» » В. А. Рубаков Физика элементарных частиц в преддверии запуска Большого адронного коллайдера

В. А. Рубаков Физика элементарных частиц в преддверии запуска Большого адронного коллайдера

 

 

В. А. Рубаков Физика элементарных частиц в преддверии запуска Большого адронного коллайдера


Об авторе

Валерий Анатольевич Рубаков — академик РАН, профессор кафедры квантовой статистики и теории поля физического факультета МГУ, главный научный сотрудник отдела теоретической физики Института ядерных исследований РАН. Область научных интересов: физика элементарных частиц, квантовая теория поля и космология. Провел исследования по теории ранней Вселенной. Внес основополагающий вклад в теорию квантовой гравитации. Изучает различные модели объединения взаимодействий. Автор гипотезы о распаде протона.

 

Ведущий. Каждый месяц мы встречаемся в этом зале и приглашаем видных российских и зарубежных ученых для того, чтобы вы могли быть в курсе последних научных достижений, последних событий в науке. И сегодня я не побоюсь сказать, что нам очень повезло: Валерий Анатольевич любезно согласился рассказать о новом важнейшем научном приборе, который сейчас запускается и который позволит осуществить некий прорыв в фундаментальных познаниях человека о материи и об окружающем мире. Итак, я предоставляю слово Валерию Анатольевичу Рубакову. Пожалуйста.

В. А. Рубаков. Спасибо. Здравствуйте.

Ну, вы, наверное, наслышаны все об адронном коллайдере, который вводится в строй в ЦЕРНе. Ну, и вот в связи с этим — наш сегодняшний с вами разговор о том, чего мы ожидаем от него. Это не то, что разговор о тех достижениях, которые уже реально имеются, а скорее разговор о тех ожиданиях, которые связаны с этой новой машиной.

Значит, прежде всего, что сегодня достигнуто, какие сегодня инструменты имеются? Речь идет о физике высоких энергий, речь идет о столкновениях высокоэнергичных частиц между собой. Их можно охарактеризовать энергией в системе центра масс. Коллайдеры — это ускорители заряженных частиц, в которых имеются частицы, которые движутся в одну сторону и в другую сторону. И вот они сталкиваются с одинаковой энергией, так сказать, друг навстречу другу. Collide — «сталкивать», отсюда произошло слово «коллайдер».

Сегодня имеется Тэватрон — это давно работающая установка, адронный коллайдер тоже, в Фермилабе, в Соединенных Штатах Америки. Это самая энергичная машина, и энергия, которая на ней достигнута, — это 1 ТэВ на 1 ТэВ. Значит, суммарная энергия в системе центра масс — 2 ТэВа. ТэВ — тераэлектронвольт (я чуть попозже скажу, как надо относиться к этим ТэВам). Значит, это протон-антипротонный коллайдер, сталкиваются в нём протоны и антипротоны.

 

В. А. Рубаков Физика элементарных частиц в преддверии запуска Большого адронного коллайдера

 

Вы видите, что ЦЕРН создает сейчас... в ЦЕРНе... Скажем так: не ЦЕРН, а всё научное сообщество, которое занимается физикой высоких энергий, физикой элементарных частиц, создает сегодня Большой адронный коллайдер и детекторы на этом адронном коллайдере. Это машина, у которой энергия в 7 раз больше — 7 ТэВ на 7 ТэВ — 14 ТэВ в системе центра масс. Это протон-протонная машина. На самом деле, при таких энергиях уже не важно, протон-протонная или протон-антипротонная машина. Почти не важно. Антипротоны, конечно, создавать достаточно трудно, поэтому остановились на варианте протон-протоны. Начало работы анонсировано в нынешнем году, но вы, наверное, слышали, что сейчас имеются технические проблемы с вводом в строй. Реально, так сказать, на физику уж точно, это давно было понятно, что физика на нём начнется в лучшем случае в будущем году, в первой половине будущего года. Ну, и где-нибудь к лету, в оптимистическом варианте, появится первый физический результат, а может быть, и первое открытие, если природа к нам благосклонна.

Значит, это ясно — что это новая область энергии. Но как относиться к этим ТэВам? К этим ТэВам надо относиться немножечко с аккуратностью. Почему? Потому что протоны — это не элементарные частицы, протоны сами состоят из кирпичиков, эти кирпичики — вы, наверное, слышали слово — «кварки». А на самом деле есть еще и другие частицы, которые тоже присутствуют в протоне, — это глюоны, это частицы, в каком-то смысле похожие на фотон, но они все живут в протонах, нейтронах и других частицах составных. Поэтому энергия столкновения протона — это не показатель, в общем-то, а показатель — это энергия столкновения кварка, элементарной составляющей протона, — кварков между собой и глюонов.

Примерно на каждый кварк приходится, ну, так, в среднем, одна шестая энергии. Ну, иногда бывает, что кварк несет больше энергии, у него энергия может быть разная внутри протона — ну и, грубо говоря, для оценки, энергии вот таких элементарных столкновений, составляет около 3 ТэВ. Значит, из 14 ТэВ при столкновении типично происходит столкновение с энергией — между кварками, или кварком с глюоном, или двумя глюонами — типично происходит столкновение с энергией один, два, ну, три ТэВа. На Тэватроне это, соответственно, около 400 ГэВ — максимальная энергия столкновения. Понятно, что речь, конечно, должна идти о столкновениях элементарных составляющих. Если вы возьмете кирпич — так сказать, стукнете кирпичом по кирпичу, то, вообще-то, кирпич будет иметь большую энергию, чем протон вот этот вот, 7 ТэВ. Но ничего вы, конечно, о физике элементарных частиц при этом не узнаете, потому что столкновения элементарных составляющих кирпича — они, конечно, будут иметь маленькие энергии. Важно, какие энергии в элементарном акте столкновения имеются.

Ну вот, наверное, вы подобные картинки видели, так или иначе. Это машина кольцевая. На самом деле это целый комплекс ускорителей: тут есть разные ускорители поменьше, основной ускоритель и накопитель — это вот это кольцо, где большущее... где протоны ускоряются, одни летят в одну сторону, другие — в другую и держатся там. Важно еще и удержать их достаточно долгое время, потому что столкновения между отдельными протонами в пучке происходят не так уж чтобы совсем часто. Значит, они в течение долгого времени удерживаются в пучке, впрыскиваются вот из всей этой системы, удерживаются в кольце. И есть несколько подземных залов, где расположены детекторы. Собственно, там, в этих точках, в этих местах протоны и сталкиваются, и в этих детекторах появляются следы от тех частиц, которые при этом образуются, которые при этом разлетаются в разные стороны.

