В минувшую среду 19 мая на московской территории Института ядерных исследований РАН (в так называемом «Питомнике») состоялся объединенный семинар коллаборации RDMS CMS (ученых, занимающихся исследованиями на детекторе CMS Большого адронного коллайдера, руководитель семинара — И.А. Голутвин) «Физика на Большом адронном коллайдере». Докладчиком выступил один из ведущих российских физиков-теоретиков академик Валерий Рубаков (ИЯИ РАН).
Масштаб семинара далеко превзошел уровень рядового. Достаточно сказать, что прямая видеотрансляция события охватила не менее 6 часовых поясов — от ЦЕРНа до Томска; на лекции виртуально присутствовали ученые Дубны, Гатчины, Омска и других крупных научных центров. А сам зал ИЯИ РАН (небольшой, правда) не вместил всех желающих, т.е. порядка сотни человек.
Как блестящий лектор и популяризатор науки академик Рубаков известен практически всему физическому миру, так что и тематика его семинарского доклада тоже была вполне глобальна. В нескольких словах ее можно охарактеризовать примерно так: что мы знаем о Вселенной, что еще хотим узнать и понять и чем нам поможет в этих «скромных устремлениях» Большой адронный коллайдер.
Наверняка вся лекция с прилагаемым иллюстративным материалом (который транслировался извне, из Дубны и из ЦЕРНа, поэтому появлялся на экране зала ИЯИ с небольшой задержкой) будет полностью опубликована в специализированных изданиях. Здесь же стоит отметить в популярной форме лишь основные вехи, не вдаваясь в сугубо физико-астрономические нюансы.
Вселенная и происходящие в ней процессы во многом описываются Стандартной моделью, но уже накопилось множество фактов, которые вынуждают ученых выходить за ее рамки. Наиболее интересными в настоящее время представляются именно вопросы «нового типа», позволяющие поднять космологию на существенно более высокий уровень знаний. По большому счету, эксперименты на БАКе позволят понять, «как устроена природа» (здесь и далее цитаты от В.А. Рубакова — Корр.).
«Космология — это точная наука», сказал Валерий Анатольевич. Многие теоретические представления подтверждены экспериментами. Измерения светимости видимых объектов, наблюдения за квазарами и миллионом других отдаленных объектов, которые находятся на расстоянии до 5 гигапарсек, позволили «нарисовать карту Вселенной, понять, как она эволюционирует в настоящее время и чуть раньше». «Чуть раньше» — оказалось порядка 10 млрд лет… Человечество в курсе, как была устроена Вселенная начиная примерно с 380 тыс. лет после Большого взрыва. Темп расширения Вселенной и, соответственно, ее остывания из-за этого тоже неплохо известен. Знаем мы и «уравнение эволюции Вселенной, которое довольно простое», и Рубаков наглядно эту простоту проиллюстрировал.
Еще одним существенным достижением космологии стало знание о том, что наше трехмерное пространство является евклидовым (не искривленным). То есть в нашем пространстве любой треугольник имеет сумму углов, равную 180о, и это верно при размерах треугольника вплоть до 40 млрд световых лет. Однако стоит признать, что мы наблюдаем (или, скорее, представляем) далеко не всю Вселенную, а максимум сотую ее часть, хотя и эти оценки, видимо, слишком нам льстят. Зато если брать четвертое измерение (время), то с искривлениями всё в порядке: они есть, именно за счет расширения Вселенной. Уточнить, расширить и углубить (прямо по заветам М.С. Горбачёва) представления о Вселенной, понять, что было в самые первые мгновения после Большого взрыва или хотя бы менее, чем через секунду после него, и помогут уже планируемые эксперименты на БАКе.
Еще одна «существенная интрига» состоит в том, что с накоплением знаний выяснилось, что «космологическая картина Вселенной ортогональна физике элементарных частиц». Строение Вселенной не объяснить только Стандартной моделью, без привлечения понятий «темной материи» и «темной энергии». Но увы, пока не находится частиц, которые могли бы эту темную материю составлять. Нейтрино, чью массу мы ограничили с достаточной точностью (не выше 2 эВ) и представляем, сколько всего этих частиц во Вселенной, явно не смогут закрыть собой все дыры в теории.
Есть гипотетические частицы, более подходящие на роль составляющих темной материи. Это гравитино и нейтралино. Но и с ними тоже дело темное — слишком уж большие допущения надо делать в расчетах и оценках их свойств, чтобы сошлись концы с концами. В любом случае наиболее разумной является гипотеза о «новой, слабовзаимодействующей, нейтральной, стабильной и тяжелой частице, причем абсолютно все слова здесь значимы». Новой — потому что мы ее не знаем, стабильной — иначе бы не дожила до наших дней с момента Большого взрыва, тяжелой — иначе бы темная материя не составляла такую значительную долю вещества Вселенной и т.д. В общем оказывается, что именно «темная материя — источник всего сущего. Без нее не было бы ни галактик, ни звезд, ни — в конечном итоге — нас с вами» (да-да, человек — это звучит гордо! — Корр.).
Ну, и еще одна великая тайна мироздания — асимметрия между материей и антиматерией. Сейчас антивещества практически нет во Вселенной, однако, бывали времена и получше. В ранней Вселенной поначалу неплохо сосуществовали кварки и антикварки, впоследствии аннигилировавшие друг с другом, но и тогда кварков было чуть-чуть больше, чем антикварков — вот они и выжили. Поиски причин дискриминации антиматерии в нашей Вселенной тоже требуют выхода за рамки Стандартной модели, и также экспериментальные возможности решения этого вопроса может дать БАК…
Полтора часа лекции пролетели на одном дыхании. Вопросы к докладчику и дискуссии в кулуарах могли вообще затянуться до следующего Большого взрыва; ученые — люди увлекающиеся. А лично у меня, как, впрочем, у многих из присутствующих (неплохо погруженных в тематику доклада) возникло любопытное ощущение. Что-то вроде «а много мы все-таки можем (с размахом на 14 млрд лет и 5 гигапарсек!), даже сидя на Земле». Более того, сделали машину, которая позволит проникнуть еще дальше, глубже и раньше.
Илья Мирмов