях. Тогда можно будет увидеть не только нейтральные стабильные её частицы, но и другие нестабильные частицы из этого семейства, тогда возможно будет понять природу этих частиц. Были предсказания, что массы этих частиц как раз лежат в области энергий LHC, однако пока ничего не обнаружено, но некоторые шансы найти остаются.

Что дальше, после LHC? Действительно, стоимость LHC составила около 6 млрд. долларов. В будущем планируется увеличить энергию LHC вдвое (путем замены магнитов на более сильные). Дальше возможен будет линейный электрон-позитронный коллайдер на энергии до 3 ТэВ. Рассматривается вариант очень большого протон-протонного коллайдера на энергию до 100 ГэВ. Также разрабатывается мюонный коллайдер на энергии до 100 ТeV. Дальнейший подъём энергии практически невозможен ввиду запредельной стоимости и размеров. Этот путь тупиковый, так как характерный масштаб энергий в физике частиц — это масса Планка (масса, составленная из фундаментальных констант скорости света, постоянной Планка и гравитационной постоянной), составляющая 10¹⁹ ГэВ, что на 15 порядков больше энергии Большого адронного коллайдера.

Другой подход, который, возможно, позволит понять, что происходит даже при массах Планка, — это детальное изучение редких процессов при доступных энергиях. Очень обещающей является нейтринная физика. Недавно обнаружено, что массы нейтрино отличны от нуля и лежат в области 10^-3-10^-2 эВ. Есть предположения, что их масса связана с явлениями при планковских энергиях. Детальное изучение нейтрино может также пролить свет на вопрос о том, почему Вселенная состоит из материи, а антиматерия куда-то подевалась. Казалось бы, что всё должно быть симметрично.