 

В. А. Рубаков Физика элементарных частиц в преддверии запуска Большого адронного коллайдера

 

Вы задавайте мне вопросы, пожалуйста. Физика — наука не самая простая, если что непонятно — так вы задайте вопрос. Может, и другим будет, как говорится, понятнее и интереснее.

Пожалуйста.

Вопрос. А что в итоге даст этот коллайдер?

В. А. Рубаков. Вот сейчас об этом пойдет речь.

Значит... Пожалуйста. Громче только.

Вопрос. Было сказано, что глюоны и, соответственно, кварки — частицы элементарные. Только на энергиях этого порядка или вообще?

В. А. Рубаков. Значит, сейчас скажу. Кварки и глюоны. Ну, мы сейчас до этого дойдем, давайте, я чуть-чуть отложу ответ на этот вопрос, потому что мы сейчас к этому придем.

Прежде чем отвечать на этот вопрос и на похожие. Значит, у каждой частицы — почти — есть своя античастица. Антипротон — это частица. Значит, у протона заряд «плюс», да, ядро атома водорода +1, а у антипротона заряд –1. Масса в точности одинакова, а частица-античастица — они замечательны тем, что они между собой могут аннигилировать, они могут, когда встречаются друг с дружкой, превратиться, например, в фотоны, в свет. Ну, в кванты света. У большинства частиц есть такие античастицы. Вы слышали, наверное, слово «позитрон» — это положительно заряженный электрон, античастица для электрона, тоже такой существует. И для большинства частиц имеются свои античастицы. Характерно то, что, скажем, позитрон с электроном могут проаннигилировать в два или три фотона, а антипротон, скажем, с электроном проаннигилировать уже не могут. Это две разные, как бы, ипостаси, две разные сущности. А протон... Антипротон — это «двойник» протона.

Значит, теперь понятно... Вопрос есть. Да, пожалуйста.

Вопрос. Могут ли частицы и античастицы аннигилировать друг в друга?

В. А. Рубаков. Могут. Например, электрон с позитроном, если у них достаточно большая энергия, могут проаннигилировать в мюон-антимюон — есть такие частицы, более тяжелые. То есть превращения могут быть в разные частицы, важно, что полный заряд, все заряды, все квантовые числа у конечного состояния, в результате аннигиляции получающегося, должны быть нулевыми. Они должны быть все нейтральны, эти частицы, куда могут проаннигилировать частицы-античастицы, суммарно нейтральны.

Почему важно иметь высокие энергии, почему физики стремятся получить ускорители со всё более и более высокими энергиями? Ответ на этот вопрос двоякий — ну, это, на самом деле, два резона, но оба эти резона связаны друг с дружкой очень тесно, поэтому ответ на самом деле — один и тот же.

 

В. А. Рубаков Физика элементарных частиц в преддверии запуска Большого адронного коллайдера

 

Значит, во-первых, есть такая формула: E = mc2, которая говорит вам о том, что если у вас имеется частица с массой m, то у нее есть обязательно энергия покоя E, ее энергия не может быть меньше, чем эта энергия E, которая равна mc2. Это минимальная энергия у этой частицы; если она к тому же еще движется — значит, энергия еще больше. Значит, вот для протона — как относиться к ТэВам — для протона эта энергия покоя равна 1 ГэВу примерно, 938 МэВ. Значит, 1 ГэВ, Гигаэлектронвольт. ТэВ — это в тысячу раз больше. Наиболее тяжелая частица,как раз на Тэватроне открыта, — это t-кварк (я немножко поговорю о том, какие бывают кварки, чуть позже). У него энергия покоя — 172 ГэВа. Значит, вот Тэватрон способен — в небольшом количестве, но способен — образовывать, рождать при столкновении протона-антипротона вот такие тяжелые частицы. Дальше я буду c в формулах опускать, и энергия поэтому и масса для меня будет одно и то же. Массу я буду измерять в единицах энергии, энергии покоя.

И поэтому, если хотите изучать тяжелые частицы, хотите их образовывать, рождать новые тяжелые частицы, то вам нужна большая энергия. Вот на Тэватроне сильно дальше 170 ГэВ не пройдешь. Если есть в природе новые тяжелые частицы неизвестные — а, как мы видим, есть достаточно большие основания думать, что таковые имеются, — то для того, чтобы их образовывать, для того, чтобы они рождались, вам нужна энергия, достаточная, чтобы образовывать... как правило, они рождаются парами, а то и больше... значит, вам нужна энергия, в единичном акте столкновения, заметно больше, чем масса этой частицы, mc2, чем энергия покоя этой частицы. Это первый ответ на вопрос.

Второй ответ на вопрос, зачем нужны энергии, приходит из квантовой механики. Это вы, может быть, и не очень знаете, но в квантовой механике есть такое соотношение (и более-менее понятное соотношение), что если вы хотите измерять что-то на расстояниях ?х, то вам нужны импульсы (?р здесь написано), обратно пропорциональные этим расстояниям. Дело в том, что все частицы в квантовой механики — это, на самом деле, волны, и те частицы, которые пробуют... ну, как фотон — он одновременно и частица, и волна. Если вы хотите под микроскопом что-то разглядывать, то вам нужно, чтобы длина волны вашего света была меньше, чем размер тех объектов, которые вы разглядываете. С большой длиной волны вы никогда не увидите маленький предмет: через него волна будет проходить, практически его не будет замечать. То же самое — это общая ситуация, — то же самое происходит в физике частиц. Так что если вы хотите изучать физику на маленьких расстояния, то вам нужна большая энергия: большой импульс, и, соответственно, большая энергия. Частицы ультра-релятивистские, значит, у них импульс и энергия одинаковые.

Значит, если вы хотите изучать физику на сверхмалых расстояниях, как устроена природа на самом фундаментальном уровне, на совсем маленьких расстояниях, то вам надо иметь энергии, ну, обратно пропорциональные этому расстоянию. h здесь — это постоянная Планка, но это не суть важно; важно, что современные расстояния, до которых можно добраться и изучать физику на этих расстояниях — как взаимодействуют частицы на таких маленьких расстояниях, — сегодня эта величина примерно 10–16 см. Опять же, с чем сравнивать? С размером протона. У протона размер 10–13 см, значит, в 1000 раз меньше. Ну, грубо говоря, в соответствии с тем, что у вас сегодня имеются энергии в 1000 раз больше, чем энергия покоя протона. Значит, вот такие расстояния, до которых сегодня добрались в физике, и если вы повышаете энергию почти на порядок, то вы надеетесь изучить природу на расстояниях на порядок меньше.

