Компьютерра - Цифровой журнал «Компьютерра» № 1
Согласен, конечно.
Часть работы российских ученых для LHC велась в Институте ядерной физики СО РАН. А какой еще был вклад?
В LHC есть ускорительная часть, а есть детекторная. Ускоритель ускоряет частицы, а детектор детектирует продукты реакции, которые получаются при столкновениях. Если говорить об ускорительной части, то львиную долю, действительно, внес ИЯФ СО РАН. Ускорительные установки и оборудование также поступали из Протвино, какая-то часть из нашего института. А детекторы разрабатывались при участии всего российского сообщества, всех институтов, занимающихся физикой высоких энергий, и некоторых университетов. Очень большой вклад внеси Санкт-Петербургский Институт ядерной физики РАН, московский Институт теоретической и экспериментальной физики, МИФИ, МГУ, ФИАН… Я, наверное, кого-то забыл. Все институты, занимающиеся физикой высоких энергий, так или иначе, в большей или меньшей степени вложились, в первую очередь, интеллектуально, а это самое ценное. И, конечно, материально. Я боюсь называть точные цифры, но количество физиков, только физиков, не учитывая инженеров, которые занимаются на детекторах LHC обработкой результатов и подготовкой аппаратуры, из России — это 200–300 человек. Плюс к этому — инженеры. А ИЯФ для ускорительной части сделал подавляющий объем работ.
Известно, что LHC разрешит вопрос бозона Хиггса, причем под любой исход эксперимента уже написана теория, а какой результат хотели бы увидеть лично Вы?
Наверное, так и произойдет. Есть достаточно серьезные теоретические основания, что либо сам бозон Хиггса, либо что-то очень похожее на него (такого же рода частица) будет найдена. Буквально ли будет обнаружен тот элементарный бозон, элементарный в смысле — не составной, а по-настоящему элементарный, или это будет нечто более сложное, сказать трудно, но что-то похожее должно существовать. И на это есть, кстати, и косвенные экспериментальные свидетельства. Любая частица проявляется не только прямо, но и косвенно. Есть такое понятие — виртуальная частица, есть виртуальные процессы, связанные с квантовыми эффектами, и в них проявляются косвенные свидетельства виртуальной частицы. Есть ряд указаний отсюда следующих, что это должна быть достаточно легкая частица, типа хиггсовского бозона. Поэтому, наверно, его найдут, но это дело небыстрое.
Несколько месяцев или лет?
Нет, не месяцев. Я предполагаю, что это годы. Зависит, конечно, от того, как пойдут дела, и что это за частица. Какая у нее масса. Но, вообще, это довольно сложное дело. Может, кстати, американцы раньше откроют. Они сейчас набрали хороший темп.
Но они же не повышают энергию.
Энергию не повышают, но у них вопрос статистики. У них достаточно энергии, чтобы рождался бозон Хиггса. Таких событий мало, но есть фоновые события, другие процессы, похожие на то, что должен давать хиггсовский бозон. И теперь вопрос стоит в наборе статистического материала. Если они еще несколько лет проработают в таком же темпе, как сейчас, то вполне смогут опередить европейцев.
А, может, у них уже есть результат, и они вовсю готовят публикации?
Нет, нет. Они двигаются, и понятно, что им еще требуется два-три года до того, чтобы добраться до бозона Хиггса. Это сильно зависит от того, какая у него масса. И, конечно, они ничего не скрывают. Наоборот, они все время декларируют, что продвинулись еще и еще.
Так что эта частица найдется. И я думаю, хиггсовским бозоном результаты не ограничатся. Он как бы в кармане, но наверняка при энергиях LHC будут возникать совсем новые явления, и тут уж, действительно — сколько теоретиков, столько и мнений.
А «совсем новые» — это насколько новые?
Те, с которыми мы не сталкивались. Но вряд ли тут будет что-то капитально новое в смысле законов природы, квантовой физики, или что-то, выходящее за рамки теории относительности. Такого масштаба открытий я не ожидаю. Но можно ожидать нового в физике элементарных частиц, новой симметрии, или новых представлений о возможности составных частиц. Мы привыкли, что есть кварки и глюоны, связывающие их в протоны и нейтроны. Но, может быть, есть другой вид механизма, вообще другое представление о том, что такое составная частица. Что-то такое можно вообразить. Я жду интуитивно нового типа составленности. Даже само понятие «составная частица» может оказаться не вполне адекватным. Жду нового типа структур, структуризации вещества (элементарных частиц), может быть. Но посмотрим, поживем — увидим.
