Цифровой журнал «Компьютерра» № 149 - Коллектив Авторов

Есть предположения о природе тёмной материи. Сейчас ведутся несколько подземных экспериментов по регистрации частиц тёмной материи. Они пока не обнаружены, но есть надежды. Ещё более привлекательно рождать тёмную материю на ускорителях. Тогда можно будет увидеть не только нейтральные стабильные её частицы, но и другие нестабильные частицы из этого семейства, тогда возможно будет понять природу этих частиц. Были предсказания, что массы этих частиц как раз лежат в области энергий LHC, однако пока ничего не обнаружено, но некоторые шансы найти остаются.

Что дальше, после LHC? Действительно, стоимость LHC составила около 6 млрд. долларов. В будущем планируется увеличить энергию LHC вдвое (путем замены магнитов на более сильные). Дальше возможен будет линейный электрон-позитронный коллайдер на энергии до 3 ТэВ. Рассматривается вариант очень большого протон-протонного коллайдера на энергию до 100 ГэВ. Также разрабатывается мюонный коллайдер на энергии до 100 ТeV. Дальнейший подъём энергии практически невозможен ввиду запредельной стоимости и размеров. Этот путь тупиковый, так как характерный масштаб энергий в физике частиц — это масса Планка (масса, составленная из фундаментальных констант скорости света, постоянной Планка и гравитационной постоянной), составляющая 1019 ГэВ, что на 15 порядков больше энергии Большого адронного коллайдера.

Другой подход, который, возможно, позволит понять, что происходит даже при массах Планка, — это детальное изучение редких процессов при доступных энергиях. Очень обещающей является нейтринная физика. Недавно обнаружено, что массы нейтрино отличны от нуля и лежат в области 10-3-10-2 эВ. Есть предположения, что их масса связана с явлениями при планковских энергиях. Детальное изучение нейтрино может также пролить свет на вопрос о том, почему Вселенная состоит из материи, а антиматерия куда-то подевалась. Казалось бы, что всё должно быть симметрично.

Правда, если бы было симметрично, то нас бы не было: материя и антиматерия проаннигилировали бы, и остались бы одни фотоны.

- Что теперь изменится, когда мы нашли бозон Хиггса? Например, мы измерим его параметры, и это позволит нам предсказать или рассчитать какое-нибудь новое явление? Или просто убедились в том, что он есть, и всё?

- Стандартной модели требовался хиггсовский бозон, но не было предсказания его массы. В минимальном варианте хиггсовское поле описывается двумя параметрами, и только один был известен из масс W и Z бозонов. Теперь стала известной масса Хигсса, то есть найден второй параметр. Но вряд ли природа устроена так просто! Наверняка это только начало изучения того скалярного поля (а их может быть не одно), которое придает массы элементарным частицам. Вообще, это удивительно, что открыли хиггсовский бозон. Год с небольшим назад уже ожидали сигнала Хиггса, а его всё не было.

Дирекция ЦЕРНа уже отрабатывала с физиками вариант, что говорить налогоплательщикам, если хиггсовского бозона не будет обнаружено (или вообще ничего на LHC не откроют). Хиггсовский механизм — это только один из возможных вариантов, были и другие.

- Обнаружение бозона Хиггса — самый громкий результат. А какие ещё есть интересные события/наблюдения/открытия, сделанные на LHC?

Пока на LHC только один результат высшего класса — это хиггсовский бозон. Есть некоторые интересные предварительные результаты с детектора LHCb, касающиеся CP-несохранения. Надо ещё разбираться, возможно, это выльется в крупное открытие. Имеются интересные результаты в ион-ионных столкновениях. Там изучается кварк-глюонная плазма, из которой когда-то состояла Вселенная.

- На LHC ведь не кончается физика элементарных частиц. Есть ещё, например, коллайдер ILC. Какое Вы предложили для него решение по гамма-гамма-встречным пучкам?

- Да, я уже говорил о линейных коллайдерах. Быть или не быть и на какую энергию, зависит от того, что откроют на LHC. ILС — International Linear Collider — это сверхпроводящий линейный коллайдер на энергию до 500-1000 ГэВ. Ещё есть проект теплого линейного коллайдера CLIC (Compact Linear Collider) с более высоким темпом ускорения. На нём можно будет достичь энергии 3000 ГэВ.

