Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Библиотека
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Поиск в Рунете

Поиск

Подпишитесь на новости науки


 
(на Subscribe.ru)



Библиотека

 
Р. Докинз
«Капеллан дьявола». Глава из книги


В. Окушко
Наука и жизнь... наших зубов


В. Данилов-Данильян, А. Гельфан
Катастрофа национального масштаба


Е. Выродов
О Московском физическом центре и причинах его появления


Ник. Горькавый
Сказка об учёном Архимеде, который стоил целой армии


В. Миронов
Биопечать вместо донорских органов


Т. Зимина
Сколько науки в космическом эксперименте?


А. Левин
Память на черных дырах


А. Черников, Е. Клещенко
Конрад Лоренц о животных и людях


А. Вакулка
В разных масштабах







Главная / Новости науки версия для печати

Слухи о смерти Вселенной сильно преувеличены


Рис. 1. Стабильность хиггсовского потенциала в зависимости от массы бозона Хиггса (по горизонтали) и массы топ-кварка (по вертикали)

Рис. 1. Стабильность хиггсовского потенциала в зависимости от массы бозона Хиггса (по горизонтали) и массы топ-кварка (по вертикали). Красная область — нестабильный потенциал (время до распада порядка или меньше 10 млрд лет), желтая область — метастабильность (время до распада на много порядков превышает нынешний возраст Вселенной), зеленая область — полная стабильность. Числа показывают энергетический масштаб в ГэВ, до которого потенциал остается стабильным. Все расчеты верны только в отсутствие Новой физики. Изображение из статьи arXiv:1205.6497

На днях по российским СМИ прокатилась очередная околонаучная «страшилка». Новость, перепечатанная в сотне изданий, рубила наповал: мол, вычисления американского физика Джозефа Ликкена показывают, что хиггсовский бозон станет ни много ни мало причиной смерти нашей Вселенной. Занятно, что СМИ даже не особо упражнялись в выдумывании заголовков, ведь фраза «Бозон Хиггса станет причиной гибели Вселенной» уже звучит достаточно «прожарено» для большинства СМИ.

Перефразируя знаменитую фразу Марка Твена, можно сказать, что слухи о смерти Вселенной сильно преувеличены. Вот описание реального положения дел (комментарии к самим новостям СМИ для краткости опустим).

1. Сам по себе факт, что в некоторых теориях элементарных частиц бывает несколько разных вакуумов, известен более полувека, еще с тех пор, как физики начали серьезно изучать спонтанное нарушение симметрии в теории поля. Обычный хиггсовский механизм — это, кстати, тоже результат того, что вакуумы бывают разные.

«Вакуум» в квантовой теории поля — это не пустота, а просто энергетически выгодное состояние всех полей. В теориях со сложно взаимодействующими полями таких состояний может быть несколько. Одно из них самое устойчивое, остальные — устойчивы только для не слишком больших воздействий. Такие «не самые устойчивые» вакуумы (ложные вакуумы) нестабильны. При очень сильном воздействии они разрушаются, и Вселенная тогда испытывает фазовый переход из ложного в истинный вакуум. Однако в принципе Вселенная может долго находиться в состоянии с ложным вакуумом, примерно так же, как и переохлажденная вода может долго находиться в жидком состоянии даже ниже номинальной точки замерзания — в таком случае говорят про метастабильный вакуум.

Есть простая повседневная аналогия этой ситуация. Упавшее на пол тело, попрыгав немного, замрет и останется лежать на полу. «Неподвижно лежать на полу» — это состояние с наименьшей энергией для тела, этот как бы «вакуум возмущений» этого тела. В многоэтажном доме этих состояний будет много — тело может устойчиво лежать на полу на любом этаже. Однако при очень сильном внешнем воздействии (например, землетрясении, разрушившем дом), состояние покоя на верхних этажах будет неустойчивым, и тело рухнет вниз вместе с перекрытиями — произойдет переход из «ложного» вакуума в «истинный».

2. То, что в хиггсовском вакууме Стандартной модели в принципе может иметь место такая ситуация, тоже известно давным-давно. Подчеркнем — не «имеет место», а «в принципе может иметь место», в зависимости от того, какова сила взаимодействия хиггсовского поля с самим собой (то есть какова масса бозона Хиггса).

