Стандартная Модель завершена. Что дальше?

Михаил Данилов в ProScience Театре 20 июня 2016 года. Фото Наташи Четвериковой / Полит.ру

20 июня в Центральном Доме журналиста состоялась постановка ProScience Театра, героем которой стал Михаил Владимирович Данилов — выдающийся российский ученый в области физики элементарных частиц, доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН, лауреат премий им. М.Планка и им. А.П.Карпинского. Тема выступления - «Стандартная Модель завершена. Что дальше?». Вечер вел журналист Никита Белоголовцев.

Никита Белоголовцев: Коллеги. Прошу вас, несколько фактов о нашем сегодняшнем герое.

Мария Блохина: Михаил Владимирович Данилов родился в Москве в 1946 году. Он окончил физфак Московского университета, кафедру физики элементарных частиц, а спустя три года и аспирантуру Института теоретической и экспериментальной физики имени А. И. Алиханова (ИТЭФ). Там он прошел карьерный путь от научного сотрудника до директора Института в 1997 году, после чего долгое время работал заместителем директора по научно-исследовательской работе. В 2016 году он перешел на работу в Физический Институт им. П.Н.Лебедева (ФИАН).

Михаил Данилов — доктор физических наук, член-корреспондент РАН, он заведует кафедрой физики элементарных частиц в Московском физико-техническом институте (МФТИ) и кафедрой экспериментальной ядерной физики и космофизики в Научно-Исследовательском Ядерном Университете МИФИ.

Михаил Данилов принимал участие в исследованиях на ускорителе в Серпухове, на электрон-позитронных коллайдерах ДОРИС (ФРГ) и фабрике «прелести» КЕК (Япония), на электрон-протонном коллайдере ГЕРА (ФРГ), Большом Адронном Коллайдере (Швейцария), а также в ряде неускорительных экспериментов.

Михаил Данилов — лауреат премии им. Макса Планка Общества Макса Планка и Фонда Гумбольдта, а также премии им. А. П. Карпинского Фонда Тёпфера.

Ведущий: Михаил Владимирович, все ли верно?

Михаил Данилов: Вроде да.

Ведущий: Хорошо.Давайте перед тем, как мы перейдем непосредственно к первому лекционному фрагменту, я позволю задать себе вопрос. Я уверен, что значительная часть аудитории, я это знаю по предыдущим лекциям в ProScience Театре, в предмете разбирается гораздо лучше, чем некоторые гуманитарии, которым доверяют эти лекции, как мне, вести. Простите, если первый вопрос получится чуть-чуть дилетантским, но тем не менее.

Так случилось, что вы ученый, который, если можно сказать, прошел некоторый путь с наукой. Как коллеги прочитали, самые разные системы, самые разные ускорители и т.д. Как вам кажется, наука и та сфера науки, который вы занимаетесь, можно ли сказать, что все быстрее ускоряется. И что какие-то вещи, на которые требовались раньше десятки лет, сейчас проходят за годы, за полгода, за один-два эксперимента буквально?

М.Д.: Это не такой простой вопрос. С одной стороны, я думаю, что действительно прогресс ускоряется, потому что работает все больше и больше ученых в нашей области. Правда, не так быстро их количество увеличивается. Но с другой стороны, сложность экспериментов возрастает просто неимоверно, и поэтому подготовка экспериментов занимает уже не месяцы, как могло быть в начале прошлого века, не годы, как в середине прошлого века, а десятилетия. И над экспериментами работают многие тысячи людей для того, чтобы их запустить. Поэтому, с одной стороны, да - усилий очень много тратится и создаются фантастические эксперименты, и теория тоже развивается. Но с другой стороны, они становятся все более и более сложными, поэтому приходится ждать, иногда десятилетия, пока не начнут поступать результаты какого-то эксперимента, которым ты занимаешься.

Ведущий: А можно ли так же сказать, что роль одного конкретного ученого или если чуть более поэтически, роль личности в науке, она стала меньше, чем раньше? Потому что есть ощущение, что времена великих ученых-одиночек, которые осуществляли прорывы и потом оставались в учебниках, они если и не ушли уже безвозвратно, то уходят. И сейчас в этих огромных научных машинах, в гигантских транснациональных трансконтинентальных коллективах очень сложно понять, где же тот человек, который положил решающую песчинку на весы.

М.Д.: Это действительно одна из проблем. Для того, чтобы добиться каких-то результатов в нашей области, приходится затрачивать много организационных усилий, чтобы создать эксперимент, нужно организовать работу тысяч ученых. И поэтому это очень непростая задача. Но она успешно учеными решается. Это такой замечательный пример самоорганизации ученых, когда они умеют найти способы, с одной стороны, выполнять планы, которые сами себе устанавливают, с другой стороны, не подавлять свободу творчества, и позволять двигаться в разных направлениях, чтобы возможны были совершенно неожиданные открытия.

Ведущий: Спасибо вам за эти ответы. Я думаю, что мы абсолютно законно распрощались с преамбулой, и хотел бы вам предложить перейти к первому лекционному фрагменту о стандартной модели. Я напомню, для тех, кто может быть оказался у нас случайно, телепортировался в наш зал. «Стандартная Модель завершена. Что дальше?». Так сформулировала тема нашего сегодняшнего представления. И, наверное, Михаил Владимирович, здесь будет абсолютно логично сначала поговорить о самой Стандартной модели, если вы не против.

М.Д.: Конечно. Спасибо большое. Действительно, название лекции «Стандартная Модель завершена. Что дальше?». Я думаю, что многие из вас знают, что с открытием бозона Хиггса завершено величественное здание Стандартной модели - теории, которая описывает все, что мы видим вокруг нас. Несмотря на это величие, многие ученые думают, что это не последние слово в физике, и пытаются найти явления, которые выходят за рамки Стандартной модели. И этот поиск сейчас является в действительности основным направлением в области физики элементарных частиц. Ему-то и будет посвящена основная часть лекции. Но перед тем, как говорить о новой физике, которая находится за рамками стандартной модели, мы сначала должны вспомнить, что такое Стандартная модель.

Я напомню вам вещи, которые, может быть, многие из вас уже много раз слышали, но тем не менее, давайте начнем с того, что вспомним, что такое Стандартная модель.

Стандартная модель целиком не поместилась на экране, надо заметить. Но неприятность эту мы переживем. Она изображена почти вся здесь. Итак.

Материя состоит из атомов. Атомы состоят из ядер и электронов. Ядра состоят из протонов и нейтронов. А протоны и нейтроны состоят из u- и d-кварков. Электроны в атоме удерживаются электромагнитным взаимодействием, и его переносчик - это гамма-квант. Протоны и нейтроны в ядре и кварки внутри протона и нейтрона удерживаются сильным взаимодействием и его переносчиком являются глюоны, от слова glue (клей). Cуществует еще одно взаимодействие, слабое, которое приводит к разным процессам, в т.ч. к довольно редкому процессу распада нейтрона на протон, электрон и электронное антинейтрино. Наконец, бозон Хиггса, поле Хиггса дает массы всем фундаментальным частицам. Все то, что мы видим вокруг нас, можно построить из этих простых кирпичиков, ничего больше не надо. С первого взгляда кажется, что даже избыточно что-то здесь, в частности, нейтрино выглядит как совершенно ненужная частица, потому что оно почти совсем не взаимодействует с обычной материей. Так через каждого из нас каждую секунду пролетают сотни триллионов нейтрино, и мы не замечаем этого. Однако, без нейтрино не светило бы наше Солнце. Поскольку первым шагом в термоядерном цикле Солнца является слияние двух протонов с образованием дейтрона, позитрона и нейтрино.

Впервые солнечные нейтрино были зарегистрированы в красивом опыте, основанном на методе, предложенным Бруно Понтекорво, и осуществленным Р.Дэвисом, за что Дэвис получил Нобелевскую премию в 2002 году. Число зарегистрированных нейтрино оказалось почти в 3 раза меньше ожидаемого. И возникли вопросы, верна ли модель Солнца. Но оказалось, что существует другое, более элегантное и более интересное объяснение.

Итак, все что мы видим вокруг, можно построить из четырех кирпичиков: u- и d-кварков, электрона и нейтрино, и, конечно, из их античастиц. У каждой частицы есть античастица. Фундаментальные частицы разделяются на кварки, они участвуют в сильном взаимодействии, и лептоны, которые в сильном взаимодействии не участвуют. Заряженные частицы участвуют в электромагнитном взаимодействии, а нейтральные не участвуют. Поскольку нейтрино участвует только в слабом взаимодействии, оно может пролетать очень большие расстояния без всякого взаимодействия.

