Удивительный мир внутри атомного ядра

Видите этот центральный детектор, который, как я говорил, очень важный? Он кажется очень мелким, но реально он размером с человека. Вот картинка. Здесь человек сидит и монтирует последние детали для этого большого (в этом масштабе) центрального детектора. Это цилиндр, сплошняком напичканный сложной электроникой. Здесь вот сделано небольшое увеличение, просто чтобы показать, сколько туда проводочков идет. А по каждому проводочку будет идти сигнал, что частица такая-то пролетела здесь, оставила столько-то заряда, и так далее. Когда всё это вместе будет анализироваться — с десятков, сотен тысяч проводочков, — это всё вместе и дает картину того, что же всё же произошло.

А вот пример вещества, которое было создано специально для экспериментов физики элементарных частиц (не в этом эксперименте LHC, а раньше). Это аэрогель, который иногда называют «твердый дым». Это вещество, которое очень легкое и довольно хрупкое к тому же, легче пенопласта. Оно всего в несколько раз тяжелее воздуха, невесомое, полупрозрачное. Его особенность в том, что его коэффициент преломления такой, который не существует ни у какого вещества в природе, — 1,05. Такого почему-то в природе нет. Или как у воды — 1,3, или как у газов — 1,00002. А такого вещества не было, и его пришлось создать. Потому что с помощью этого кусочка очень удобно измерять скорость частицы.

А вот как примерно будет выглядеть — это конечно моделирование — распад той частицы, которую мы ловим (хиггсовского бозона). Я говорил, что столкновения происходят очень часто, поступают миллиарды, триллионы данных. Если перебирать их компьютером, иногда возникают такие события. Каждая такая картина называется событием. Ну, что здесь видно? Это промоделированный вид с торца детектора CMS. Здесь видно, что есть частицы, которые так вот разлетелись, есть частицы, которые досюда долетели и выделили много энергии, и есть те, которые мелкие летают. Так примерно будет выглядеть рождение и распад хиггсовского бозона; за такими событиями люди и будут охотиться.

События не всегда будут такие простые, иногда они будут и сложные. Здесь показано другое столкновение: не протон по протону, а столкновение двух ядер в детекторе ALICE (это тоже моделирование). Представьте: столкнулись два ядра свинца, в них самих уже 400 частиц вместе, да еще куча родилась, и эти тысячи частиц разлетаются в разные стороны из одной точки. Детектор должен не просто посмотреть и сказать: «Ох, сколько частиц!» Он должен измерить все эти траектории, посчитать количество частиц, их энергии, всё это просуммировать вместе и понять, как разлетались эти частицы. То есть в первый самый момент, когда они только столкнулись, как это всё начало двигаться. Всё это требуется, поэтому и создают такую сложную технику.

Мы с вами знаем, что есть два механизма возникновения массы, про которые мы точно знаем, что они существуют. Однако это еще не конец истории, потому что не исключено, что существуют и другие способы порождения массы. То, что мы видим как массивное тело, на самом деле может получать свою массу из совсем разных механизмов.

Этот большой коллайдер даст не только ответы на вопросы, которые мучают физиков уже много лет, потому что теоретики уже и не знают, что выдумывать, потому что слишком много вариантов накопилось, надо, чтобы природа на них ответила. Он также откроет новую дорогу к дальнейшим теориям. Физики поймут, куда надо дальше двигаться и что разрабатывать.

Вопросы после лекции

Вопрос: Вот было сказано о хиггсовском бозоне. Хиггсовское поле... Взаимосвязаны ли... Хиггсовский бозон — он... в чем именно интерес, чтобы...?

Я забыл, действительно, сказать. Значит, смотрите. Хиггсовский бозон — это колебание этого хиггсовского поля, это совсем новый тип частиц. Но его тоже можно проиллюстрировать — вот эта аналогия с водой. Помните, я рассказывал: пенопласт на столе и водичка. Когда вы дуете на эту воду, то не просто вы видите, что сами частички куда-то поплыли, но иногда, особенно если сильно подуете на воду, увидите волны на поверхности воды, которые разбегаются. Так вот, волны — это колебания той среды, которая сдерживает частицы. Понимаете? И их наличие — есть важное доказательство того, что действительно среда какая-то есть. Так вот, бозон Хиггса — это тоже колебание хиггсовского поля. Для того, чтобы его родить, надо столкнуть с большой скоростью, с большой энергией частицы. И вот поэтому его надо открыть. Если его не откроют, то, на самом деле, значит, теория эта вот неверна.

Вопрос: Какая оценка массы бозона Хиггса?

А вот это самая сложная вещь. Потому что, я говорю, разные модели совершенно разное