МОСКВА, 25 июн – РИА Новости. Физик Василий Родионов, профессор РЭУ имени Плеханова, рассказал РИА "Новости" о том, почему ученые сегодня заинтересованы в поисках экзотических сверхтяжелых частиц, существует ли предел массы частиц и поделился своими мыслями о том, как Россия может сохранить свое лидерство в этой области физики и не уступить США.
"В Стандартной модели большая часть физических величин имеет свои пределы – существует, к примеру, минимальный заряд частицы или минимальный спин, но нет предела массы. Другими словами, она не запрещает открытия частицы с любым значением массы. Это конечно абсурд, но возможен и такой вариант, когда на ускорителе появятся частицы с массами, равными массе автомобиля, а две таких частицы могут породить что-то вроде автобуса. Это, конечно, не имеет ни какого отношения к физике частиц, но раз теория не запрещает подобного варианта событий, оставаясь последовательной схемой, следовательно, в ней все-таки что то не так. И мы вслед за Моисеем Марковым и Владимиром Кадышевским считаем, что масса должна быть ограничена", — рассказывает исследователь.
По словам ученого, первый радикальный подход к решению этой проблемы предложил академик Владимир Кадышевский примерно 40 лет назад, разрабатывая новый, "геометрический" подход к описанию электромагнитных и слабых взаимодействий частиц. Он обнаружил, что, если "верхний" предел массы существует, то тогда должны существовать особые экзотические частицы, чьи свойства будет невозможно описать при помощи Стандартной модели физики.
К примеру, такие частицы могут обладать составной массой, одновременно имея эрмитову и неэрмитову составляющие массы. Именно это и должно представлять собой основу структуры загадочной темной материи.
Поиск этих частиц, из-за их огромной массы, вряд ли можно осуществить в ближайшее время при помощи Большого адронного коллайдера или других, еще более мощных ускорителей. Как недавно выяснил профессор Родионов, следы их существования можно заметить, наблюдая за другими процессами и частицами. Особую роль в этих процессах может играть очень слабое, но тем не менее реальное взаимодействие так называемых аномальных магнитных моментов экзотических частиц.
Как показывают его расчеты, можно заметить, что некоторые виды нейтрино могут реагировать на сильнейшие магнитные поля. Если ученым удастся зафиксировать различия в том, как нейтрино реагируют на магнитные поля, "повернутые" в разные стороны, то тогда выкладки Родионова и теория Кадышевского могут найти свое подтверждение.
— Если этот предел существует, и вам или другим физикам удастся его найти, что будет означать это открытие для мира физики? Будет ли оно укладываться в Стандартную модель или будет выходить за ее рамки?
— Действительно, открытие этого предела и экзотических частиц будет означать, что существует физика и за пределами Стандартной модели.
В последние годы интерес к поиску этих частиц и к теориям Кадышевского сильно возрос и у нас, и в США, и Европе и в Китае и в других уголках мира.
Почему это произошло? В последние годы появились новые теоретические и экспериментальные свидетельства того, что поведение частиц можно описывать и просчитывать не только классическим способом, используя так называемые эрмитовы операторы, что раньше считалось незыблемым свойством квантовой механики.
В начале этого века выяснилось, что описание этих процессов, которые происходят в реальном мире, можно описать и при помощи другой математики, допускающей возможность существования неэрмитовых моделей, а следовательно и существования экзотических частиц.
Используя эту математику, мы выяснили, что она позволяет установить, что верхний предел на массу частиц должен непременно существовать, и быть напрямую связан с эрмитовой и антиэрмитовой компонентами массы фермионов, а также исчезать, когда неэрмитова компонента отсутствует. Главное убедиться в появлении новых частиц.
Здесь я хотел бы добавить, что в этой области мы идем голова в голову с американскими учеными и даже опережаем их в некоторых моментах, где они ошибаются в своих расчетах и выкладках, и нам не хотелось бы упускать это лидерство.
— Какие установки могли бы открыть этот предел масс, можно ли дойти до него при помощи БАК или его потенциальных наследников?
— В этом вопросе мы с Кадышевским занимали разные позиции. Он считал, что мы можем подобраться к нему только в том случае, если мы построим гигантский ускоритель частиц, который позволит выйти на те уровни энергии, которые соответствуют этому пределу масс. Понятно, что ни БАК, ни любой другой ускоритель не могут обеспечить такой энергии в ближайшее время.
Мы придерживаемся иного мнения. Нам удалось показать, что для демонстрации существования предела масс и появления экзотических частиц совсем не обязательно "ловить" частицы максимальной массы. Нам нужно просто убедиться, что существуют частицы, поведение которых описывается не только при помощи эрмитовых операторов.
