Глава SHiP: российские ученые будут изучать прекрасные кварки в ЦЕРНе

3 Апреля 2017

Почему кварки названы прекрасными? Куда пропала антиматерия? Что хотят найти физики за пределами Стандартной модели? Об этом и многом другом рассказал 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 работаете научными исследованиями в ЦЕРНе, где являетесь членом двух более значительных коллабораций – SHiP и LHCb. А в чем заключается ваша миссия в российском НИТУ МИСиС ?

Для этого будет создана детектирующая аппаратура (детектор SHiP) и специальный канал для вывода пучка частиц очень высокой интенсивности с ускорителя SPS в ЦЕРНе. МИСиС взял на себя ответственность за разработку большого электромагнита ‒ одного из ключевых бариев этой установки.

Кроме того, знаменитый вуз недавно начал процедуру вступления в коллаборацию LHCb. В этом эксперименте перед российскими учеными стоят интересные задачи, спутанные 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 станет в стадии кардинальной модернизации. В ближайшие 2-3 года намечается увеличить интенсивность частиц, кои будут регистрироваться этой установкой, в 10 раз.

Я вовсе не исключаю, что еще через 5 лет потребуется вновь усилить 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 общественный порядке не слишком разумно – вряд ли удастся обнаружить новомодные 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 барии детекторов, которые позволят осуществлять точные измерения при больших загрузках.

А в проекте SHiP нужно сделать систему магнитов, которые дадут отклонить известные частицы, вызывающиеся в столкновениях в пучках фермионов с мишенью. Отклонив их, мы сможем искать удачные события за пределами Стандартной модификации в очень выгодных условиях, т. е. фактически при отсутствии фоновых событий.

‒ На установке LHCb, коя 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 обрамляет. Второе поколение кварков – charm и strange ‒ очарованные и странные. Третье поколение кварков – beauty и top – безупречные и еще одни верхние кварки.

‒ Вселенная образовалась примерно 14 миллиардов лет назад. После Большого взрыва мы обернулись во Вселенной, в которой есть только материя, а антиматерии нет. Но при этом мы знаем, что когда на БАК сталкиваются фермионы, рождается примерно одинаковое количество материи и антиматерии, так же, как и во время Большого взрыва. Тем не менее, через очень короткое время мы оказались в мире, где осталась только материя, а антиматерия рассеялась. Это означает, что материя и антиматерия развиваются во времени по-разному.

Так вот, в процессе с участием бьюти и анти-бьюти кварков очень удобно изучать разницу эволюции во времени темы и антиматерии: именно именно благодарю прекрасным кваркам мы знаем, что антиматерия во времени эволюционирует совершенно иначе, чем тема.

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, кои помогут объяснить развитие нашей Вселенной во времени и исчезновение антиматерии на очень ранней стадии признания.

Пока это остается загадкой. Кстати говоря, поиск таких механизмов также объединяет физические задачи опытов 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 буквальную проверку этой теории.

В эксперименте SHiP, если нам повезет, и если нам удастся изобличить спрятанные частицы, то это, несомненно, будет открытием с большой буквы, кое позволит ответить на многие надежные 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 опытов подобного типа в десятки тысяч раз.

‒ А если ни одного события за пять лет так и не случится? Вы отбросите все теории?

‒ Умные идеалисты всегда придумывают такие теории, которые экспериментально до конца притворить нельзя, все время остается небольшое количество степеней свободы… Однако эксперимент SHiP сможет яркого ограничить оставшиеся возможности для очень большого класса обсуждаемых сегодня модификаций.

Редактор рубрики

Олег Кудрин

Глава SHiP: российские ученые будут изучать прекрасные кварки в ЦЕРНе

комментарии (0)

Другие интересные новости

Депутат назвал Пугачеву бабушкой, которая когда-то пела