 

В. А. Рубаков Физика элементарных частиц в преддверии запуска Большого адронного коллайдера

 

Ну, вот то, что я хотел бы в этой своей лекции подчеркнуть — это то, что сейчас очень интересный момент, и перед физикой элементарных частиц, вообще фундаментальной физикой, встали вопросы совершенно новые по сравнению с теми вопросами, на которые физика отвечала и эксперименты отвечали до сих пор. И в большой степени благодаря вот этому Большому адронному коллайдеру (LHC — это его аббревиатура; Large Hadron Collider — это аббревиатура Большого адронного коллайдера). Так вот, благодаря этому Большому адронному коллайдеру мы все надеемся, что мы будем понимать природу совершенно по-другому; ну, не по-другому — гораздо лучше, гораздо глубже в ближайшие годы.

Что мы сегодня знаем про физику элементарных частиц? На самом деле, мы знаем... имеем некую картину, конечно, формулы никакие я здесь писать вам не буду, но картина довольно простая в конце концов получается. Ее называют Стандартной моделью физики частиц, этот термин, который... вообще-то, надо было назвать ее «теорией элементарных частиц», или что-нибудь в таком духе, но это, значит, терминология. Стандартная модель физики частиц — когда-то она была моделью, сейчас это хорошо проверенная теория, и в ней имеется довольно простая конструкция. Значит, есть, ну, как вы знаете, есть атомы, есть ядра, в ядрах имеются протоны и нейтроны, а вот эти самые протоны и нейтроны состоят как раз из кварков — вот они тут обозначены, три штуки есть в протоне, — и они связаны между собой глюонами — частицами, похожими на протон.

 

В. А. Рубаков Физика элементарных частиц в преддверии запуска Большого адронного коллайдера

 

Есть всего 6 типов кварков, которые так вот группируются в двоечки по некоторым причинам. 6 типов кварков, они имеют свои названия, некоторые довольно-таки интересные названия: например, c — это очарованный кварк (charm), а s — это странный кварк. Ну вот, b и t — к ним как-то особенно не прижились названия красивые, их так и называют: t- и b-кварки. Значит, вот есть три типа частиц, они отличаются своими массами. Вообще-то они очень похожи. Например, вот этот u-кварк, который входит в состав протона (их там два, и один d-кварк), это вот те кварки, из которых состоят обычные протоны, нейтроны, ?-мезоны, известные вам частицы. А это их партнеры; значит, c-кварк — он по своим свойствам очень похож на u-кварк, и t-кварк тоже, а нижние, соответственно, на d-кварк. «Upper» и «down», да, u и d — это «upper» и «down».

Так вот, есть такая, так сказать, «трипликация», что ли — утроение семейств кварков, и точно такое же утроение семейств, как говорят, лептонов. Кварки сильно взаимодействуют между собой, они объединяются в частицы типа протона, а лептоны — это слабо взаимодействующие частицы по сравнению с кварками. Ну вот известный всем электрон и нейтрино есть электронное, это его партнер. Тоже они вот в парочки такие объединяются, различающиеся по заряду. Нейтрино электрически нейтрально. И, соответственно, еще два типа лептонов: мюон и ?-лептон. И, соответственно, их нейтрино. Вот те семейства частиц, которые похожи на электрон, а есть семейства частиц — ну, есть античастицы, как я уже говорил — есть, конечно, античастицы ко всем к ним — позитрон, антинейтрино, антикварк... А плюс к тому, есть еще частицы, которые похожи на фотон. Вот вы знаете про электрон, знаете про фотон — это квант света. Частицы, похожие на фотон — это, как я уже упоминал, глюоны, которые обеспечивают взаимодействие между кварками; фотоны обеспечивают электромагнитные взаимодействия — и между кварками, и между лептонами, теми, кто заряжен. Глюоны обеспечивают взаимодействие между кварками. Есть еще частицы, отвечающие за слабые взаимодействия: W- и Z-бозоны, они все открыты, эти частицы. Это было довольно крупное открытие, которое было сделано в ЦЕРНе в начале 80-х годов, в 82-83 году. Значит, это тяжелые частицы, похожие на фотон, но массивные, тяжелые. У W-бозона масса — 80 ГэВ, в 80 раз тяжелее, чем протон. У Z — 90.

И в Стандартную модель включается еще одна частица, тоже вы о ней, наверное, слышали — частица, которую называют «хиггсовский бозон». Ну, «бозон» — это, так сказать, для меня не очень важно, — это та частица, которая непременно должна быть открыта на ускорителях в ближайшем будущем. Зачем он нужен — первый вопрос. Хиггсовский бозон нужен. Дело вот в чем: это немножко сложный вопрос, но я постараюсь на него ответить так, чтоб хотя бы идея была понятна.

 

В. А. Рубаков Физика элементарных частиц в преддверии запуска Большого адронного коллайдера

 

Задавайте, задавайте вопросы. Я готов отвечать в любой момент. Прерывайте, кричите с места, давайте.

Вопрос. Все ли кварки между собой сильно взаимодействуют?

В. А. Рубаков. Да, все кварки между собой взаимодействуют сильно.

Не только в паре, а...

— Нет-нет, они все взаимодействуют одинаково между собой, с точки зрения сильных взаимодействий они все взаимодействуют одинаково сильно.

Значит, в чем дело? Дело в том, что вообще-то Стандартная модель имеет много симметрий. Если на нее посмотреть повнимательнее, на то, как устроены взаимодействия в Стандартной модели, то там есть много симметрий, таких необычных симметрий, которые... — ну, таких симметрий, которые запрещают фотону иметь массу. Фотон — безмассовая частица, у него массы нет, он летает со скоростью света. Ну, тавтология в каком-то смысле, но важно, что его остановить нельзя никак. Значит, фотон — частица безмассовая, и за этим есть, на самом деле, глубокая симметрия, есть, так сказать, причина, по которой фотон не обладает массой. По такой же аналогичной причине все частицы Стандартной модели должны были бы быть без массы. Если посмотреть на то, как устроены взаимодействия в Стандартной модели, то все частицы — и электрон, и кварки, и тяжелые кварки (172 ГэВа топ-кварк весит), — все они должны были бы быть безмассовыми. И вот эти w- и z-бозоны, у которых масса — 80-90 ГэВ — они тоже должны были бы быть безмассовыми. Но все они, конечно, имеют массу, мы с вами прекрасно знаем. Мы не летаем с вами со скоростью света, мы все состоим из массивных частиц, слава богу. Значит, в чем дело? Дело в том, что эта симметрия не должна работать по-простому, она должна быть нарушена, как говорят. На самом деле, с нарушением симметрии вы сталкивались, конечно.

