Затянувшийся эфир

Борис Штерн

Борис Штерн

Перед при­суж­де­ни­ем Нобе­лев­ской пре­мии агент­ство «Томп­сон Рей­тер» тра­ди­ци­он­но пуб­ли­ку­ет свою вер­сию тро­ек лиди­ру­ю­щих номи­на­ций. В этом году трой­ка лиде­ров по физи­ке выгля­де­ла сле­ду­ю­щим обра­зом:

- За пред­ска­за­ние бозо­на Хиггса – Фран­с­уа Энглер, Питер Хиггс.

- За откры­тие сверх­про­вод­ни­ков на осно­ве желе­за – Хидео Хосо­но.

- За откры­тие экс­тра­сол­неч­ных пла­нет (экзо­пла­нет) – Мишель Май­ор, Дидье Кело, Джеф Мар­си.

В этом году теле­ка­нал «Дождь» устро­ил «Нобе­лев­скую неде­лю»: в час объ­яв­ле­ния пре­мии по дан­ной дис­ци­плине в сту­дии соби­ра­лись экс­пер­ты и во гла­ве с Пав­лом Лоб­ко­вым обсуж­да­ли в пря­мом эфи­ре сна­ча­ла номи­нан­тов-лиде­ров, затем, после объ­яв­ле­ния – побе­ди­те­ля.

Хидео Хосоно

Хидео Хосо­но
(http://advertisementfeature.cnn.com/)

На эфи­ре, при­уро­чен­ном к пре­мии по физи­ке, при­сут­ство­вал и автор. Все­го, кро­ме Пав­ла Лоб­ко­ва, нас было чет­ве­ро, при­чем мы зара­нее рас­пре­де­ли­ли роли, кто за что будет «болеть», аги­ти­ро­вать и объ­яс­нять суть рабо­ты. Выгля­де­ло это так:

Вале­рий Руба­ков – пред­ска­за­ние бозо­на Хиггса (это вхо­дит в сфе­ру его про­фес­си­о­наль­ных заня­тий);

Вла­ди­мир Пуда­лов – откры­тие сверх­про­вод­ни­ков на осно­ве желе­за (это непо­сред­ствен­но свя­за­но с его сфе­рой дея­тель­но­сти);

Борис Штерн – откры­тие экзо­пла­нет (не вхо­дит в сфе­ру про­фес­си­о­наль­ных инте­ре­сов, но явля­ет­ся его увле­че­ни­ем и пред­ме­том попу­ля­ри­за­ции);

Дмит­рий Баюк – исто­рия Нобе­лев­ских пре­мий (исто­рия нау­ки явля­ет­ся его про­фес­си­ей).

Мишель Майор

Мишель Май­ор
www.astronomische-gesellschaft.org

Всем было ясно, что с подав­ля­ю­щей веро­ят­но­стью побе­дит бозон Хиггса, но надо было как мож­но боль­ше рас­ска­зать и о дру­гих номи­нан­тах, сохра­няя интри­гу. Слу­чай предо­ста­вил нам для это­го уни­каль­ную воз­мож­ность: объ­яв­ле­ние реше­ния Нобе­лев­ско­го коми­те­та отло­жи­ли на час (бес­пре­це­дент­ное собы­тие), и весь этот час (все­го пол­то­ра) мы в пря­мом эфи­ре рас­ска­зы­ва­ли о Боль­шом адрон­ном кол­лай­де­ре, экзо­пла­не­тах, сверх­про­вод­ни­ках, курье­зах исто­рии нау­ки и пр. Навер­ное полу­чи­лась непло­хая науч­но-попу­ляр­ная пере­да­ча. Вооб­ще идея «Дождя» – пря­мой эфир, сопро­вож­да­ю­щий объ­яв­ле­ние Нобе­лев­ских лау­ре­а­тов, – заме­ча­тель­на, жаль, что, как выяс­ня­ет­ся из раз­го­во­ров с кол­ле­га­ми, об этой пере­да­че мало кто зна­ет.

Теперь о трех номи­нан­тах. Нач­нем с тех, что про­иг­ра­ли, но когда-нибудь обя­за­тель­но выиг­ра­ют.

