Регистрация пройдена успешно!
Пожалуйста, перейдите по ссылке из письма, отправленного на

МКС и коллайдер: нобелевский лауреат Тинг рассказал о своих экспериментах

© Fotolia / kamilsezaiТак художник представил себе стокновение сверхмалых частиц
Так художник представил себе стокновение сверхмалых частиц

Нобелевский лауреат по физике Сэмюэль Тинг (Массачусетский технологический институт, США) посетил Национальный исследовательский ядерный университ "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) и выступил с рассказом о своей научной деятельности, посвященной проверке фундаментальных гипотез строения материи и происхождения Вселенной. Что он считает своим главным достижением в науке? Можно ли ожидать, что эксперименты рано или поздно дадут ответы на главные вопросы современной физики? Об этом профессор Тинг рассказал корреспонденту проекта "Социальный навигатор" МИА "Россия сегодня" Анне Курской.

- Профессор Тинг, вы получили Нобелевскую премию за открытие тяжёлой элементарной частицы, которая считается элементом Стандартной модели. В последние годы ученые проводили множество экспериментов, чтобы найти отклонения от Стандартной модели, однако пока им это не удалось. Как вы думаете, будут ли найдены такие отклонения в будущем?

— Если эксперименты лишь подтвердят правильность Стандартной модели, это станет большой неудачей для нас, поскольку прогресс физики строится на экспериментах, которые противоречат теории, а не подтверждают ее.

Коллаборации МИФИ
Антивещество, темная энергия: что еще изучает современная физика?Современная физика изучает множество явлений природы. О том, как и что исследуют ученые и для чего это нужно, смотрите в инфографике, подготовленной по данным Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ".
Физика – главным образом, экспериментальная наука. Не подтвержденная экспериментом теория бессмысленна, какой бы элегантной она ни была. Теория никогда не сможет опровергнуть эксперимент, а вот эксперимент может опровергнуть теорию, и тогда мы приходим к новой теории.

Вы упомянули мою работу, которая привела к Нобелевской премии в 1976 году.  До этого Стандартная модель утверждала, что существуют три кварка – u, d, s, — и все в это верили, потому что это позволяло хорошо объяснить все известные физические явления.

В 1972 году я задал вопрос: почему кварков только три? И решил поставить очень чувствительный эксперимент для поиска новых явлений. Моя идея не нашла поддержку у сообщества физиков-теоретиков, мне сказали: "Три известных кварка объясняют все". И никто не захотел принять участие в том весьма трудном эксперименте, поскольку я потребовал очень высокой чувствительности. Это все равно как во время дождя среди 10 миллиардов падающих в секунду капель найти одну нужную. 

Взрыв во Вселенной
"Хорошо, что кварки связаны". Ученые рассказали о субатомном оружии
Но все-таки, через два года, я открыл новую частицу. Позднее было открыто целое семейство частиц со сходными свойствами, с продолжительностью жизни в 10 тысяч раз больше, чем ранее известные частицы. Это открытие изменило взгляды ученых, и так я получил Нобелевскую премию.

Сегодня Стандартная модель насчитывает 6 кварков. Конечно, с ее помощью можно объяснить все существующие явления, и до сих пор эксперимент не нашел противоречия. Но это не означает, что модель правильная. Лет через сто будут построены более крупные ускорители и отклонения будут найдены.

- Помимо открытия J/ψ-мезона что вы считаете своим главным достижением в науке?

— Я выполнил несколько экспериментов, и первый из них был посвящен измерению размера электрона. 

В 1948 году Ричард Фейнман, Юлиан Швингер и Синъитиро Томонага создали теорию квантовой электродинамики, согласно которой, электрон не должен иметь измеримого размера. Их теория была признана верной, авторы получили Нобелевскую премию в 1965 году.

Тогда я был довольно молод и только что получил степень. Я разработал метод, который подтвердил, что электрон не имеет измеримого размера.