Но природа для чего-то придумала еще два набора частиц, которые называются «поколениями». Вот эти два поколения. Странный кварк, очарованный кварк, мюон и мюонное нейтрино. Прелестный кварк, топ-кварк, тау-лептон и тау-лептонное нейтрино. Частиц второго и третьего поколения вокруг нас почти нет, они нестабильны и очень быстро распадаются на частицы первого поколения. Но, как выяснилось, они также важны для нашего существования. Кварки одного поколения взаимодействуют больше всего друг с другом. Их константа взаимодействия порядка 1, в единицах константы слабого взаимодействия. Между вторым и первым поколением связи уже поменьше, между вторым и третьим еще меньше, и, наконец, слабее всего связаны кварки третьего и первого поколения. Почти как у людей. Бабушки с дедушками связаны все-таки меньше со внуками, чем родители.

Частицы второго и третьего поколения открывались очень по-разному. И поучительно посмотреть на то, как это было. Например, мюон, тау-лептон и странные частицы, которые содержат странный кварк, были открыты совершенно неожиданно, их никто не ожидал, и до сих пор не очень понятно до конца, зачем же они нужны. Хотя некоторое объяснение этому есть. Очарованный кварк, с другой стороны, был предсказан теоретически, но для того, чтобы объяснить экспериментальные данные. А вот первые сведения о t-кварке были получены косвенным путем. В 1987 году в эксперименте ARGUS с нашим участием были открыты переходы B0-мезонов в анти B0-мезоны. Здесь показана соответствующая диаграмма, и в ней участвует t-кварк, поэтому анализируя вероятность перехода B0-мезона в анти B0-мезон можно получить сведения о t-кварке, который не рождается прямо, он является виртуальной частицей, он возникает ненадолго, но, тем не менее, меняет свойства тех процессов, которые мы наблюдаем. В частности, он приводит к тому, что материя переходит в антиматерию, B0-мезон переходит в анти B0-мезон. Поэтому, изучив скорость таких переходов, вероятность таких переходов, мы сделали заключение о массе t-кварка и его связи с кварками первого поколения.

Надо заметить, что за год до этого на конференции в Лейпциге нобелевский лауреат Карло Руббиа заявил о наблюдении t-кварка с массой 40 ГэВ. По такому поводу в зоопарке Лейпцига новорожденному тигренку дали имя Топ. Через год мы показали, что тот эксперимент был неправильным. И вообще-то надо менять имя у тигренка. Но мы решили этого не требовать, чтобы не было стресса у животного.

Эксперимент, который показал, что электронные и мюонные нейтрино различаются, был предложен Бруно Понтекорво. Бруно Понтекорво был моим профессором. Поэтому я очень этим горжусь. Осуществлен он был Л.Ледерманом, М.Шварцем и Д.Стейнбергером, за что они получили Нобелевскую премию в 1988 году. Насколько большое значение Бруно Понтекорво придавал этому предложению, видно из того, что на его надгробном камне высечена надпись «νμ ≠ νe».

Константы связи кварков образуют треугольник в комплексной плоскости. Вот это константа связи t-кварка и d-кварка, которую мы измерили, изучая осцилляции B0-мезонов. А это константа связи u- и b-кварков, которую мы тоже измерили. Они вместе образуют треугольник в комплексной плоскости. Согласно теории М.Кобаяши и Т.Маскава, углы этого треугольника определяют различия свойств материи и антиматерии. А такое различие жизненно необходимо для нас с вами, поскольку если бы не было различия между свойствами материи и антиматерии, то, как заметил академик Сахаров в 1967 году, нас бы с вами не существовало, потому что частицы материи и антиматерии, которые родились в начале во вселенной, все бы аннигилировали и не осталось бы материи, чтобы создать звезды, галактики и нас с вами. Так что это важное явление. Действительно, различие в свойствах распадов прелестных частиц и их античастиц было измерено в экспериментах Belle и BaBar. И вело себя прямо в соответствии с предсказаниями Кобаяши и Маскава. Вот такая синусоида замечательная в разности имелась. И поэтому вскоре после этого открытия Кобаяши и Маскава получили Нобелевскую премию. Однако выяснилось, что обнаруженный механизм различия свойств материи и антиматерии недостаточен для того, чтобы объяснить доминирование материи во вселенной. Поэтому сейчас ведутся поиски других механизмов нарушения CP-симметрии и готовятся новые эксперименты. Здесь вы видите, как мы собираем детектор мюонов для установки Belle II. Это очень большой детектор, 16,5 тысяч каналов.

В 2012 году на Большом адронном коллайдере был открыт бозон Хиггса - последнее недостающее звено Стандартной модели. И уже через год Франсуа Энглер и Питер Хиггс получили Нобелевскую премию за его предсказание. Здесь вы видите, как выглядит Большой адронный коллайдер.

Это огромный ускоритель. Его длина 27 км, по нему ходит трамвай. Окружность ускорителя больше чем длина кольцевой линии московского метро. Так что это громадное сооружение. А вот это детекторы, на которых был открыт бозон Хиггса, тоже громадные сооружения. Этот детектор называется компактный мюонный спектрометр. Насколько он компактный, вы можете судить по размеру людей, которые стоят рядом с ним. В этом эксперименте наша группа принимает участие. А здесь показано, как выглядит распад хиггсовского бозона на два γ-кванта.

В детекторе СМS в центре столкнулись протон с протоном, родилось очень много частиц, вот они здесь летят, а среди них два γ-кванта, энергии которых условно показаны в виде башенок, размер которых пропорционален энергии, которая выделилась. А на этой картинке другой тип распада хиггсовского бозона. На два электрона и на два мюона. Опять видно, что большая энергия выделилась в двух электронах, а два мюона пролетели через всю установку без взаимодействия и были зарегистрированы.

Почему хигговский бозон так важен. Дело в том, что без хигговского бозона Стандартная модель не может быть справедливой выше примерно 1 ТэВ. Тераэлектронвольт – это 1012 электрон-вольт, т.е. энергия, которую приобретает электрон, проходя соответствующую разность потенциалов. Со Стандартной моделью что-то должно было случится. Необязательно должен был обнаружиться хиггсовский бозон. Были и другие модели, другие теории, и могли быть альтернативные варианты. Но Стандартная модель предсказывала хиггсовский бозон, и действительно он был обнаружен. И теперь Стандартная модель может быть справедлива до громадных масс, до 1019 ГэВ, где уже становятся существенными эффекты гравитации. Но необязательно. Может быть, новые эффекты будут обнаружены где-то здесь, недалеко.

И поиском таких новых эффектов мы сейчас и занимаемся. Потому что, несмотря на все величие этой замечательной теории, которая выросла на эксперименте, в ней есть много недостатков. В ней слишком много параметров. Неясна причина иерархии масс и констант связи - например, электрон весит в 350 тысяч раз меньше, чем t-кварк. Почему? Никому не известно.

Не до конца ясно, зачем нужны три поколения. Не объясняется доминирование материи во вселенной, и, соответственно, не понятно, почему мы с вами здесь присутствуем. Стандартная модель не включает гравитацию, я об этом уже сказал. И, наконец, она описывает только малую долю того, что есть во вселенной. То, что мы знаем, то, что она описывает, это всего лишь 4% от того, что есть во вселенной. Это вещество, которое образовано атомами. Намного больше во вселенной темной материи и темной энергии. Именно поэтому ученые с большим воодушевлением ищут эффекты за пределами Стандартной модели. И об этом мы поговорим в дальнейших частях нашей лекции сегодня.

Ведущий: Спасибо большое, Михаил Владимирович. У меня родился вопрос, который я не был уверен, что нужно задавать, но после этого вводного фрагмента я понял, что он будет бесконечно уместен. Мне кажется, что у любого человека, который будет изучать историю науки, возникает следующее ощущение. Ученые античности, Древней Греции были во многом философами, они пытались связать устройство мира с философскими представлениями о нем. И для них вопрос атомов, который крючочком делится один за другой, был вопросом философским во многом. Ученые Средних веков, Нового времени решали, как кажется, очень прикладные задачи. Им нужно было сделать существование человека более комфортным, более понятным, усовершенствовать жизнь человека вокруг. А ученые современности, есть ощущение, все дальше уходят от возможности объяснять людям, чем они занимаются. Представления среднестатистического обывателя о физике заканчиваются в веке XIX, в лучшем случае.

Вот эта ситуация, когда ученым нужно все больше усилий для того, чтобы их понимали, она влияет на то, чем вы занимаетесь? Не бывает у вас моментов, когда вы думаете: «Но ведь я же не смогу это объяснить подавляющему большинству людей, и насколько это тогда вообще людям нужно, если они зачастую нас не понимают?».

М.Д.: У вас не один вопрос, а целых три вопроса. Давайте я начну со среднего, с утверждения того, что ученые некоторое время тому назад занимались наукой для того, чтобы жизнь стала лучше, чтобы было больше удобств и т.д. Ничего подобного. Ученые, которые занимались наукой, занимались ей потому, что они хотели узнать, как устроен наш мир. И действительно, может быть именно это является предназначением человечества, а вовсе не улучшение качества жизни.

