Чёрная дыра ЦЕРН

Кто и зачем придумал адскую историю про Большой адронный коллайдер, в результате работы которого «странные» частицы поглотят всю Землю?

Об этом и более серьёзных вещах, касающихся физики элементарных частиц, нижеследующая статья. Её автор - Павел Тяпкин, выпускник кафедры физики атомного ядра физфака МГУ 1998, который работал в Объединённом институте ядерных исследований (ОИЯИ, г. Дубна), в Европейском центре ядерных исследований ЦЕРН (Женева), защитил диссертацию по физике в Лундском университете в Швеции.

На фото - автор во время демонтажа детектора VSAT установки DELPHI около трубы коллайдера LEP, ЦЕРН, конец 2000 года.

Современная ускорительная физика (физика высоких энергий) – одна из самых известных областей фундаментальной науки. Эта область науки изучает состав мельчайших кирпичиков вещества: элементарных частиц типа электронов и других, из которых состоят известные всем из школьной программы протоны и нейтроны, а из них уже состоят все тела. В стремлении «разобрать» всё на составляющие физика дошла до масштабов 10–18 метра.

Эксперименты с элементарными частицами в области высоких энергий требуют придания частицам большой скорости в пучках ускорителя, чтобы столкнуть их с неподвижной мишенью, как это и происходит в обычном ускорителе. Или можно столкнуть летящие частицы друг с другом в лоб, как в коллайдере (от английского слова collide – «сталкивать») – ускорителе с двумя циркулирующими навстречу друг другу пучками частиц. Основные методы

изучения новых частиц микромира построены на том, что быстролетящие элементарные частицы разбивают и, наблюдая обломки такого столкновения, вычисляя энергию каждого обломка, стараются понять: что это было? на что распалась первичная частица? что образовалось в ходе столкновения?

Все эти эксперименты требуют создания ускорителей – сначала (в 1920-е – 1930-е годы) небольших, а затем объёмных, весом до 36 тысяч тонн металла, как синхрофазотрон в Дубне, запущенный в 1957 году (60 метров в диаметре, с энергией протонов до 10 гигаэлектронвольт (ГэВ). Примерно с 1960-х годов ускорители перестали умещаться в одном здании – их стали прокладывать в туннелях, под землёй. Примерно тогда же ускорители стали строить не просто институты, а международные организации: слишком дорогостоящими для отдельных стран стали эти инструменты физики высоких энергий.

Один из таких подземных коллайдеров – SPS (Суперпротонный синхротрон) длиной в 6,9 км, с энергией протонов до 500 ГэВ, он стал основой Международного европейского института ЦЕРН/CERN, расположенного на границе Франции и Швейцарии, близ Женевы. Там в 1983 году при столкновениях пучка протонов с пучком антипротонов на установках UA1 и UA2 были открыты калибровочные бозоны W+, W- и Z° с нехилыми массами в 80,4 и 91,2 ГэВ/c² (примерно столько весит ядро целого атома рубидия или технеция из десятков протонов и нейтронов). Эти новооткрытые бозоны, хотя и не встречающиеся в свободном состоянии в окружающей материи, очень важны для теории – как частицы, отвечающие за слабое взаимодействие между всеми остальными частицами. Все три этих бозона были предсказаны в 1968 году тремя теоретиками, которые получили Нобелевскую премию ещё в 1979 году. А руководители коллабораций UA1 и UA2 Карло Руббиа и Симон ван дер Меер за открытие этих частиц были уже в 1984 награждены Нобелевской премией (небывало короткий срок между открытием и награждением). Это открытие вполне оправдало создание коллайдера SPS – после него физики-экспериментаторы всего мира, совершенно естественно, были полны планов и мечтаний. Мечты о гигантских ускорителях и о новых открытых частицах прямо витали в воздухе. В историческом плане 1983 год стал переломным годом, началом пика ускорительной физики.