После этого я провел другой интересный эксперимент. Вы знаете, что световые волны не имеют массы. И есть три частицы (ро, омега, фи) с массой 1 миллиард электронвольт и размером с протон. Их спин и другие квантовые числа в точности такие же, как у фотона. От фотона их отличает ненулевая масса, близкая к массе протона.

Возник вопрос: могут ли фотоны переходить в эти частицы, а эти частицы — обратно в фотоны или нет? Масса не должна быть важна. Это был трудный эксперимент. И мне удалось показать, что да, фотон иногда, с шансом один на миллион, может быть как массивная частица.

Российский коллайдер: как ученые готовят "большой взрыв" в Дубне
© Nuclotron-based Ion Collider fAcilityNICA – комплекс, с помощью которого станет возможным изучение свойств материи, из которой "сделана" наша Вселенная.

На фото: схема строящегося комплекса NICA.

Схема ускорительного комплекса проекта NICA
1 из 10
NICA – комплекс, с помощью которого станет возможным изучение свойств материи, из которой "сделана" наша Вселенная.

На фото: схема строящегося комплекса NICA.

© РИА Новости / Сергей ПятаковВ рамках строительства комплекса в Дубне создается многоцелевой детектор - MPD. Он будет расположен в точке столкновения пучков коллайдера NICA.

На фото: физический макет установки Multi-Purpose Detector (MPD).

Multi-Purpose Detector (макет)
2 из 10
В рамках строительства комплекса в Дубне создается многоцелевой детектор - MPD. Он будет расположен в точке столкновения пучков коллайдера NICA.

На фото: физический макет установки Multi-Purpose Detector (MPD).

© РИА Новости / Сергей ПятаковMPD - уникальная экспериментальная установка, сравнимая с детекторами на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН. Она призвана помочь разгадать загадки экстремальных плотностей и температур, физики адронов, ядерной и атомной физики, биофизики и астрофизики.

На фото: физический макет установки Multi-Purpose Detector (MPD).

Макет Multi-Purpose Detector (MPD)
3 из 10
MPD - уникальная экспериментальная установка, сравнимая с детекторами на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН. Она призвана помочь разгадать загадки экстремальных плотностей и температур, физики адронов, ядерной и атомной физики, биофизики и астрофизики.

На фото: физический макет установки Multi-Purpose Detector (MPD).

© РИА Новости / Сергей ПятаковЧасть комплекса NICA уже готова и функционирует: детектор BM@N (барионная материя на "Нуклотроне") запущен в начале 2018 года. С помощью BM@N исследуют взаимодействие составляющих атомного ядра.

На фото: горизонтальный фокусирующий магнит СП-57 и ионопровод BM@N.

Горизонтальный фокусирующий магнит СП-57 и ионопровод BM@N
4 из 10
Часть комплекса NICA уже готова и функционирует: детектор BM@N (барионная материя на "Нуклотроне") запущен в начале 2018 года. С помощью BM@N исследуют взаимодействие составляющих атомного ядра.

На фото: горизонтальный фокусирующий магнит СП-57 и ионопровод BM@N.

© РИА Новости / Сергей ПятаковВ проекте NICA участвуют ученые более 300 ученых из 70 институтов 32 стран мира. С вводом в строй новых элементов ускорительного комплекса NICA число участников проекта возрастет в несколько раз.

На фото: участок сборки и испытаний сверхпроводящих магнитов.

Участок сборки и испытаний сверхпроводящих магнитов
5 из 10
В проекте NICA участвуют ученые более 300 ученых из 70 институтов 32 стран мира. С вводом в строй новых элементов ускорительного комплекса NICA число участников проекта возрастет в несколько раз.

На фото: участок сборки и испытаний сверхпроводящих магнитов.

© РИА Новости / Серей ПятаковВоссоздать в лаборатории процессы, происходившие во Вселенной на разных стадиях ее эволюции, ученые смогут при помощи современных ускорителей.

На фото: подготовка к электрическим испытаниям магнита.