С другой стороны, так уж получилось исторически, что действительно каждое открытие фундаментальной науки в конце концов улучшало нашу жизнь. И поэтому есть все основания верить, что это будет продолжаться и дальше, хотя теорем на эту тему не существует. Весь прогресс, который мы видим до сих пор, связан именно с развитием фундаментальной науки. Науки, которая не была напрямую связана с реальной жизнью. Например, известен такой случай, Лорд-казначей пришел в гости к Фарадею в его лабораторию, посмотрел на все эти опыты с электричеством, магнетизмом, и спрашивает, замечательно, но зачем все это нужно. На это Фарадей ответил, что через какое-то время вы будете все это обкладывать налогом. Он не знал, как, но действительно электричество сейчас обкладывается налогом. Точно так же исследование структуры атома не было связано с повседневными задачами, которые стояли перед людьми, но именно оно привело к появлению квантовой механики, и теперь чтобы мы не взяли - там есть квантовая механика. Лазеры тоже были созданы не для того, чтобы улучшать нашу жизнь. Это первое утверждение.

Второе утверждение было про то, что у древних ученых не было никакого эксперимента. Это действительно так, они, в основном, философствовали. Затем появился другой подход, когда какие-то теоретические предположения проверялись на эксперименте, эксперимент приводил к новым теориям и т.д., развивалась наука таким образом. Но не исключено, что наука вернется к своим древнегреческим обычаям. Дело в том, что в некоторых направлениях, например, в суперструнах, все предсказания относятся к таким энергиям, которые экспериментально все равно никак не проверишь. Поэтому критерий красоты теории становится существенным для того, чтобы выбрать, что правильно, а что не правильно.

И, наконец, последнее. Действительно, объяснять, как устроена наука, очень непросто, потому что она становится все сложнее. Но это я считаю долгом всех ученых, поэтому я всегда с удовольствием рассказываю о науке. На телевидении, вот в таких аудиториях, в интернете. Мне доставляет удовольствие, что людям интересно то, чем я занимаюсь, поэтому я с удовольствием об этом рассказываю.

Ведущий: Спасибо, что вы этим занимаетесь. И перед тем, как мы перейдем ко второму лекционному фрагменту, я бы хотел задать вам еще один вопрос. Задам его даже немного не в своей ипостаси. Постоянные зрители, те, кто в течение всего сезона посещают представления в ProScience Театре, знают, что обычно в наших представлениях, помимо главного героя и ведущего, участвует еще один персонаж, т.н. скептик. Сегодня наш скептик уже отмечает закрытие сезона, поэтому передал свои функции мне. Я еще сижу под прожекторами, которые как раз больше бы подошли для следственных экспериментов. Вопрос от скептика я наберусь смелости и вам задам.

Вы привели красивейшую историю о Фарадее и лорде-казначее, я бы хотел чуть-чуть с другой стороны к ней подойти, в довершение нашего разговора про понимание, осознание и т.д. Вы говорите о суперсложных экспериментах, мы говорим об областях науки, где и сами возможности эксперимента человечеством исчерпаны или исчерпаны на некоторое время, пока экспериментальная область науки не догонит теоретическую. Вы не боитесь, что ученым в какой-то момент станет критически сложно объяснять вселенскому казначею, а вселенскому казначею станет все сложнее верить, что когда-нибудь он соберет с этого налоги? Казначей может поверить, что он соберет налоги с бозона Хигса, а вот с того, что лежит дальше Стандартной модели… «Но я как-то не верю, что налоги здесь смогу собирать, зачем вы мне тогда нужны».

М.Д.: Безусловно, это серьезная проблема. Создание, допустим, коллайдера, такого как Большой адронный коллайдер, требует больших денег, действительно больших денег, это многие миллиарды долларов. С другой стороны, если сравнить их с количеством денег, которые выбрасываются на строительство авианосцев и подводных лодок, то это просто незаметно на этом фоне. Во-вторых, имеется заблуждение, что наша область физики очень дорогая. Она очень дорогая, потому что да, создание этого коллайдера дорого. Но на этом коллайдере работают тысячи ученых и работают в течении десятилетий. Поэтому, если поделить те средства, которые потрачены на такой коллайдер на одного человека в год, то оказывается, что наша область ничуть не дороже, чем биология, где эксперименты на столе, или физика твердого тела, где эксперименты тоже достаточно просты.

Ну и, наконец, о том, как убеждать политиков. Политики, к сожалению, бывают крупные и не очень. Большинство из политиков, которые существуют сейчас, они не очень, по той причине, что у них горизонт мышления до следующих выборов. А до следующих выборов трудно извлечь пользу из бозона Хиггса. Но некоторые политики по-прежнему понимают важность фундаментальной физики. Я могу привести еще один пример. Предыдущий президент Франции Николя Саркози как-то пришел на нашу конференцию. Кстати, то, что президент великой страны приходит на конференцию, занимающуюся фундаментальной наукой - это уже большой знак, показывающий, как страна относится к науке. На этой конференции он замечательный пример привел. Он сказал, что как ни усовершенствуй свечу, все равно никогда не получишь электрическую лампочку. Это означает, что прикладная наука, конечно, может улучшать световыход свечи, но прорыв происходит только от фундаментальной науки, и именно фундаментальную науку должно поддерживать государство, потому что сейчас горизонт планирования для большинства коммерческих структур слишком короток для фундаментальной науки.

Ведущий: Да, я еще хотел сказать, если уж мы вспоминаем политиков. Прекрасный пример - премьер-министр Канады, который сначала под некоторые смешки пришел на научную конференцию, а потом влюбил в себя всех довольно точным объяснением работы, если я не ошибаюсь, квантовых компьютеров.

М.Д.: Я не знаю про это.

Ведущий: Была такая история, как раз про политиков, понимающих, о чем идет речь.

Я хотел бы предложить вам перейти ко второму лекционному фрагменту. Если я правильно понимаю, вы будете говорить о том, существуют ли вообще гарантии Новой физики, которую вы нам презентовали в первой части. При этом, насколько я понимаю, никаких доказательств, позволяющих убедительно сказать, что она точно будет, нет.

М.Д.: Отвечая на ваш вопрос, я возвращаюсь к этой картинке. Действительно, никаких гарантий, что новая физика будет найдена, к сожалению, нет. Стандартная модель может быть справедлива до тех энергий, которые намного больше того, что мы можем достичь в наших экспериментах в любом обозримом будущем. Но, как уже говорилось, в Стандартной модели имеется много проблем, поэтому большинство ученых верят, что Новая физика существует.

И теперь я перейду к трем способам поиска Новой физики. Первый способ - это способ грубой силы. Надо все увеличивать и увеличивать энергию сталкивающихся частиц, чтобы родить все более тяжелые частицы, которые может быть существуют. В этом направлении работа сейчас ведется на Большом адронном коллайдере, который является рекордсменом по энергии, и таких поисков очень много. Я приведу несколько примеров.

На этой картинке показан поиск частиц, которые распадаются на два лептона. Электрон и позитрон или мю+ и мю-. А это экспериментальное ограничение на вероятность рождения таких частиц на коллайдере. А эти кривые – это теоретические предсказания для различных моделей, в которых такие частицы возникают. Таких моделей очень много. Мы видим, что частицы с массами меньше, чем примерно 2,5 ТэВ, т.е. примерно 2500 масс протона, уже исключены. Правая картинка показывает то же самое, но для частиц, которые распадаются на кварк и антикварк. В этом случае исключены частицы с массами 3500 масс протона.

Но не все так печально. Не везде есть только ограничения. На этой картинке есть нечто чрезвычайно интригующее – избыток событий в районе 750 ГэВ в инвариантной массе двух фотонов. Т.е. частиц, которые распадаются на два фотона и имеют массу около 750 ГэВ. Здесь я привел слева картинку, как она выглядит в инвариантной массе двух гамма-квантов и виден вот этот избыток. Это из эксперимента ATLAS. А здесь в эксперименте с СМS я показал другую величину. Это вероятность того, что фон, который здесь имеется, просто из-за статистических флуктуаций подпрыгнет и даст такой избыток. И видно, что как раз в том же самом месте, где эксперимент ATLAS видит избыток событий, в СМS тоже виден избыток событий, и вероятность того, что это просто флуктуация фона, составляет несколько десятитысячных.

Казалось бы, замечательно, мы открыли Новую физику, но нет. В нашей области люди очень аккуратны. И даже такой малой вероятности флуктуации все-таки недостаточно для того чтобы сказать да, мы открыли Новую физику. Надо еще немножко подождать. Я думаю, что очень недолго. Уже в августе будут объявлены новые результаты на нашей ежегодной важнейшей конференции. И мы узнаем, это Новая физика, или, к сожалению, флуктуация фона.

Ведущий: Новый тигренок в окрестном зоопарке затаился.

М.Д.: Как вы видите, мы стали более аккуратными, и пока, название не дали никакому тигренку. Ждем, пока не будет более надежных свидетельств.

Вот так выглядит рождение черной дыры на Большом адронном коллайдере.