В том же 1983 году в США появился ответ европейскому ускорителю: протон-антипротонный коллайдер Tevatron (он первым достиг энергии в 1000 ГэВ или 1 ТэВ – отсюда его название) в почти семикилометровом туннеле. Именно на этом, сильно усовершенствованном в 1995 году коллайдере открыли t-кварк – последний и самый тяжёлый (с массой в 173,1 ГэВ) кварк в рамках Стандартной модели, развивавшейся с 1950-х годов. Всё, других кварков больше нет. Стандартная модель физики частиц теперь выглядела вполне продуманной, завершённой, с логичными и полными семействами частиц, открытых и подтверждённых экспериментом.

ГОНКА НА СУПЕРКОЛЛАЙДЕРАХ

Так началась лебединая песня ускорительной физики: и ускорители строились, и теория дорабатывалась, а потом подтверждалась, и частицы открывались. Осязаемым чудом этого бума ускорительной физики стал огромный по размеру (кольцевой туннель почти 27 км длиной) электрон-позитронный коллайдер LEP (LargeElectron-Positroncollider), спроектированный в 1981 году и построенный к 1989-му в том же ЦЕРН. LEP был разобран в 2001 году, но туннель до сих пор используется, уже для следующего коллайдера LHC (LargeHadronCollider – Большой адронный коллайдер), или БАК.

А у амбициозных американцев родился план на 12 миллиардов долларов по строительству в полупустыне Техаса протонного коллайдера-монстра, получившего прозвище Desertron (официальное название SSC, SuperconductingSuperCollider – Сверхпроводящий суперколлайдер). Туннель длиной более 87 км на глубинах около 100 метров должен был вместить этот коллайдер со сверхпроводящими магнитами для энергий пучков до 20 ТэВ. Американцы начали копать туннель и к концу 1993 года вырыли более 23 км, все 17 вертикальных шахт, а также собрали более половины дорогих магнитов – более 2 миллиардов долларов уже было истрачено, когда проект зарубили в Конгрессе США.

В СССР в том же 1983 году замахнулись на меньший конкурирующий проект под названием УНК (Ускорительно-накопительный комплекс) для Института физики высоких энергий (ИФВЭ). Этот протонный коллайдер с энергией пучка до 3 ТэВ должен был располагаться в туннеле длиной 21 км (на глубинах от 20 до 60 метров) около города Протвино под Москвой. Туннель к 1994 году успели выкопать целиком. На большее денег не хватило, проект закрыли, а туннель до сих пор в порядке: сухой, чистый… и пустой. Для чего его применить, никто до сих пор так и не придумал. Хорошо, что в СССР не успели наделать дорогих магнитов к замороженному проекту, как в США.

Финансовое бремя наступило на горло лебединой песне ускорительной физики: оба проекта, и у нас, и в США, зарезали на полпути. И если в России ещё можно объяснить это экономическими трудностями, то в США подобные доводы точно не работают. Дело в том, что успех такого огромного проекта – то есть возможное открытие новых частиц – был чрезвычайно сомнителен, а затраты на строительство зашкаливали.

ПРОКЛЯТИЕ ФИЗИКИ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ

На ряде проблем, почти одновременно свалившихся на ускорительную физику, надо остановиться подробнее:

1. Грандиозность планов, размеров ускорителей, затрат на них. Сложность проектирования таких колоссальных систем (тем более с международной командой).

2. Длительность времени планирования, согласования планов между несколькими странами и институтами, постройки и наладки ускорителя, а потом затянутость ожидания результатов. Даже когда ускоритель сдан и налажен, запущены сами эксперименты, они могут продолжаться годами. И данные экспериментов могут обрабатываться потом тоже годами.

3. Размытость результатов и заслуг в экспериментах по огромным международным коллективам, которые работают на экспериментальных установках. Вклад каждого отдельного учёного в коллаборации из 300–400 человек чрезвычайно трудно оценить. Ближе к 2010 году количество авторов в публикациях стало достигать 3000, а позже даже 3600 человек. У кого-то вклад в конкретную статью внушительный, а у кого-то просто мизерный.