Подготовка к электрическим испытаниям магнита
6 из 10
Воссоздать в лаборатории процессы, происходившие во Вселенной на разных стадиях ее эволюции, ученые смогут при помощи современных ускорителей.

На фото: подготовка к электрическим испытаниям магнита.

© РИА Новости / Сергей Пятаков После того, как NICA будет запущен, ученые планируют выяснить, как происходило образование протонов и нейтронов во время Большого взрыва, а также больше узнать о поведении вещества в области сверхвысоких энергий.

На фото: криостат сверхпроводящего магнита типа "Нуклотрон".

Криостат сверхпроводящего магнита типа Нуклотрон
7 из 10
После того, как NICA будет запущен, ученые планируют выяснить, как происходило образование протонов и нейтронов во время Большого взрыва, а также больше узнать о поведении вещества в области сверхвысоких энергий.

На фото: криостат сверхпроводящего магнита типа "Нуклотрон".

© РИА Новости / Сергей ПятаковУчёные смогут воссоздать в лабораторных условиях кварк-глюонную плазму - особое состояние, в котором пребывала наша Вселенная первые мгновения после Большого взрыва.

На фото: квадрупольный магнит типа "Нуклотрон".

Квадрупольный магнит типа Нуклотрон
8 из 10
Учёные смогут воссоздать в лабораторных условиях кварк-глюонную плазму - особое состояние, в котором пребывала наша Вселенная первые мгновения после Большого взрыва.

На фото: квадрупольный магнит типа "Нуклотрон".

© РИА Новости / Сергей ПятаковВ перспективе это знание может дать человечеству новый вид энергии, который составит серьезную конкуренцию ядерной энергетике.

На фото: cлева – времяпролетная система ToF-700, справа – одна из двух дрейфовых камер установки BM@N.

Времяпролетная система ToF-700 и дрейфовая камера установки BM@N
9 из 10
В перспективе это знание может дать человечеству новый вид энергии, который составит серьезную конкуренцию ядерной энергетике.

На фото: cлева – времяпролетная система ToF-700, справа – одна из двух дрейфовых камер установки BM@N.

© РИА Новости / Сергей ПятаковПосле шлифовки стен здесь будет установлен коллайдер.
Помещение для коллайдера
10 из 10
После шлифовки стен здесь будет установлен коллайдер.
1 из 10
NICA – комплекс, с помощью которого станет возможным изучение свойств материи, из которой "сделана" наша Вселенная.

На фото: схема строящегося комплекса NICA.

2 из 10
В рамках строительства комплекса в Дубне создается многоцелевой детектор - MPD. Он будет расположен в точке столкновения пучков коллайдера NICA.

На фото: физический макет установки Multi-Purpose Detector (MPD).

3 из 10
MPD - уникальная экспериментальная установка, сравнимая с детекторами на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН. Она призвана помочь разгадать загадки экстремальных плотностей и температур, физики адронов, ядерной и атомной физики, биофизики и астрофизики.

На фото: физический макет установки Multi-Purpose Detector (MPD).

4 из 10
Часть комплекса NICA уже готова и функционирует: детектор BM@N (барионная материя на "Нуклотроне") запущен в начале 2018 года. С помощью BM@N исследуют взаимодействие составляющих атомного ядра.

На фото: горизонтальный фокусирующий магнит СП-57 и ионопровод BM@N.

5 из 10
В проекте NICA участвуют ученые более 300 ученых из 70 институтов 32 стран мира. С вводом в строй новых элементов ускорительного комплекса NICA число участников проекта возрастет в несколько раз.

На фото: участок сборки и испытаний сверхпроводящих магнитов.

6 из 10
Воссоздать в лаборатории процессы, происходившие во Вселенной на разных стадиях ее эволюции, ученые смогут при помощи современных ускорителей.

На фото: подготовка к электрическим испытаниям магнита.

7 из 10
После того, как NICA будет запущен, ученые планируют выяснить, как происходило образование протонов и нейтронов во время Большого взрыва, а также больше узнать о поведении вещества в области сверхвысоких энергий.

