Странный народ эти ученые: сначала формулируют законы и доказывают их незыблемость, а потом сами же опровергают. Начнем со Стандартной модели. Базовая теория физики элементарных частиц совсем недавно обрела стройность и законченность. И вот уже несколько научных коллективов грозятся доказать, что она не работает.
Физика элементарных частиц — совсем молодая область знаний.
«Первые частицы были открыты в конце XIX века, но научная отрасль сформировалась лишь в середине прошлого столетия, когда появились ускорители — наш основной инструмент»,
— рассказывает Евгений Солдатов, ассистент кафедры физики элементарных частиц НИЯУ МИФИ.
Стандартная модель описывает фундаментальные частицы материи и их взаимодействие — из чего все состоит и по каким законам работает. Частицы — шесть кварков и шесть лептонов. В рамках Стандартной модели частицы участвуют в трех видах фундаментальных взаимодействий: сильном, слабом и электромагнитном. Еще в Стандартную модель входят бозоны — «переносчики» всех трех видов взаимодействий.
Особняком стоит хиггсовский бозон. Его существование предсказал в 1964 году британец Питер Хиггс: должно же быть что-то, что объяснило бы, откуда у частиц масса. Физик предположил, что они получают массу посредством механизма, основанного на существовании пронизывающего все пространство поля еще какой-то частицы, особой. И оказался прав. В 2012 году бозон Хиггса наконец обнаружили в эксперименте на Большом адронном коллайдере.
Не успели отпраздновать открытие бозона Хиггса, как ученые по всему миру принялись искать отклонения от Стандартной модели. Скажем сразу: железобетонного нарушения пока никто не обнаружил. Зафиксированные события можно списать на забарахливший детектор или погрешность измерений. Но некоторые результаты заставляют задуматься. Например, подозрительно ведут себя прелестные мезоны: целый фейерверк отклонений и необъясненных эффектов обнаружился в их распадах. Не все ясно и с бозоном Хиггса: то он распадается на мюон и тау-лептон, чего по Стандартной модели быть не может, то рождается каким-то странным способом, отклоняющимся от теории.
«В конце XIX века ученые верили, что в физике все открыто. Но затем появилась общая теория относительности, квантовая механика, физика высоких энергий, — перечисляет Евгений Солдатов. — В начале XXI века мы более осторожны в прогнозах и не спешим называть Стандартную модель теорией всего. Мы допускаем, что она неполная и будет со временем расширяться».
Есть в природе процессы и явления, которые Стандартная модель не описывает в принципе. Во-первых, гравитационное взаимодействие. Во-вторых, из астрофизических исследований уже достоверно известно, что существует темная материя и ее примерно в пять раз больше, чем материи, из которой мы состоим. В Стандартной же модели существование темной материи не учтено.
Есть проблема иерархии. В Стандартной модели более 20 свободных параметров. Почему масса истинного кварка в 100 тыс. раз больше массы верхнего? Почему константа связи истинного и нижнего кварков в 40 раз меньше константы связи очарованного и нижнего? На эти вопросы Стандартная модель не дает ответов. «Наконец, есть проблема нейтрино. По Стандартной модели эти частицы массы иметь не должны, — рассказывает Евгений Солдатов. — Но в последние десятилетия эксперименты показали, что нейтрино могут осциллировать — один сорт переходит в другой. А осцилляции возможны, только если есть масса».
Вопросов много, и неудивительно, что усилия ученых направлены на поиск отклонений от теории. Возможно, именно обнаружение новых эффектов позволит найти ответы.
«Нужно понимать: Стандартная модель не будет опровергнута, не будет доказано, что она неправильная, что это еретическое учение. Теория будет уточняться и расширяться», — говорит Евгений Солдатов.
Людей, далеких от физики высоких энергий, интересует вопрос применения результатов этих исследований.
«Очень сложно предсказать, во что выльются фундаментальные исследования, но практическая польза будет точно, — утверждает Евгений Солдатов. — Какой был прок от игр разума Максвелла с электричеством и магнетизмом в XIX веке? В тот момент невозможно было представить, как это использовать. А сейчас мы без электричества жить не можем. Кроме того, эксперименты в области физики высоких энергий ведут к развитию технологий. Не забывайте, что интернет придумали в ЦЕРН».