Сторонний человек, не знающий внутренней кухни данной коллаборации, никогда и не догадается, кто внёс важный вклад в очередную научную статью с долгожданными результатами эксперимента. Всё дело в том, что в заголовках таких статей строго по алфавиту указаны все (абсолютно все) работающие в коллаборации учёные, даже если они ни строчки не написали в данной статье. Конечно, это справедливо: вклад большинства из них есть, но он не в строках статьи, а в разработке детекторов этой экспериментальной установки, в их создании и нудной наладке, в ночных дежурствах во время эксперимента, в удручающе скучной проверке и обработке данных, да много в чём… Но выглядит этот список сотен авторов на несколько страниц очень странно. «Братская могила» – так в шутку называют этот список, и не только русские, эта мрачная аллегория переводится на все языки.

Кстати, о «братских могилах»: в этот список попадали неизвестные науке «поручики Киже». Я сам, работая в ЦЕРН, столкнулся со смешным случаем со списком авторов из примерно 500 учёных, работавших в нашей коллаборации DELPHIна коллайдере LEP. Однажды, осенью 2000 года, я внимательно просматривал этот список в одной важной статье. Уже найдя себя там (TyapkinP.), смотрел дальше, узнавал в списке фамилии своих друзей и внезапно наткнулся на персонажа по имени T. Pavel. Решив, что это славянин, я стал по цифровой ссылке искать место работы этого учёного. К моему удивлению, работал этот персонаж там же, где и я: в Лундском университете. Тут я внезапно понял: кто-то просто принял моё имя за фамилию и вписал меня по второму разу. Я немедленно позвонил в редколлегию, объяснил ситуацию, заверил их, что никакой T. Pavelв Лундском университете не работает, там есть только PavelTyapkin. Они поблагодарили и обещали убрать лишнего «автора». Но и следующая статья коллаборации DELPHIвышла с двойным упоминанием моих имени и фамилии в «братской могиле». Я снова позвонил в редколлегию с претензией, на что мне сказали: «Мы просто не успели убрать эту ошибку».

4. И самая скрытая проблема: груз финансовой и публичной ответственности администраторов науки, которые принимают решения о строительстве ускорителей ценой в миллиарды евро и сооружении на них экспериментальных установок ценой до миллиарда евро, с тысячами учёных, в течение десятков лет работающих на этих установках.

Рано или поздно приходит время объявлять о результатах. Вот тогда давление ответственности становится просто невыносимым, а молчание неприличным. Особенно если заметных результатов толком нет. Это не вина администраторов и не вина учёных – может, просто в этом диапазоне энергий, где работал ускоритель, новых частиц нет, потому что так устроена природа.

Учёные любят говорить: отрицательный результат тоже результат, но попробуйте объяснить это обывателю или правительству, давшему огромные деньги много лет назад! Мол, мы построили за 6–7 миллиардов ускоритель и «всего» за 2 миллиарда экспериментальные установки на нём, потратили на электроэнергию и зарплату ещё 1 миллиард за эти 5–10 лет – и где результат?

Числа в этом рассуждении не взяты с потолка, это примерная стоимость проекта LHC/БАК – Большого адронного коллайдера в ЦЕРН с пучками по 7 ТэВ, реализованного к 2009 году и не открывшего ничего до 2012-го. Проект LHC выгодно отличался тем, что был построен в том же самом туннеле, где был коллайдер LEP. Представим себе, что и после 2012 года от создателей LHC был бы такой же «недорезультат»: мы пока не открыли никаких частиц, потому что… их там нет.

Дадут ли вам при таком раскладе ещё раз 10 миллиардов на следующие …дцать лет? Ну чтобы вы и в следующем диапазоне энергий не нашли ни одной частицы? Так, оказывается, устроена природа, но заранее в этом никто не был уверен! Я не шучу о такой возможности: с 2000-х среди физиков бродила так называемая концепция Великой пустыни, по-английски – Desert. Внезапно прозвище не построенного в США суперколлайдера Desertron оказывается издевательски точным. А что если после W+ W- Z° бозонов выше по энергии от 10+12 (Tevatronи БАК) до 10+25 эВ никаких частиц просто нет? Что если там действительно простирается «великая пустыня» в смысле частиц?

Такое вот вполне возможное проклятие физики элементарных частиц: ну нет просто более тяжёлых частиц в новых высоких диапазонах энергий, хоть тысячи лет их там ищи на разных ускорителях. В этом никто не виноват, но ведь обидно: чем тогда займётся вся ускорительная физика, многие тысячи амбициозных специалистов?

