Почему кварки названы прекрасными? Куда пропала антиматерия? Что хотят найти физики за пределами Стандартной модели? Об этом и многом другом рассказал РИА Новости глава крупного эксперимента на Большом Адронном Коллайдере в ЦЕРНе, профессор кафедры физики высоких энергий Университета Империал Колледж (Лондон), научный руководитель Центра инфраструктурного взаимодействия и партнерства MegaScience НИТУ "МИСиС" Андрей Голутвин.
‒ Вы преподаете в Университете Империал Колледж (Лондон) и одновременно занимаетесь научными исследованиями в ЦЕРНе, где являетесь членом двух больших коллабораций – SHiP и LHCb. А в чем заключается ваша миссия в российском НИТУ "МИСиС"?
На Большом Адронном Коллайдере действуют огромные установки, создание и эксплуатация которых требуют усилий большого количества инженеров. Так вот, сотрудники ЦЕРНа и университетов из разных стран мира объединяются с индустриальными фирмами, чтобы совместными усилиями проводить исследования и производить элементы для этих установок.
Для этого будет создана детектирующая аппаратура (детектор SHiP) и специальный канал для вывода пучка частиц очень высокой интенсивности с ускорителя SPS в ЦЕРНе. НИТУ "МИСиС" взял на себя ответственность за разработку большого магнита ‒ одного из ключевых элементов этой установки.
Кроме того, российский вуз недавно начал процедуру вступления в коллаборацию LHCb. В этом эксперименте перед российскими учеными стоят интересные задачи, связанные с разработкой сплавов на основе тяжелых элементов (в частности, вольфрама) и радиационно-стойких сцинтилляционных материалов.
‒ Да, в ней сегодня участвуют более тысячи физиков и инженеров из разных стран мира. В настоящее время установка находится в стадии кардинальной модернизации. В ближайшие 2-3 года предполагается увеличить интенсивность частиц, которые будут регистрироваться этой установкой, в 10 раз.
Я вовсе не исключаю, что еще через 5 лет потребуется вновь увеличить чувствительность установки еще в несколько раз. Судите сами: изначально программа была рассчитана на 10 лет. Проработав 5 лет, мы наберем половину изначально запланированной статистики. Продолжать дальше работать в таком режиме не слишком разумно – вряд ли удастся обнаружить новые эффекты. А вот если мы увеличим интенсивность в 50 раз, это позволит кардинально повысить чувствительность эксперимента для проверки Стандартной модели.
‒ Они обе работают в потоках огромного количества частиц. В LHCb надо разработать элементы детекторов, которые позволят проводить точные измерения при больших загрузках.
А в проекте SHiP нужно сделать систему магнитов, которые позволят отклонить известные частицы, рождающиеся в столкновениях в пучках протонов с мишенью. Отклонив их, мы сможем искать редкие события за пределами Стандартной модели в очень выгодных условиях, т.е. фактически при отсутствии фоновых событий.
‒ На установке LHCb, которая расшифровывается как Large Hadron Collider beauty, есть специальная программа экспериментов с так называемыми "прекрасными" кварками. Чем же они так прекрасны?
‒ На самом деле есть 6 видов кварков. Принято считать, что все они представляют три поколения. Первое поколение кварков – down и up ‒ верхние и нижние кварки. Из них сделаны все протоны, нейтроны, т.е. мы и все вещество, которое нас окружает. Второе поколение кварков – charm и strange ‒ очарованные и странные. Третье поколение кварков – beauty и top – прекрасные и еще одни верхние кварки.
‒ Зачем они нужны, если все сделано из первого поколения кварков?
Так вот, в процессе с участием "бьюти" и "анти-бьюти" кварков очень удобно изучать разницу эволюции во времени материи и антиматерии: именно благодаря прекрасным кваркам мы знаем, что антиматерия во времени эволюционирует совершенно иначе, чем материя.
Существование этих кварков было предсказано как раз для того, чтобы объяснить отсутствие антиматерии в мире. И все было бы чудесно, но оказалось, что различие между эволюцией во времени "бьюти" и "анти-бьюти" в 10 миллиардов раз слабее того эффекта, который необходим, чтобы объяснить отсутствие антиматерии во Вселенной.
‒ Выходит, что антиматерия есть, но ее, вроде, как бы и нет?
‒ Мы пытаемся найти новые механизмы вне Стандартной модели, которые помогут объяснить развитие нашей Вселенной во времени и исчезновение антиматерии на очень ранней стадии развития.
Пока это остается загадкой. Кстати говоря, поиск таких механизмов также объединяет физические задачи экспериментов LHCb и SHiP.
‒ Вы надеетесь, что установки SHiP и LHCb на Большом Адронном Коллайдаре помогут найти разгадку?
‒ Конечно, все мечтают о том, чтобы найти ответы на вопросы, на которые Стандартная модель не имеет ответов. Но, по крайней мере, установка LHCb заведомо гарантирует очень точную проверку этой теории.
В эксперименте SHiP, если нам повезет, и если нам удастся обнаружить "спрятанные частицы", то это, несомненно, будет открытием с большой буквы, которое позволит ответить на многие фундаментальные вопросы природы.
‒ Какова вероятность того, что вы "поймаете" это редкое событие?
Мы, конечно, надеемся увидеть хотя бы одно сигнальное событие. Дальше все зависит от фона: если фон ‒ тоже одно событие, значит, никаких заключений мы сделать не сможем. Если же фон окажется меньше, чем одна десятая события, то мы улучшим чувствительность всех предыдущих экспериментов подобного типа в десятки тысяч раз.
‒ А если ни одного события за пять лет так и не случится? Вы отбросите все теории?
‒ Умные теоретики всегда придумывают такие теории, которые экспериментально до конца закрыть нельзя, все время остается небольшое количество степеней свободы… Однако эксперимент SHiP сможет сильно ограничить оставшиеся возможности для очень большого класса обсуждаемых сегодня моделей.