Черные дыры могут рождаться и их поиск идет. Они могут рождаться в том случае, если в нашем мире больше пространственных измерений, чем три. Но как себе представить больше количество пространственных измерений, чем три, мне трудно объяснить. Я сам не могу этого представить. А вот представить, что пространственных измерений меньше, довольно легко. Давайте предположим, что гравитация намного сильнее, чем она есть на самом деле. И тогда нас расплющит по поверхности земли. И из трехмерных существ мы превратимся в такие двумерные. Третье измерение будет существовать, но мы туда не можем поднять голову, потому что гравитация нас не пускает, она слишком сильная. Вот так, может быть, мы зажаты на трехмерной мембране, а есть еще другие измерения, в которые мы попасть не можем, но если мы разгоним частицы очень сильно и столкнем их, то мы сможем эти дополнительные измерения пространства увидеть. Так их и ищут.

Еще очень интересным направлением поисков являются поиски суперсимметрии. Суперсимметрия была предложена Ю.Гольфандом и Е.Лихтманом в 1971 году в ФИАН. Эта теория говорит о том, что у каждого фермиона, т.е. частицы с полуцелым спином - спин можно представить себе, как внутреннее вращение частицы - должна быть частица-двойник с целым спином – частица-бозон. И, наоборот, у каждого бозона - частицы с целым спином - должен быть партнер-фермион.

Так у электрона, у которого спин ½, есть партнер - скалярный электрон, у кварка - скалярный кварк, а у фотона - это бозон со спином 1 - должен быть партнер-фотино со спином ½ и т.д.

Самая легкая частица суперсимметрии является очень хорошим кандидатом на роль темной материи. Потому что она никуда не распадается, и с другой стороны, ее не видно. Она не участвует в электромагнитном и сильном взаимодействии, поэтому мы ее и не видим. К сожалению, пока на Большом адронном коллайдере имеются только ограничения на массы этих частиц. Здесь показано ограничение на массу скалярного кварка и глюино, и все, что находится ниже и левее этой красной линии, уже исключено. Видно, что исключены массы порядка полутора ТэВ, т.е. очень большие массы. Следующий рисунок показывает прогресс в поисках при переходе от 8 ТэВ к 13 ТэВ. Вот как расширилась область, но, к сожалению, это пока опять только верхний предел.

Можно искать Темную материю и по-другому. Частицы Стандартной модели, например, кварк и антикварк, могут аннигилировать и дать частицу темной материи и соответствующую античастицу. Таким образом мы можем искать темную материю на Большом адронном коллайдере. Вот здесь показана такая диаграмма. Частица Стандартной модели сталкивается с анти-частицей, и получается частица темной материи и античастица.

Есть и другой способ - рассеяние частицы темной материи на обычных частицах. Частицы темной материи улетают, а мы видим в своем детекторе только ускоренную обычную частицу, обычно ядро. Это способ, которым ищут темную материю глубоко под землей, чтобы не было никаких фонов. Здесь показаны пределы, которые получены на сечения взаимодействия частиц темной материи с нуклоном в коллайдерных экспериментах и в экспериментах под землей, где такой процесс исследуется.

Видно, что в большей части возможных масс частиц темной материи коллайдер пока уступает, но при маленьких массах он уже дает дополнительную информацию. А при другом предположении о типе взаимодействия он уже сейчас конкурентоспособен с опытами, которые ведутся в глубоких пещерах. И здесь мы опять прервемся и обсудим другие способы после очередного перерыва.

Ведущий: Я бы не сказал перерыва. Мы очень рады, что вы оказались у нас в гостях, потому что, что тут скрывать, мы долго вас ждали. Огромное счастье, что это случилось в этом сезоне

М.Д.: Я сейчас покраснею.

Ведущий: Не случилось бы в июне, пришлось бы вам выкраивать время в сентябре. Прекрасно, что вы пришли. Для нас очень важна возможность услышать не только то, что вы рассказываете, но понять чуть больше о вас, о том, кто рассказывает. Поэтому я бы хотел сейчас в виде некоторого интеллектуального антракта, если позволите, поговорить чуть-чуть о вас. И задать вам вопрос о книгах.

У каждого человека всегда есть какие-то книги, которые находятся с ним - у кого-то всю жизнь, у кого-то в важный период жизни, кому-то просто встречаются когда-то. Я бы хотел спросить вас о ваших книгах. Что это за книги, что это за авторы, когда они пришли в вашу жизнь, как и что в ней изменили?

М.Д.: Я думаю, что обо всех книгах я вряд ли смогу рассказать. А о книгах, которые повлияли на мой выбор профессии, я хотел бы сказать. И не только даже о книгах, а вообще о том отношении в обществе, которое существовало к науке тогда, когда я выбирал свою профессию. В то время общество очень уважительно относилось к ученым. Было много книг об ученых. Было много фильмов, причем хороших фильмов об ученых. Я недавно пересмотрел фильм «Девять дней одного года» и должен сказать, что он до сих пор не устарел. Это совершенно замечательный фильм, поэтому советую, если вы не смотрели его еще, посмотреть. А из книг на меня произвела впечатление книга Даниила Гранина «Иду на грозу». Это книга об ученых. Я в то время был таким не очень открытым молодым человеком, поэтому я в школе обычно молчал. Но по поводу этой книги я разразился бурной речью. После этого наша учительница позвала меня на встречу прямо с Граниным, надеясь, что я там тоже что-то произнесу, но, к сожалению, там я уже ничего не произнес. Учительница литературы была абсолютно замечательная, я ее любил, но так и не признался. Она в те времена пересказывала нам роман Е.Замятина «Мы». Тут много молодежи и не все понимают, что в то время это был просто способ попасть в тюрьму. Роман «Мы» - это провидческий роман о тоталитарном государстве. Многие, наверное, слышали про роман Оруэлла «1984», но Оруэлл уже все видел. А Замятин написал свой роман в начале 20-х годов, когда это было предвидением. Надо заметить, что в советском обществе наука была одним из немногих мест, где существовала относительная свобода. Это тоже было одной из причин, по которой я пошел в науку.

Ведущий: Спасибо вам за этот рассказ. Я бы хотел в качестве завершения интеллектуального антракта попросить коллег озвучить еще несколько фактов о вас. Потому что помимо рассказа о непризнании в любви учительнице, мне кажется, они о вас тоже очень много скажут, и после этого будет еще небольшой вопрос. Коллеги, прошу вас, несколько фактов о нашем сегодняшнем герое.

Мария Блохина: Факт первый. Стремление достичь цели является для Михаила Владимировича очень важным, как в науке, так и в жизни.

Факт второй. Михаил Данилов занимался альпинизмом. Был на трех семитысячниках. Зимой ходил на лыжах на север, ночевал в иглу. Его рекорд -57 градусов в заполярных уральских горах.

Факт третий. Ученый любит спорт. Нырял с аквалангом в самых красивых местах, катается на горных и обычных лыжах. Кстати, у физиков бывают конференции, на которых лекции идут утром и вечером, а середина дня посвящена катанию на лыжах. Такая школа-конференция существует уже 44 года.

Ведущий: Все ли верно? Михаил Владимирович, ну, во-первых, -57, три семитысячника и акваланг, они совсем не вяжутся с тем, что вы сами про себя рассказывали, про замкнутого школьника, который боялся что-то сказать.

М.Д.: Нет-нет, я не боялся сказать, это была поза. Я изображал «Лишнего человека» вроде Печорина.

Ведущий: Это не было каким-то способом преодоления себя?

М.Д.: Нет, это не было скромностью. Это была такая поза молодого человека, который не считал интересным высказывать свое мнение открыто.

Ведущий: Во-вторых, с таким классическим, немного схематичным изображением ученого, все это тоже не очень вяжется, скажем так. И вот этот адреналин, экстрим в некотором роде, это попытка самого себя развеять или что? Мне просто очень сложно себе представить человека, который может, с одной стороны, с невероятным терпением проводить месяцы-годы в попытках поиска научных открытий, с человеком, который потом в секунду переключает тумблер, и готов ночевать в -57 в лыжном походе.

М.Д.: Во-первых, я отнюдь не один такой. У меня есть фотография, где я на горных лыжах нахожусь вместе с академиками Окунем и Беляевым. Довольно часто ученые занимаются альпинизмом и вообще такими экстремальными видами спорта. А «для чего это?», я думаю, может быть, это и неправильный вопрос. Точно так же, как «а для чего наука?». Вот хочется заниматься и хочется.

Ведущий: Для того чтобы познать мир, как вы сказали.

М.Д.: А когда идешь на гору, познаешь себя.

Ведущий: Спасибо вам огромное. Давайте перейдем к третьему лекционному фрагменту. Если я правильно понимаю, мы во втором чуть больше фокусировались на сверхвысоких энергиях. Логично предположить, что у нас теперь сверхнизкие, и соответственно сверхточные измерения.