ГАЛЛЮЦИНОГЕННЫЕ «ОТКРЫТИЯ»

Вот тут и появляется у некоторых администраторов от науки желание выдать на-гора хоть какой-то результат. Натянуть, подправить и изобразить, что хотя бы что-то открыли. Самый впечатляющий пример – это официальное заявление в 2000 году руководства ЦЕРН и коллаборации NA49 (работала на SPS) о якобы «убедительных доказательствах признаков существования нового состояния вещества – кварк-глюонной плазмы»!

Истинная причина громкого заявления была за океаном: в это время в США уже готовился к физическому пуску более мощный ионный коллайдер RHIC, на фоне которого европейский «старичок» SPS из 1980-х годов, даже усовершенствованный для ускорения ионов, был уже уходящей эпохой. Надо было оправдать его модернизацию и всю 11-летнюю работу коллаборации NA49 на одноимённой экспериментальной установке, прокричать на весь мир об «убедительных доказательствах признаков чего-то нового», невзирая на то, что не только убедительных, но и просто доказательств не было.

Самое неприятное в том, что руководство NA49 совсем не поставило в известность об этом якобы открытии своих подчинённых, простых учёных из NA49. Тем утром в ЦЕРН они с удивлением шарахались от учёных других экспериментальных групп, которые с азартом спрашивали коллег из NA49: «Ого! Ну и что вы открыли у себя на NA49?» Ответы в основном звучали так: «Мы? Открыли? Где, на нашей установке NA49? Да вроде ничего… А о чём вообще речь-то?» Они совсем не понимали, как можно что-то вдруг «открыть» на их NA49 тайком – честно говоря, они и выглядели затравленно, для них эти новости и расспросы были как удар мешком по голове. К обеду пришло понимание, что их руководство просто выдало желаемое за действительное, не обсудив с коллективом, фактически подставив его. К вечеру учёные из NA49 уже более-менее освоились и могли вяло отшучиваться на подколки коллег об «убедительных доказательствах признаков существования». Но осадочек, как говорится, остался…

Эти факты не принято выносить из «избы» физиков, где тоже есть свои тайны и желание сохранить «честь мундира». Поскольку я с начала 2005 года не работаю в этой сфере, то могу рассказать и о вот таких «широко известных в узких кругах» неприятных явлениях. Это пример презентации отсутствующих результатов.

А есть вещи куда хуже: чёрный пиар, запугивание далёкого от науки населения нереально дурацкими теориями об ужасном конце света, который якобы мог вызвать великий и могучий LHC/БАК – Большой адронный коллайдер! Об этой истории слышали практически все, но мало кто понял всю глубину падения…

КАК ЦЕРН ОПУСТИЛСЯ ДО УРОВНЯ РЕН ТВ

В 2001 году теоретики в поиске нового и неизведанного написали, что в рамках их теории при больших энергиях столкновений частиц в LHC/БАК могут образоваться новые составные «странные» частицы под названием «страпельки» (strangelet по-английски). Якобы они могут и не распасться в миллионные доли секунды (как это обычно бывает с тяжёлыми частицами), а начать притягивать к себе другие частицы, передавать им свою «странность» и засасывать к себе новые и новые частицы. Из стенок трубы, потом из опор, потом из стен туннеля, потом… раздувшиеся «страпельки» наберут такую массу, что провалятся сквозь скальный грунт и уже в центре Земли будут расти и расти… пока не поглотят всю Землю. Жуть да и только.

Эта «теория» попала на вентилятор тележурналистики, и полетела весть по всем каналам: «учёные в ЦЕРН уже почти построили свой адский БАК, который скоро уничтожит нашу планету»; «не дадим безумным учёным уничтожить колыбель человечества!».

В ЦЕРН к этому относились со сдержанным (и не очень) юмором, но маразм ситуации потихоньку нарастал, даже среди учёных появились отдельные индивидуумы, робко спрашивающие друзей-теоретиков в приватной обстановке: «А страпельки-то – они, вообще, есть? Они на самом деле всё к себе притягивают?»