Длина обоих коллайдеров около 50 км. Существенным отличием линейных коллайдеров от циклических (кольцевых) является однократное использование разогнанных пучков электронов и позитронов. Просто их невозможно развернуть из-за излучения при повороте. Эта особенность позволяет превратить линейный коллайдер в гамма-гамма (фотон-фотонный) коллайдер с примерно такими же энергией и светимостью. Эту идею я предложил тридцать лет назад, и сейчас фотонный коллайдер рассматривается как естественное дополнение к линейному коллайдеру. В фотонном коллайдере сначала разгоняются навстречу электроны, а затем на расстоянии порядка 1 мм от места встречи их облучают мощным лазером.

При комптоновском рассеяния отраженный лазерный фотон забирает почти всю энергию у электрона (оптимально 80 процентов). Число таких фотонов примерно равно числу электронов в исходном пучке, и движутся они в том же направлении, в место встречи, куда были сфокусированы электроны. Получаются встречные фотон-фотонные или фотон-электронные столкновения.

В фотон-фотонных столкновениях может рождаться всё то же, что и в электрон-позитронных столкновениях, но по-другому. Например, два фотона переходят в один хиггсовский бозон, притом количество рождённых хиггсовских бозонов будет примерно таким же, как и в e+e- столкновениях.

- Так можно ли сказать, что с открытием хиггсовского бозона мы поняли, почему тела имеют массу?

- Этот заключительный вопрос очень важен. Всё не совсем так. Хиггсовский механизм придает массы элементарным частицам: кваркам, лептонам, бозонам. Однако масса обычной материи, состоящей, в основном, из протонов и нейтронов, только на 2 процента обусловлена хиггсовским скалярным полем. Дело в том, что масса кварков, находящихся в протоне, составляет всего 2 процента от массы протона. А откуда взялась остальная масса? Масса ядра, например, меньше, чем масса составляющих его протонов и нейтронов. Так называемый дефект массы является источником ядерной энергии.

А для протона всё наоборот. Как же так? Вопрос очень непростой. Сначала рассмотрим один пример. Фотоны, как известно, имеют нулевую массу. Однако если ими наполнить ящик, то ящик с фотонами будет иметь массу, равную энергии всех фотонов, делённую на скорость света в квадрате. В протоне, правда, всё не так и намного сложнее. Рискну сформулировать, оперируя не совсем понятными словами. Итак, вакуум совсем не пустой. В нём постоянно рождаются и исчезают виртуальные частицы, это следует из квантовой механики. Имеются флуктуации глюонного поля, рождаются и исчезают кварк-антикварковые пары.

Так вот, глюонное поле действует на кварки и антикварки, меняет направление их движения, приводя к их эффективному взаимодействию, за счет которого кварк-антикварковая пара становится одной частицей, бозоном, и образуют кварк-антикварковый конденсат. Это похоже на куперовские пары в сверхпроводнике.

Валентные кварки в протоне взаимодействуют с этим конденсатом, выбивают кварк из пары, занимая его места. В результате кварки в протоне приобретают динамическую массу около 300 МэВ (их голая масса меньше 10 МэВ). Поскольку в протоне три кварка, то отсюда и получается масса протона 930 МэВ. Данное явление очень сложно рассчитать. Оно следует из квантовой хромодинамики, описывающей взаимодействие кварков, но из-за сложности явления решить данную задачу удалось только совсем недавно с помощью суперкомпьютера.

Резюме: 2 процента массы вещества обусловлены хиггсовским полем, а 98 — квантовой хромодинамикой.

Ещё одно замечание. Массы электрона и мюона определяются хиггсовским полем, отношение их масс равно 200. Это есть отношение констант взаимодействия электрона и мюона с хиггсовским полем. Мы не знаем происхождение значений этих констант. Нужна более глубокая теория, которая смогла бы это объяснить. Так что обнаружение бозона Хиггса — это великое достижение, но с другой стороны, число вопросов не уменьшилось, а только возросло. Ещё очень далеко до того прекрасного времени, когда физики научатся выводить все законы природы, исходя из минимального набора трёх фундаментальных констант.

К оглавлению

Терралаб

Новое поколение нетбуков Acer и Packard Bell

Ника Парамонова

Опубликовано 28 ноября 2012 года

Пять лет назад первые нетбуки буквально взорвали рынок портативных компьютеров, но ажиотажный спрос на устройства нового класса возник только через год после появления на рынке нетбуков с процессором Intel Atom. Недорогие ультракомпактные машины пришлись покупателям по душе. Следующие два года можно считать эпохой расцвета нетбуков, а потом... Потом аналитики заговорили о вытеснении их планшетами.