Вот представьте себе, что у вас есть магнит, обычная железяка намагниченная. Это система с нарушением симметрии. Какой? Очень просто: у вас есть магнитное поле в этой железяке, это магнитное поле — это вектор, который куда-то направлен; в хорошем магните он направлен везде, в каждом месте в одну сторону, так. И это нарушает симметрию. Какую? Симметрию вращения пространства. У нас с вами в пространстве есть симметрия относительно вращения, вы, наверное, знаете, что с ней связано сохранение углового момента и так далее. Есть симметрия относительно вращения: у вас нету... в каком направлении ни посмотри, пространство везде одинаковое. Но если вы забрались бы в железяку эту, в магнит, то вы бы эту симметрию не увидели по-простому, потому что у вас есть вектор в этом магните, выделенный, направленный в какую-то определенную сторону. Он может в этой железяке в принципе быть направлен в самые разные стороны. В хорошем, опять-таки, образце вы можете заставить его, приложив магнитное поле, перенаправить его. Но если вы это магнитное поле уберете, у вас всё равно будет выделенный вектор; в эту ли сторону или в эту — это всё равно, из-за того, что в пространстве выделенных направлений никаких нету, этому вектору всё равно, куда смотреть, но куда-то он смотрит. Куда-то магнитное поле направлено в этой железяке. Значит, это типичная ситуация с нарушением симметрии, когда у вас вообще-то в пространстве, симметрия пространственных вращений — она есть в природе, но, как говорят, основное состояние, наиболее выгодное энергетически состояние устроено так, что эта симметрия нарушена, что этой симметрии вы явно не наблюдаете.

Вот точно такая же ситуация — ну, здесь не выделенный вектор, а, так сказать, пространственная симметрия не нарушается никак, но симметрии Стандартной модели, по-видимому — по-видимому, потому что это еще вопрос, который, как говорится, предстоит узнать. Поэтому, по-видимому, они нарушены примерно таким же способом. То есть у вас эта симметрия не явным образом присутствует в Природе. И вот поле Хиггса, а точнее, Браута (Robert Brout), Энглера (Francois Englert) и Хиггса (Peter Higgs), — это люди, которые независимо (и Браут, и Энглер даже немножко раньше, чем Хиггс) предложили способ, механизм теоретический, как симметрия может быть нарушена. Предполагается, что в нашем вакууме, в котором мы живем, наш вакуум имеет поле, в нём присутствует некое поле. Поле — это ну, такая, что ли, субстанция, которая похожа на электромагнитное поле, опять-таки, идеологически. И вот это поле и нарушает симметрию. Разлито в вакууме некое поле, некоторая такая субстанция своеобразная, которая и нарушает симметрию. Да, давайте.

Вопрос. У этого поля масса есть?

В. А. Рубаков. У этого поля масса есть, и вот хиггсовский бозон — это как раз квант этого поля. Для того чтобы нарушить симметрию, нужно специальное поле вводить в теорию, а квантом этого поля как раз и служит новая частица. Как у электромагнитного поля есть квант — фотон, так и у поля, вот этого, Браута, Энглера и Хиггса есть частица, квант этого поля — хиггсовский бозон. Он нужен... Да?

Вопрос. Что такое «квант поля»?

В. А. Рубаков. Квант поля — это вы когда-нибудь будете изучать, но по-простому говоря... Вот электромагнитное поле у вас есть, да, электрическое есть поле, есть магнитное поле, есть волны электромагнитные — это всё проявления электромагнитного поля. Теперь, выясняется, что в квантовой физике каждому полю соответствует частица. Вот если у вас есть электромагнитное поле, то, если вы будете изучать его структуру, если хотите, то увидите, что это поле состоит как бы — так немножечко условно, квантовая физика не очень поддается наглядному описанию, — но тем не менее, это поле как бы состоит, что ли, из этих вот квантов, и фотон — это как раз и есть квант этого поля. Ну, вот — максимум, что я могу ответить. Да?

Вопрос. А Стандартная модель не запрещает иметь именно полям массу?

В. А. Рубаков. Ну, полям и частицам — это одно и то же. Стандартная модель запрещает, если не вводить вот такого механизма нарушения симметрии, то все поля, все частицы будут безмассовыми.

А вот тогда как же объяснить то, что эта частица, она разрешает эту проблему, но при этом сама противоречит себе, так как имеет массу?

В. А. Рубаков. Нет, она ничему не противоречит, точно таким же путем, как она дает массы... ну, как это поле, разлитое всюду... Ну, образ такой: хиггсовское поле, которое разлито всюду, — это как бы океан, так? А хиггсовский бозон — это волна в этом океане. Это, на самом деле, более-менее правильный образ: хиггсовский бозон — это волна вот в таком вот океане. Пока этих волн вы не чувствуете, этот океан для вас... ну, вы не видите, что в этом океане могут быть волны. Но если вы эту волну возбудили, то вы узнали, что у вас есть океан, что у вас есть... полно воды, что вы в море находитесь, в океане.

Вопрос. Какая связь этого поля с гравитационным?

В. А. Рубаков. С гравитационным — никакая... Ну, какая? ... Обычная, так сказать. Всё весит, всё имеет энергию, гравитационное поле взаимодействует с энергией в любой форме. Поэтому никакой специальной связи нету, ничего особенного по отношению к гравитационным взаимодействием нету. Наверное. «Наверное», опять-таки, потому что мы этого, строго говоря, ничего не знаем.

Значит, ну, вот что-то вроде хиггсовского бозона действительно обязательно должно быть в природе, и если не найдут на этом ускорителе, LHC, Большом адроном коллайдере — может быть его, кстати, найдут на Тэватроне, раньше, чем на Большом адронном коллайдере. Сейчас идет гонка между двумя вот этими машинами, но если ни на одной из них хиггсовского бозона не найдут, то это будет, ну, для теоретиков, шоком. Потому что невозможно себе представить, как получаются массы без механизма нарушения симметрии, без чего-то, что было бы похоже на бозон Хиггса. Почему «чего-то» — потому что есть на самом деле альтернативные варианты, не обязательно буквально простейшие схемы, которые предложили Энглер, Браут и Хиггс, есть, так сказать, более сложные схемы. Но, тем не менее, все они связаны с существованием новой частицы со свойствами, похожими на свойства хиггсовского бозона.

Значит, надо будет тогда, если его не найдут, тут, я думаю, так сказать, ученые должны будут — если честные ученые — признаться в профессиональной несостоятельности, уйти в дворники.

Вопрос. Почему фотон массы не имеет?

В. А. Рубаков. Почему фотон? Ну, вот я попытался сказать, что за этим стоит некая симметрия, но более подробно мне трудно сказать, это потребовало бы некоторой, так сказать, довольно профессиональной, что ли, профессионального разговора.

Хорошо. Значит, так что... Да?