Это совершенно стандартный факт, который упоминается в любом вводном курсе про свойства хиггсовского бозона. Только подается он не в виде «Мы все умрем!», а в виде: «Масса стандартного хиггсовского бозона не может быть меньше примерно 110 ГэВ, иначе бы нынешний вакуум был бы слишком нестабильный и давно бы развалился». Заметьте, это не предсказание о судьбе Вселенной, которое зависит от слишком многих неизвестных сейчас вещей, а просто ограничение на параметры теории.

3. Поскольку сейчас масса бозона Хиггса известна, можно спросить: чему она соответствует? Вот на этот вопрос пока точного ответа дать нельзя — нынешние измерения массы бозона Хиггса и массы топ-кварка пока что недостаточно точны для этого (топ-кварк как раз играет роль дестабилизатора хиггсовского поля). В пределах экспериментальных погрешностей лежат ситуации от «полностью стабильной» до «чуть-чуть нестабильной» (см. рис. 1).

Эти слова — не просто обороты речи, а имеют определенный четкий смысл. «Полностью стабильный» хиггсовский потенциал означает, что он стабилен не только в спокойном состоянии, но даже и при любом воздействии вплоть до планковских энергий (что происходит за планковскими энергиями, современная физика просто не знает). «Чуть-чуть нестабильный» означает, что он остается стабильным вплоть до очень больших энергий порядка 1010 ГэВ, которые на много порядков превосходят возможности коллайдеров.

Сейчас оценивается, что «водораздел» между полностью стабильным и не вполне стабильным вариантами проходит при массе бозона Хиггса 129 ± 6 ГэВ. Измеренное на сегодня значение в этот интервал попадает. Поэтому какой из этих вариантов правильный, можно будет узнать, лишь уточнив массу бозона Хиггса и топ-кварка.

Вообще говоря, изучению этого вопроса было посвящено несколько подробных статей в последние полтора года, по мере того как в данных LHC начал проступать хиггсовский сигнал (наиболее заметные работы arXiv:1112.3022, arXiv:1205.2893, arXiv:1205.6497, arXiv:1207.0980). Эта тема сейчас изучена вдоль и поперек, так что новые выводы, повторимся, тут можно сделать только после объявления новых данных. Трудно понять, какие новые вычисления мог бы предъявить Дж. Ликкен (его расчеты лишь докладывались на конференции и пока что недоступны даже в виде препринта).

4. Предположим, тем не менее, что будущие измерения покажут, что ситуация является «чуть-чуть нестабильной». Казалось бы, это потенциально опасно — ведь если хоть где-то во Вселенной (например, на супер-ускорителе какой-нибудь сверхцивилизации в иной галактике) случится достаточно сильная энергетическая флуктуация, это может привести к рождению «пузырька истинного вакуума», который, расширяясь, разрушит Вселенную.

Ключевая ошибка СМИ состояла в том, что этот вывод в них описывался как неизбежный. На самом деле ситуация совершенно не такая — эти опасения будут хоть отчасти справедливы, только если окажется, что Стандартная модель работает без каких-либо модификаций вплоть до этих огромных энергией. Но никто сейчас не знает, как реально устроена природа! Неизвестно, существует ли какая-то Новая физика на масштабах от энергий LHC и до 1010 ГэВ. Если там существует хоть что-то, то все предыдущие выводы относительно возможной нестабильности рушатся.

Рис. 2. Области стабильности и метастабильности для массы бозона Хиггса 126 ГэВ и для разных значений массы топ-кварка (по горизонтали) и константы сильного взаимодействия (по вертикали)

Рис. 2. Области стабильности и метастабильности для массы бозона Хиггса 126 ГэВ и для разных значений массы топ-кварка (по горизонтали) и константы сильного взаимодействия (по вертикали). Красные числа показывают масштаб энергетической стабильности в ГэВ, черные числа — время до распада Вселенной в годах. Все расчеты верны только в отсутствие Новой физики. Изображение из статьи arXiv:1112.3022

5. Ну и последнее. Предположим, что всё же Стандартная модель действительно верна вплоть до 1010 ГэВ и никакой Новой физики — ни новых частиц, ни новых взаимодействий, ни суперсимметрии, ни новых измерений, ничего — нет. Тогда в соответствии с расчетами Вселенная действительно сейчас находится в метастабильном состоянии и может распасться. Когда это произойдет?