Буду­щие побе­ди­те­ли, про­иг­рав­шие в этот раз

Сверх­про­вод­ник на осно­ве желе­за, к тому же высо­ко­тем­пе­ра­тур­ный, ока­зал­ся пол­ной неожи­дан­но­стью. Все­гда счи­та­лось, что сверх­про­во­ди­мость и фер­ро­маг­не­тизм – анта­го­ни­сти­че­ские явле­ния. Сверх­про­вод­ник вытал­ки­ва­ет маг­нит­ное поле, фер­ро­маг­не­тик втя­ги­ва­ет его. Ока­за­лось, что попут­но про­ис­хо­дит еще один фазо­вый пере­ход – анти­фер­ро­маг­нит­ный. В целом явле­ние пред­став­ля­ет нема­лую труд­ность для тео­ре­ти­че­ской интер­пре­та­ции. Наи­бо­лее пер­спек­тив­ное объ­яс­не­ние: элек­тро­ны объ­еди­ня­ют­ся в пары из-за вза­и­мо­дей­ствия посред­ством маг­нит­ных флук­ту­а­ций.

Зато пер­спек­ти­вы исполь­зо­ва­ния не вызы­ва­ют сомне­ний. Глав­ное досто­ин­ство новых про­вод­ни­ков: кри­ти­че­ское маг­нит­ное поле на поря­док выше, чем в дру­гих сверх­про­вод­ни­ках, – 200 Тес­ла. Соот­вет­ствен­но, выше кри­ти­че­ская плот­ность тока. Кро­ме того, он тех­но­ло­ги­че­ски удоб­ней, чем суще­ство­вав­шие ранее сверх­про­вод­ни­ки на осно­ве соеди­не­ний меди (куп­ра-ты). Кри­ти­че­ская тем­пе­ра­ту­ра новых сверх­про­вод­ни­ков 30–50 К.

Дидье Кело

Дидье Кело (wikipedia.org)

Сле­ду­ю­щая рабо­та-пре­тен­дент, по вер­сии Томп­сон Рей­тер – экзо­пла­не­ты. Мно­гие отме­ча­ют, что это откры­тие не носит фун­да­мен­таль­но­го физи­че­ско­го харак­те­ра – обыч­ная аст­ро­но­мия. Да, зато откры­тие име­ет фун­да­мен­таль­ное миро­воз­зрен­че­ское зна­че­ние. Это вопрос о «месте чело­ве­ка во Все­лен­ной» – ни боль­ше, ни мень­ше. Насколь­ко рас­про­стра­не­ны дру­гие пла­нет­ные систе­мы, насколь­ко они похо­жи на нашу, как мно­го пла­нет, подоб­ных Зем­ле, нахо­дит­ся в «зоне оби­та­ния», како­вы пер­спек­ти­вы обна­ру­жить пла­не­ты, на кото­рых есть жизнь? Эти вопро­сы свя­за­ны имен­но с экзо­пла­не­та­ми.

Экзо­пла­не­ты нача­ли искать еще в XIX веке по дви­же­нию звезд, но насто­я­щий про­рыв про­изо­шел толь­ко в 1995 году. Про­рыв не был свя­зан с появ­ле­ни­ем каких-либо новых поко­ле­ний инстру­мен­тов – про­сто посте­пен­ное совер­шен­ство­ва­ние мето­ди­ки наблю­де­ний, исполь­зо­ва­ние вся­ких экс­пе­ри­мен­таль­ных хит­ро­стей плюс уда­ча. Метод, кото­рым были откры­ты пер­вые экзо­плане-ты, – спек­тро­ско­пи­че­ское выяв­ле­ние коле­ба­ний луче­вой ско­ро­сти звез­ды. Эти коле­ба­ния вызы­ва­ют­ся орби­таль­ным дви­же­ни­ем пла­нет и «вытас­ки­ва­ют­ся» из спек­тра бла­го­да­ря эффек­ту Допле­ра: линии пери­о­ди­че­ски сме­ща­ют­ся.

Про­бле­ма заклю­ча­ет­ся в том, что звез­да бур­лит, вра­ща­ет­ся, а излу­ча­ю­щие ато­мы дви­жут­ся с теп­ло­вы­ми ско­ро­стя­ми мно­гие кило­мет­ры в секун­ду. Шири­на спек­траль­ных линий звез­ды состав­ля­ет более 10 кило­мет­ров в секун­ду, а коле­ба­ния ско­ро­сти под дей­стви­ем пла­нет- мет­ры в секун­ду. Нуж­но изме­рять сме­ще­ние линий на одну тысяч­ную их шири­ны (сей­час достиг­ну­та точ­ность луч­ше мет­ра в секун­ду – одна деся­ти­ты­сяч­ная шири­ны линии).