На фото: криостат сверхпроводящего магнита типа "Нуклотрон".

8 из 10
Учёные смогут воссоздать в лабораторных условиях кварк-глюонную плазму - особое состояние, в котором пребывала наша Вселенная первые мгновения после Большого взрыва.

На фото: квадрупольный магнит типа "Нуклотрон".

9 из 10
В перспективе это знание может дать человечеству новый вид энергии, который составит серьезную конкуренцию ядерной энергетике.

На фото: cлева – времяпролетная система ToF-700, справа – одна из двух дрейфовых камер установки BM@N.

10 из 10
После шлифовки стен здесь будет установлен коллайдер.
Еще одну интересную вещь мы сделали вместе с Андрем Куниным, Виталием Чутко и другими российскими учеными из Института теоретической и экспериментальной физики РАН и Курчатовского института. На протяжении 20 лет мы проводили эксперимент в ЦЕРНе на 27-километровом электрон-позитронном коллайдере и сталкивали электроны и позитроны с энергией в 100 миллиардов электронвольт. Образуется  свет c энергией в  миллиарды электронвольт, яркий и горячий.

В этом эксперименте мы сделали попытку воссоздать возникновение Вселенной, так мы интерпретировали это. Затем мы спросили себя: сколько там кварков, электронов, имеют ли электроны размер? Выполняется ли Стандартная модель?

Спустя 20 лет мы пришли к выводу, что при имеющихся энергиях есть только три типа электронов: те, что приходят извне по проводам, те, которые приходят из космоса (они в 200 раз тяжелее) и те, что существуют в ядрах (они в 4 000 раз тяжелее) [имеются ввиду три типа лептонов – электроны, мюоны и тау- частицы – прим. Ред.]. 

И электрон не имеет размера. Размер меньше, чем 10-17 см — это очень маленькая величина. Я провел довольно значительную часть своей жизни в поисках размера электрона и так не сумел определить, насколько он мал.

К сожалению, результаты этих 20 лет эксперимента находятся в согласии со Стандартной моделью. Выходит, что мы так и не научились ничему новому.

- На конференции в НИЯУ МИФИ вы рассказали о результатах эксперимента AMS (AMS — альфа-магнитный спектрометр) по измерению заряда космических лучей, который проходит на Международной космической станции. Какова цель этого исследования?

— Существует два типа космических лучей. Лучи первого типа — световые волны и нейтрино – не несут массы, они был исчерпывающе изучены за последние сто лет. 

Лучи второго типа – это заряженные частицы — электроны, позитроны, протоны, антипротоны и элементы таблицы Менделеева. Каковы их свойства? До сих пор у нас не было ответа на этот вопрос. 

Черные и белые дыры
Ученые как разведчики у пчел: чем сегодня живет теоретическая физика
Дело в том, что мы живем под километровым слоем атмосферы, и заряженные частицы из космоса поглощаются или рассеиваются атмосферой, поэтому мы не можем определить их происхождение или свойства. 

Чтобы сделать это, необходимо подняться в космос. А так как одни частицы имеют положительный заряд, а другие – отрицательный, чтобы различить их, мы должны использовать магнит, ведь заряды разделяются в магнитном поле.

Правда, поднять мощный магнит в космос – не такая простая задача. Ведь если установить его на ракету или МКС, станция может потерять управление. Но наши российские коллеги нашли решение проблемы, и у нас появился магнитный спектрометр в космосе.

К этому моменту эксперимент AMS проходит на  МКС уже 7 лет и будет продолжаться столько, сколько будет существовать сама станция, до 2024-2028 года. 

- Что вам удалось узнать с помощью этого эксперимента?

Мы исследовали очень большое количество частиц космических лучей с экстремально высокой энергией, 1020  электрон вольт, и узнали три-четыре интересные вещи.

