Беседа физиков Валерия Рубакова и Дмитрия Казакова о бозоне Хиггса, Стандартной модели и новых открытиях на коллайдере состоялась 22 августа 2013 года в Культурном центре ЗИЛ.
Часть 1. Дмитрий Казаков. Пятая сила и фантазии о единой теории
Дмитрий Казаков в своей лекции «Пятая сила и фантазии о единой теории» рассказывает о том, что мир построен из кварков и лептонов, их имеется по три пары тех и других, но атомные ядра образованы протонами и нейтронами, составными объектами, которые в свою очередь состоят лишь из двух сортов кварков, а оболочки атомов образованы электронами. Остальные кварки и лептоны рождаются на ускорителях, но зачем-то понадобились природе. Эти элементарные частицы участвуют в четырех видах фундаментальных взаимодействий, но недавно открытый хиггсовский бозон знаменует собой пятую силу. Эти силы имеют схожие черты и, возможно, имеют общее происхождение на малых расстояниях, где мир, возможно, обладает высокой симметрией. Для построения такой единой теории необходима новая симметрия, называемая суперсимметрией, поиски которой ведутся сейчас на Большом адронном коллайдере.
Часть 2. Валерий Рубаков. Что стоит за известными законами микромира
Лекция Валерия Рубакова называется «Что стоит за известными законами микромира?». В ней идет речь об открытиях ХХ века, о том, что сложнейшие свойства протонов, нейтронов и мезонов, как выяснилось, сводятся к гораздо более простым свойствам кварков; казавшиеся ранее независимыми электромагнитные и слабые силы оказались единым электрослабым взаимодействием. Экстраполируя, многие физики думают, что все законы природы имеют своим происхождением некую простую и глубокую «единую теорию всего», что все свойства по-настоящему элементарных частиц можно вычислить, исходя из этой неизвестной пока теории. Так ли это? Есть ли повод сомневаться? Какая роль здесь отведена Большому адронному коллайдеру? Об этих и подобных вопросах и поразмышляем.
Часть 3. Ответы на вопросы
Дмитрий Игоревич Казаков — доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник Лаборатории теоретической физики ОИЯИ, специалист по изучению суперсимметрии, участник физического эксперимента на Большом адронном коллайдере.
Валерий Анатольевич Рубаков — академик РАН, профессор кафедры квантовой статистики и теории поля физического факультета МГУ, главный научный сотрудник отдела теоретической физики Института ядерных исследований РАН. Область научных интересов: физика элементарных частиц, квантовая теория поля и космология. Провел исследования по теории ранней Вселенной. Внес основополагающий вклад в теорию квантовой гравитации. Изучает различные модели объединения взаимодействий. Автор гипотезы о распаде протона.
Диалоги ПостНауки — это новый лекционный формат, в рамках которого два эксперта освещают различные аспекты одной темы, дискутируя и дополняя друг друга. Диалоги ПостНауки проходили в Культурном Центре «ЗИЛ» при поддержке Фонда Дмитрия Зимина «Династия».
Все мы и всё вокруг нас сделано из вещества, и сколько-нибудь заметных количеств антивещества в нашей Галактике нет (по счастью). Более того, из наблюдений следует, что в видимой части Вселенной нет областей, где, наоборот, много антивещества и нет вещества. Как количественно охарактеризовать асимметрию между веществом и антивеществом во Вселенной? Что требуется для того, чтобы эта асимметрия образовалась? Мы обсудим некоторые гипотезы на этот счет, для чего нам потребуется совершить экскурсию в мир элементарных частиц и фундаментальных взаимодействий. Происхождение вещества во Вселенной — та область, где тесно пересекаются физика сверхбольших расстояний — космология — и физика сверхмалых расстояний, управляющая элементарными частицами.
Лекция посвящена тому, как последние открытия повлияли на наше представление о макромире и какие вопросы встали на повестку дня. Эволюция вселенной в первые мгновения после большого взрыва. Темная материя и темная энергия. Вещество и антивещество. Законы сохранения и барионное число. Как объяснить неоднородность вселенной. Теория инфляционной вселенной. Флуктуации вакуума. Реликтовые гравитационные волны.