Вопрос. Извините, вот вы сказали, что это будет теоретическим шоком, но ведь существует достаточно много теорий, которые имеют достаточные обоснования, и на данный момент, как минимум, содержащихся в Стандартной модели. Почему вы считаете, что именно эта теория должна подтвердиться? Почему вы не даете права другим теориям?

В. А. Рубаков. Нет. Каким другим теориям? Стандартную модель мы знаем, она подтверждена прекрасно, тут, как говорится, других теорий в той области энергий, которую мы сегодня прошли, других теорий просто нет, это правильная теория.

Нет, ну а как же, там, теория суперструн?

— Теория суперструн — это не другая теория. Она должна в себя включать в том или ином виде, сводиться при низких энергиях к Стандартной модели. Она не должна противоречить Стандартной модели, она как бы обобщает ее, или пытается обобщить Стандартную модель, предсказать, что происходит при более высоких энергиях. То есть, Стандартную модель трогать, ну, так же, как закон Ньютона, да? Там, первый-второй закон Ньютона — они, конечно, неправильные. Все знают, что они неправильные, а правильные законы — это законы теории относительности специальной. Поэтому, там, тому, что вас учат в школе «законы Ньютона» — они неправильные. Но надо понимать, что они правильные — они работают — в области своей применимости, когда скорости, например, частиц или, там, тел много меньше скорости света. Тогда всё, отлично, законы Ньютона работают, и расширение Ньютоновской механики обязательно должно было происходить так (это так и случилось), что в правильном пределе, пределе, когда скорости малы по сравнению со скоростью света, ньютоновская механика восстанавливается. То же самое и здесь: в пределе энергий сравнительно низких, вот тех, до которых мы добрались, должна обязательно восстанавливаться из любой теории Стандартная модель. А уже внутри самой Стандартной модели видно, что вы ничего не сможете сделать с массами, если не будете вводить что-то вроде хиггсовского механизма.

Вопрос. Извините, пожалуйста. Если мы вообще не находим Хиггс, то можно ли говорить, что он просто может быть тяжелее?

В. А. Рубаков. Кто может быть тяжелее? Хиггс? Нет, он должен быть сравнительно легкий, он должен быть в пределах досягаемости. В этом вся, как говорится, интрига, что Хиггс нельзя сделать тяжелее, у него масса должна быть сравнима с массой тех частиц, которые мы знаем, которые получили массу за счет хиггсовского механизма. То есть, 172 ГэВ — это наиболее тяжелые частицы, ну, у Хиггса может быть 300 ГэВ, ну, 400 ГэВ. Но не сильно больше.

Вопрос. Но если мы сравним с лептонами — переносчики, те же самые W, во много раз тяжелее. Почему здесь не может быть во много раз тяжелее?

В. А. Рубаков. Не может быть. Это теоретически невозможно, это, как говорится, противоречит... Значит, так. Есть железные, как говорится, аргументы теоретические, говорящие о том, что он тяжелее 800 ГэВ быть не может точно, это, как говорится, железный совершенно аргумент на эту тему имеется. Менее железные — 400, а, так сказать, совсем не железные — 200.

Вопрос. Есть ли гипотезы, объясняющие нарушение симметрии и не использующие бозон Хиггса?

В. А. Рубаков. Есть. Но... Есть, конечно; так сказать, ученые — народ... теоретики — народ изобретательный, они не останавливаются на одном-единственном объяснении возможном, ищут альтернативы. Но, значит, все они так или иначе приводят к существованию новых частиц похожих — не буквально совпадающих по своим свойствам, но похожих на бозон Хиггса. Похожих иногда в довольно широком смысле, но всё равно это частицы с массами ниже, чем ТэВ, и всё равно это частицы, у которых свойства достаточно близкие к свойствам бозона Хиггса. Так что не обязательно сам хиггсовский бозон будет открыт в таком его простом варианте, но что-то аналогичное должно существовать в природе обязательно.

Ладно, поедем дальше.

Значит, ну вот для меня важно, чтобы вы себе представляли, какие есть в природе, в фундаментальной физике масштабы, которые сейчас кажутся фундаментальными. Масштабы длин и, соответственно, энергий.

 

В. А. Рубаков Физика элементарных частиц в преддверии запуска Большого адронного коллайдера

 

Вопрос. Можно вопрос?

В. А. Рубаков. Да. Я не вижу, где.

Вопрос. Вот поле вызывает нарушение симметрии. Но, насколько я знаю, оно вроде как скалярное.

В. А. Рубаков. Точно. Это не симметрия относительно пространственных вращений или что-то такое.

Хорошо. Но чтобы было что-то интересное, оно, наверное, должно быть анизотропно?

В. А. Рубаков. Нет. Нет-нет, нет. Анизотропно — это мы бы с вами жили тогда в анизотропном мире, в мире, где было бы...

Вопрос. (неразборчиво) Если оно не анизотропно, то как оно...

В. А. Рубаков. Нет, оно нарушает внутренние симметрии так называемые. Это не симметрии, известные нам, известные вам (это симметрии, там, относительно сдвигов пространства, сдвигов во времени или вращений в пространстве). Есть так называемая внутренняя симметрия — симметрия, которая не имеет отношения к симметриям пространства. В физике частиц таких симметрий полно, и в частности, вот, безмассовость фотона — это проявление одной из таких симметрий. И вот хиггсовское поле — оно по отношению к внутренним симметриям не скалярно, как вы говорили. Оно знает, чувствует и преобразуется при этих внутренних симметриях. Так же, как вот вектор при преобразованиях вращений поворачивается, так же и хиггсовское поле поворачивается, но не в нашем пространстве, а как бы во внутреннем пространстве. И вот эту внутреннюю симметрию оно и нарушает.

Спасибо.

— OK.

Ладно, значит, масштабы. Есть фундаментальный масштаб, который относится к сильным взаимодействиям: это примерно 10–13 см, размер протона или масштаб ядерных сил, если хотите, и соответствующая энергия — это энергия примерно ГэВ. Второй масштаб — масштаб электрослабых взаимодействий. Электромагнитные слабые взаимодействия на самом деле представляют из себя некоторое единое взаимодействие, но вот как раз благодаря этому самому нарушению симметрии мы этого не очень-то видим. Слабые взаимодействия отвечают за явления типа бета-распада, за явления такие редкие и редко проявляющиеся — на то они и слабые взаимодействия.

Так вот, их масштаб больше по энергии, и с этим как раз и связана слабость взаимодействия: чем больше масштаб энергии, тем слабее взаимодействие. Такая есть, как говорится, ситуация. Их размер... размер меньше. Характерный размер для них — это размер как раз 10–16 см, тот самый размер, выше которого LНC старается пробиться, будет способен пробиться, и в этом самый интерес.

