В ЦЕРНе Юрий Анатольевич является руководителем группы ИЯФ СО РАН в детекторе ATLAS – огромной установки (30 м диаметр, 50 м длина). Напомним, что Большой адронный коллайдер, стоимость которого оценивается в 10 млрд долларов, является самым мощным ускорителем частиц. При помощи БАК ученые разгоняют пучки протонов до скоростей, близких к скорости света, и сталкивают их друг с другом. Эти столкновения порождают множество более мелких частиц, которые могут быть получены только таким образом. Каждое столкновение регистрируется в детекторе, где измеряются параметры разлетевшихся частиц, их импульсы, энергии и т.д.
— Каков вклад России и ИЯФ СО РАН в работы на Большом адронном коллайдере?
— Финансовый вклад России составляет около 7%, это очень много. В течение 7 лет наш институт разработал и поставил в ЦЕРН оборудование на сумму около 200 миллионов долларов. Но на идейном уровне вклад российских ученых еще более весом: разработки и изготовление оборудования, настройка и запуск детекторов, проведение эксперимента, анализ данных – полный цикл работ. В ЦЕРНе понимают, что проект не мог бы быть реализован без России. Вполне естественно, что наши физики: из ИЯФа, из Дубны, из Санкт-Петербургского института и других институтов – принимают активное участие в проведении экспериментов в настоящее время и в анализе данных на БАК.
— Зачем нужны такие эксперименты?
— Человек вообще очень любопытен, всю жизнь его интересует вопрос: из чего же состоит все вокруг? Сперва стало известно, что вещество состоит из атомов, но сразу возник вопрос: из чего состоят атомы? Стало известно, что атомы состоят из ядер и электронов, но дальше возник вопрос: из чего состоят ядра и электроны…В итоге хочется узнать, где же тот самый «первый кирпичик», первая частица, что она из себя представляет. По этому пути познания шел прогресс: ядерная энергетика, ядерное оружие – все это появилось благодаря физике элементарных частиц.
Обычно, когда задают вопрос, какая же практическая польза от вашего бозона Хиггса, в ответ можно привести примеры из прошлого. Ни одно открытие фундаментального характера не осталось в долгу перед затраченными на него средствами и усилиями, но сделало многое для нашего понимания мира и дальнейшего практического применения.
— А какую роль в этом играет бозон Хиггса?
— Большой адронный коллайдер строился, чтобы найти ответы на многие фундаментальные вопросы мироздания. Дело в том, что физика микромира – желание узнать, из чего все состоит, найти тот «первый кирпичик» – оказалась очень сильно связана с физикой макромира. Уже долгое время существует теория «Большого взрыва», предполагающая, что наша Вселенная произошла более 10 миллиардов лет назад из бесконечно малой точки с большой энергий. В то время все состояло только из элементарных частиц, затем начали образовываться ядра, потом атомы, которые начали формироваться в планеты, звезды…
Эксперименты на Большом адронном коллайдере – столкновение протонов с очень большой энергией – позволяют создать те условия, которые были в нашей Вселенной 10 млрд лет назад. Иначе говоря, позволяют «родить» те частицы, которые в то время доминировали во Вселенной, и таким образом подтвердить предположения о ее происхождении и, возможно, о дальнейшей судьбе.
Сегодня существует теория, так называемая Стандартная модель, которая объясняет все явления, происходящие в микромире. Одним из краеугольных камней теории является бозон Хиггса. Все остальные частицы, фигурирующие в теории, уже открыты (в частности, w- и z-бозоны были открыты в 1983 году в ЦЕРНе). Хиггсовский бозон предсказывается в рамках Стандартной модели. Можно сказать, без него этой теории не существует – бозон Хиггса позволяет связать вместе все частицы и объяснить, почему частицы обладают массой. Механизм, объясняющий, каким образом у частиц появляются массы, был предложен в 1964 году несколькими учеными и получил название «механизм Хиггса» в честь одного из них. Сейчас ученому, чьим именем назван механизм и частица, Питеру Хиггсу уже 83 года, но он в полном здравии, продолжает работать и присутствовал на семинаре в ЦЕРНе, где и было заявлено об открытии нового бозона.
— Сколько же экспериментов потребовалось провести, чтобы можно было с уверенностью говорить об открытии?
— Эксперименты, проведенные в 2011 году, позволили нам предположить, что, возможно, эта уникальная частица существует. Нужно было набрать миллиарды и миллиарды столкновений пучков протонов, поскольку из этих миллиардов столкновений было зарегистрировано появление бозонов Хиггса 20-30 раз. Это очень редкие события, их трудно выделить среди общего фона. Найти эту частицу было сложнее, чем иголку в стоге сена. Но в итоге данные, полученные в 2012 году, подтвердили предположение о существовании частицы, что и было обнародовано на семинаре в ЦЕРНе 4 июля.
— Какова вероятность, что открыт именно бозон Хиггса?
— Мы уверены, что открыли новую частицу. Вероятность того, что это всего лишь фоновое событие, флуктуация, составляет всего одну миллионную. Уверенности нам добавляет и тот факт, что открытие было сделано на одном детекторе и подтверждено на другом. Что касается оценки вероятности того, что новая частица является именно бозоном Хиггса, то здесь я пока не могу назвать точных цифр. Хотя вероятность этого очень велика. Точно известно, что это – бозон. У него есть ряд характеристик, которые следует измерить, чтобы уже со стопроцентной уверенностью сказать: это тот самый бозон, о котором говорилось в теории.
Впрочем, это обычное явление: открытие новой частицы требует исследования ее свойств и нам предстоит довольно большая работа. Уже сейчас обсуждается вопрос о строительстве электрон-позитронной установки, где будет «рождаться» гораздо больше бозонов Хиггса, необходимых для детального изучения.
— Сколько времени потребуется на строительство новой установки?
— Думаю, около 7 лет с момента принятия решения, может быть, немного больше. Что касается финансовой стороны, то потребуется около 2-3 млрд евро (точность 20-30%). сейчас обсуждается, где быстрее и дешевле будет установку построить. Для начала физики должны прийти к принципиальному решению, затем, как и в случае с БАК, в создании которого участвовало несколько стран, ученые обращаются к правительству, убеждают, что проект необходимо профинансировать. Это сложная процедура, требующая не только занятий физикой, но в какой-то мере политикой. Для создания подобного нового коллайдера потребуются усилия многих стран.
Через год работа БАК будет приостановлена на два года с целью модернизации и подъема эффективности, а затем на адронном коллайдере планируется вести работы до 2020 года. К этому времени, я думаю, надо будет построить электрон-позитронный коллайдер для детальных исследований частиц.
— Можно ли сказать, что с открытием бозона Хиггса Большой адронный коллайдер выполнил свою миссию?
— Обнаружение бозона Хиггса, конечно, историческое событие, но это не единственная задача БАК. Эксперименты позволяют «рождать» очень много других частиц. Среди них те, которые уже известны – можно изучать их свойства. Также возможны и новые частицы, которых мы пока не знаем, но которые гипотетически существуют. Жизнь не заканчивается Стандартной моделью: она охватывает и объясняет широкий круг явлений, но ставит много других вопросов, часть которых, надеюсь, будет решена на Большом адронном коллайдере.
Фото предоставлено пресс-службой президиума СО РАН
Дина Голубева