Игорь Иванов - Удивительный мир внутри атомного ядра
Вопрос: Вследствие чего, если брать теорию хиггсовского поля, разные частицы обладают разной массой?
А это тоже непонятно. На этот вопрос не отвечается в рамках этой теории. К сожалению, есть вопросы, на которые эта теория не отвечает. Без этой теории у нас известно, что есть разные частицы с разной массой. В этой теории говорится то же самое, только другими словами: эти частицы по-разному цепляются за поле. Но почему они так цепляются, совершенно неизвестно. Физики надеются, что это начнет проясняться после того, как наконец-то откроют этот хиггсовский бозон, потому что там есть много вариантов, и начнут разбираться, собственно, что это за хиггсовское поле, какой конкретно механизм порождает его во всей Вселенной. Но это еще открытый вопрос.
Вопрос: Связано ли явление дуализма с глюоновым облаком?
Да нет, не связано. Дуализм — в смысле, корпускулярно-волновой дуализм — просто возникает в квантовой механике, без всяких дополнительных частиц, без всяких глюонов.
Вопрос: Струнная теория пытается объяснить не только как, а еще и почему. А вот теория хиггсовского поля объясняет ли, почему существует такое разнообразие частиц?
Нет, нет, конечно не объясняет. Этот вариант хиггсовской теории (ее официальное название — «электрослабая теория со спонтанным нарушением электрослабых сил») это не объясняет. На самом деле, это вовсе не альтернатива вот этой струнной теории. Это теории, которые работают «на разных этажах», скажем так. Суперструнная теория тоже пока ничего не говорит пока что про этот хиггсовский механизм.
Вопрос: А эти теории могут пересекаться?
Они не пересекаются, они могут следовать одна из другой. Суперструнная теория формулируется на очень больших энергиях. После того, как всё компактифицируется, получаются низкие энергии. Что получится при низких энергиях, теория суперструн пока не может ответить. Вот если она сможет вывести хиггсовское поле, тогда это будет большой успех, но пока она этого не может сделать.
Вопрос: Вы сказали, что что-то из хиггсовской теории уже подтвердилось. Что конкретно?
Из нее подтвердилось следующее. Есть частицы, которые переносят слабые взаимодействия: W- и Z-бозоны. У них есть масса, и эта масса тоже генерируется хиггсовским механизмом. Но в отличие от обычной материи — электронов и кварков — там никакой неопределенности нет, там все четко задано в теории. То есть теория просто четко может посчитать, например, отношение друг к другу масс этих частиц. Эта величина была посчитана и предсказана в 70-х годах. После этого начали экспериментально охотиться за этими W- и Z-бозонами. Их открыли и их массы совпадают с точностью 1-2% с предсказанием этой теории. Другие модели, которые дают такое же хорошее согласие, трудно придумать. Но, по-моему, они есть, то есть, в принципе, есть еще альтернативы. Это раз. Второе — частицы, которые еще не открыты, можно чувствовать, даже если вы их не видите. В квантовой механике есть такие виртуальные поправки — флуктуации тяжелых частиц, когда тяжелые частицы не рождаются, а на некоторое время в вакууме появляются, а потом снова исчезают (но это только слова, на самом деле, не надо визуально эту картинку себе представлять). Этот механизм влияет на свойства частиц и на реакции их рассеяния — ну, обычных частиц, протонов например. Эти поправки, корректирующие факторы, были посчитаны в рамках хиггсовской теории, и они вроде бы сходятся с экспериментом. То есть хиггсовский бозон еще не открыли, но его как бы уже косвенно чувствуют.
Вопрос: Я слышал про теорию — возможно, это теория суперструн — она утверждает, что наша Вселенная — это пульсирующая волна и что при сильном увеличении атомы тоже состоят из этих волн. Возможна ли вложенность Вселенной в вашем варианте?
Я не могу сказать, что это невозможно, но реально работающей такой теории я не знаю.
Вопрос: Бывают ли несчастные случаи в коллайдере? Наверное, там огромные радиации?