На радость любителям пошутить и подобным индивидуумам в главной аудитории была объявлена лекция одного из ведущих теоретиков ЦЕРН Альваро де Рухула с названием типа: «На самом ли деле БАК уничтожит Землю и что нам с этим делать?» Название обещало недетское развлечение, и я решил пойти. Также решила и половина из тысяч сотрудников ЦЕРН – в аудитории яблоку негде было упасть.

Альваро де Рухула начал со сравнения лучших ускорителей и будущего БАК с космическими частицами. Иногда из космоса на Землю прилетают частицы с огромной энергией 10+20 электронвольта (эВ). С энергией, которой частицы БАК с энергией около 10+13 эВ могут только завидовать. Докладчик сосредоточился на том, как много таких частиц попадает в Землю за год – вызывая огромные (площадью в десятки квадратных километров) ливни вторичных частиц в атмосфере. Таких попаданий не меньше сотни в год. Очевидно одно: столкновение таких частиц не с атмосферой, а с твёрдой мишенью (грунтом, скалой) влечёт рождение более тяжёлых частиц и, возможно, тех же «страпелек», как и в случае с лобовым столкновением частиц в БАК (при меньших энергиях).

Есть ли рядом с Землёй мишень без атмосферы? Да, сказал докладчик, прямо у нас над головой, – это Луна. И существует она там уже около 4,5 миллиарда лет. За это время в неё попали (на доске он быстро пишет мелом оценки по площади Луны, по количеству частиц попавших в Луну за год, потом их общее количество): столько-то частиц – это куда больше, чем столкновений частиц в БАК за всё планируемое время его работы. Если в «старине» БАК за десяток лет работы можно ожидать рождение этих мифических «страпелек», то и в столкновениях космических частиц с Луной за 4,5 миллиарда лет этих «страпелек» можно было бы ожидать куда больше… Но они не уничтожили Луну, так как она до сих пор на месте – значит, либо «страпелек» нет вообще (нет на этих энергиях), либо они не настолько долгоживущие и не столь «липкие», чтобы втянуть в себя всё вокруг…

Альваро де Рухула не просто хороший теоретик, он ещё и талантливый докладчик, умеющий упростить сложные идеи до простых понятий и донести их даже до самых неподготовленных слушателей в аудитории. Я и сейчас помню, что получал истинное удовольствие, слушая его язвительный доклад. Его пример с Луной, так и не исчезнувшей за миллиарды лет в чёрной дыре из «страпелек», был настолько прост и убедителен, что я ожидал завтра же увидеть в официальных сообщениях ЦЕРН этот наглядный пример и пояснение о невозможности конца света от «страпелек». Зря ожидал – ничего подобного не произошло.

В чём тут дело? Можно предположить много причин: занятость теоретиков, отсутствие конкретного заказа, незаинтересованность СМИ. Администрация ЦЕРН – серьёзные физики, они не тратят рабочее время на борьбу с идиотскими идеями и не обязаны опровергать всякую чушь. Но, с другой стороны, была создана официальная рабочая группа по «оценке безопасности работы будущих установок», так и не озвучившая ничего столь наглядного.

На мой взгляд, тут дело в другом. Когда эта чушь попала на телевидение стран мира и вызвала ничем не обоснованную панику далеко от ЦЕРН, опровергать её уже необходимо. Но вот только руководство могло посмотреть на это и с другой стороны, по принципу чёрного пиара: не бывает плохой известности, даже угроза уничтожения всей планеты в ходе экспериментов на БАК играет на руку международному институту – про него узнали даже те, кто и слыхом не слыхивал про ускорительную физику. Не важно, что нет новых открытий, зато теперь про ЦЕРН узнают на всей планете!

Это действительно так. Узнали и даже запомнили. На пару лет. Но это дешёвая популярность, построенная на запугивании каким-то улётным мракобесием, имеющим мало общего с наукой. Оно-то и прорывается на телевидение, а чёткое и понятное разъяснение теоретика уровня Альваро де Рухула – нет, якобы оно никому не нужно, «не схавает» это народ. Что-то не так и в популяризации науки, и в политике телекомпаний. Дешёвую популярность так приобрести можно: у нас на телевидении есть тому очевидный и вопиющий пример – Рен ТВ. А вот завоевать доверие к науке, повысить общий уровень знания в обществе так точно нельзя.