М.Д.: Сверхточные измерения, совершенно верно. Мы говорим о том, как искать новую физику в виртуальных процессах. Допустим, мы работаем при энергиях, когда еще напрямую родить новую частицу мы не можем. Но эта частица может возникнуть на короткое мгновение и снова исчезнуть. Несмотря на краткость этого мгновения, она может изменить процессы с обычными, знакомыми нам уже частицами. И если мы будем точно их измерять, то сможем почувствовать влияние новых частиц, которые еще недоступны для прямых поисков при сверхвысоких энергиях.

Здесь показано три примера таких процессов. Первый процесс - это распад прелестного мезона на тау-лептон и соответствующее антинейтрино. b-кварк и анти u-кварк могут превратиться в W-бозон, который перейдет в тау и нейтрино. Это процесс стандартной модели, он должен существовать. Однако он может существовать и за счет еще других частиц, если есть, например, заряженный хиггсовский бозон, то он тоже дает такой же процесс. И тогда, то, что мы будем измерять на опыте, окажется несоответствующим тому, что предсказывает Стандартная модель.

Другой процесс. Прелестная частица распадается на очарованную частицу, тау-лептон и антинейтрино. Вот такая диаграмма. Прелестный кварк испускает W-бозон, переходит в очарованный кварк и тау-лептон и антинейтрино. Но такой же процесс возможен опять же за счет заряженного хиггсовского бозона, если он существует. И то, что мы измеряем, может оказаться отличным от того, что предсказывает Стандартная модель. И тогда это будет свидетельством того, что есть что-то еще за ее рамками.

Вот еще один процесс, немножко другой. Здесь b-кварк переходит в t-кварк, тот испускает гамма квант, здесь W-бозон бежит и переходит в s-кварк. И опять W-бозон можно заменить на заряженный хиггс, и, если он существует, наше наблюдение этого процесса окажется несовпадающим с предсказаниями Стандартной модели.

Давайте посмотрим, что же получается. Здесь показано предсказание Стандартной модели для распадов прелестных частиц на два типа очарованных частиц, тау-лептон и антинейтрино. Предсказания н­ормированы на такие же распады с мюоном. А экспериментальные значения показаны здесь.

Это эксперимент BaBar. А это эксперимент, в котором мы участвуем, он тоже международный, называется Belle. И их среднее значение находится где-то здесь. Т.е. Стандартная модель не совпадает с тем, что мы измеряем экспериментально. Что это? Новая физика?

Было бы замечательно, но, к сожалению, статистическая значимость этого результата пока еще недостаточна для того, чтобы сказать, да, это Новая физика, мы увидели что-то такое, чего нет в Стандартной модели. Нам надо продолжать эти измерения, что мы и собираемся делать.

А вот еще один пример. Это опять распады прелестных частиц, их отношение в Стандартной модели должно быть равно 1, это называется лептонная универсальность. И то, что измерил эксперимент, в котором мы участвуем, Belle, согласуется с этой единицей. А вот эксперимент LHCb обнаружил недостаток в этом отношении. Но здесь всего три стандартных отклонения, чуть больше. Может быть это проявление Новой физики. Но мы должны подождать, пока точность экспериментов не улучшится, и мы не сможем точно сказать, в чем же дело.

Вот еще один пример. Я уже не буду вас мучить объяснением, что это такое. Вот это - предсказание Стандартной модели, а это - экспериментальные точки. И видно, что они не согласуются со Стандартной моделью. Опять, это может быть, как проявлением Новой физики, так, к сожалению, и пока еще недостаточной точностью эксперимента.

А эта картинка иллюстрирует соотношение между прямыми поисками новых частиц и косвенными, за счет виртуальных эффектов. Здесь показана чувствительность к заряженному хиггсовскому бозону на Большом адронном коллайдере. А это - чувствительность, которую можно получить, изучая прелестные частицы. В данном случае косвенный способ оказывается намного более точным. Но это отнюдь не всегда так. В каких-то местах, наоборот, Большой адронный коллайдер лучше. Т.е. это дополнительные измерения.

А вот еще один пример поисков Новой физики. Это поиски процессов с нарушением лептонного числа. Например, мюон переходит в электрон и гамма-квант. Или мюон переходит в три электрона. Или мюон на ядре переходит в электрон. Или тау-лептон переходит в мюон. Или в три мюона. Таких процессов много. Пока что, к сожалению, имеются только верхние пределы, которые становятся все жестче со временем.

Надо заметить, что этот слайд отражает всю мою научную карьеру. Эта точка, по- видимому, моя дипломная работа. Эти точки - это точки которые получены в экспериментах ARGUS и Belle. Вот это то, что мы надеемся получить в эксперименте Belle-2, когда он заработает в следующем году. Но надо будет набрать еще некоторую статистику. А это вот еще один спрятался эксперимент по μ-е-конверсии, который тоже в районе 2020 года должен дать либо намного лучшие ограничения, либо открыть Новую физику.

И, наконец, очень важно измерять связь хиггсовского бозона с различными частицами. В Стандартной модели константы связи хигговского бозона с частицами должны быть пропорциональны просто их массам. Потому что он дает им массы. Любое отклонение от этого будет свидетельством Новой физики. И на этом мы закончим.

Ведущий: Подвешиваем очередную интригу. Я сейчас подумал, насколько же мы все живем во власти стереотипов. Что мы же привыкли считать физиков серьезными людьми, может быть немножечко где-то, самую малость, скучноватыми. Но я вот думаю, как можно отказывать в романтике людям, которые придумали для себя понятия «прелестный кварк» и «очарованный кварк». Как их после этого можно противопоставлять лирикам, поэтам или кому-то еще.

Я бы хотел перед завершающим лекционным фрагментом поговорить об основном заблуждении. Мы стараемся выделять для тех, кто у нас сегодня впервые, в различных областях знания различные моменты, в которых мы можем заблуждаться. И вот вы, Михаил Владимирович, указывали нам на заблуждения о том, что научные открытия можно предсказывать, предугадывать каким-то образом.

И здесь, как мне кажется, у большого количества людей, вот у меня, например, возникает некоторое противоречие. С одной стороны, мы практически постоянно говорим о том, что у науки есть понятная область перспективного развития, очень скоро мы узнаем вот это или совсем скоро у нас будет достаточно мощностей, чтобы проверить вот это. Ну и практически всегда в последние годы у нас есть некоторое предсказание или некоторая теория, которая утверждается или опровергается. При этом вы настаиваете на том, что опасно предсказывать научные открытия. Объясните, почему здесь нет противоречия или, может быть, его действительно нет?

М.Д.: После завершения Стандартной модели произошло резкое изменение предсказательной силы теории. В тот момент, когда шла работа по развитию и подтверждению Стандартной модели, у нас были очень четкие предсказания. Мы знали, что, допустим, при энергии Большого адронного коллайдера обязательно что-то произойдет. Мы не знали, что, но мы знали, что обязательно что-то произойдет. Сейчас такого нет. Мы не можем сказать, найдем ли мы Новую физику, если мы построим коллайдер с энергией в 10 раз большей. Сейчас теорий много, но какая из них правильная, сказать нельзя. А может быть, будет открыто что-то такое, что вообще не предсказывалось теорией.

Надо заметить, что в нашей области примерно 1/3 открытий бывают такие, которые просто никем не предсказывались. Например, мюон. Он возник себе и возник, обнаружился, и до сих пор мы до конца не понимаем, зачем он нужен. В других открытиях были сделаны теоретические предсказания для того, чтобы объяснить уже имевшиеся экспериментальные данные. Это второй тип. Например, Ли и Янг предсказали нарушение симметрии между левым и правым для того, чтобы объяснить распады странных частиц. Но уже имевшиеся распады. Т.е. эксперимент их подвел к предположению, но это предположение, соответственно, давало новые предсказания.

И, наконец, бывают открытия, которые совершенно теоретические и не связаны с экспериментом. И ничто не говорит о том, что они должны были бы осуществиться. Пример - это предсказание существования антиматерии П.Дираком. Он придумал уравнение, которое замечательно описывало поведение электронов в атоме, но в этом уравнении была проблема - там были отрицательные решения, решения с отрицательной энергией, что полный нонсенс. Тогда он сказал: замечательно, давайте идентифицировать эти решения с отрицательной энергией с протоном. У протона противоположный заряд по сравнению с электроном, и отрицательная энергия для электрона будет положительной для протона. Но Оппенгеймер и Тамм показали, что массы различаются слишком сильно для того, чтобы это объяснение прошло. И тогда Дирак предложил совершенно неожиданное решение. Он сказал, что существуют частицы, точно такие же, как электрон, но имеющие противоположный заряд - античастицы. Над ним, можно сказать, смеялись, потому что никаких признаков антиматерии вокруг нас нет. И даже такой человек с воображением, как Вольфганг Паули, который предположил существование нейтрино, писал в 1932 году, что в теории Дирака, законы природы абсолютно симметричны по отношению к материи и антиматерии, поэтому мы не будем серьезно относиться к этой теории, поскольку никаких признаков антиматерии вокруг нет. В этом же 1932 году Андерсон открыл позитрон - первую частицу антиматерии. Так что бывают такие разные типы открытий.

