Предлагаю вашему вниманию перевод недавнего сообщения из блога Quantum Diaries авторства Pauline Gagnon. Надеюсь, он поможет унять споры о необходимости строительства 27-километровой махины и отсутствия результатов до сих пор. Кроме того, приглашаю желающих присоединиться к LHC@home и посодействовать появлению этих самых результатов.
Многое было сказано о бозоне Хиггса – преимущественно, насколько круто было бы его найти. Но что, если мы так и не найдем его? На самом деле, и это будет великим открытием.
Нахождение бозона Хиггса или опровержение теории его существования будут одинаково полезны, как напомнил аудитории недавней конференции International Europhysics Conference of High Energy Physics президент CERN («CERN Director General» – глава некоммерческой организации) Rolf Heuer. Любой результат принесет удовольствие: ведь работа выполнена! Но исключение бозона Хиггса (или хотя бы одного из видов, предсказанных Стандартной Моделью – нашей текущей теоретической моделью) направит ученых-теоретиков в правильное русло. Ведь нам нужен не столько бозон Хиггса, как таковой, сколько понимание, как это все работает.
Бозон Хиггса – это простейшее разрешение механизма (процесса) Брута-Энгерта-Хиггса (или просто – механизма Хиггса) – математического трюка, названного в честь ученых, разработавших его. Это то, что нам нужно, чтобы обеспечить массой все элементарные частички (электроны, кварки и все тяжелые бозоны, которые мы наблюдали здесь в CERN или где-либо еще, – а именно, W и Z бозоны). Без этого механизма уравнения, которыми мы в данный момент описываем элементарные частицы, генерируют только безмассовые частицы. Но мы знаем, что эти частицы имеют массу, что подтверждено бесчисленное число раз в наших детекторах.
Механизм Хиггса также решает другую фундаментальную проблему нарушения нормировки (unitarity violation). В двух словах, «унитарность» в данном контексте означает нормировку всех вероятностей на единицу. Представьте мешок с шариками трех разных цветов. Допустим, 20% красных и 50% желтых. И я не обязан называть вам остаток зеленых шариков, которых 30%. Каждый может это «угадать». Но если нормированность нарушается, зеленых шариков может быть не 30% и в сумме будет не 100%. Можно подумать, что наши шарики закатились за ролики (в оригинале тут используется игра слов «marble» (шарик) и «losing marbles» (сходить с ума) ).
Это именно то, что происходит со всеми возможными путями распада частиц, когда мы рассматриваем их при высоких энергиях. Механизм Брута-Энглерта-Хиггса стабилизирует эту ситуацию и привносит в нее минимальное здравомыслие. Без него все известные уравнения, что описывают мир элементарных частиц, перестают работать.
Поэтому теоретики настолько уверены, что мы на грани открытия чего-то нового в Большом Адронном Коллайдере. Этот новый ускоритель достаточно мощен, чтобы привести к энергетическом режиму, когда начинают нарушаться уравнения. Таким образом, мы на грани открытия новых частиц, связанных с областями теории, которые мы до сих пор не имели возможности изучить. Они необходимы, чтобы стабилизировать теоретический каркас, которым мы описываем природу. Мы знаем, что что-то упущено, но мы не слишком знаем, чем может быть это «что-то».
Сейчас существует множество моделей, которые соблюдают нормировку и объясняют происхождение массы. Это необязательно бозон Хиггса Стандартной Модели. Просто он – простейшее объяснение. Это может быть нечто более сложное, как «Technicolor» (модели, которые ссылаются на нарушение симметрии электрослабого взаимодействия) или дополнительные измерения. Таких теорий множество, мы просто должны двинуться в нужном направлении. И то, что мы откроем с помощью наших детекторов, откроет, какая теория была правильной.
Открытие бозона Хиггса или его не-открытие скажут нам, куда идти.
И, по традиции,
Вопрос «а при чем тут Хабр» уже был задан и qrazydraqon ответил на него даже лучше меня:
qrazydraqon #
Народ принимает участие в работе LHC@home (это уж точно IT, да?), и ему, конечно же, интересно, не впустую ли. Вот и [умеренно] подробное пояснение, что вне зависимости от конечного ответа, результат будет чрезвычайно полезен для науки.
nagimov #
Мне кажется, более наглядно показать, что энергия в 7 ТэВ приблизительно равна кинетической энергии летящей мухи =)
sly2m #
А мне все-таки кажется, что темная материя существует.
Вот на счет темной энергии — он же неуловимый эйнштейновский лямбда-член, да, мысли у меня точно такие же как у вас по поводу темной материи. Мне кажется что темная энергия, так необходимая современным астрофизикам, на массу которой они полагают сегодня 70% массы Вселенной — это проявление какого-то (дальше идут образные, «ненаучные» термины) эффекта искривления пространства в гигантских масштабах, или проявления некого закона или силы природы, действующих на масштабах галактик, и нами, пока, совершенно неизмеримых.
sly2m #
В «сопоставимых размерах» это еще мягко сказано. По современным понятиям видимая материя составляет лишь 4% от общей массы Вселенной. Темная материя занимает 22%, а темная энергия все 74%.
[… ]
Мне тоже кажется, что-то тут не так. Не иначе как власти скрывают неучтенную материю от населения…
alexkolzov #
А вот мне не очень верится в правильность теории Хикса. Вообще несмотря на мою большую любовь к квантовой механике, Стандартная Модель содержит неправдоподобно большое (на мой взгляд) количество элементарных частиц. Слабо верится, что природа так сложна на фундаментальном уровне.
alexkolzov #
[...]