Во-первых, позитрон ведет себя очень необычно в зависимости от энергии. Позитроны с низкой энергией происходят от столкновений космических лучей в межзвездном пространстве, а с высокой энергией – из источника, которым может быть пульсар или темная материя. Мы зарегистрировали два миллиона событий, которые не оставляют сомнений на этот счет.

ЦЕРН для чайников
Научный гигант современности: ЦЕРН и его достиженияЕвропейская организация по ядерным исследованиям (ЦЕРН) отмечает 29 сентября 60-летний юбилей. В настоящее время ее главной задачей является изучение элементарных частиц и механизмов их взаимодействия.
Во-вторых, что касается электронов, мы наблюдали 28 миллионов событий, и установили, что электроны с низкой и высокой энергией происходят из разных источников. Электроны и позитроны ведут себя совершенно по-разному в космосе. 

В-третьих, мы измерили тяжелые ядра первичных космических лучей, то есть, те, что  приходят из источника без взаимодействий  и регистрируются детектором на космической станции детектором AMS.

Мы изучили первичные космические лучи, состоящие из гелия, кислорода и углерода. Мы установили, что зависимость потоков от импульса на единицу заряда, т.е. от  жесткости, для этих ядер ведет себя совершенно одинаково, несмотря на их различную массу.

И также мы установили, что вторичные космические лучи, которые происходят из взаимодействий первичных космических лучей, — литий, бериллий, бор — имеют совершенно другую зависимость от жесткости. 

То есть, в космосе существует два класса космических лучей – первичные и вторичные — с разными закономерностями, и это, по-своему, интересная вещь

- Вы возглавляете коллаборацию, которая объединяет более 500 физиков из разных стран. Вам приходилось сотрудничать с российскими учеными? Сейчас вы участвуете в конференции, организованной НИЯУ МИФИ, связано ли это с вашими планами?

— Я уже во второй раз приезжаю в МИФИ. Исследователи из этого университета очень хорошие, ранее они принимали участие в важном международном эксперименте PAMELA и внесли значительный вклад в успех этого проекта. Сегодняшний эксперимент AMS гораздо более точный, и я хочу предложить ученым из МИФИ продолжить работать вместе с нами. Я надеюсь, что наше сотрудничество состоится.

Вообще российские ученые внесли большой вклад в физику частиц и физику высоких энергий. Я сотрудничаю с Курчатовским институтом с 1983 года. Там работают ученые очень высокого класса, лучше, чем у нас в MIT.

- Можно ли считать участие в подобных крупных научных группах наиболее перспективным на сегодняшний день методом работы для исследователей?

— На мой взгляд, такое явление связано с тем, что мы недостаточно умны. Поэтому нам нужно много людей. Лучше всего, конечно, работать в одиночку – не нужно ни с кем спорить, обсуждать что-то… 

Когда я начинал свой путь в физике высоких энергий, в моей группе было только четыре человека. Теперь их несколько сотен. Я часто думаю об этой проблеме. Имеет ли смысл молодому ученому вступать в группу из тысячи человек? Ведь среди стольких сильных исследователей очень трудно проявить себя. Меня это беспокоит.

- Какой главный вопрос на сегодня стоит перед фундаментальной физикой? И когда он может быть решен?

— Люди, которые делали подобные предсказания, часто позднее жалели об этом. Я только хочу сказать, что в 1930-х годах японский физик Хидэки Юкава предсказал существование мезона и сильных ядерных сил между нуклонами. В 1949 году, сразу после войны, он получил Нобелевскую премию по физике. Многие физики после этого взялись за изучение этой темы. Тогда думали, что проблема вот-вот будет решена, но это было только начало. И до сегодняшнего дня мы так и не узнали всего. 

Интервью представлено в рамках работы IV Международной конференции по физике частиц и астрофизике, организованной НИЯУ МИФИ.


Рекомендуем
Лента новостей
0
Сначала новыеСначала старые
loader
Онлайн
Заголовок открываемого материала
Чтобы участвовать в дискуссии
авторизуйтесь или зарегистрируйтесь
loader
Чаты
Заголовок открываемого материала