И, наконец, есть масштаб гравитационных взаимодействий. Нельзя сбрасывать со счетов и гравитацию. Это очень слабенькая сила. Ну, так сказать, на Земле кажется, что она сильная, но это из-за того, что Земля большая. Если вы посмотрите на взаимодействие протонов между собой, то электрические силы между ними — кулоновские взаимодействия — на многие-многие порядки сильнее, чем гравитационные. Гравитационные силы слабенькие.

И с этим связан тоже свой масштаб, безумно маленький масштаб длин. Никогда в жизни человечество до него не доберется на ускорителях. 10–33 см — это безумно маленькая величина. И, соответственно, энергии гигантские — 1019 ГэВ. Это сумасшедшая энергия, никогда в жизни ускоритель на такие энергии построен не будет.

Вопрос. (неразборчиво) А если на ускорителе не получится, то, может, получится (неразборчиво) космических частиц (неразборчиво)?

В. А. Рубаков. Нет, космические лучи тоже не помогают. Значит, это речь идет об энергии в системе центра масс. В системе центра масс космические лучи имеют на много порядков меньшую энергию. Ничего не поможет. Никогда мы в эту область не пробьемся. Это только, может быть, с помощью космологических данных. И то, вопрос большой.

Но, тем не менее, есть вот такая огромная разница в масштабах фундаментальных взаимодействий. Я хочу, чтоб вы это понимали. И это одно из очень странных явлений в природе, имеющихся. Ну, я хочу сказать, что Стандартная модель, о которой я говорил, она проверена экспериментально — прекрасно проверена на самом деле. Электродинамика проверена, уровень точности — 10–8–10–12. Лучше, чем одна миллиардная. Одна триллионная местами. И с этим надо считаться: когда вы пытаетесь придумать новую теорию, нельзя забывать, что старая проверена с высокой точностью. Мы знаем про электрослабый сектор, про электромагнитные слабые взаимодействия с несколько худшей точностью, если говорить об энергиях порядка сотни ГэВ. Там точность составляет 0,1% — тоже прекрасная точность, надо сказать. Сами понимаете, что такие точности — 0,1% — на уровне мира элементарных частиц — это дело серьезное.

 

В. А. Рубаков Физика элементарных частиц в преддверии запуска Большого адронного коллайдера

 

Почему эта точность важная? Я вот что скажу: электродинамика проверена вот с такой высокой точностью, и это позволяет проверять квантовую теорию. Квантовая теория — вещь нетривиальная. В ней есть, помимо, так сказать, простых эффектов, есть так называемые «радиационные поправки». Это вот что такое. Значит, в вакууме, помимо вот этого хиггсовского поля гипотетического, обязательно присутствуют вообще-то все частицы, например, электроны и позитроны. Они образуются и уничтожаются. Опять-таки, по принципу неопределенности вы можете на короткое время создать парочку частиц — электрон с позитроном, — а потом они обратно аннигилируют. Это всё время происходит в вакууме. Кварк с антикварком тоже появляются-аннигилируют. Это всё время процессы, которые в вакууме идут, и наличие таких процессов — оно приводит... это процессы, невидимые глазу, но оно приводит к влиянию, к тому, что вакуум — такая его структура — влияет на наблюдаемые величины. Например, на уровне энергии в атоме водорода. Такая точность, в частности, достигается при измерениях — точных измерениях — уровня энергии в атоме водорода. Они знают про рождающиеся и уничтожающиеся в вакууме электрон-позитронные пары (в основном — электрон-позитронные пары вкладывают). Но не только: и кварки тоже вкладывают, меньше, но вкладывают. Поэтому, когда речь заходит о точности типа 0,001, это означает, что эксперимент чувствителен вот к этим радиационным эффектам — как говорят, радиационнымпоправкам, — к эффектам, которые существенно квантовые и эффекты, которые проистекают в этом вакууме.

На этой основе, еще до того, как реальная части... топ-кварк (например), t-кварк, был обнаружен, была предсказана его масса. Как? Кварки тоже рождаются и уничтожаются в этом вакууме, и они влияют на свойства других частиц, например W- и Z-бозонов. И измерение — точное измерение — свойств известных частиц привело к предсказанию массы этого t-кварка, и предсказание было вот такое: 170–180 ГэВ. Реально — 172. Так что теоретики — они тоже не зря свой хлеб едят, они умеют предсказывать — на основании квантовой теории — предсказывать разные вещи. В частности, такое вот было сделано предсказание. Да?

Вопрос. Извините, я слышал, что с помощью коллайдера хотят доказать теорию большого взрыва?

В. А. Рубаков. Ну, давайте мы такие вопросы оставим под конец — общего характера. Давайте вопросы будем задавать...

Вопрос. Можно еще вопрос? Вообще как они возникают, кварки? Ну, вообще частицы: вы говорите, они возникают, получаются из ничего?

В. А. Рубаков. В вакууме? Да, это не запрещено, не запрещено возникнуть на короткое время паре частиц, а всё, что не запрещено — всё происходит. А причин никаких нет. Не запрещено — значит, происходит. Вот и все причины.

Вопрос. А если не найдут бозон Хиггса, имеет ли смысл и может ли человечество сейчас построить более мощный ускоритель?

В. А. Рубаков. Если не найдут бозон Хиггса, то я боюсь, что человечеству очень трудно будет объяснить, зачем нужен новый ускоритель. Потому что, так сказать, если у вас ничего нету, кроме известных частиц, то объяснить, зачем вам нужно больше энергии иметь, где опять ничего не будет обнаружено, будет чрезвычайно сложно. Ну, есть шанс, что ничего не будет обнаружено... Будет, конечно, очень сложно объяснить, так сказать, людям, и физикам в первую голову — самим себе, потому что ожидание-то связано как раз именно с этой вот областью энергии, которая будет изучена с помощью Большого адронного коллайдера.

Хорошо. Значит, несмотря на то, что...

Вопрос. Простите, пожалуйста, вот такой вопрос. Если в вакууме пара частиц возникает как бы из ничего на короткое время, значит, получается нарушение законов сохранения на короткое время?

В. А. Рубаков. На короткое время, да. И это связано ровно с тем соотношением неопределенности, оно работает и для импульса, и координат, как у меня там было написано, а есть еще отношение определенностей для энергии и времени. Она должна быть порядка вот этой самой постоянной Планка. На короткое время вы можете иметь энергию, отличающуюся от средней энергии обычной, поэтому на короткое время — да, может появиться некая энергия.