Ведущий: Понятно, т.е. сейчас можно сказать, что если раньше мы понимали, что мы можем более-менее долго и без очевидного конца уточнять и доказывать Стандартную модель, то сейчас и уточнить в ней мало чего, и предсказать что-то за ее пределами категорически сложно

М.Д.: Мне кажется, что это преуменьшение значения Стандартной модели. Стандартная модель - это, может быть, самая замечательная теория, которую когда-либо создавало человечество. Она описывает все, что мы видим. И может быть, она справедлива даже до громадных масс, там, где работает гравитация. Поэтому демонстрация того, что она существует и работает, и правильная - это величайшее достижение науки, которое мало с чем можно сравнить.

С другой стороны, мы сейчас находимся без путеводной звезды. Если раньше Стандартная модель была такой путеводной звездой, то теперь мы остались наедине с природой, путеводная звезда указала все, что есть, мы туда дошли, и теперь мы должны понимать, куда идти дальше. Этих направлений много. И будем надеяться, что какое-то из них приведет к новой теории, еще более замечательной, чем Стандартная модель.

Ведущий: Я снова про стереотипы и развенчания. Я укорял, что у современной науки так мало философии, а с другой стороны, какая бездна смыслов открывается в том, что вы говорите. Когда пессимист в ваших словах может понять, что, ну, все, мы все описали, мы всюду пришли, мы схватили путеводную звезду за хвост. А оптимист может сказать: ну, что, раньше одна путеводная звезда была, а сейчас иди куда хочешь.

Я бы хотел предложить вам перейти к заключительному лекционному фрагменту. После которого у нас будет торжественная церемония вручения Нобелевской премии и вопросы из зала.

М.Д.: Хорошо.

Итак, мы перейдем к последнему способу поиска Новой физики, и это будут поиски Новой физики в нейтринных процессах. Одним из очень важных направлений здесь является поиск т.н. безнейтринного двойного бета-распада.

Обычный двойной бета-распад - это просто одновременный распад двух нейтронов с испусканием электрона и антинейтрино, получается четыре частички в конечном состоянии. Но если антинейтрино тождественно нейтрино, т.е. они являются, так называемыми, майорановскими частицами, то они могут друг в друга перейти и, соответственно, в конечном состоянии не будет нейтрино и возникнет только два электрона. Если такой процесс существует, то это будет нарушение закона сохранения лептонного числа. Во-вторых, это нам скажет, что же из себя представляет нейтрино.

Поэтому в мире сейчас делается много экспериментов по поиску двойного бета-распада. Очевидно, что я выбрал в качестве примера тот, в котором мы участвуем. Это детектор EXO и в нем безнейтринный двойной бета-распад должен был быть виден как пик вот в этой области. Пока что пика мы не обнаружили, и поставлен очень жесткий предел на период полураспада ксенона 136, который мы изучаем, это больше чем 10 в 25 степени лет. Чтобы понимать - это на 15 порядков больше, чем живет наша вселенная. Такой предел поставить очень непросто. Этот предел соответствует ограничению на массу нейтрино где-то в районе 0.2-0.4 электрон-вольта.

Давным-давно - в 1957 году - Бруно Понтекорво показал, что нейтрино разного типа могут переходить друг в друга, если у них есть масса и если может нарушаться закон сохранения лептонного аромата. И формула, которую он вывел, она очень простая. Она показана здесь.

Здесь показана вероятность того, что нейтрино, которое родилось как электронное нейтрино, останется электронным нейтрино после того, как пропутешествует некоторое расстояние L. Видно, что вначале вероятность того, что оно останется электронным нейтрино, равна 1, потому что этот синус равен 0, если L равно 0. Однако со временем синус увеличивается, пропадают нейтрино первого типа, которые родились, и возникают нейтрино другого типа. Получается вот такая замечательная осцилляция нейтрино.

Это картинка Биленького, сотрудника Бруно Максимовича. Она показывает, как нейтрино, которое вначале родилось как электронное нейтрино, через какое-то расстояние (а это расстояние определяется разностью масс электронного нейтрино и мюонного нейтрино), превратится в мюонное, но не все, не целиком. Глубина этих осцилляций задается углом смешивания, квадратом синуса двойного угла смешивания. И такие осцилляции существуют.

Первый раз об осцилляциях заговорили тогда, когда Дэвис обнаружил недостаток нейтрино от Солнца. Поток нейтрино от Солнца, зарегистрированный в его опыте методом, который был предложен Бруно Понтекорво, составлял всего 1/3 от того, что ожидалось в стандартной солнечной модели. Однако энергетический порог этой реакции, которая использовалась для регистрации нейтрино, был довольно большим, поэтому эта реакция была чувствительна только к малой доле нейтрино, которая рождается на Солнце. Поэтому люди стали говорить, ну, значит модель Солнца неправильная, ошибиться в три раза ничего не стоит. Зачем нам нужны осцилляции? Поправим модель Солнца.

Однако, эксперименты SAGE и GALEX (SAGE - это эксперимент, который был сделан в Институте ядерных исследований, и душой этого эксперимента является Владимир Гаврин) обнаружили, что имеется дефицит нейтрино и для тех нейтрино, которые рождаются в основной реакции. В реакции, которая определяет светимость Солнца. Поэтому сомнений в том, сколько нейтрино там родилось, не было никаких. И, соответственно, пропали все сомнения в том, что осцилляции существуют. Т.е. этот эксперимент был очень важным.

И, наконец, эксперимент SNO показал, что полный поток нейтрино от Солнца совпадает с предсказаниями. Они сумели измерить взаимодействие не только электронных нейтрино, как в других экспериментах, но и всех типов нейтрино. А раз полный поток совпадает с тем, что ожидается в солнечной модели, то значит, остальные нейтрино переходят в другие типы. Т.е. впрямую доказаны переходы одного типа нейтрино в другие. За что Артуру Макдональду была вручена премия полгода тому назад.

А вот еще одна Нобелевская премия. Тоже за нейтринные осцилляции. На сей раз эти нейтринные осцилляции были открыты в эксперименте Super-Kamiokande. Были обнаружены осцилляции мюонных нейтрино, которые рождались в атмосфере. Эти эксперименты были подтверждены на ускорителях, и здесь я показываю иллюстрацию с ускорителя. Здесь показано количество зарегистрированных нейтрино в зависимости от энергии. А мы помним в формуле, что энергия, как раз входит в аргумент синуса, и когда энергия меняется, меняется синус. Т.е. как раз должны появляться осцилляции. И действительно, мы видим, что сначала при малых энергиях нейтрино столько, сколько ожидалось, затем они проосциллировали куда-то, их стало совсем мало, и потом опять стали возвращаться в то состояние, в котором они родились. За этот эксперимент тоже была присуждена Нобелевская премия Такааки Кадзита из Японии, лидеру эксперимента Super-Kamiokande.

Надо заметить, что эти осцилляции, длина, на которой происходят эти осцилляции, указывает, что разность масс нейтрино очень маленькая. А такая маленькая разность масс может говорить о том, что это уже проявление Новой физики. И в этом направлении идут очень интенсивные исследования. Особенно интересны поиски CP нарушения в лептонном секторе, в нейтрино. Может быть, как раз различия свойств материи и антиматерии в случае лептонов и ответственны за ту асимметрию во вселенной, избытку материи во вселенной, благодаря которому мы с вами существуем. Вот как выглядят эти нобелевские лауреаты, полгода назад они получили Нобелевскую премию.

А вот так выглядят эксперименты, на которых эти результаты получаются. Это эксперимент Super-Kamiokande. Это целое подземное озеро, которое все вымощено громадными фотоумножителями. Насколько велико это озеро, можно судить по размеру людей. Ясно, что они стоят тогда, когда озеро осушили. Потом его заполнят водой и будут регистрировать нейтрино.

Ну и наконец, совсем недавно появились указания на то, что существует еще один тип нейтрино. Так называемые «стерильные нейтрино». И для поиска стерильных нейтрино в апреле на Калининской АЭС был запущен эксперимент ДАНСС, который находится всего в 9 метрах от центра трех-мегаватного реактора. Я вам должен сказать, что стоять в 9 метрах от центра реактора - это производит впечатление. Хотя все там безопасно, но все равно. Вот этот эксперимент, вот реактор, а вот момент сборки этого эксперимента.

К сожалению, к моменту нынешней лекции мы еще не готовы объявить о результатах, но я уверен, что скоро мы их уже объявим. Пока я могу только продемонстрировать, что мы умеем регистрировать эту реакцию. Здесь показано, как мы регистрируем энергию нейтрона, который возникает в этой реакции. А здесь показана область чувствительности нашего эксперимента. Эта точка показывает наиболее вероятные значения для разности масс нового нейтрино, квадрата масс и угла смешивания. Т.е. это наиболее вероятная точка. А еще есть области более широкие, и наш эксперимент хорошо их перекрывает. И я думаю, что скоро мы первые результаты объявим.

