понедельник, 23 июля 2012 г.

Жарьте, Жора, рыбу...

Бозон. А тот ли он?

В природе много есть такого, друг Горацио, что и не снилось нашим мудрецам… Это сказал Шекспир. А один из “мудрецов”, – Лев Ландау, – не то продолжая эту мысль, не то создавая новую, заметил как-то о мощи современной физики, что она в состоянии понять даже то, чего мы и представить-то себе не можем.

Открытие

Воспоминание, к моменту весьма уместное, – только что работающие на Большом Адронном Коллайдере физики объявили об открытии бозона Хиггса. Ну, Хиггса или не Хиггса, это дело такое… чуть-чуть недооткрытое,.. но бозон – точно! (Паспорт человек как будто показал, а идентификационный код не представил.) Но, как говорят по этому поводу сами физики, если в городском пруду обнаружена крякающая водоплавающая птица, сильно смахивающая на утку, то естественно предположить, что это… Утка!! То есть, какова ситуация?




Частица имеет некий полный набор идентифицирующих ее признаков. Когда они все налицо, то можно достоверно говорить о наличии именно этой частицы. Когда присутствует только их часть, об “имени” частицы можно говорить только с некоторой вероятностью. Полный набор идентифицирующих бозон Хиггса признаков в проведенных экспериментах зарегистрирован не был. Остались неизвестными спин (собственный угловой момент) и четность новой частицы. То есть, некоторая небольшая вероятность, что это все же не он (не бозон Хиггса Стандартной модели), – сохраняется. Однако же можно уверенно говорить, что новая частица действительно открыта, что ее масса – около 125 гигаэлектронвольт (в энергетических единицах), что канал (способ) ее распада, по которому она идентифицировалась, характерен для бозона Хиггса.

Наконец, бозонов Хиггса может оказаться более одного. Эта неопределенногсть является причиной того, что сегодня никто не говорит твердо, что открыт именно бозон Хиггса Стандартной модели. Но даже если окажется (что маловероятно) не так, это не изменит оценку открытия как выдающегося, возможно, наиболее выдающегося за всю историю науки. Для уточнения результата нужно набрать дополнительную статистику, что совсем не просто: ведь хиггс “живет” так быстро, что, родившись, не успевает долететь ни до одного детектора. Собственного говоря, его самого так никто и не видел, наблюдали только его “свиту” – рожденные им вторичные распадные процессы, так что доказательства его существования – только косвенные и иными они быть не могут. 

А сам бозон во всем этом месиве реакций оказывается как бы дыркой от бублика. И непонятно даже, что он больше – явление природы или плод человеческого воображения? То есть, если не быть мистиком, он просто обязан быть явлением природы, а с другой стороны, сами теоретические предпосылки его предсказания в 1964 году настолько странны и противоречивы, что… кипит мой разум возмущенный! 

Представьте себе двух чудаков, решивших снять предельно точную карту мира. Да только каждому из них доступна лишь половина мира.  И вот, завершив тщательный труд, начинают они  свои карты совмещать по границе раздела.  А они – не совмещаются! При попытке их совместить явно видны какие-то странные “дыры”. Посмотрел на них свежим шотландским глазом шедший мимо Питер Хиггс и сказал: “Вот здесь должно быть так”. И нарисовал свой бозон. Тогда карты совместились.

Это, конечно, не объяснение физической ситуации. Это некая ее аллегорическая аналогия, придуманная, чтобы показать, что бозон Хиггса не вполне логичен (как и подавляюще большая часть научных открытий), но без него картина мира не полна. Если открытая частица – бозон Хиггса Стандартной модели, Стандартная модель приобретает под собой прочный экспериментальный фундамент и переходит из разряда гипотез в ранг научной теории. Правда, в ней все равно остаются некоторые трудности, но они (пока) не разрушают ее, а являются стимулом для научного поиска.



Зачем нужен бозон Хиггса?

Читатель, наверное, слышал (или читал), что есть физические законы разного ранга. Есть законы фундаментальные. Они ниоткуда не выводятся – они возникают как озарения истины, посещающие гениальные умы. Упало яблоко – р-раз!! – вот вам закон всемирного тяготения!

Таков второй закон Ньютона (в Эйнштейновской формулировке). Таков закон всемирного тяготения (точнее – общая теория относительности). Таковы уравнения Максвелла.

А есть законы как бы рангом ниже – они выводятся из фундаментальных. Стоит при этом заметить, что и второй закон Ньютона и закон всемирного тяготения имели ранг  истинно фундаментальных до тех пор, пока Эйнштейн не создал теорию относительности – в ней они имеют ранг выводимых. Вообще, в физике полным-полно законов, которые сначала открывались, а потом выводились из фундаментальных (закон Архимеда, закон Ома и т.д.) – в этом логика познания, его восхождения от частного к общему.

Еще древние почувствовали, что было бы очень здорово иметь небольшое число несводимых к чему-то другому сущностей и на их основе дать объяснение всему многообразному миру. То же относится и к законам природы – их должно быть немного. Чем меньше – тем лучше. Они предложили считать такими сущностями огонь, воду, землю и… что там еще? Следуя этой логике древних мы пришли и к химическим элементам и к элементарным частицам и к идее “не умножать сущностей сверх необходимого”. И систематика элементарных частиц в Стандартной модели не менее изящна и красива, чем таблица Менделеева.