В 1995 году, в раз­ви­тии мето­ди­ки поис­ка экзо­пла­нет лиди­ро­ва­ли две груп­пы: швей­цар­цы Мишель Май­ор и Дидье Кело и аме­ри­кан­цы Джеф Мар­си и Пол Батт­лер. Аме­ри­кан­цы были впе­ре­ди по точ­но­сти мето­ди­ки, но швей­цар­цам повез­ло – они откры­ли уни­каль­ную вещь: пла­не­ту с мас­сой боль­ше, чем у Юпи­те­ра, обра­ща­ю­щу­ю­ся вокруг звез­ды за четы­ре дня! Никто не хотел это­му верить – пла­не­ты не могут обра­зо­вы­вать­ся так близ­ко к звез­де. Но нача­ло было поло­же­но, и в бли­жай­шие неде­ли были откры­ты новые пла­не­ты (в основ­ном Мар­си и Бат­ле­ром), в том чис­ле и «невоз­мож­ные» гиган­ты, обра­ща­ю­щи­е­ся за счи­тан­ные дни (горя­чие юпи­те­ры).

С тех пор откры­то более трех тысяч экзо­пла­нет, в том чис­ле и несколь­ко таких, на кото­рых воз­мож­на жизнь. Пол­но­стью изме­ни­лись пред­став­ле­ния о том, что такое пла­нет­ные систе­мы и как они обра­зу­ют­ся. Их боль­ше, чем дума­ли, и они гораз­до раз­но­об­раз­ней.

Победители — Франсуа Энглер и Питер Хиггс (metronews.ru)

Побе­ди­те­ли — Фран­с­уа Энглер и Питер Хиггс (metronews.ru)

Нынеш­ние побе­ди­те­ли

Как уже ска­за­но выше, мало кто сомне­вал­ся, что пре­мия будет при­суж­де­на за пред­ска­за­ние бозо­на Хиггса. Во-пер­вых, пото­му, что бозон толь­ко что откры­ли. Во-вто­рых, из-за потря­са­ю­щей фун­да­мен­таль­но­сти явле­ния и боль­шо­го обще­ствен­но­го резо­нан­са. В-тре­тьих, из-за пре­клон­но­го воз­рас­та авто­ров – могут и не дождать­ся явно заслу­жен­ной награ­ды (один из авто­ров, Бра­ут, уже умер).

Что­бы объ­яс­нить суть пред­ска­за­ния, полез­но совер­шить исто­ри­че­ский экс­курс на пол­ве­ка назад.
Еще в 50-х годах заме­ти­ли, что элек­тро­маг­нит­ное поле кра­си­вым обра­зом свя­зы­ва­ет­ся с вол­но­вой функ­ци­ей носи­те­ля элек­три­че­ско­го заря­да, напри­мер элек­тро­на. Явле­ние назва­ли калиб­ро­воч­ной инва­ри­ант­но­стью, а такой тип поля – калиб­ро­воч­ным полем. Ста­ли искать подоб­ное явле­ние в дру­гих типах вза­и­мо­дей­ствий, напри­мер в силь­ных. Там тоже есть части­цы, напо­ми­на­ю­щие фотон, – век­тор­ные мезо­ны (тогда, в 50-х и нача­ле 60-х, еще не зна­ли, что век­тор­ные мезо­ны – состав­ные части­цы). Пред­по­ла­га­лось, что это и есть калиб­ро­воч­ное поле для силь­ных вза­и­мо­дей­ствий. Но тут воз­ни­ка­ет про­бле­ма: калиб­ро­воч­ное поле долж­но быть без­мас­со­вым, ина­че вся кра­со­та про­па­да­ет. А век­тор­ные мезо­ны -мас­сив­ные. Пред­ло­жен­ное реше­ние для выхо­да из это­го тупи­ка изме­ни­ло фило­со­фию физи­ки мик­ро­ми­ра.