ПОБЕГ В АСТРОФИЗИКУ И «ПОБОЧНЫЕ» ОТКРЫТИЯ

Вернёмся от псевдонауки и чёрного пиара к не очень лучезарным перспективам ускорительной физики. Получается, что затраты всё выше, количество учёных на экспериментах всё больше, разработка, постройка ускорителя и последующая обработка данных всё дольше, а результаты (в виде новых открытых частиц) всё реже?

Да, это так, достаточно взять учебники с годами открытия частиц и посмотреть на прогресс: 1983 год – три калибровочных бозона, 1995 год – t-кварк и… ничего до самого конца 2012 года, до открытия частицы бозона Хиггса.

Кроме того, есть своего рода проклятие ускорительной физики, тоже имеющее простые причины в самой природе: увеличение энергии ускорителей до новых диапазонов становится всё сложнее и сложнее. Чтобы удержать частицы на огромных скоростях в вакуумной трубе ускорителя, требуются чрезвычайно сильные магниты (и/или очень большой радиус туннеля) и мощные ускоряющие полости, накачивающие СВЧ-излучением ускоряемые частицы. Несомненно, что есть предел энергии и для электронов, и для протонов, после которых ускорение в циклических круговых ускорителях станет настолько дорогим, что никто и не будет делать ускорители с такой энергией. А прямолинейные ускорители должны будут иметь гигантскую длину (в них ведь не получится гонять пучки по кругу сотни тысяч раз, пока они не разгонятся до нужных энергий).

В результате даже такие энтузиасты, как первооткрыватель калибровочных бозонов, стали сомневаться в основном направлении развития ускорительной физики. Так, Карло Руббиа перешёл на должность генерального директора ЦЕРН, на которой оставался до 1993 года, а потом занялся прикладной физикой. Ему принадлежит новая концепция устройства ядерного реактора под названием «умножитель энергии, или электроядерный реактор».

Как ни странно, но такой «столп фундаментальной науки», как ЦЕРН, за свою историю выдал много полезных изобретений, не связанных напрямую с физикой частиц. Например, в 1990-м физик и программист Тим Бернерс-Ли, именно работая в ЦЕРН, создал ради обмена данными и документами в международной среде физиков протокол HTTP и заложил основу World Wide Web – Всемирной паутины, т.е. Интернета, которым мы теперь пользуемся. Многие новые технологии, включая сверхпроводящие магниты из ускорительной физики, применяются теперь и в промышленности. Для получения прибыли с подобных «побочных» изобретений в ЦЕРН даже создали патентный отдел.

А значительная часть физиков-экспериментаторов, в том числе и из хорошо знакомой мне коллаборации DELPHI, на рубеже 2000-х перешла в астрофизику. Для них это не было спонтанным решением. Чем астрофизика лучше ускорительной физики? А именно тем, о чём говорил теоретик Альваро де Рухула: энергией некоторых космических частиц, которая на порядки выше максимальной и даже планируемой энергии в пучках ускорителей. Причём эти космические частицы достаются нам совсем бесплатно в отличие от ускорителей. Подъём астрофизики связан с прогрессом в области космических аппаратов, электроники и детекторов частиц (разработанных именно для ускорительной физики). Астрофизика при этом изучает не просто частицы, она изучает весь мир на бескрайних просторах космоса, внимательно глядя в которые любой честный человек признаёт, что возможности всей техники человечества ещё слишком слабы, чтобы сравниться с мощью галактических масштабов и космических энергий.

Возвращаясь от мощи космоса к теориям мельчайших элементарных частиц, нельзя обойти общепринятую Стандартную модель физики частиц. Стандартная модель имеет свои небольшие проблемы, которые решаются добавлением новых свойств частиц, механизмов и т.п. Так же получилось и с предсказанием новой частицы – бозона Хиггса, что назван так по имени британского теоретика Питера Хиггса, который придумал этот бозон ещё в 1964 году.

