Вывод удручающий — бозон совершенно не отличается от стандартного бозона Хиггса, который и предсказывала Стандартная модель в первую очередь. То есть подвтердился тот вариант устройства Вселенной, который сами ученые считают самым скучным.
Ранее была небольшая надежда, что бозон Хиггса — все-таки не совсем такой, как предсказывалось. Из опытных данных следовало то, что он слишком часто превращается в два фотона (физики говорят «распадается», но стоит пояснить, что бозон при этом не состоит из двух фотонов, на которые может развалится) и потому, возможно, с этого места начинается новая физика. Но вот группа исследователей, работающая с детектором CMS представила новый статистический материал (для специалистов — см презентацию в формате.pptx) по реакциям с участием бозона — и надежды испарились.
Правда, результаты расчетов по разным методикам несколько отличаются друг от друга. И данные 2011 года довольно сильно отличаются от данных 2012. Может быть, тут еще удастся найти что-то выходящее за рамки привычных теорий, но пока что бозон явно выглядит стандартным, даже стандартнейшим бозоном Хиггса. Что, с одной стороны, говорит в пользу Стандартной модели и ее предсказательной силы, с другой же — наводит на грустные мысли о подошедшей к концу эпохе физики элементарных частиц.
Стандартная модель описывает все известные человечеству частицы и поля, за исключением разве что гравитации… но все теоретические модели квантовой гравитации (теория струн, петлевые модели и прочая экзотика) для проверки требуют такой энергии частиц, которая превосходит возможности лучших ускорителей мира на много порядков. То есть, скажем, в миллион раз — понятно, что никакие усовершенствования существующих технологий ситуацию здесь не изменят.
Снимки детектора в тоннелях ЦЕРН все уже видели. Более редкий кадр — сборка детектора, идет подключение отдельных элементов. Эти клиновидные блоки будут регистрировать продукты столкновения протонных пучков; с технологической точки зрения это одно из самых совершенных творений человеческих рук в истории.
Стандартная модель за две минуты
Вся материя состоит в первую очередь из кварков. Кварки бывают трех поколений, в каждом по две частицы — то вещество, которое мы видим, составлено из кварков u и d первого поколения, кварки второго (c и s) и третьего (b и t) входят в состав короткоживущих экзотических частиц.
Кроме кварков есть еще лептоны, тоже трех поколений. Это три частицы — электрон, мюон и тау-лептон и три соответствующих им нейтрино (электронное, мюонное и тау-нейтрино). И кварки, и лептоны имеют каждый по античастице; итого вся материя сводится к 6 кваркам, 6 лептонам и такому же количеству античастиц.
Друг с другом все частицы — и кварки, и лептоны — взаимодействуют за счет одного из трех полей. Электромагнитного, сильного и слабого поля, «сильный» и «слабый» это именно названия, а не просто качество. Каждое поле в квантовой теории представлено как своего рода облако частиц, которые называются квантами поля и в стандартной модели кванты поля стоят в отдельной категории «бозоны».
Квант электромагнитного поля — фотон, квант сильного — глюон (глюоны склеивают кварки в протоны с нейтронами, отсюда и название. Glue — клей), кванты слабого — W и Z бозоны, которые еще могут иметь электрический заряд. Где же бозон Хиггса?
Бозоны Хиггса повсюду и выполняют единственную роль — они создают своего рода суп, в котором плавают прочие частицы. То, насколько сильно частицы взаимодействуют с этим «супом», обуславливает то, насколько легко их разогнать или, напротив, замедлить. То есть в итоге за счет бозона Хиггса появляется такое важное свойство, как масса. Но, что важно подчеркнуть, масса как мера инерции, а не гравитации! Гравитации в Стандартной модели нет вовсе, и как устроена гравитация на квантовом уровне — пока остается только предполагать. Ученые также предполагали, что бозонов Хиггса будет несколько, что он сам будет составной частицей, что могут быть электрически заряженные бозоны, но все это пришлось отставить.
Еще один не самый известный кадр времен сборки детектора — здесь представлена лишь малая часть работавших над проектом людей, но зато хорошо виден масштаб этого уникального прибора. Снимок из архиваhttp://cds.cern.ch
Да, еще один — не последний в физике, но последний в этой статье штрих: все частицы могут превращаться друг в друга с испусканием или поглощением других частиц. Физики называют иногда такие реакции «распадами», но это не значит того, что частицы распадаются на части — это именно превращения одних частиц в другие, без всяких промежуточных стадий.
Какие превращения возможны, с какой вероятностью и при каких условиях, почему они происходят именно так, а не иначе — это уже предмет не популярной короткой статьи, а обширного учебника.