Джефф Марси (wikipedia.org)

Джефф Мар­си (wikipedia.org)

Пред­ста­вим себе, что некий уче­ный дале­ко­го про­шло­го заяв­ля­ет, что все направ­ле­ния в про­стран­стве рав­но­прав­ны. А дру­гой в каче­стве опро­вер­же­ния демон­стри­ру­ет ком­пас, кото­рый пока­зы­ва­ет на север, пока­зы­ва­ет все­гда и вез­де. Зна­чит, направ­ле­ние на север выде­ле­но, изо­тро­пии не суще­ству­ет! И лишь мно­го поз­же появ­ля­ет­ся поня­тие зем­но­го маг­нит­но­го поля, кото­рое нару­ша­ет мест­ную изо­тро­пию про­стран­ства, воз­дей­ствуя на стрел­ку. Не может ли быть так, что насто­я­щие фун­да­мен­таль­ные мас­сы тех же век­тор­ных мезо­нов рав­ны нулю, а их мас­сив­ность – наве­ден­ный эффект? Может, про­стран­ство нашей Все­лен­ной запол­не­но неким полем, кото­рое воз­дей­ству­ет на части­цы таким обра­зом, что они ста­но­вят­ся мас­сив­ны­ми? И к такой идее уже суще­ство­ва­ла хоро­шая демон­стра­ция: сверх­про­вод­ни­ки. В сверх­про­вод­ни­ке фотон как бы при­об­ре­та­ет мас­су: элек­тро­маг­нит­ное поле из-за это­го не может про­ник­нуть внутрь сверх­про­вод­ни­ка.

В 1964 году Бра­ут и Энглер и неза­ви­си­мо чуть поз­же Хиггс опуб­ли­ко­ва­ли меха­низм воз­ник­но­ве­ния мас­сы калиб­ро­воч­ных полей из-за нену­ле­во­го ска­ляр­но­го поля, запол­ня­ю­ще­го про­стран­ство. Хиггс к тому же ясно заявил, что это­му полю долж­на соот­вет­ство­вать части­ца – бозон, воз­ни­ка­ю­щий как его кван­то­вое воз­буж­де­ние, – это и есть зна­ме­ни­тый бозон Хиггса.

Как это часто быва­ет, выда­ю­щи­е­ся дости­же­ния в нау­ке дела­ют­ся в непра­виль­ных пред­по­ло­же­ни­ях или с непра­виль­ной моти­ва­ци­ей. Век­тор­ные бозо­ны в силь­ных вза­и­мо­дей­стви­ях не име­ют ника­ко­го отно­ше­ния к калиб­ро­воч­ным полям, явля­ясь все­го лишь состав­ной систе­мой кварк-анти­кварк. Зато есть сла­бые вза­и­мо­дей­ствия, где дей­стви­тель­но есть мас­сив­ные калиб­ро­воч­ные поля: W+, W- и Z. Тут и при­го­дил­ся меха­низм Хиггса, став эле­мен­том тео­рии элек­тро­сла­бых вза­и­мо­дей­ствий Вайн­бер­га – Сала­ма. Как выяс­ни­ли поз­же, тот же самый меха­низм дает мас­сы и дру­гим части­цам – элек­тро­нам, квар­кам. Бла­го­да­ря полю Хиггса и суще­ству­ет наш ком­фор­та­бель­ный мир: во все­лен­ной с без­мас­со­вы­ми части­ца­ми жизнь немыс­ли­ма.

Автор бла­го­да­рен Вале­рию Руба­ко­ву за полез­ное обсуж­де­ние.

Если вы нашли ошиб­ку, пожа­луй­ста, выде­ли­те фраг­мент тек­ста и нажми­те Ctrl+Enter.

Связанные статьи

Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (Пока оценок нет)
Загрузка...
 
 

Метки: , , , , , , , , , ,

 

2 комментария

  • Alex:

    «Всем было ясно, что с подав­ля­ю­щей веро­ят­но­стью побе­дит бозон Хиггса, но надо было как мож­но боль­ше рас­ска­зать и о дру­гих номи­нан­тах, сохра­няя интри­гу.»

    Есть в этом что-то глу­бо­ко теле­ви­зи­он­ное…

  • побе­дой к сожа­ле­нию и не пах­нет.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Недопустимы спам, оскорбления. Желательно подписываться реальным именем. Аватары - через gravatar.com