Итак, мы подошли к заключению. Обнаружение бозона Хиггса на Большом адронном коллайдере завершило прекрасное здание Стандартной модели. Каким будет следующее открытие, пока не ясно. Очень много интереснейших возможностей имеется. Имеется целый ряд указаний на эффекты за рамками Стандартной модели, но их статистическая значимость еще пока мала, и надо продолжать работу. Новые интереснейшие результаты ожидаются уже этим летом. Так что читайте газеты.

Явления за рамками Стандартной модели будут искать и на LHC, его энергия почти удвоилась, сейчас она составляет 13 ТэВ. В ряде направлений Супер-B фабрика и другие сверхточные эксперименты более чувствительны к Новой физике, чем LHC, и там тоже будут проводиться поиски. Разрабатываются проекты новых электрон-позитронных коллайдеров - ILC, CLIC, FCC. Мы ждем открытий в нейтринной физике и в низкофоновых проектах. И что приятно - российские ученые активно участвуют во всех этих увлекательных проектах, нацеленных на то, чтобы понять, как устроен наш мир. Спасибо за внимание.

Ведущий: Михаил Владимирович, спасибо вам огромное. С вашего позволения, один вопрос, перед тем как град вопросов из зала на вас обрушится. Вы, без всякой лести, самый дисциплинированный спикер в области нобелевских лауреатов. Вся история новейших премий, если я не ошибаюсь, за исключением 2014 года у нас была по ходу лекции максимально скрупулезно разложена. И поэтому кому как не вам задавать вопрос о нобелевской премии. Возможно, физика - это самая конкурентная среда, в которой премия вручается, у вас огромное количество номинантов. Поэтому я хотел бы вас спросить, во-первых, о том, были ли с вашей точки зрения в последние годы ситуации, когда кто-то был несправедливо или может быть справедливо, но обделен. И о будущем. Кого нам следует ждать в списках лауреатов и почему?

М.Д.: Нобелевская премия обладает высочайшим авторитетом, потому что, в основном, она присуждается тем людям, которые заслуживают ее. Иногда, к сожалению, не все люди, которые этого заслужили, входят в состав нобелевских лауреатов. Но ситуаций, когда кто-то получил Нобелевскую премию незаслуженно, практически не бывает. Если смотреть на давние ситуации, то ситуация с В.Летоховым была очень несправедливой. Нобелевскую премию дали ученым, которые повторили результаты Летохова. Конечно, они их намного улучшили и развили дальше, но Нобелевская премия дается обычно за первые демонстрации какого-то эффекта. И Летохов был здесь пионером, но его обошли.

Второй пример, который, к сожалению, я должен привести, это Бруно Максимович Понтекорво, мой учитель. Он сделал так много в нейтринной физике, что заслужил нобелевскую премию неоднократно. Но так получилось, что он ее не получил.

Я хотел бы отметить еще одного человека, который тоже, на мой взгляд, заслуживал Нобелевской премии и даже не какой-нибудь, а прошлогодней. Это Владимир Гаврин, который является душой эксперимента SAGE, который, я напомню, однозначно показал, что да, существуют нейтринные осцилляции, что нейтрино куда-то исчезают. Конечно, в эксперименте SNO эти исчезнувшие нейтрино были зарегистрированы. Было показано, что да, они переходят в другие нейтрино. Но то, что они исчезают, было показано в эксперименте SAGE. А на будущее - я очень надеюсь, что премию получит Александр Скринский из Новосибирска. Это человек, который создал просто замечательнейшую школу ускорительщиков, которые работают по всему миру чрезвычайно успешно. Именно в Новосибирске родилась идея коллайдеров и развивается по-прежнему. Поэтому это очень достойный кандидат на Нобелевскую премию.

Ведущий: Здесь можно у вас спросить о вероятности, как вы сами оцениваете. Или это скорее благое пожелание, чтобы случилось

М.Д.: Нет, вероятность, боюсь, я не могу оценить. Ее очень тяжело оценить. Мы ожидали Нобелевской премии за открытие хиггсовского бозона уже в 2012 году, сразу после объявления о том, что его открыли. И нескольких экспертов, включая меня, позвали на телевидение. В прямом эфире мы должны были комментировать присуждение Нобелевской премии. И вот, предвкушая ее присуждение за предсказание хиггсовского бозона, мы были полностью готовы, а выяснилось, что присудили ее людям, о которых ни один из экспертов, а нас было там 5, не знал. Предсказания в этой области очень неблагодарное дело. Но, надо заметить, мы выкрутились.

Ведущий: Я думаю, что это история, которую вы рассказываете, пойдет во благо налаживанию деловых отношений ученых и журналистов. Иногда, когда ты сидишь в редакции, собираешься идти домой, тебе прилетает сообщение-молния от информагентств: открыли гравитационные волны, трубите во все трубы журналисты, а ты чувствуешь себя тяжело.

Дорогие друзья, у нас была насыщенная лекция. И теперь у вас есть возможность задать вопросы, почувствовать себя мной, мы даже вам дадим микрофон.

Слушатель: Спасибо большое за интереснейшую лекцию. У меня дилетантский такой вопрос. Скажите, мощность коллайдера увеличилась почти в 2 раза, возможно ли ее увеличить еще или можно сказать, что этот ускоритель свое отработал? И по поводу 4-го измерения. Есть такая аналогия - вот человек в колодце прыгает, но не может выпрыгнуть, и если мы добавим ему энергии, то он выпрыгнет в 4-е измерение. Это первое. И второе. Возможно ли, что если будет увеличена еще энергия, возникнут новые частицы в и так уже большом зоопарке, которые не описываются СМ.

М.Д.: Это очень правильный вопрос. К сожалению, энергию, существующую у БАК, увеличить невозможно, потому что она определяется тем максимальным полем, которое можно получить в магнитах для того, чтобы протоны циркулировали по этому кольцу. И если мы увеличим энергию протонов, то они просто не будут заворачиваться и попадут в стенку, и соответственно ничего хорошего из этого не произойдет. Однако проекты улучшения БАК существуют. Это в ближайшее время, лет 10, увеличение интенсивности. Увеличивая количество взаимодействий, мы можем обнаружить редкие распады, которых до этого не видели. Т.е. мы опять-таки продвигаемся по массам, потому что при еще большей интенсивности мы можем заметить те частицы, которые мы не замечали до этого. Повышение интенсивности - очень сложная задача. При таких потоках частиц все детекторы перестают работать, поэтому надо разрабатывать новые детекторы, и вот этим мы сейчас как раз и занимаемся, проверяем, как реагируют разные детекторы на повышенные уровни радиации. В дальнейшей перспективе обсуждается повышение энергии. Но это уже будет следующий ускоритель. Потому что он потребует переделки всех магнитов, т.е. если будут разработаны другие сверхпроводящие материалы, которые обеспечивают большее магнитное поле, то можно будет увеличить энергию. И программа по разработке таких материалов сейчас является одной из приоритетных в Европе для того, чтобы увеличить энергию коллайдера. Но это масштаб уже 20 лет.

Слушатель: По-моему, все, что можно, поймали. Ловится ли гравитон в коллайдере, а если нет, то почему, и можно ли его поймать?

М.Д.: Гравитон слишком слабо взаимодействует, чтобы его поймать в коллайдере. Я думаю, что это для совсем будущих поколений задача

Слушатель: У меня в продолжение вопрос про коллайдер, тоже дилетантский. Степень риска. Все эти разговоры в желтой прессе: запустят коллайдер, все взорвется. Действительно ли это так? Какова степень перестраховки, и насколько вы уверены в результатах эксперимента или, наоборот, насколько вы не уверены. Я имею в виду - в глобальных тотальных последствиях, которые могут разрушить Землю, например.

М.Д.: Это очень серьезный вопрос. И я должен сказать, что физики относятся к нему очень серьезно. В частности, была длительная дискуссия по поводу того, что произойдет, если на БАКе родится черная дыра. И физики абсолютно уверены в том, что ничего страшного не произойдет. И это не просто теоретические оценки. Это подтверждается экспериментальными данными, их мне сейчас сложно приводить, но поверьте. Это не просто теория.

Будет ли это продолжаться дальше таким же образом? Когда-то мы, может быть, перейдем в области, для которых мы не можем найти предыдущие эксперименты, которые бы показывали, что это абсолютно безопасно. В любом случае, здесь проводится очень тщательная проверка на предмет того, что ничего страшного не должно произойти. Надо заметить, что такой вопрос справедлив и в отношении многих других наук, особенно, биологии. И там ответы не столь очевидны, как в нашей области.

Ведущий: Да, мы говорили о клонировании и о геноме много во времяодного из предыдущих представлений в ProScience Театре. Вы можете, к слову, найти это все в архивах на сайте Полит.ру. Я, чуть забегая вперед, скажу, что все фотографии этой лекции будут там же вместе с конспектами и с видео.

Слушатель: Добрый вечер. Отойду немного от темы адронного коллайдера. На ваш взгляд, насколько теория струн, о которой вы упомянули, противоречит СМ, и каково ваше личное отношение к этой теории.