Суть была не в самой частице Хиггса, массу которой где только не предсказывали: в диапазоне от 52 ГэВ в 1999 году до 476 ГэВ в 2011 году. Основной задумкой и вызовом для теоретиков стал специально придуманный так называемый хиггсовский механизм (даёт массы калибровочным W+ W- и Z° бозонам как переносчикам слабого взаимодействия), за который два его создателя, Франсуа Энглер и Питер Хиггс, получили Нобелевскую премию.

Открытие новой элементарной частицы – бозона Хиггса на Большом адронном коллайдере к концу 2012 года стало долгожданным экспериментальным достижением в физике элементарных частиц. За без малого 20 лет (с 1995 по 2012 год) ускорительная физика не открыла ни одной частицы – факт, который шокировал бы пионеров физики элементарных частиц 1930-х и 1950-х годов… Масса бозона оказалась равной 125 ГэВ, а время его жизни до обидного малым: 10–24 секунды, теперь можно было переходить к изучению его свойств.

И уже к концу 2013 года физики пришли к выводам: выявленный бозон Хиггса не выходит за пределы Стандартной модели и пока нет никаких экспериментальных указаний на физику за её пределами. Более того, по вариантам распада этого бозона и их вероятности выяснилось: обнаруженный бозон Хиггса – самый стандартный из всех ожидавшихся вариантов. Частица Хиггса, несмотря на свою необычность и драматически долгую дорогу к открытию в эксперименте, подтвердила старую добрую Стандартную модель.

Так единственный полноценный успех ускорительной физики с 1990-х годов одновременно стал новым ударом по теориям суперсимметрии и суперструн. Провал теории суперсимметрии и сомнительные перспективы слишком абстрактной теории суперструн – это, честно говоря, суперзакрытые темы физики частиц.

ПРОВАЛ ТЕОРИЙ СУПЕРСИММЕТРИИ И СУПЕРСТРУН

Среди теоретиков не принято говорить о провале супертеорий. Тем более – выносить это в печать. Запрет 5 лет назад нарушил наш бывший соотечественник, выпускник МФТИ Михаил Шифман. Ныне он занимает постоянную позицию в США, в Миннесотском университете. В октябре 2012 года в своей работе он откровенно призвал коллег-теоретиков сменить курс, искать что-то новое вместо любимых и «модных» в 1980-е годы супертеорий. Но для начала надо официально признать провал и бесполезность этих теорий. Хотя бы ради того, чтобы именно молодёжь из числа фанатов супертеорий (около 2500–3000 учёных, по подсчётам Шифмана) не превратилась в потерянное поколение, утратив способность рождать новые идеи вне общепринятого «тренда».

И какой же была реакция теоретической среды на такое резкое заявление? А никакой – теоретики сделали вид, что этого выступления просто не было. Им не хочется признавать крах этих теорий, не с руки менять статус-кво, нет желания переключаться на новое.

Не реагировали они и на другие критические выступления против суперсимметрии ещё 2000-х годах, например, статьи американского теоретика Ли Смолина. Смолин даже книгу написал о проблемах с теорией суперструн и с её нездоровой почти монополией на научную истину в сфере теории частиц в США. Его книга 2006 года была провокационно названа «Проблема с физикой: возвышение теории струн, падение науки и что придёт потом» – в ней много внимания уделено процессам и методам научного исследования, этике и морали учёных. Но теоретики отбросили всю эту критику, так как автор явно не «из их круга» – он никогда не был сторонником теории суперструн, а потому и не может восприниматься ими как достаточно одарённый, чтобы судить о ней!

Впрочем, логика «человек не нашего круга – недостаточно хороший теоретик» уже не действует в случае с Михаилом Шифманом – бывшим сторонником суперсимметрии. Он сам с 1982 года был поражён элегантностью и красотой новой теории под мистическим названием «суперсимметрия» и написал много работ в её рамках. Но он нашёл в себе мужество и научную честность признать простой факт, что потратил это время зря, что некогда «модная» теория просто не работает. Неважно, насколько горько и обидно говорить: «но природе она не нужна», как это говорит с 2012 года Шифман, важно только то, насколько это близко к научной истине.

