Нестандартное в Стандартной

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».