Несмотря на то, что Стандартная модель вот так хорошо проверена, есть очень серьезные соображения, которые говорят о том, что Стандартная модель на самом деле неполная. Что должна быть совершенно новая физика, не та, которая была показана на этой прозрачке, на этом экранчике, где был показан состав частиц Стандартной модели. Должна быть новая физика, новые частицы.

 

В. А. Рубаков Физика элементарных частиц в преддверии запуска Большого адронного коллайдера

 

Значит, на самом деле, мы знаем, что Стандартная модель неполна. Это немножечко уводит в сторону от разговора, но это самое крупное открытие за последние годы в физике элементарных частиц. Поэтому я решил о нём упомянуть. Оно не имеет, кажется, пока прямого отношения к тому, что будет происходить на LHC, но тем не менее, это действительно крупнейшее открытие, и я о нём скажу. Это открытие, которое приводит к представлению о том, что да, Стандартная модель должна быть расширена, что это не вся правда.

 

В. А. Рубаков Физика элементарных частиц в преддверии запуска Большого адронного коллайдера

 

Это вот что такое: это осцилляция нейтрино, взаимопревращение. Значит, например, Солнце... Вы помните, что есть нейтрино трех разных типов: есть три лептона — электрон, мюон и тау-лептон, — и, соответственно, три нейтрино — электронный, мюонный и тау-нейтрино. Разных трех типов. Так вот, в Солнце, в термоядерных реакциях, образуется электронный нейтрино. А прилетают они на Землю как нейтрино других типов: мюонный и тау. Нейтрино превращаются друг в дружку. Или в атмосфере, за счет взаимодействия космических лучей с атмосферой, рождаются мюонные нейтрино. А прилетают они в детектор... Нейтрино очень слабо взаимодействуют, они пролетают сквозь всю Землю, не взаимодействуя, и изредка всё-таки детектируются в детекторах. Значит, они прилетают в детектор как тау-нейтрино — тоже есть превращение. Значит, нейтрино — это, на самом деле, много работало экспериментов, большие коллаборации, сотрудничества разных ученых из разных стран. Значит, это подтверждено: подтверждено наземными экспериментами, ускорительными и реакторными экспериментами, где тоже рождаются нейтрино, в ядерном реакторе тоже рождаются нейтрино. И тот факт, что действительно происходят вот такие взаимные превращения нейтрино одного типа в другие — это экспериментально установленный факт сегодня. Это совсем недавно было сделано — ну, недавно по меркам физики частиц, порядка ну, скажем так, 10 лет, как считать. Ну, масштаб такой. И такое явление в рамках Стандартной модели невозможно описать. Стандартная модель, даже с хиггсовским механизмом, запрещает нейтрино иметь массу. Так что в Стандартной модели есть непорядок, и этот непорядок, в частности, связан с тем, что нейтрино почему-то превращаются друг в дружку, хотя Стандартная модель им это делать запрещает. Ну, я здесь некоторые законы сохранения, которые запрещают это делать, к Стандартной модели причислил, ну, неважно.

 

В. А. Рубаков Физика элементарных частиц в преддверии запуска Большого адронного коллайдера

 

Значит, теперь еще одно свидетельство неполноты Стандартной модели пришло из космологии: темная материя. Значит, в космологии требуется, без этого деваться, уйти никуда невозможно, требуется, чтобы существовали новые частицы: стабильные, массивные и электрически нейтральные. Таких в Стандартной модели нету. Стабильные, массивные (тяжелые) и электрически нейтральные.

 

В. А. Рубаков Физика элементарных частиц в преддверии запуска Большого адронного коллайдера

 

Откуда это известно? Известно из самых разных соображений. Ну, вот если суммировать все эти соображения, то выясняется, что картинка, из чего состоит энергия в нашей Вселенной, — она оказалась очень странной. Это тоже сравнительно недавнее открытие, такая устаканившаяся картинка появилась, может быть, ну, лет, скажем, 7 назад. Но вот такая картинка.

 

В. А. Рубаков Физика элементарных частиц в преддверии запуска Большого адронного коллайдера

 

Да, пожалуйста.

Вопрос. Подходит ли бозон Хиггса под определение... ну, похож ли он на частицу, из которых теоретически должна состоять темная материя?

В. А. Рубаков. Нет. Нет, бозон Хиггса нестабильный. Темная материя должна состоять из частиц, которые не распадаются. Бозон Хиггса в любом варианте, любой его аналог — это частица, очень быстро распадающаяся. Поэтому он на темную материю не подходит. Если у меня будет время, если мы доберемся, то я немножечко поговорю о том, какие частицы могут быть в темной материи.

Так вот, вся энергия во Вселенной — она устроена так, что 70–75% ее — это вообще очень странная субстанция, «темная энергия» ее называют, однородно разлитая по всему пространству странная очень субстанция, которой по-настоящему никто не понимает, и тут вообще простор для гипотез (но не о ней сегодня речь). Значит, 20–25% по энергии сегодня составляет темная материя эта самая. А остальное — известные частицы. Значит, мы не знаем примерно 95% энергетического баланса, примерно 95% энергии, из чего, собственно говоря, сделаны во Вселенной современной. Обычное вещество составляет около 5%, нейтрино — не больше, чем 1% (на самом деле, наверное, меньше), а вот звезды, которые мы с вами видим — конечно, они из обычного вещества состоят, они вообще составляют 0,5%. Видимое вещество — это 0,5% всей энергии во Вселенной.

Вопрос. Как это согласуется темная энергия с искривлением пространственных линий по соотношению mc2?

В. А. Рубаков. mc2 тут ни при чем, в общей теории относительности гравитирует не масса — гравитирует энергия и, на самом деле, давление.

Ну а как же? Вот тут я с вами не согласен...

В. А. Рубаков. Не, давайте не будем споры заводить, а?

Вопрос. Тогда следующий вопрос, парадоксальный вопрос. Если темная материя, как вы говорите, встречается с обычной материей, то должно получаться нуль.

В. А. Рубаков. Нет. Темная материя состоит из новых частиц, мы не знаем пока, каких, но эти частицы с нашими частицами не должны аннигилировать.

А как же так тогда выходит? ... противоположные частицы, например...

— Они не противоположны, это не античастицы. Темная материя — это не античастицы.

Тогда какой энергией должна определяться вот эта самая темная материя?

— Это массы частиц, из которых...

Но масса уже характеризуется...

— Ну ладно, давайте мы поговорим после лекции...

Хорошо, согласен.

— Протон, встречаясь с электроном, не аннигилирует. Точно так же и темная материя с нашей тоже не аннигилирует.

