Начиная с 1972 г. в мире было построено около 18 коллайдеров. Некоторые из них уже прекратили свое существование, другие продолжают работать. В Европе и США имеются два протон-антипротонных коллайдера; самый известный из них — в лаборатории им. Ферми FNAL (TEVATRON) с энергией 1 ТэВ. На нем, в частности в 1984 г., был открыт ^-кварк.
Главная надежда физики высоких энергий (возможно, и при поисках хиггсовского бозона) — это ускоритель элементарных частиц LHC (Large Hadron Collider), строящийся в ЦЕРНе (Женева, Швейцария, рис. 88). На нем в 2005 г. должна быть достигнута энергия в 14 ТэВ (в системе центра масс сталкивающихся нуклонов). В строительстве LHC (рис. 89) участвуют страны—члены ЦЕРН, в частности США, Россия, Япония. Интерес ученых ведущих стран мира к строительству объясняется, главным образом, тем, что этот коллайдер определит все развитие микрофизики на ближайшие 15—20 лет. С его помощью предполагается решить следующие сверхзадачи.
1. Поиски хиггс-бозона. Об этой проблеме — может быть, самой главной — написано ранее.
236
Детектор ATLAS
Рис. 89. Коллайдер LHC
2. Проблему суперсимметричных частиц. На взгляд современных ученых, симметрия — одна из основ нашего мира. Ранее уже говорилось о связи законов сохранения с симметрией простран ства и времени (теорема Нетер). Аналогичная ситуация наблюда ется в электродинамике, где калибровочная симметрия дает закон сохранения заряда. В ядерной физике также имеются законы со хранения, связанные с разными видами симметрии. Существует один вид симметрии, который сейчас в наибольшей степени при влекает внимание ученых. Это — симметрия по спину. Считает ся, что каждой частице — фермиону — должна соответствовать суперсимметричная частица — бозон. Так, электрону со спином 1/2 ставится в соответствие суперсимметричная частица электрино со спином 1. Фотону (S = 0) соответствует фотино (S = 1/2), нейтрино — нейтралино и т.д. Есть теория, предполагающая, что все суперсимметричные частицы очень массивны, и поэтому их пока не обнаружили. Возможно, коллайдер LHC позволит это сде лать. Это очень красивая идея! У Поля Дирака есть выражение: «Данная теория так красива, что маловероятно, чтобы природа ее не реализовала».
Если суперсимметричные частицы будут найдены, то, может быть, станет яснее, что такое «темная материя» в астрофизике. «Темная материя» — это совокупность невидимых объектов во Вселенной, которые можно зафиксировать только по гравитационным аномалиям. Среди ученых существует мнение, что, возможно, это какие-то системы из суперсимметричных частиц. Для того чтобы ответить на вопрос, так ли это, нужно в первую очередь доказать существование суперсимметричных частиц. Хочется надеяться, что с помощью коллайдера LHC это станет возможным.
3. Подтверждение стринг-теории (теории одномерных струн). Это сегодня самое передовое направление в теоретической физике,
237
успехи которого
сильно зависят от экспериментов с частицами сверхвысоких энергий. Вместо термина «струны»
часто употребляют
название «суперструны» (superstrings),
во-первых, чтобы не было путаницы с
космическими струнами (такое понятие есть в астрофизике) и, во-вторых, чтобы подчеркнуть их
предполагаемую суперсимметрию.
В квантовой механике и в квантовой теории поля элементарные частицы считаются точечными. На самом деле фундаментальной является теория не точечных частиц, а струн. В ней элементарные частицы — это колебания одномерных объектов (струн), имеющих характерные размеры ls~ lg~ 10~33 см. Струны могут быть конечной длины (некоторый отрезок) или иметь вид колец. Струны движутся не в обычном четырехмерном пространстве, а в многомерных пространствах, скажем, с десятью или одиннадцатью измерениями. Они обладают бозон-фермионной симметрией, т. е. являются суперструнами. Суперструны присоединены к многомерным супермембранам. Теория суперструн также значительно укрепила бы свои позиции в случае обнаружения супер-симметричных частиц. А это уже задача экспериментальной микрофизики, которая будет решаться с помощью коллайдера LHC.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.