Очарование физики - Глэшоу Ш.Л.
ISBN 5-93972-151-6
Скачать (прямая ссылка):
Стандартная модель действительно объясняет многое. Тем не менее, она пока не является истинной теорией, главным образом потому, что не удовлетворяет наивной вере физика в элегантность и простоту. Она содержит порядка 17 якобы элементарных частиц и точно такое же количество произвольных параметров, типа постоянной тонкой структуры, отношения масс мюона и электрона и различных таинственных углов смешивания (Каббибо, Вайнберга, Кобаяши - Маскавы). Уж конечно, Бог не крутил 17 раз телефонный диск на своем черном ящике перед Большим взрывом и его славным сиквелом — человечеством. Наша современная теория незаконченна, недостаточна и неэлегантна, хотя вполне возможно, что ее долго будут помнить как важный поворотный момент. Она останется в анналах истории, независимо от того, что сделаем мы, оказавшись на пороге глобального синтеза: повернем назад или продолжим двигаться вперед. Выбор предстоит сделать нам, и он может быть воплощен в по-прежнему гипотетическом Сверхпроводящем суперколлайдере (SSC).
В июле 1983 года Консультативная Группа по физике высоких энергий Департамента Энергетики рекомендовала, чтобы строительству SSC был отдан наивысший приоритет. Рекомендованная энергия на один пучок этого ускорителя равна 20 ТэВ, или 20 000 ГэВ, — это макроскопическая энергия порядка 32 эрг-секунд на каждый протон в пучке. В результате этого прямые столкновения протонов с протонами обеспечат в системе центра масс энергию порядка 40 ТэВ, что более чем в 60 раз превысит энергию, доступную в современном коллайдере в CERN, и в 20 раз — энергию, которая станет доступной в ближайшем будущем в Национальной лаборатории ускорения частиц им. Ферми. Более того, комиссия настоятельно рекомендовала, чтобы эта установка была завершена и отдана в распоряжение исследователей в течение не более чем десяти лет. Важность именно этой рекомендации была подчеркнута параллельными решениями отказаться от всех остальных предложений ускорителей высоких энергий. Сюда вошли ускоритель на встречных пучках, значительные усилия в создание которого были вложены Брукхейвенской национальной лабораторией, и Посвященный коллайдер, предложенное расширение комплекса Лаборатории им. Ферми.
На необходимость гигантского шага в создании ускорителей указывают несколько аргументов. Теоретики и экспериментаторы сошлись на 298
SSC: машина девяностых
параметре огромной важности — энергии в системе центра масс, равной 40 ТэВ. Консультативная группа по физике высоких энергий, после длительных и жарких споров, приняла это значение и рекомендовала именно SSC из всех предложенных вариантов. Практически все теоретики согласны с тем, что на SSC непременно должны возникнуть новые явления, которые можно будет учесть; возможно, это такие явления, которые на коллайдерах в CERN или Лаборатории им. Ферми едва различимы и заметны только лишь как смутные тени. Действительно, экспериментаторы, которым посчастливилось работать на коллайдере в CERN, уже докладывали о множестве редких «моноджетов» — любопытных событий, которые кажутся необъяснимыми в рамках стандартной модели. Через крошечное окошечко мы, возможно, видим новые, сбивающие с толку явления, для объяснения которых вполне может понадобиться SSC. Но, кроме аргументов эксперимента и теории, существует еще и история: большой скачок вперед в физике всегда происходит при каждом значительном повышении энергии; мы планируем, что в девяностые годы новое действие произойдет в физике энергий, измеряемых муль-ти-ТэВ.
Основные параметры SSC, энергия центра масс, равная 40 ТэВ, и «... интенсивность пучков до IO33 частиц/см2» определены научными целями. Возможности и неполнота стандартной модели указывают область энергий, где данные должны разрешить дилеммы, препятствующие прогрессу в физике частиц. Целью здесь является «масштаб массы в 1 ТэВ». Это означает, что столкновения должны без особых трудностей исследовать такой масштаб массы — например, рождая предполагаемую новую частицу с массой в несколько ТэВ. Однако сталкивающиеся протоны — это сложные объекты, образованные кварками и глюонами, поэтому более подходящими можно считать жесткие столкновения точечных составляющих. Стандартная модель определяет движения составляющих, которые разделяют импульс сталкивающихся протонов. Общие эффекты известны очень подробно, а их описание можно найти в статье, опубликованной в Reviews of Modern Physics, где в общих чертах представлены сечения ожидаемых процессов новой физики1. Из-за разделения импульса энергию протонов нужно делить примерно на 10, поэтому протоны с энергией порядка 40 ТэВ позволят исследовать диапазон масс вплоть до 2-4 Тэв.
Интенсивность пучков — это мера количества столкновений определенного типа, которые происходят за секунду. После очень большого количества семинаров и дискуссий (а также работ типа статьи Эстии Эйштена и его соратников) ученые пришли к некоторому консенсусу:
1E. Eichten, I. Hinchliffe, К. Lone, C.Quigg, Vol. 56, p. 579, 1924 299 SSC: машина девяностых
энергия в 40 ТэВ и интенсивность пучков в IO39 см~2 сделают возможным тщательное исследование диапазона масс в 1 ТэВ.
