Заглавие статьи | ОТ КОСМОСА - К КАРТИНЕ МИРА |
Автор(ы) | Марина ХАЛИЗЕВА |
Источник | Наука в России, № 5, 2010, C. 31-33 |
Марина ХАЛИЗЕВА, журналист
Сегодня центр тяжести научных открытий сместился в сторону астрономии. Веками она считалась самой консервативной из всех областей знаний. Однако ошеломляющие достижения последних десятилетий изменили эту точку зрения. В чем суть новых космологических прорывов, как они меняют наши представления о Вселенной и что еще необходимо знать о ней, наконец, какую роль в этих "скромных устремлениях" будет играть Большой адронный коллайдер - самая крупная экспериментальная установка в мире, построенная в пригороде Женевы? Ответы на эти вопросы дал академик Валерий Рубаков, выступивший в мае 2010 г. с лекцией в Институте ядерных исследований РАН (Москва) на объединенном семинаре ученых, работающих на детекторе CMS европейского коллайдера.
Масштаб, казалось бы, рядового события превзошел все ожидания. Послушать Рубакова, известного специалиста в области квантовой теории поля, физики частиц и космологии, профессора физического факультета Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова, главного научного сотрудника отдела теоретической физики Института ядерных исследований, наконец, самого молодого академика РАН (избран в 1997 г. в возрасте 42 лет), пришли не только его ближайшие коллеги. Организаторы устроили видеотрансляцию выступления, поэтому на лекции виртуально присутствовали сотрудники Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН, Швейцария), а также Новосибирска, Томска, Омска, Дубны, Гатчины и других российских наукоградов.
В последнее время космология, констатировал докладчик, стала точной наукой. Получены и продолжают поступать количественные данные, характеризующие как современное состояние Вселенной, так и ее эволюцию, начиная с момента Большого взрыва. На их основе сегодня можно сделать общий вывод: существующих знаний о фундаментальных частицах и их взаимодействиях, зафиксированных в Стандартной модели, явно недостаточно для описания наблюдаемого мира, поэтому данная теоретическая конст-
рукция требует радикального расширения. Ученые надеются, что эксперименты на Большом адронном коллайдере помогут "раздвинуть" эти границы и понять, наконец, "как устроена природа"*.
Исторически первым свидетельством неполноты знаний физики микромира служит факт наличия вещества во Вселенной и практически полного отсутствия антивещества. Такая асимметрия между материей и антиматерией, заметил Рубаков, удивительна, поскольку в ранней Вселенной существовала эпоха, когда интенсивно происходили процессы парного рождения и аннигиляции (превращения) частиц и античастиц. В то время (а оно измеряется долями секунды с момента Большого взрыва) она была заполнена ими, причем на миллиард пар частиц и античастиц приходилась одна "лишняя". Впоследствии, при расширении и остывании Вселенной, античастицы проаннигилировали с частицами, а "лишние" остались и образовали окружающее нас вещество. Вопрос о том, каким образом возникла асимметрия между материей и антиматерией, поставили еще в конце 1960-х годов академик Андрей Сахаров и член-корреспондент РАН Вадим Кузьмин, но на него по-прежнему нет однозначного ответа.
Ключом к данной проблеме, возможно, являются открытые недавно взаимопревращения (осцилляции) нейтрино, чрезвычайно слабо взаимодействующие с веществом. В это достижение существенный вклад внес российско-американский эксперимент SAGE, проводившийся в течение 1990 - 2000 гг. на установке Баксанской нейтринной обсерватории (Институт ядерных исследований РАН), расположенной в ущелье Северного Кавказа (Кабардино-Балкарская республика).
Осцилляции нейтрино - первое явление, выходящее за рамки Стандартной модели, обнаруженное в земных экспериментах. Их существование означает, отметил Рубаков, что законы сохранения, характерные для теории элементарных частиц, в действительности нарушаются, чего в принципе достаточно для объяснения асимметрии между материей и антиматерией во Вселенной. Дальнейшее продвижение в этом направлении связано с сооружением новых детекторов нейтрино, созданием искусственных источников этих частиц, измерением их массы, экспериментами на ядерных реакторах и мощных ускорителях. И тут большие возможности открывает женевская установка.
