Частица на краю Вселенной

Никто не скажет, что мы не хотим найти полезные технологические применения результатам, получаемым современной физикой элементарных частиц. Ученые любят поговорить о том, что фундаментальные исследования – это научные исследования, осуществляемые только ради чистой науки, а не в погоне за немедленной выгодой. Но очень часто именно фундаментальные исследования приводят к чрезвычайно важным в практическом отношении последствиям, даже если о них вначале и не подозревали. История науки – от изобретения электричества до создания квантовой механики – полна идей, когда-то казавшимимся совершенно абстрактными и непрактичными, а позже определивших технический прогресс.

Можем ли мы представить, что произойдет что-то подобное с исследованиями на БАКе? Как заметил однажды Нильс Бор, точные прогнозы делать очень трудно, особенно по поводу будущего. Тем не менее нужно признать: то, что мы ищем и находим на БАКе, может быть совсем не похоже на фундаментальные открытия физики прошлых веков. Очень вероятно, что из частиц, которые мы обнаружим на БАКе, никогда нельзя будет извлечь пользу для практической жизни.

Это предположение – не просто проявление пессимизма, оно следует из особой природы объектов, которые мы надеемся обнаружить. Когда Бенджамин Франклин изучал электричество или Генрих Герц – радиоволны, они не создавали сущностей, не существующих в природе. Электричество и радиоволны присутствуют везде вокруг нас, даже если выкинуть все искусственные их источники. Ученые в ту эпоху научились лишь манипулировать таинственными явлениями природы, и не удивительно, что обнаруженные ими закономерности позже привели к технологическому прогрессу. На БАКе, напротив, мы заняты в буквальном смысле изготовлением частиц, которых нет в окружающей нас природе, и по понятным причинам. Эти частицы, как правило, очень массивные, и поэтому для их рождения требуется огромные энергии. Они либо столь слабо взаимодействуют с веществом, так что их трудно зарегистрировать и на них трудно влиять (например, нейтрино), или же живут очень недолго и распадутся прежде, чем из них удастся извлечь пользу.

Возьмем в качестве примера бозон Хиггса. Создать его нелегко – как мы знаем, это можно сделать, только построив ускоритель частиц длиной в несколько десятков километров. Возможно, благодаря разным технологическим усовершенствованиям когда-нибудь ученые и создадут карманное устройство, способное достичь таких высоких энергий. Пока никто не имеет ни малейшего представления, как это сделать, но это во всяком случае не нарушило бы законы физики. Но даже если у вас в руках будет карманный – типа iPad – источник бозонов Хиггса, для чего его можно было бы использовать? Каждый произведенный бозон Хиггса распадается меньше чем за цептосекунду. Трудно себе представить какие-либо приложения этих бозонов, в которых не разумнее использовать какие-то другие – более стабильные – частицы.

Этот аргумент, конечно, легко опровергнуть. Мюоны – тоже нестабильные частицы, но им нашлись важные технологические применения: от катализа ядерного синтеза до поиска потайных камер в египетских пирамидах. Но все-таки время жизни мюона составляет около одной миллионной доли секунды – гораздо больше, чем у хиггсовского бозона. Нейтрино – стабильные, но слабо взаимодействующие частицы, и некоторые дальновидные люди думают, что их когда-нибудь будут использовать для коммуникаций. Если бы мы обладали богатым воображением, мы смогли бы сказать, что обнаружим частицы темной материи и найдем им похожее применение. Однако это не тот бизнес, в который я рекомендовал бы вкладывать много денег.

Сверхсветовые корабли и левитация

Поскольку бозон Хиггса отвечает за придание частицам массы, люди часто спрашивают: сможем ли мы заставить предметы стать легче или тяжелее, изучив его свойства? Или еще круче. На следующий день после оглашения открытия бозона 4 июля, канадский National Journal напечатал статью с броским заголовком: «Ученые говорят, что открытие бозона Хиггса сделает возможным движение кораблей со скоростью света». Никто из ученых, цитируемых в статье, не сказал ничего подобного, но очень вероятно, что какие-то ученые где-то когда-то и ляпнули такое.

Использование бозона Хиггса для того, чтобы сделать предметы легкими или даже невесомыми – идея абсолютно бессмысленная по нескольким причинам. Наиболее очевидная из них – то, что подавляющая часть массы обычных объектов определяется не бозоном Хиггса, а энергией сильных взаимодействий внутри протонов и нейтронов. Но что еще более важно, массу кваркам и заряженным лептонам на самом деле дает не сам бозон Хиггса, а поле Хиггса, скрывающееся в пустом пространстве. Желая, например, изменить массу электрона, вы должны были бы не шарахнуть по нему хиггсовским бозоном, а изменить значение фонового поля Хиггса.