Александр Гордон - Диалоги (апрель 2003 г.)

А.Г.Но он не стабилен?

Э.Б.Он нестабилен, крайне нестабилен. И в этом, кстати, тоже его фундаментальное отличие от других объектов, поскольку все другие кварки образуют адроны, соединяясь с другими кварками. Т-кварк адронов не образует, потому что он тяжёлый, и он распадается до того, как с кем-то ещё соединиться, как говорят, в связное состояние, в какой-то нуклон. Для этого не хватает времени, он вначале распадается, образуя в частности, B-мезон с этим B-кварком. Но это просто для иллюстрации – как был обнаружен последний из этих кварков. Это было сделано в Америке, но двумя крупнейшими международными коллаборациями, в которых, в частности, российские институты принимают активное участие.

А.Г.Мы можем сегодня утверждать, что Т-кварк – самый массивный, и другого, более массивного, найдено не будет?

Э.Б.Очень хороший вопрос. Есть утверждение, что все кварки объединены в поколения. На сегодняшний день поколений – три. Вообще говоря, почему не быть четвёртому поколению? Сейчас известно, что было бы очень трудно сделать четвёртое поколение лептонов, в котором было бы лёгкое четвёртое нейтрино. Потому что уже были поставлены эксперименты (это было сделано на другом коллайдере, ЛЭП, в ЦЕРНе, который совсем недавно закончил свою работу), и один из последних результатов был такой, что четвёртого поколения быть не может. Число поколений, строго говоря, это число нейтрино, и если нейтрино массивное, то тогда таких ограничений не возникает, а вот если оно лёгкое, то четвёртого поколения не может быть.

Но вообще говоря, можно устроить четвёртое поколение, и есть такие схемы, конечно. В принципе, априори нет никакого запрета, нельзя сказать: нет, такое невозможно.

И.В.Может быть, просто будут тяжёлые фермионы, но они не будут кварками. Тяжёлые фермионы вполне могут быть, и в частности, это тоже может быть связано с существованием дополнительных измерений.

Э.Б.И, может быть, последний кирпичик Стандартной Модели (который не очень-то, может быть, был изображён на этой схеме, это на самом деле одно из наиболее тонких мест в Стандартной Модели, с одной стороны, и наиболее интересных, с другой стороны), это ещё одна частица, так называемый бозон Хиггса – это скалярное поле или скалярная частица, которая пока не обнаружена. Единственный объект в Стандартной Модели, который пока не найден – это бозон Хиггса, и он, собственно говоря, ответствен за то, чтобы сделать эту формальную схему настоящей теоретико-полевой конструкцией с теми правилами, которые приняты в квантовой теории поля.

А.Г.Он предсказан теорией, но в эксперименте…

Э.Б.Он предсказан теорией, но в эксперименте пока не обнаружен. Стандартная Модель, правда, сама по себе не предсказывает значения массы этой частицы. Масса этой частицы неизвестна, но уже существуют довольно жёсткие ограничения – какой она не может быть, и какие интервалы для неё остались.

В частности, была совершенно замечательная история. В конце работы ускорителя ЛЭП-2, незадолго до её окончания, было найдено указание на то, что есть некий небольшой резонансик, количество событий там превышало уровень фона, что указывало на то, что, возможно, есть Хиггс с массой порядка 115 ГэВ. Этот вопрос очень широко обсуждался в научной среде, а в результате директорат ЦЕРНа должен был принять решение: продлевать ли работу ЛЭП-2 дальше, потому что единственное, чего не хватало, это статистики. То есть нужно было больше событий, чтобы подтвердить результат более достоверно.

А.Г.Уйти от шума.

Э.Б.Уйти от шума, совершенно верно. Но для этого, по оценкам специалистов, нужно было ещё поработать год. Но если поработать год, тогда существенно затягивался запуск следующего ускорителя, который планируется в ЦЕРНе, так называемого «Large Hadron Collider», огромного коллайдера. И затяжка на год здесь приводила к тому, что пуск этого коллайдера мог затянуться на очень долгие годы.

А.Г.И они решили отложить…

Э.Б.И поэтому в итоге обнаружение было отложено.

И.В.Я думаю, что мы очень хорошо рассказали о Стандартной Модели…

А.Г.Да, я всё понял, теперь о проблемах.

И.В.Проблем много. Очень хорошая модель, но проблем, конечно, много.

Э.Б.На самом деле Стандартная Модель – это некая схема и она, по существу, не отвечает ни на один фундаментальный вопрос «почему?» Собственно говоря, почему три поколения (вы задали совершенно справедливый вопрос)? почему есть аналогия между лептонами и кварками, так называемая кварк-лептонная аналогия?

И.В.Но не полная. Пока нейтрино безмассовое, это не полная аналогия.

Э.Б.Да, и потом ещё с такой большой разницей масс у поколений. Когда 0,5 МэВ (МэВ – это 10^-3 ГэВ) масса у электрона, с одной стороны, и 175 ГэВ – масса Т-кварка. Много-много порядков разница в массах – это тоже необъяснённый факт. Он, в общем-то, параметризуется через механизм Хиггса, но это, скорее, просто описание без глубокого понимания, почему так произошло. Также лептоны и кварки обладают разными квантовыми числами, такими как лептонный заряд, барионный заряд, электрический заряд.

И.В.Почему, например, у кварков дробный электрический заряд, в то время как у лептонов целочисленный – это тоже вопрос, на который Стандартная Модель не отвечает. Ну, и наконец, почему гравитационные взаимодействия остаются в стороне, почему взаимодействия Стандартной Модели так сильно отличаются по своей силе от гравитационного взаимодействия? Даже и трудно себе представить, как можно их сблизить.

Э.Б.И одна из наиболее серьёзных (в какой-то степени, может быть, технических, но с другой стороны, и фундаментальных) проблем Стандартной Модели – это объяснение или, точнее, отсутствие объяснения в этой модели: собственно говоря, почему Хиггс-бозон, если он есть, почему он может быть таким лёгким, как 175 или 115, например, ГэВ. Дело в том, что массе Хиггса можно задать такое значение, но Стандартная Модель – это квантовая теория поля, а в квантовой теории поля есть радиационные поправки к любой величине.

Так вот, радиационные поправки к массе Хиггса приводят к тому, что они могут быть очень большими. У нас фундаментальный масштаб здесь – это величина порядка сотни ГэВ. Если следующий фундаментальный масштаб – это масса Планка (10^-19 ГэВ), то тогда, в общем-то, не видно особых причин, почему этот Хиггс туда радиационными поправками не будет отодвигаться. Связь между этими масштабами и почему они настолько сильно отличаются – это называется проблемой иерархии масштабов. А проблема с массой Хиггса (почему она может быть такой маленькой) – это так называемая проблема натуральности Стандартной Модели. То есть должен быть какой-то механизм или симметрия, которая не позволяла бы этой массе уходить так далеко. Или теория должна как-то видоизмениться.