 

В. А. Рубаков Физика элементарных частиц в преддверии запуска Большого адронного коллайдера

 

Значит, на самом деле, темную материю видно, в определенном смысле. Видно ее, конечно, не саму, а видно гравитационные силы, измеряются, можно измерить, которые она создает. Эти гравитационные силы проявляются самым разным образом в галактиках, в скоплениях галактик. Например, вот такая картинка. Это гравитационная линза.

 

В. А. Рубаков Физика элементарных частиц в преддверии запуска Большого адронного коллайдера

 

Вот эти вот светящиеся точки — это обычные галактики. Это большое скопление, такое богатое скопление галактик. А вот эти синенькие штришочки вот тут, вон их тут много — это образы одной и той же галактики, которые расположены за этим скоплением. Значит, гравитационное поле искривляет, — в том числе и световые лучи, оно на всех действуют, в том числе и на свет, — искривляет световые лучи, и вот это вот скопление действует как линза. Линза не идеальная, изображение многократное. Но, по существу, эта ситуация очень похожа на линзы в оптике, только вместо вещества тут линзирование создается гравитационными силами. И так же, как для обычной линзы вы можете узнать распределение, как она сделана, глядя на изображение, так же и здесь вы можете понять распределение массы внутри этого скопления. Правильно? Потому что гравитирует масса в данном случае, в случае такого комка, что ли, вещества гравитирует масса, и восстановленное таким образом распределение масс изображено вот здесь.

 

В. А. Рубаков Физика элементарных частиц в преддверии запуска Большого адронного коллайдера

 

Значит, это вот голубое — это темная материя, на самом деле, это масса темной материи, она распределена гораздо более равномерно, чем галактики вот эти светящиеся, и по массе она заметно больше, чем масса обычного вещества, в частности, вот в этом скоплении. Гравитационные эффекты от этой самой темной материи видны. Видны они и, например, в галактиках. В галактиках совсем простая ситуация: вы измеряете скорости на периферии галактик либо звезд (их всё-таки на периферии мало, но они есть), либо облака газа там есть. Вы можете измерить скорости по красному смещению, по эффекту Доплера, можете измерить скорости того, что вокруг этой галактики летает, и тем самым, используя прямо ньютоновский закон всемирного тяготения, узнать распределение массы в этой галактике. Кстати, в нашей галактике — точно такая же история.

 

В. А. Рубаков Физика элементарных частиц в преддверии запуска Большого адронного коллайдера

 

Значит, что вы ожидаете? Вы ожидаете, что если у вас есть центральное массивное тело, вот эта галактика, и в ней сосредоточена вся масса, то вы ожидаете, что, конечно, при удалении — можно написать формулу, сами можете это сделать, — при удалении от галактики у вас скорости должны падать как единица на корень из расстояния. А наблюдательно происходит всё наоборот: иногда они постоянными держатся, иногда потихонечку растут даже, иногда чуть-чуть спадают, но очень слабо. Причем, смотрите: если это расстояние, измеренное, там, в некоторых единицах — в килопарсеках, — если вот здесь вот центральная часть, она сравнительно маленькая, то темная часть. — здесь никаких звезд нету, — эта темная часть тянется на далекие-далекие расстояния.

 

В. А. Рубаков Физика элементарных частиц в преддверии запуска Большого адронного коллайдера

 

Вот я вам тут задачку приготовил. Кому интересно — вот вам задача. Простая задача, но ответ у нее, конечно, замечательный. Значит, если вы посмотрели вот на эту картинку, которую я вам продемонстрировал, — значит, скорости держатся почти постоянными. Поэтому вы можете, используя этот экспериментальный факт, найти, как распределена темная материя, как ее плотность изменяется с расстоянием до центра. А кроме того, если вы еще скажете, что кривые вращении эти плоские, т. е. скорости не меняются в зависимости от расстояния, вплоть до расстояний в 10 раз больше, чем размер центральной части, и скажете, что в центральной части темной материи и обычной материи поровну, то вы сможете узнать — а это всё действительно так и есть — то вы сможете узнать, сколько же темной материи в галактике по отношению к обычному веществу. Во сколько раз ее больше. Ее, действительно, заметно больше в галактиках типа нашей, а еще хлеще — в маленьких галактиках темной материи заметно больше, чем той материи, которая... ну, обычной материи, обычного вещества. «Заметно» — это значит, по крайней мере, в 5–7 раз. А для маленьких галактик — еще и больше того.

Значит, что это такое, что за темная материя? Надо новые частицы. Почему новые? Потому что нужны частицы стабильные и нейтральные электрически, потому что иначе они были бы светящимися. Так же, как обычное вещество светится, так же и частицы темной материи — они бы вступали во взаимодействие с обычным веществом, и мы бы это давным-давно уже заметили. Мы бы их уже нашли. Значит, они должны быть нейтральными. В Стандартной модели такого нету, нейтральные стабильные частицы — это нейтрино, но нейтрино очень легкие, они на роль темной материи не подходят. А все остальные либо заряженные (электрон, протон), либо нестабильные. Ну, фотон, конечно, тоже не подходит на роль темной материи: он тоже легкий, безмассовый.

 

В. А. Рубаков Физика элементарных частиц в преддверии запуска Большого адронного коллайдера

 

Значит, поэтому нужны новые частицы. Сколько их осталось, выжило в ранней Вселенной, сколько их не проаннигилировало друг с другом во время эволюции Вселенной? Они рождались, уничтожались в ранней Вселенной при очень высоких температурах, когда энергия, соответствующая кинетической (kT), была больше, чем mc2 для этих частиц. Тогда они рождались, уничтожались в космической среде, в горячей плазме в такой. И часть их дожила до наших дней, не проаннигилировала друг с дружкой, и это всё рассчитывается. Известно, как говорится, закон общей теории относительности, который управляет расширением Вселенной. Значит, если вы сделали такое предположение, то вы как раз получаете правильный ответ: масса частиц этой темной материи, доживших до наших дней, как раз правильна, чтобы обеспечить 20-25% вклад в полную энергию во Вселенной. И это, на самом деле, служит одним из мощных, так сказать, ожиданий здесь, потому что эта область энергий — это как раз та самая область энергий, которая будет изучаться на Большом адронном коллайдере.

 

В. А. Рубаков Физика элементарных частиц в преддверии запуска Большого адронного коллайдера
08 июль 2019 /
  • Не нравится
  • -1
  • Нравится

Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Код:
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Введите код:
Популярные новости
Камеры заднего видаКалькулятор тарифов Яндекс на таксиОсновные преимущества керамической плиткиАвтосвет, нюансы ремонта и обслуживанияЭкстрасенсы помогают следствию в раскрытии преступленийВьетнамские дети попрыгали через мертвую змею вместо скакалкиНа реке Генхе в Китае появился редкий вращающийся ледяной дискСамостоятельные путешествия, что важно знать