Тем, кому доводилось преподавать второй закон Ньютона, хорошо знакомы связанные с ним методические сложности. Что такое масса? Почему масса? Откуда масса? И почему ускорение убывает с ростом массы, а не возрастает или, скажем, колеблется? И не было человека, способного ответить на эти или подобные им вопросы. Даже на уровне более-менее нехалтурной методички. Теперь можно ответить: масса – от бозона Хиггса!

С прорисовывающейся новой точки зрения частицы движутся не в “пустом пространстве”. Это пространство заполнено полем Хиггса, а бозон Хиггса – его квант. И частица вынуждена “продираться” через эти кванты, как сквозь вязкую жидкость, преодолевая “силу сопротивления”. А мы этот процесс преодоления воспринимаем как массу частицы, как ее инертность. Вот откуда у частицы масса. Она возникает в результате ее взаимодействия с полем Хиггса.

С открытием бозона Хиггса Стандартная модель становится прочным фундаментом для понимания природы всей видимой материи во Вселенной.  Неприятность в том, что видимая материя составляет всего лишь 4% всей массы Вселенной. Остальные 96 – это так называемые темная материя и темная энергия – остаются пока волнующей загадкой для грядущих времен и поколений.



Наши

Как известно, весь длящийся уже около двух десятков лет проект БАК, является международным и осуществляется за счет совместного финансирования стран-участниц. 10 июля в конференц-зале ННЦ ХФТИ состоялось заседание Ученого совета, посвященное открытию бозона Хиггса. На нем старший научный сотрудник Института физики высоких энергий и ядерной физики Л.Г. Левчук рассказал об участии ХФТИ в работе коллаборации СМС (это один из детекторов, на которых был открыт бозон Хиггса). От его доклада осталось впечатление, что Украина будет недостаточно адекватно отражена в итоговых – если можно так выразиться – документах, посвященных открытию. Причем по причинам финансового характера. У Украины только одно место в авторском списке, да и то – оплачено оно (а за все надо платить) Россией, поскольку Украина является участницей Объединенного института ядерных исследований в Дубне. Так что, украинский вклад – это в некотором смысле часть совместного российско-украинского вклада.

Он состоит, с одной стороны, в участиии в сооружении некоторых узлов и агрегатов, а с другой – в участии в обработке результатов наблюдений. На изготовление одного из узлов коллайдера понадобилось 14000 тонн латуни. Не 14, а 14000! А дело было в 90-е годы тотального дефицита и разрухи. Тогда в переплавку пошли стрелянные артиллерийские гильзы советского Северного флота – для науки нам ничего не жалко!

Драматически развивалось обеспечение эксперимента информационно- вычислительными средствами. При начале строительства БАКа их просто не существовало, не существовало ни носителей для хранения информации, ни вычислительных средств для обработки. А объемы информации, нуждающейся в хранении и обработке, нешуточные – БАК генерирует их со скоростью 100 Мбайт в секунду. С этого отсутствия начинался БАК. Короче говоря, жарьте, Жора, рыбу. А рыба где? Вы, Жора, жарьте – рыба будет!

По ходу строительства были созданы и носители (часть из них можно увидеть в ННЦ ХФТИ) – они входят в глобальную систему. Были созданы и вычислительные средства – всемирная вычислительная сеть – грид – что-то вроде интернета, но только она обобществляет не ресурсы памяти компьютеров, а их вычислительные, процессорные ресурсы. На часть ее тоже можно посмотреть в ННЦ ХФТИ.


Морально-этический эпилог

Он очень уместен на фоне охватившего мир социально-экономического раздрая. Незадолго до недавней смерти выдающегося писателя-фантаста Рэя Бредбэри он дал интервью. Вот маленький фрагмент из него:

Вопрос: В 1950 году вы написали книгу, принёсшую вам всемирную славу, — сборник рассказов «Марсианские хроники». Там говорилось: уже к началу второго тысячелетия на Марсе будут поселения, целые города землян. Как вы думаете, почему этого в итоге так и не произошло?

Ответ: Меня часто про такое спрашивают, и я люблю фантазировать над ответами. Чтобы они были разными! Ответ сегодняшнего дня: потому что люди — идиоты. Они сделали кучу глупостей: придумывали костюмы для собак, должность рекламного менеджера и штуки вроде айфона, не получив взамен ничего, кроме кислого послевкусия. А вот если бы мы развивали науку, осваивали Луну, Марс, Венеру... Кто знает, каким был бы мир тогда? Человечеству дали возможность бороздить космос, но оно хочет заниматься потреблением — пить пиво и смотреть сериалы…

Валерий Тырнов



Комментариев нет:

Rambler's Top100 Полный анализ сайта Всё для Blogger(а) на Blogspot(е)! Закладки Google Закладки Google Закладки Google Delicious Memori БобрДобр Мистер Вонг Мое место 100 Закладок