А относительно нахождения — так частицы, собственно, обычно и не «находят» непосредственно, их вычисляют исходя из принципов сохранения и симметрии.
Многое было сказано о бозоне Хиггса – преимущественно, насколько круто было бы его найти. Но что, если мы так и не найдем его? На самом деле, и это будет великим открытием.
Нахождение бозона Хиггса или опровержение теории его существования будут одинаково полезны, как напомнил аудитории недавней конференции International Europhysics Conference of High Energy Physics президент CERN («CERN Director General» – глава некоммерческой организации) Rolf Heuer. Любой результат принесет удовольствие: ведь работа выполнена! Но исключение бозона Хиггса (или хотя бы одного из видов, предсказанных Стандартной Моделью – нашей текущей теоретической моделью) направит ученых-теоретиков в правильное русло. Ведь нам нужен не столько бозон Хиггса, как таковой, сколько понимание, как это все работает.
Бозон Хиггса – это простейшее разрешение механизма (процесса) Брута-Энгерта-Хиггса (или просто – механизма Хиггса) – математического трюка, названного в честь ученых, разработавших его. Это то, что нам нужно, чтобы обеспечить массой все элементарные частички (электроны, кварки и все тяжелые бозоны, которые мы наблюдали здесь в CERN или где-либо еще, – а именно, W и Z бозоны). Без этого механизма уравнения, которыми мы в данный момент описываем элементарные частицы, генерируют только безмассовые частицы. Но мы знаем, что эти частицы имеют массу, что подтверждено бесчисленное число раз в наших детекторах.
Механизм Хиггса также решает другую фундаментальную проблему нарушения нормировки (unitarity violation). В двух словах, «унитарность» в данном контексте означает нормировку всех вероятностей на единицу. Представьте мешок с шариками трех разных цветов. Допустим, 20% красных и 50% желтых. И я не обязан называть вам остаток зеленых шариков, которых 30%. Каждый может это «угадать». Но если нормированность нарушается, зеленых шариков может быть не 30% и в сумме будет не 100%. Можно подумать, что наши шарики закатились за ролики (в оригинале тут используется игра слов «marble» (шарик) и «losing marbles» (сходить с ума) ).
Это именно то, что происходит со всеми возможными путями распада частиц, когда мы рассматриваем их при высоких энергиях. Механизм Брута-Энглерта-Хиггса стабилизирует эту ситуацию и привносит в нее минимальное здравомыслие. Без него все известные уравнения, что описывают мир элементарных частиц, перестают работать.
Поэтому теоретики настолько уверены, что мы на грани открытия чего-то нового в Большом Адронном Коллайдере. Этот новый ускоритель достаточно мощен, чтобы привести к энергетическом режиму, когда начинают нарушаться уравнения. Таким образом, мы на грани открытия новых частиц, связанных с областями теории, которые мы до сих пор не имели возможности изучить. Они необходимы, чтобы стабилизировать теоретический каркас, которым мы описываем природу. Мы знаем, что что-то упущено, но мы не слишком знаем, чем может быть это «что-то».
Сейчас существует множество моделей, которые соблюдают нормировку и объясняют происхождение массы. Это необязательно бозон Хиггса Стандартной Модели. Просто он – простейшее объяснение. Это может быть нечто более сложное, как «Technicolor» (модели, которые ссылаются на нарушение симметрии электрослабого взаимодействия) или дополнительные измерения. Таких теорий множество, мы просто должны двинуться в нужном направлении. И то, что мы откроем с помощью наших детекторов, откроет, какая теория была правильной.
Открытие бозона Хиггса или его не-открытие скажут нам, куда идти.
И, по традиции,
важные комментарии
Вопрос «а при чем тут Хабр» уже был задан и qrazydraqon ответил на него даже лучше меня:
qrazydraqon #
Народ принимает участие в работе LHC@home (это уж точно IT, да?), и ему, конечно же, интересно, не впустую ли. Вот и [умеренно] подробное пояснение, что вне зависимости от конечного ответа, результат будет чрезвычайно полезен для науки.
nagimov #
Мне кажется, более наглядно показать, что энергия в 7 ТэВ приблизительно равна кинетической энергии летящей мухи =)
sly2m #
А мне все-таки кажется, что темная материя существует.
Вот на счет темной энергии — он же неуловимый эйнштейновский лямбда-член, да, мысли у меня точно такие же как у вас по поводу темной материи. Мне кажется что темная энергия, так необходимая современным астрофизикам, на массу которой они полагают сегодня 70% массы Вселенной — это проявление какого-то (дальше идут образные, «ненаучные» термины) эффекта искривления пространства в гигантских масштабах, или проявления некого закона или силы природы, действующих на масштабах галактик, и нами, пока, совершенно неизмеримых.
sly2m #
В «сопоставимых размерах» это еще мягко сказано. По современным понятиям видимая материя составляет лишь 4% от общей массы Вселенной. Темная материя занимает 22%, а темная энергия все 74%.
[… ]
Мне тоже кажется, что-то тут не так. Не иначе как власти скрывают неучтенную материю от населения…
alexkolzov #
А вот мне не очень верится в правильность теории Хикса. Вообще несмотря на мою большую любовь к квантовой механике, Стандартная Модель содержит неправдоподобно большое (на мой взгляд) количество элементарных частиц. Слабо верится, что природа так сложна на фундаментальном уровне.
alexkolzov #
[...]
А относительно нахождения — так частицы, собственно, обычно и не «находят» непосредственно, их вычисляют исходя из принципов сохранения и симметрии.