М.Д.: Никак не противоречит СМ. Просто если она справедлива, то это будет развитием СМ. В СМ частицы предполагаются только точечными, а в теории струн они являются протяженными объектами. И соответственно, если теория струн окажется правильной, то это будет просто дальнейшее развитие Физики элементарных частиц. Это очень интересное направление. Было время, когда была даже эйфория по поводу этого направления. Казалось, что создана теория всего. Как-то я был на конференции, где выступал нобелевский лауреат Гелл-Манн. И он рассказывал, как раз про теорию всего. И после его выступления я спросил, ну что, в очередной раз закончилась физика? На что он мне ответил, ну что вы, еще столько технических вопросов есть. Т.е он был абсолютно уверен в том, что теория всего найдена, и она связана с суперструнами. Но через несколько месяцев выяснилось, что это не так. И впереди у нас еще много работы. В том числе, и в развитии суперструн. Очень интересное направление. Но пока что свидетельств их существования нет.

Слушатель: Дилетантский вопрос про бозон Хиггса. Известно, что его искали в больших интервалах энергий. Также, по-моему, был неизвестен спин бозона Хиггса. Почему решили, что найденная частица - это и есть бозон Хиггса? Просто добавили энергии - получили новую частицу. По такому принципу уже набралось больше 400 частиц на ускорителях.

М.Д.: Вы абсолютно правы. Бозон Хиггса искали в разных интервалах энергий. И я, например, его искал в распадах, так называемого, ипсилон-мезона. Это частица, состоящая из прелестного кварка и анти-кварка. В то время это была самая тяжелая частица и поэтому это было то место, где было лучше всего искать бозон Хиггса.

Должен сказать, что когда я начал этим заниматься, я приехал в Германию, потому что у нас там стояла наша общая установка. Только я начал искать, как наши конкуренты американцы объявляют о том, что они его нашли. Назвали они эту частицу дзита 8.3 (ее масса равнялась 8.3 ГэВ). Расстройство ужасное. Но что поделаешь, мы хотя бы подтвердим. Мы в нашем эксперименте создали группу по поиску бозона Хиггса. Искали – не нашли. Показали, что американские коллеги ошиблись. И надо заметить, что когда я рассказывал об этом отрицательном результате, аудитория была наполнена так, как не была наполнена даже при положительных результатах.

Но это был не конец истории, хотя мы показали, что результат неправильный. В те времена в Советском союзе существовала газета «За рубежом», в которой перепечатывались различные новости из западных газет. Она проходила цензуру, а цензура требует долгого времени, поэтому новости доходили слегка с запозданием. И вот через год после того, как мы уже закрыли эту дзиту 8.3, выходит газета «За рубежом» с заголовком «Американские ученые открыли новую частицу дзита 8.3».

И даже это не конец истории. Лет 5 тому назад мой коллега подбегает ко мне и показывает задачник одного из университетов, не буду говорить какого. И там (видимо, преподаватель захотел обновить задачник новыми задачами) - задача. Есть частица дзита 8.3 - какова энергия гамма-кванта и т.д.? От этой несуществующей частицы идет свет, как от погасшей звезды, уже много лет.

Теперь серьезно. Почему мы знаем, что это бозон Хиггса. В действительности, это по-прежнему уточняется. Все больше фактов говорит о том, что это именно бозон Хиггса Стандартной модели. Могут быть разные бозоны Хиггса. Не обязательно бозон Хиггса СМ. Есть другие модели, например, суперсимметричная, где есть несколько бозонов Хиггса. Один из них похож на Хиггс СМ. Проверяя его свойства, связи с кварками других поколений, его спин (спин у хиггсовского бозона всегда был равен 0, так что здесь никаких изменений не было), мы все больше убеждаемся, что он похож на бозон Хиггса СМ. Если что-то выглядит как лягушка, квакает как лягушка, то, наверное, это и есть лягушка. Тем не менее, будут вестись поиски отклонений от предсказаний СМ. И это один из самых чувствительных методов поиска Новой физики: увидеть, что хиггсовский бозон не так связан с какими-нибудь частицами, как он должен быть в СМ.

Слушатель: Здравствуйте, Михаил Владимирович. Спасибо вам за эту интересную лекцию. Я всегда вас считал великим человеком. Под великими людьми я понимаю тех людей, кто кладет себя в жертву на алтарь большим сферам жизни, в т.ч. науке.

М.Д.: Как-то я не очень хочу ощущать себя жертвой.

Слушатель: Я метафорически. Это вам приносит удовольствие и это приятно видеть. Недавно, полтора месяца назад, во всех газетах и новостных лентах я видел, что открыта новая частица на БАК, и, вроде, ей дали название s- бозон. И везде была ссылка на то, что через неделю, через месяц на сайте ЦЕРНа выйдет какая-то официальная статья по поводу открытия этой частицы. Но этого так и не произошло. Я этой статьи не видел и те люди, которые за этим следили, тоже ничего не увидели. Вы что-то можете сказать по этому поводу?

М.Д.: Честно говоря, я до конца не знаю, о чем вы говорите. Наверное, шел разговор о частице с массой 750 ГэВ, которая распадается на два гамма-кванта. Были надежды, что уже этой зимой будет достаточно статистики для того, чтобы сказать, существует она или не существует, но, оказалось, что эти надежды не оправдались. И мы ждем летней конференции, на которой точно будет ясно, существует эта новая частица или нет. Если она существует, то это абсолютно, без всяких вопросов, Новая физика. И перед нами открывается широчайшее поле для исследований. Пока существует много статей, которые пытаются объяснить эту частицу, но убедительной статьи я не видел.

Слушатель: Хочу поблагодарить за содержательный вечер, хотя без физико-математической подготовки понять то, что было на графиках, было сложно. Я хочу вернуться к бозону Хиггса и спросить на бытовом уровне, на пальцах, что это такое. И зачем оно нужно. То, что оно придает барионам массу, отвечает за наличие у барионов массы, это мы слышали. Хотя понять это тоже довольно непросто. Что же это такое? Это частичка, которая родилась при релятивистских взаимодействиях ускоренных протонов в очень высоких энергиях - на вспышечку, микросекунды - и исчезла, распавшись на более простые элементарные частицы? Либо это частица, которая имеет место быть в нашем пространстве-времени, она каким-то образом вморожена в матрицу пространства. И коллайдерный эксперимент просто возбудил и вытолкнул ее оттуда на короткий миг. Что это такое?

М.Д.: Хорошо. Это очень непростой вопрос. Насколько я помню, английский министр науки учредил премию для того, кто на одной страничке объяснит ему, что такое хиггсовский бозон. Я не знаю, была ли вручена премия. Боюсь, что нет. Я не говорил о том, что хиггсовский бозон дает массу барионам, как раз барионам он массу не дает. Барионам дает массу сильное взаимодействие. Он дает массу только фундаментальным частицам. Вот кваркам он дает массу, лептонам он дает массу, W-бозонам дает массу. Я приведу просто некоторую аналогию. Что такое масса? Если у тела есть масса, это означает, что если на него действует сила, то оно ускоряется не быстро. А если быстро, то значит это безмассовое тело или с очень маленькой массой. Предположим, мы бросили на стол некоторое количество бумажек и дунули - они разлетелись, они безмассовые. Теперь мы нальем на стол немного масла. И подуем. Бумажки начинают двигаться, но не так быстро. Они приобрели массу за счет взаимодействия с этим маслом. Точно так же и элементарные частицы. Из-за взаимодействия с полем Хиггса, которое присутствует все время, оно никуда не девается, они приобретают массу. А хиггсовский бозон это квант этого поля, который тоже приобретает массу за счет взаимодействия с этим полем. Это капелька масла. Мне кажется, что это хорошая аналогия. Но эту аналогию не я придумал. Я люблю другую аналогию, которую придумал сам. Вот бумажка, дунул, ничего от нее не осталось, улетела. А теперь мы написали на бумажке требование в отдел закупок купить 10 авторучек. И попробуйте эту бумажку протолкнуть через отдел снабжения, вам потребуется необычайное усилие. Она приобрела массу из-за взаимодействия с бюрократическим полем. И это было известно давно. Вот говорят: у этого человека, у бюрократа большой вес. Что это означает. Это означает, что у него много связей в этом бюрократическом мире, которые придают ему вес. Это, мне кажется, тоже хорошая аналогия.

Ведущий: Огромное спасибо. Михаил Владимирович, в завершении нашего представления я бы хотел подарить вам этот аксессуар. Дело в том, что театр начинается с вешалки. ProScience Театр начинается с ProScience вешалки. На память и в благодарность за то, что вы к нам сегодня пришли. Огромное спасибо. Сегодня последнее представление в этом сезоне, но мы вернемся в сентябре. Следите за анонсами.

Смотрите также: Михаил Данилов в ProScience Театре. Видео Михаил Данилов в ProScience Театре. Фоторепортаж ProScience Театр 20 июня. М. Данилов о любви к физике и путешествиям