Квантовая теория струн возникла в начале 1970-х годов. Теория струн основана на гипотезе о том, что все элементарные частицы и их фундаментальные взаимодействия возникают в результате колебаний и взаимодействий ультрамикроскопических квантовых струн (одномерных протяжённых объектов) на масштабах порядка планковской длины, равной 10–35 метра. Ну а современные эксперименты работают с масштабами до 10–18 метра – значит, эта теория вообще непроверяема.

Суперсимметрия сразу возникла в контексте версии теории струн, ради связи двух полей двух разных типов частиц: фермионов и бозонов. Для этого суперсимметрия предполагает удвоение (как минимум) числа элементарных частиц за счёт новых частиц. Каждой частице выдумывается так называемый суперпартнёр: для фотона – фотино, для кварка – скварк, для хиггса – хиггсино и так далее. Тут уже не обойтись красивыми словами про многомерное пространство, как в теории струн, тут надо предсказывать массы и проявления этих новых «суперпартнёров». Чем теория суперсимметрии и занимается уже более 40 лет. Абсолютно безуспешно: ни одна из предложенных, рассчитанных, предсказанных «суперчастиц» этой теории никогда не была найдена ни в одном эксперименте. С открытием бозона Хиггса, который тоже отказался показывать даже малейшие признаки наличия у себя «суперпартнёра», теория суперсимметрии попала в патовую ситуацию: и предсказывать больше нечего, и успехи предъявить невозможно, так как их нет.

Но нет и признания провала. Сами теоретики в частных беседах упирают на особую «красоту» теории суперсимметрии, как это и отметил Шифман. Сторонники суперсимметрии уверены, что эта чисто субъективная красота перевешивает все негативные стороны теории, даже полное отсутствие её результатов. Странная позиция.

Законы природы не обязаны следовать за нашими мечтами и ощущениями красоты – как раз наоборот: мы должны эти законы максимально точно описать. Ещё в 30-е годы XX века, с рождением квантовой механики, физики обнаружили, что законы микромира на атомных и субатомных масштабах сильно отличаются от привычных нам законов природы в нашем макромире. В микромире человеческая логика уже не работает, а значит, и человеческие критерии красоты там тоже бесполезны. Увы, теоретическое сообщество продолжает хранить молчание – им проще делать вид, что всё хорошо и никакой проблемы нет.

ЦЕНЗУРА «ЗАПРЕТНЫХ ТЕМ»

Не только физику частиц, но и всю науку всегда спасало одно важное свойство человеческого разума: его гибкость. Вовремя сменить курс так же важно, как и его правильно выбрать. Сколько было воздвигнуто ложных теорий в истории науки (взять хотя бы геоцентрическую систему мира и теорию «теплорода»), но они пали под ударами критики и не выдержали конкуренции с более удачными теориями. Важными условиями такой смены парадигм являются открытая борьба научных школ, свобода критики «господствующей» теории без опасений за своё статус-кво, да и просто отсутствие запретных тем.

И в теории, и в экспериментах физики частиц гибкость подходов должна играть ключевую роль: если теория не работает, надо разрабатывать новую, если новые ускорители слишком дороги, значит, надо модифицировать старые или работать с космическими частицами, развивать астрофизику. А если новых частиц на новых диапазонах энергии нет, значит, нужны более тонкие, но недорогие эксперименты на меньшей энергии, не с целью открыть новые частицы, а для уточнения других свойств, для работы на стыке наук. Примерно так уже и происходит в научных центрах:

В Германии был принят в реализацию проект рентгеновского лазера на свободных электронах под названием XFEL, своего рода гибрид микроскопа с ускорителем, который изначально направлен на эксперименты в области биологии и молекулярной химии. А у нас в России решили строить протонный и ионный коллайдер NICA с более чем скромной энергией пучков в 11 ГэВ. Коллайдер NICA изначально нацелен не на открытие новых частиц, а на исследования свойств кварк-глюонной плазмы, а также чисто прикладные, нефундаментальные исследования. В рамках такого подхода пока и развивается ускорительная физика, планы в этом направлении есть до 2022 года, а там будущее покажет, насколько текущий гибкий путь подходит для прогресса в этой области науки.

источник