Бывают, да. Редко, но бывают. Обычно их стараются не допускать. Вот при конструировании LHC погиб один рабочий, погиб из-за нарушения техники безопасности. В какой-то шахте поднимали груз, который оказался не закреплен. Рабочий был внизу, и его просто прибило. Еще рассказывают (я не знаю, насколько можно этому верить), что какому-то человеку в голову пучок попал. У него получилась дырка насквозь, но он еще жил после этого.
Там, конечно, огромные энергии, и они действительно ничего не оставляют в том месте, куда попадают. То есть сплошняком этот канал они могут пробить легко. Но это не значит, что они разнесут всё в клочья, как это в фильмах показывают. В принципе, это возможно, но насколько это реально — я не знаю.
А просто мелкие травмы были, например, когда люди забывали отключить магнитное поле. Когда проходишь мимо, а в кармане, например, гаечный ключ, при таком напоре он просто вылетает из кармана и может поранить.
Вопрос: Что мешает частице «кварк + антикварк» просто аннигилировать?
Ничего не мешает, они реально аннигилируют. На самом деле, это смотря какую частицу брать. Вот пи-ноль-мезон — он состоит из кварка и того же самого антикварка. Они могут аннигилировать, и в результате у вас получается распад на фотоны. Пи-мезон действительно распадается на фотоны.
А как узнают, что он существовал?
Есть частицы, которые живут достаточно долго — например, микросекунды. За микросекунды при скорости света они могут пролететь достаточно много. Они оставляют следы в детектирующей аппаратуре: просто видно, что частица шла, а потом разделилась на две части. Это все реально смотрится. А пи-ноль-мезон живет очень коротко, и поэтому он никуда не успевает долетать. Такого рода частицы восстанавливают по инвариантной массе, то есть полной энергии продуктов распада. Если у вас есть частица — например, пи-ноль-мезон, — которая может распадаться на два фотона, то вы смотрите ее реакции в каком-нибудь столкновении. Не в одном, а во многих: просто тысячи однотипных столкновений. И строите распределение по полной энергии этих двух фотонов. Обычно картинка получается такая: при разных энергиях у вас получается мало фотонов, а при какой-то определенной энергии — очень много. Получается такой пик. Если мы верим в квантовую электродинамику, квантовую теорию, то это получается только потому, что образовалась частица, которая распалась. Вот так вот они и восстанавливаются.
Вопрос: Прозвучала мысль, что спокойные кварки и движущиеся кварки — это разные вещи. Поясните, пожалуйста, насколько они разные. Это реально разные вещи? Это тривиальные отличия — как покоящийся объект и сокращающийся движущийся объект — или нет?
Нет, это более сложные отличия.
Сохраняется ли при этом инвариантность релятивистской теории? Ведь всё должно согласовываться с теорией относительности.
Там всё согласуется. Сейчас я не рискну пояснять это на таком уровне. Это более сложная связь. Если хотите, об этом можно поговорить отдельно.
Вопрос: У меня несколько уточняющих вопросов.
1. LHC — это pp или анти-pp коллайдер?
Да, это pp, то есть протон-протон коллайдер. Это потому, что получать антипротоны в таком количестве очень сложно. Они ведь не существуют в природе, их надо получать. В коллайдере очень много частиц с большой концентрацией, их надо получать очень быстро.
2. Вы говорили о сверхпроводимости и о том, что этот эффект существует при больших объемах. Верно ли, что в наночастицах в вакууме при тех же условиях сверхпроводимости не будет?
Это непонятно. На самом деле, я говорил, что нет предела, ниже которого ее совсем нет, а выше — она полностью есть. Просто есть явление, которое постепенно включается при увеличении частиц.
3. Мы пытаемся оторвать в протоне кусок глюонного облака. Вы сказали, что когда кусок оторван, облако вырастает. Откуда протон знает, насколько его надо нарастить?
Не надо представлять глюоны так, как будто они просто сидят на своем месте и всё. На самом деле, каждый глюон — это не нечто такое маленькое, а сидит сразу во всем протоне. Они просто друг с другом интерферируют, как-нибудь по-хитрому. Если вы оторвете кусок глюонного облака, все частицы «почувствуют», что что-то случилось, и начнут размножаться так, чтобы всё заполнить.
До какого момента они будут это делать?
