На сегодняшний день Большой адронный коллайдер (БАК) остается самым сложным и дорогостоящим научным прибором в истории человечества. Однако новости о его «закрытии» часто вызывают тревогу у широкой публики. Физик Дмитрий Горбунов, астроном Владимир Сурдин и ведущий Алексей Семихатов обсуждают, почему остановка ускорителя — это не признак кризиса, а необходимый этап для поиска «новой физики», и как ученые пытаются поймать неуловимую тёмную материю в лабораторных условиях.
🛠️ Зачем «закрыли» Большой адронный коллайдер 1:34
Вопреки конспирологическим теориям, БАК не закрыт навсегда, а находится на стадии плановой модернизации (апгрейда) . Любой научный инструмент такого масштаба требует периодического технического обслуживания и обновления компонентов, чтобы оставаться эффективным.
Дмитрий Горбунов выделяет три основные причины текущих работ:
- Износ оборудования: Постоянный поток высокоэнергетических частиц постепенно разрушает детекторы. Физические элементы выходят из строя и требуют замены спустя десятилетие работы .
- Увеличение светимости: Главная цель модернизации — повысить количество столкновений частиц в единицу времени. Если сейчас за один «пролет» пучков происходит около 10 столкновений, то после апгрейда их число планируют довести до 50 .
- Анализ накопленных данных: Пока инженеры пересобирают части ускорителя, тысячи физиков (всего в проекте задействовано по 5 000 человек на каждый крупный детектор) продолжают обрабатывать терабайты данных, полученных в предыдущие годы , .
🧪 Что ищет БАК: от бозона Хиггса до «квантовой каши» 17:34
Дмитрий Горбунов подчеркивает, что эра «гарантированных открытий» для коллайдера закончилась . Когда БАК только проектировался, у физиков были «пустые клеточки» в Стандартной модели: нужно было обязательно найти топ-кварк и бозон Хиггса. Эти частицы были открыты, что подтвердило точность наших текущих знаний о микромире .
Сегодня ситуация иная:
- Проверка Стандартной модели: Ученые продолжают уточнять параметры известных частиц. Если предсказания теории не сойдутся с экспериментом хотя бы в третьем знаке после запятой, это станет окном в новую физику .
- Многокварковые состояния: Обнаружены частицы, состоящие из четырех и пяти кварков (тетракварки и пентакварки), что помогает лучше понять сильное взаимодействие .
- Поиск аномалий: Ученые ищут редкие события. Например, однажды был зафиксирован сигнал, похожий на частицу в шесть раз тяжелее бозона Хиггса (750 ГэВ), но при наборе большей статистики этот пик «рассосался», оказавшись статистической флуктуацией .
🌌 Тёмная материя: как поймать «привидение» 34:42
Астрономы уверены: видимая материя составляет лишь малую часть Вселенной, а тёмной материи в пять раз больше . Физики на БАК пытаются не просто найти её, а «создать» в ходе столкновений .
Существуют разные гипотезы о природе этого вещества:
- Вимпы (WIMPs): Слабо взаимодействующие массивные частицы. Это «тяжеловесы» микромира, которые в сотни раз тяжелее протона . Их ищут в глубоких шахтах (например, в Новосибирске или под горами в Италии), охлаждая огромные баки с аргоном или ксеноном в надежде, что пролетающая частица тёмной материи «пнет» ядро атома .
- Тёмные фотоны: Гипотетические частицы, которые похожи на обычный свет, но взаимодействуют с нашим миром в тысячи раз слабее. Это своего рода «зеркальный мир», который мы чувствуем только гравитационно , .
- Аксионы: Сверхлегкие частицы, которые могут превращаться в фотоны в сильных магнитных полях .
🧲 Аксионы и Саровский галоскоп 1:07:26
Одной из самых перспективных областей сегодня является поиск аксионов. Дмитрий Горбунов рассказывает о проекте CASH (Cosmic Axion Sarov Haloscope) . Идея заключается в использовании мощных магнитных полей (в которых сильны институты Сарова и Нижнего Новгорода) для превращения аксионов в радиоволны внутри специальных резонаторов .
Аксионы интересны тем, что их существование предсказано не только для объяснения тёмной материи, но и для решения фундаментальной проблемы «сильного CP-нарушения» — вопроса о том, почему нейтрон не обладает электрическим дипольным моментом, хотя квантовая теория поля буквально заставляет его его иметь , .
🌀 Загадка нейтрино и «стерильные» призраки 1:10:07
Нейтрино — самые странные частицы Стандартной модели. Долгое время считалось, что у них нет массы, но эксперименты доказали обратное. Проблема в том, что в текущую «кружку» (Стандартную модель) массу нейтрино нельзя добавить без введения новых «ингредиентов» .
Дмитрий Горбунов описывает концепцию стерильных нейтрино — частиц, которые вообще не участвуют в обычных взаимодействиях, кроме гравитации и «смешивания» с обычными нейтрино .
- Их искали в реакторных экспериментах (например, на Калининской АЭС), фиксируя нехватку потока антинейтрино от ядерного реактора .
- Баксанская нейтринная обсерватория (Кабардино-Балкария) использует огромные чаны с жидким галлием для регистрации солнечных нейтрино, пытаясь поймать аномалии, указывающие на переход обычных нейтрино в «стерильное» состояние .
🎓 Наследие Валерия Рубакова 27:16
В ходе беседы участники вспоминают выдающегося физика-теоретика Валерия Рубакова. Его работы по космологии и физике частиц заложили основу для многих текущих исследований . В МГУ Саров до сих пор сохранена доска с формулами из его последней лекции о космологических возмущениях . Горбунов отмечает уникальное «чувство физики» Рубакова: его способность предсказывать правильный результат еще до проведения сложных математических вычислений, руководствуясь лишь интуицией и глубоким пониманием природы .