Ответ уже давно сосчитан: для нынешних значений масс частиц время составляет порядка 1050 лет и выше (рис. 2). До десятка миллиардов это время жизни может уменьшиться, только если нынешние измерения массы топ-кварка по какой-то причине дают очень заниженные результаты.

Итак, выводы:

  • теоретическая возможность нестабильного хиггсовского вакуума давно известна и изучена вдоль и поперек, никаких принципиально новых вычислений тут быть не может; новости тут могут быть только связаны с более точными измерениями;
  • нынешние данные показывают, что хиггсовский потенциал Стандартной модели либо совсем стабилен, либо стабилен вплоть до очень больших энергией порядка 1010 ГэВ (но всё равно время до распада Вселенной на много порядков превышает ее нынешний возраст);
  • всё это имеет отношение к реальности только в предположении, что никакой Новой физики в природе нет, то есть Стандартная модель справедлива вплоть до этих огромных энергий. Если есть хоть какое-то отклонение от Стандартной модели (не только при энергиях LHC, но и при энергиях в миллионы раз больших) — все эти выводы можно выкинуть.
  • Как реально устроена природа на таких энергиях, никто не знает. Поэтому никаких однозначных выводов о нестабильности реальной Вселенной сейчас сделать нельзя.

Последние новости: LHC, Хиггсовский бозон, Проверка Стандартной модели

17 апреля
Новый метод позволил наложить рекордное ограничение на время жизни хиггсовского бозона
15 апреля
Эксперимент LHCb окончательно доказал реальность экзотического мезона Z(4430)
7 апреля
Коллаборация CMS продолжает уточнять массу топ-кварка
7 апреля
Ускорительный комплекс ЦЕРНа пробуждается к жизни
2 апреля
Тэватрон и LHC объединили свои результаты по массе топ-кварка
2 апреля
ЦЕРН и Европейское космическое агентство подписали соглашение о сотрудничестве
1 апреля
ЦЕРН переходит на шрифт Comic Sans
31 марта
Одиночное рождение топ-кварка позволило еще тщательнее проверить Стандартную модель
19 марта
ЦЕРН отмечает свое 60-летие
18 марта
Загадка топ-антитоп-асимметрии на Тэватроне, похоже, исчезла


Астрономические наблюдения недели

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):

 

Новости науки по темам: антропология, археология, астрономическая научная картинка дня, астрономия, биология, биотехнологии, генетика, геология, затмения, информационные технологии, космос, лингвистика, математика, медицина, нанотехнологии, наука в России, наука и общество, Нобелевские премии, палеонтология, Первое апреля, психология, технологии, физика, химия, эволюция, экология, энергетика, этология

Новости науки по авторам: Дарья Баранова, Вера Башмакова, Александр Бердичевский, Максим Борисов, Варвара Веденина, Александр Венедюхин, Михаил Волович, Алексей Гиляров, Дмитрий Гиляров, Сергей Глаголев, Николай Горностаев, Юрий Ерин, Анастасия Еськова, Андрей Журавлёв, Дмитрий Замолодчиков, Игорь Иванов, Вячеслав Калинин, Мария Кирсанова, Дмитрий Кирюхин, Александр Козловский, Юлия Кондратенко, Ольга Кочина, Виталий Кушниров, Иван Лаврёнов, Алексей Левин, Андрей Логинов, Лейла Мамирова, Александр Марков, Мария Медникова, Вадим Мокиевский, Григорий Молев, Максим Нагорных, Елена Наймарк, Петр Петров, Александр Пиперски, Константин Попадьин, Сергей Попов, Роман Ракитов, Татьяна Романовская, Александр Самардак, Александр Сергеев, Андрей Сидоренко, Даниил Смирнов, Дарья Спасская, Любовь Стрельникова, Алексей Тимошенко, Мария Шнырёва, Сергей Ястребов, Светлана Ястребова

Новости науки по месяцам: 2014 IV, III, II, I  2013 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2012 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2011 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2010 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2009 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2008 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2007 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2006 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2005 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I 


Научные новости у наших партнеров: «Биомолекула», «В мире науки», «Вокруг света», Газета.ру, Грани.ру, Лента.ру, «Наука и жизнь», «Популярная механика», Gzt.ru

 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия