Знание-сила, 2007 № 10 (964) - страница 11
Для чего же все эти громадные затраты? Для чего самые большие коллайдеры и детекторы? Для чего миллиардные расходы? Ученые надеются уже в ближайшие годы получить ответ на самые волнующие вопросы физики и космологии.
Почему наша Вселенная содержит в основном вещество? Почему в ней почти нет антивещества (см. «З-С», № 2/06, с. 50)? А почему все многообразие элементарных частиц можно свести по сути к комбинации шести кварков и шести лептонов? А какова размерность нашего пространства? Если в нем и впрямь более трех измерений, как считают многие физики, то во время экспериментов на Большом адронном коллайдере, возможно, удастся обнаружить следы частиц, прилетевших из дополнительных измерений. По мнению некоторых исследователей, быть может, будет доказано даже существование многомерных черных дыр.
CERN (Conseil Europeen pour la Recherche Nucleaire), Европейская организация по ядерным исследованиям, была основана двенадцатью странами Европы в 1954 году. Ее создатели намеревались бросить вызов ведущей научной державе того времени — США — и прекратить «утечку мозгов», отъезд европейских ученых в крупнейшие университеты США. Задуманное удалось. Сегодня в штате ЦЕРН числится около трех тысяч сотрудников, и еще здесь работает около 6500 ученых, приглашенных со всего мира. ЦЕРН стал крупнейшим в мире научным центром подобного рода.
Загадки мироздания могут быть самыми элементарными, самыми очевидными. Вот уже многие десятилетия физики пытаются понять, что такое масса и почему мельчайшие частицы вещества наделены ей? Из чего — почему бы не сказать так? — состоит «элементарный заряд массы»?
Порой в отчаянии исследователи готовы отшутиться, сказав, что тайну сию не ведает сам Бог. Так, в популярном у немецких физиков анекдоте Вольфганг Паули — знаменитый теоретик, известный и своей нелюбовью к экспериментам и въедливостью в вопросах теории, — возносится по смерти на небеса, где встречает Господа Бога. Сей покровитель блаженных физиков обещает ученому раскрыть — по его выбору — одну из загадок бытия. «Так что же такое масса?»
— немедленно спрашивает Паули. Добрый пастырь берет мелок и покрывает школьную доску, встречающую вас у входа в Царство Небесное, многими строками формул. Паули смотрит на написанное, досадливо машет рукой, и, взывая в отчаянии к небесам, стирает многоумные значки:
«Да что Вы, Боженька? Так не пойдет! Я уже давно это проверил!»
Итак, вопрос «Почему элементарные частицы наделены массой?» остается одной из глубочайших загадок физики. Ведь им вовсе не обязательно иметь массу, чтобы оставаться самими собой. Например, фотоны — частицы света — не имеют массы покоя, они непрестанно пребывают в движении, проносясь со скоростью света по Вселенной.
В отличие от них протоны, нейтроны и электроны обладают массой покоя и — благодаря этому — могут находиться в покое, будучи наделены определенной инерцией, то есть сопротивляясь попыткам изменить скорость их движения. Нужно затратить энергию, чтобы сдвинуть их с места, так же, как нужно затратить энергию, чтобы остановить их. Чем же объясняется их поведение? Почему одни частицы оказываются инертнее других? Почему одним требуется больше энергии, чтобы начать движение, чем другим?
Все ответы неминуемо сводятся к одному — к «Массе частиц», этому важнейшему ориентиру в мире физики, за которым расстилается непроницаемый мрак. Можно лишь гадать, что находится за ним. Здесь в цепочке логических рассуждений возникает сингулярный разрыв — белое пятно на карте физических экспериментов, проведенных в последние десятилетия. Пятно, само существование которого объясняется, может быть, тем, что у физиков «не хватало энергии», чтобы добраться в этот неведомый край. Новейший коллайдер под Женевой — лучший пока транспорт для езды в незнаемое. Возможно, он доставит их к «полю Хиггса». Ведь большинство физиков убеждено сейчас в том, что именно это поле наделяет элементарные частицы массой.
Итак, со времен Эйнштейна было известно, что все частицы, чья масса покоя равняется нулю, движутся со световой скоростью, и, наоборот, частицы, обладающие массой покоя, не могут достичь световой скорости.