Это поможет нам доказать, что справедлива и другая математика квантовой физики, модифициорванное уравнение Дирака. В этом новом уравнении должны фигурировать как эрмитова, так и псевдо эрмитова компоненты массы фермионов.
Косвенные свидетельства этого можно найти в другой области физики, в неэрмитовой оптике, где уже свыше 10 лет проводятся теоретические расчеты и были получены экспериментальные доказательства существования процессов, которые описываются подобным образом. Раз эти принципы существуют в отдельном разделе физики, почему они не могут присутствовать и в физике частиц? Мы теоретически обосновали эту возможность, и вполне можно ожидать, что нам удастся получить и указания на реальное существование этих частиц.
Каким будет этот предел масс – это другой вопрос, сейчас нам просто нужно показать, что он существует на примере появления экзотических частиц. В этом нам могут помочь эксперименты, связанные с оценкой массы нейтрино. Возникает своего рода парадокс – поиски точного значения массы легчайшей частицы могут помочь нам понять, насколько тяжелыми могут быть частицы в принципе.
Еще одним подтверждением того, что эти пределы существуют, является сам факт того, что нейтрино обладают ненулевой массой и могут превращаться друг в друга, за что недавно присуждена Нобелевская премия. Опять же, это говорит о том, что нам не нужен гигантский ускоритель для доказательства существования максимонов, частиц максимально большой массы. Можно просто надежно установить существование неэрмитовых фермионов, а следовательно убедиться, что эта форма материи может иметь место в нашем мире.
— В России подобные эксперименты проводились в Институте ядерных исследований в Троицке, можно ли приспособить их нейтринные детекторы для поиска пределов массы?
— В прошлом, в 1990-тые годы и в начале 2000 годов, действительно, интерес к подобным экспериментам был высок в нашей научной среде. Когда наши коллеги под руководством академика Лобашева измеряли массу нейтрино, они получали очень странные значения — усредненные величины квадратов нейтринных масс были отрицательными. И похожие результаты были получены в ходе других экспериментов в США и Германии
Подобные замеры, на первый взгляд, являются чушью, и экспериментаторы всячески пытались скрыть это и показать, что на самом деле они были не отрицательными, а просто близкими к нулю. По их мнению, в "минус" они уходили за счет погрешностей замеров, систематических ошибок и неопределенности, и никаких противоречий на самом деле не было.
Мы же показали еще два года назад, что эти аномалии в Троицком эксперименте и в его аналогах не являются ошибкой и могут быть связаны с тем, что частицы в этих установках движутся внутри очень сильного магнитного поля. Нейтрино обладает спином, ненулевой массой и аномальным магнитным моментом, вследствие чего их спин должен взаимодействовать с магнитным полем. Игнорирование этих взаимодействий, которые описывает наша теория, могло привести к появлению аномальных значений.
У нас были предложения организовать подобную проверку на базе установки в Троицке, но на настоящий момент наши коллеги не заинтересованы в этом – проект, насколько я знаю, был остановлен. Возникло ощущение, что сейчас им занимаются аспиранты и молодые ученые, и что проект сегодня не является приоритетным для руководства института.
Помимо нейтринных экспериментов на Земле, в этих поисках нам могут помочь астрофизические наблюдения за ними, в данных которых может скрываться своеобразный "код", который будет выдавать их неэрмитово происхождение. И если мы его найдем, то тогда мы будем знать, что не только самые легкие частицы имеют массу, но и существуют и максимально тяжелые частицы, которые тоже могут иметь неэрмитову природу.
— Если говорить о том, где будет совершено это открытие, кто станет первым – "космос" или наземные детекторы?
— Здесь сложно строить прогнозы, так как все будет, как всегда, упираться в деньги, и в то, как и где будут проводиться подобные эксперименты. С этой точки зрения астрофизические наблюдения выглядят более привлекательными, так как детекторы, подобные антарктической обсерватории IceCube, работают непрерывно, занимают огромную площадь и не требуют больших расходов.
Такие гигантские детекторы, которые, кстати, имеются и в России, как например Байкальский подводный нейтринный телескоп, где в данный момент продолжается строительство установки, занимающей кубический километр. По окончанию постройки к 2020 году объём детектора будет сравним с крупнейшим на сегодняшний момент детектором нейтрино IceCube.
Такие детекторы сегодня наблюдают за частицами с самыми большими энергиями, и мы в принципе можем выйти и на уровень максимонов, иными словами, на уровень максимальной массы частиц. Проблема, правда, заключается в том, что экспериментаторам еще только предстоит понять, как можно "увидеть" подобные частицы и измерить их свойства.