Могут ли на LHC наблюдаться эффекты, связанные с подтверждением теории суперструн?
В принципе, могут. Но я не думаю, что это реализуется. Теоретически, такая возможность есть. Теория суперструн нормально характеризуется очень большими масштабами. Если придерживаться наиболее консервативной точки зрения, то у нее масштаб несоизмеримо больше, чем масштаб энергии LHC. При таком подходе прямо эффекты теории суперструн не будут обнаружены. Но есть теоретическая возможность того, что энергетический масштаб на самом деле гораздо ниже, тогда LHC сможет к нему приблизиться. Но это все-таки экзотические возможности, связанные в первую голову с многомерностью пространства, с дополнительными пространственными измерениями. Если есть дополнительные размерности пространства, и их размер сравнительно большой, а соответствующий масштаб энергии сравнительно низкий, тогда теория суперструн может начать «работать». В таком варианте она может быть доступна LHC. Но это, как вы понимаете, достаточно экзотический вариант — возможность иметь пространственные размеры как раз такие, чтобы LHC до них дотянулся. Но она обсуждается.
Является ли многомерность пространства в теории суперструн чисто математической абстракцией или она наблюдаема?
И то, и другое справедливо. Теория суперструн довольно многогранная, многоликая. У нее есть реализации разного вида. Разного типа даже. Есть такое понятие, вакуум, основное состояние. И надо привыкать к тому, что свойства материи очень сильно зависят от того, как устроен вакуум. Вот тот же хиггсовский механизм… Правильнее, кстати, было бы называть его механизмом Энглера — Браута — Хиггса. На самом деле Энглер и Браут независимо от Хиггса предложили механизм «одевания» частиц массами, но про Энглера и Браута почему-то не очень упоминают.
Говорят, потому что так короче и удобнее.
Да, удобнее, но правильно «Энглера — Браута — Хиггса». Они даже немного раньше предложили этот механизм, чем Хиггс. Но у них не было самой частицы. То, что мы называем «механизм Хиггса», это механизм придания масс частицам. А частицу, которая является следствием этого механизма, заметил Хиггс. Поэтому «частица Хиггса» — это более или менее правильно, а механизм должен быть «Энеглера — Браута — Хиггса».
Но неважно, важно, что этот механизм полностью опирается на свойства вакуума. Основное в нем — это свойства вакуума, а не сама частица. Есть нетривиальный вакуум, нетривиальное основное состояние, при котором частицы «одеваются» массой. Вот в чем суть этого явления. Физические проявления теории очень сильно зависят от того, какой в ней вакуум. В теории суперструн есть много разных вакуумов, в которых система может находиться. И от этого сильно зависят проявления. Так вот, есть вакуумные состояния, в которых пространственные измерения вполне физические и могут быть наблюдаемыми, а есть вакуумы, в которых дополнительные пространственные измерения как бы скрыты, их не видно, и они непосредственно не наблюдаемы. Но, вообще, и та и другая возможность существует, и, в принципе, дополнительные измерения могут оказаться наблюдаемыми и вполне доступными экспериментально. Но при большом везении.
Теория суперструн — это теория гравитации. Согласуется ли она с общей теорией относительности Эйнштейна в области параметров, в которых обе применимы?
Да, несомненно, конечно. Это ответ однозначный.
Какова, вообще, область применимости общей теории относительности?
Это вопрос сложный. Потому что, если стоять на консервативной точке зрения, то это область энергий вплоть до безумных цифр. Проектная энергия LHC — 14 000 ГэВ, а общей теории относительности — страшно сказать: 1019 ГэВ. Представляете, что такое число с девятнадцатью нулями?
С трудом
10000 — это четыре нуля, а вам надо написать девятнадцать нулей, и это будет масштаб энергии. То есть это 10 миллиардов миллиардов ГэВ, в отличие от 14 000, до которых дотягивается LHC. Это консервативная оценка, которая связана с масштабом гравитационных взаимодействий. Это гравитационные взаимодействия, которые мы можем наблюдать и оценивать в лаборатории. Опять, если есть большие пространственные измерения, то все эти оценки летят. Тогда масштаб, где начинается выход за рамки общей теории относительности, может соответствовать масштабу энергии LHC. Это экзотика, но не запрещенная теоретически, и даже есть соображения в пользу такой возможности, хотя и зыбкие. Это что касается высоких энергий.