Почему физики так уверены в существовании темной материи? Ее никто никогда не видел. Если наша теория указывает на ее существование, а мы ее не видим, может, нам стоит менять теорию? Каковы свойства темной материи? Может ли существовать параллельный мир со звездами из темной материи? Академик Валерий Рубаков приводит доказательства существования темного вещества и описывает его удивительные свойства. Ведет передачу Алексей Семихатов.
И первая загадка, которая стоит перед теоретиками, состоит в том, что природа зачем-то создала три копии нашего мира. Мы живем в нашем мире, видим все, что есть вокруг нас. Все это, как было известно еще древним грекам, сделано из атомов. С начала прошлого века стало известно, как устроен атом — внутри него есть ядро и электроны, которые вращаются вокруг него. Ядро состоит из протонов и нейтронов. Казалось бы, мы знаем, из чего состоит весь наш мир — из этого. А оказалось, что — нет. Что природа создала три копии. Так вот, первая копия — то, из чего мы с вами состоим, — тут кварки, u- и d-кварки, из них сделаны протоны и нейтроны. Все, что вокруг нас — это вот тут, больше нам ничего не нужно. Но природа почему-то сделала еще одну копию и еще одну.
Как можно классифицировать элементарные частицы? Какие виды фундаментального взаимодействия предусматривает Стандартная модель? И почему мы не можем увидеть один кварк, а лептоны по отдельности можем? О поколениях лептонов и кварков, последней открытой элементарной частице и главных фундаментальных взаимодействиях рассказывает главный научный сотрудник Лаборатории теоретической физики ОИЯИ Дмитрий Казаков.
Какие силы природы называют фундаментальными? На каком принципе строятся фундаментальные взаимодействия? Возможно ли существование нового фундаментального взаимодействия? О фундаментальных силах, особенностях гравитации и теориях Великого объединения рассказывает доктор физико-математических наук Дмитрий Казаков.
Что представляет собой структура Стандартной модели? Какими свойствами обладают частицы, входящие в Стандартную модель? Возможно ли существование четвертого поколения элементарных частиц? О структуре Стандартной модели, свойствах элементарных частиц и бозоне Хиггса рассказывает доктор физико-математических наук Дмитрий Казаков.
Как адроны классифицируются по угловому моменту? Как кварковая схема объясняет структуру матриц, в которые складываются адроны? Почему при столкновении адронов в ускорителе частиц рождаются новые адроны? О мире мезонов и барионов, свойствах кварков и адронных резонансах рассказывает доктор физико-математических наук Дмитрий Казаков.
Какими особенностями обладают различные элементарные частицы? Когда была была предложена теория, предполагающая связь между бозонами и фермионами? И какие перспективы у теории суперсимметрии? Физик Дмитрий Казаков о связи бозонов и фермионов, внедрении теории суперсимметрии и поисках ее подтверждения на коллайдерах.
Какие задачи не удалось решить в рамках квантовой механики? Какое применение нашла квантовая теория поля? И какое значение приобрели диаграммы Фейнмана для квантовой теории поля? О понятии квантового поля, теории перенормировок и диаграммах Фейнмана рассказывает доктор физико-математических наук Дмитрий Казаков.
И первая загадка, которая стоит перед теоретиками, состоит в том, что природа зачем-то создала три копии нашего мира. Мы живем в нашем мире, видим все, что есть вокруг нас. Все это, как было известно еще древним грекам, сделано из атомов. С начала прошлого века стало известно, как устроен атом — внутри него есть ядро и электроны, которые вращаются вокруг него. Ядро состоит из протонов и нейтронов. Казалось бы, мы знаем, из чего состоит весь наш мир — из этого. А оказалось, что — нет. Что природа создала три копии. Так вот, первая копия — то, из чего мы с вами состоим, — тут кварки, u- и d-кварки, из них сделаны протоны и нейтроны. Все, что вокруг нас — это вот тут, больше нам ничего не нужно. Но природа почему-то сделала еще одну копию и еще одну.