Мезон распался стандартно

Физики из Протвино разочарованы собственным открытием

 Новое открытие физиков на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе взбудоражило российские СМИ. Дело в том, что среди авторов — много наших ученых из нескольких институтов со всей страны. В чем суть достижения, «МК» в Серпухове» отправился узнать у нашего земляка, сотрудника ИФВЭ в Протвино члена-корреспондента РАН Владимира Образцова — человека, который чуть не открыл бозон Хиггса.

Физики из Протвино разочарованы собственным открытием
Коллаборация детектора LHCb. Фото: ЦЕРН

 — Надо же какой ажиотаж вызвала статья о нашем открытии в Nature. Кажется, вокруг обнаружения бозона Хиггса такой шумихи не было, — удивляется Владимир Образцов.

Мы встретились с ним в отделе теоретической физики в Протвино. Хотя сам он — экспериментатор и руководитель группы протвинских ученых на детекторе LHCb в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН) в Швейцарии. Но как он уверяет, такой уж стены между теоретиками и экспериментаторами нет, над устройством мира приходится думать всем вместе. И все же теоретикам в этот раз от экспериментаторов порядком досталось. Не всем, конечно, а только тем, кто придумывал разные нестандартные теории.

— Этим открытием с десяток теорий мы похоронили, — признается Владимир Федорович.

И главное — почти опровергли теорию суперсимметрии. Согласно ей, в мире у каждой элементарной частицы существует дублер. Например, у электрона есть дублер — с-электрон с целым спином (это один из важнейших параметров элементарных частиц), у кварка — с-кварк и так далее. Теория красивая, которая позволяет много всего рассчитать, но она предсказывала существование конкретных частиц. А их обнаружить не удалось. Остались только совсем экзотические участки, еще не изученные физиками. Может там что-то найдут, а для этого предстоит поработать еще три года на более высоких энергиях. Ради достижения этих энергий — 13 ТэВ останавливали на год Большой адронный коллайдер (БАК).

Открытие распада

Хорошо, какие-то теории закрыли, но что же открыли? Открыли явление распада B-мезона на два мюона: мюон+ и мюон-. Точнее даже не открыли, а увидели в эксперименте то, что предсказала теория — Стандартная модель. Это основная концепция в современной физике, которая описывает весь мир на уровне элементарных частиц. Ее придумали в середине 1960-х и с тех пор хорошо разработали. Удивительным образом Стандартная модель описывает все, что увидели физики с помощью ускорителей, и предсказывает всякие новые вещи, которые потом обнаруживаются в природе. Так произошло с бозоном Хиггса. Его существование предложил еще в середине 60-х английский физик Питер Хиггс, а в 2012 году частицу открыли в эксперименте на БАК. Многие физики пытались опровергнуть Стандартную модель или предложить что-то вместо нее, но опыт неизменно подтверждал ее справедливость. Так вышло и в этот раз.

Распад B-мезона на два мюона (из них, кстати, состоят космические лучи) предсказан Стандартной моделью, но раньше увидеть его не могли из-за того, что это очень редкое событие. Оно случается один раз на миллиард рожденных B-мезонов. Когда проектировали БАК в 1990-х годах, то этот эксперимент по обнаружению распада B-мезона на два мюона спланировали специально и построили для него детектор — LHCb, то есть улавливатель разнообразных событий, которые происходят при столкновении пучков протонов в коллайдере. Но на одном этом детекторе подтвердить распад не смогли бы — слишком мало наблюдали распадов. Тогда к поискам привлекли данные другого детектора — CMS, одного из основных использовавшихся для поиска бозона Хиггса. Два этих детектора в сумме зарегистрировали около 40 событий распада B-мезона. Этого оказалось достаточно, чтобы объявить — и это предсказание Стандартной модели верно.

После обнаружения бозона Хиггса это — одно из самых замечательных открытий в физике последних лет. Для нас оно особенно важно тем, что в нем приняли участие шесть российских институтов, и среди них — Институт физики высоких энергий в Протвино, который теперь входит в НИЦ Курчатовский институт. В этой же структуре состоит и Петербургский институт ядерной физики имени Б. П. Константинова, сотрудники которого принимали непосредственное участие в анализе данных и «поймали» этот самый суперредкий распад B-мезона.

Физики из ИТЭФ (Москва) и ИФВЭ еще в начале 2000-х годов разработали и построили особый электромагнитный калориметр для LHCb — гигантский прибор, фиксирующий фотоны, то есть кванты света. Когда фотоны летят и натыкаются на калориметр, то происходит вспышка, которая и регистрируется. Калориметр состоит из четырехсот тысяч пластин полистирола, которые тоже сделали у нас — во Владимире.

В Большом адронном коллайдере вообще много сделано российскими учеными и на российских предприятиях, включая и основные части детектора CMS, на котором обнаружили бозон Хиггса. Это 80 тысяч кристаллов вольфрамата свинца, выращенных и обработанных на Богородицком заводе технохимических изделий, ныне обанкроченном.

Природа упирается

— Есть все-таки некий элемент разочарования в этом открытии, — Владимир Образцов пытается подобрать более точные слова.

Ученым бы хотелось, чтобы распады B-мезонов происходили чаще, чем предсказывала Стандартная модель. Это было бы отклонением от нее, и давало бы надежду на открытие новой области исследований, которую называют Новой физикой. В мечтах физиков — эта область лежит за пределами Стандартной модели, где-то там находятся ключи к таинственной темной материи и темной энергии. До них пока не удалось добраться. И эта работа закрыла еще одну форточку в новый мир. Но большинство физиков убеждены, что Новая физика существует, и продолжат поиски.

— Когда искали этот суперредкий распад, то все надеялись, что на его фоне выскочит какой-то неучтенный Стандартной моделью процесс, который даст больше распадов. Мы думали, что вот-вот увидим, а нашли ровно на том уровне, который и предсказывает теория. Все-таки она выдающаяся! — восклицает Образцов, но при этом продолжает сокрушаться, что для нее не удалось найти отклонений.

Работа не остановится на этом. Впереди еще три года наблюдений, сбора статистики в десять раз большей, чем раньше, скрупулезного анализа данных. Чем черт не шутит, а вдруг там, где-то в самых экзотических местах таится Новая физика.

По мнению Владимира Образцова, природа упирается до последнего, все открытия происходят на пределе возможностей и в самых неудобных местах.

— Я всю молодость занимался поиском бозона Хиггса. C конце 1980-х работал в ЦЕРН на старом еще коллайдере LEP, — вспоминает ученый. — Мы искали частицу в обычной области и в очень редких процессах, сжимали поиски с двух сторон. Границу слева довели до 115 ГэВ, справа — до 170 ГэВ. И в этот момент сообщество, которое продвигало идею построить еще больший ускоритель — БАК, нас убедило, хотя мы сопротивлялись и хотели искать дальше. А бозон Хиггса открыли на энергии 125 ГэВ — нам не хватило всего 10 ГэВ. Если бы мы только знали! Мы бы напряглись, увеличили бы энергию. Одно время даже надеялись, что если там бозона Хиггса не найдем, то его вообще нет, и значит Стандартная модель неверна.

Вскоре пришлось строить буквально всем миром гигантский 26-километровый коллайдер и на нем уже продолжать поиск бозона Хиггса. Хотя к 2012 году уже мало кто сомневался, что он существует, но все же попотеть пришлось. Также и с Новой физикой может выйти. Надежда умирает последней. В конце-концов, ради нее и построили БАК.

Что еще почитать

В регионах

Новости региона

Все новости

Новости

Самое читаемое

Автовзгляд

Womanhit

Охотники.ру