Другое свидетельство необходимости радикального расширения представлений о физике микромира связано с составом современной Вселенной. Космологические данные свидетельствуют: всего 5% ее массы составляет обычное вещество, еще 0,3 - 3% приходится на долю нейтрино. Остальное, как выразился Рубаков, - "неизвестно что", имеющее две фракции - темную материю (около 25%) и темную энергию (65 - 70%)**.
Первая, присутствующая в галактиках и их скоплениях, способна сгущаться. По-видимому, считает докладчик, ее составляют неизвестные частицы, в 100 - 1000 раз тяжелее протона. В целом же можно сказать, что наличие темной массы свидетельствует о новом пласте физических явлений, происходящих на сверхмалых расстояниях. Пути исследования ее - возможная регистрация частиц темной материи в подземных низкофоновых экспериментах, их прямое рождение в ходе опытов на ускорителях, а также детектирова-
* См.: Загадка темной материи. - Наука в России, 2010, N 1 (прим. ред.).
** См.: Л. Смирнова. Старт Большого адронного коллайдера. - В этом номере журнала (прим. ред.).
ние продуктов их аннигиляции. Все это - ближайшие задачи Большого адронного коллайдера.
Роль российских физиков в этих изысканиях неоспорима. Тем более, что некоторые тайны ими уже раскрыты с помощью Байкальского нейтринного телескопа (Институт ядерных исследований РАН), расположенного в озере на глубине 1366 м. Здесь ученые ведут поиск нейтрино высоких энергий, образующихся при аннигиляции частиц темной материи в центре Земли или Солнца. Дальнейшее развитие этой подводной установки, связанное с увеличением мощности телескопа, несомненно, поможет лучше понять динамику астрофизических процессов.
В отличие от темной массы, темная энергия равномерно "разлита" в пространстве и обладает необычными свойствами. Наблюдательные данные свидетельствуют: Вселенная сегодня расширяется с ускорением, а это значит - темная энергия в определенном смысле испытывает антигравитацию (что, кстати, не противоречит общей теории относительности). Но ее природа, по словам Рубакова, - возможно, главная научная загадка XXI в.
Глубокая связь между физикой частиц и космологией проявляется и в теории раздувающейся (инфляционной) Вселенной. Выдвинутая в конце 1970-х - начале 1980-х годов в работах известных ученых Алексея Старобинского, Андрея Линде (СССР) и Алана Гута (США), она отвечает на глобальные вопросы: почему Вселенная такая большая и однородная? почему наше трехмерное пространство евклидово (от имени древнегреческого математика Евклида, жившего в III в. до н.э.), т.е. не искривлено? Согласно предложенной теоретиками модели, на раннем этапе эволюции Вселенная расширилась с гигантским ускорением: с микро- до макроразмеров за доли секунды. Они же объяснили и появление первичных неоднородностей, из которых впоследствии образовались звезды, галактики и их скопления, в результате усиления квантовых флуктуации полей в вакууме. Такая картина, заметил Рубаков, хорошо согласуется с существующими сегодня космологическими данными, а ее окончательное подтверждение связано с будущими измерениями характеристик реликтового излучения.
Механизм расширения Вселенной, безусловно, связан с процессами, происходящими на сверхмалых расстояниях и при сверхвысоких энергиях, пока недоступных прямому экспериментальному изучению. И ближайшие перспективы тут связаны с женевским ускорителем, на котором получены встречные пучки протонов с энергией 7 ТэВ.
В заключение Рубаков подчеркнул: открытия последнего времени в космологии и физике частиц убедительно доказывают: наступил этап кардинального изменения нашего взгляда на природу. Эксперименты на Большом адронном коллайдере позволят еще глубже проникнуть в тайны мироздания. Вероятно, они подтвердят или опровергнут часть выдвинутых учеными теорий и догадок. А это значит, что ответы на основополагающие вопросы современной физики - как вела себя Вселенная в первые доли секунды своего существования? как изначально частицы получали массу? почему антиматерия отличается от материи? - еще впереди.
New publications: |
Popular with readers: |
News from other countries: |
![]() |
Editorial Contacts |
About · News · For Advertisers |
![]() 2009-2025, ELIBRARY.COM.UA is a part of Libmonster, international library network (open map) Keeping the heritage of Ukraine |