Скорошни свръхточни измервания на масата на топ кварка отново съживиха стария въпрос: защо тя е толкова голяма?
Уви, отговор по същество няма, а ние междувременно се питаме: какво следва от това, че топ кваркът е толкова тежък?
Масата на топ кварка е равна на 173,1 ± 1,3 ГеВ/c². С други думи, той тежи почти колкото ядро на атом на тежък елемент, например рений.
Това винаги е бил съществен теоретичен проблем – за елементарна частица това е толкова много, че не се вписва в никакви рамки, и ако този въпросен топ кварк съществуваше не части от секундата, а по-дълго, той би ни отровил живота до такава степен, че никакъв живот не би могъл изобщо да съществува.
Впрочем сегашната сравнителна стабилност на битието може да се окаже далеч не безкрайна…
„Топ кваркът, най-тежката от известните частици, най-добре говори за полето на Хигс“, пояснява физикът теоретик Джо Ликен от Националната ускорителна лаборатория „Енрико Ферми“ (САЩ). Поради тясната връзка на кварка с Хигсовото поле учените го използвали като „сонда“ за установяване на свойствата на полето, в частност стабилност при различни външни обстоятелства.
И като тествали – за щастие само теоретично – тази стабилност за различни условия, физиците изяснили, че изхождайки от достоверността на Стандартния модел, им се получава нещо много неприятно.
„Когато прогонваме уравненията на Стандартния модел до високи енергии, се оказва, че има регион, където не трябва да има Хигсово поле – казва участникът в експеримента CMS на Големия адронен колайдер Карл Еклънд. – Там вакуумът, който обикновено е запълнен с Хигсово поле, може да има отрицателна енергия.“
Ето че стигнахме до ключовото словосъчетание.
Ако това предсказание, засега чисто теоретично, е вярно, тогава Хигсовото поле не е много надежден крайъгълен камък на цялата физика. Условно казано, това е камък, намиращ се на върха на карфица, където ще лежи, без да се колебае, до първото земетресение или просто силен порив на вятъра.
Малко по-контрастно: полето на Хигс е стабилно само в текущото си състояние и във всеки момент може да премине в друго, по-стабилно от сегашното.
Както точно подчертава Ликен, „условията, необходими за съществуването на живота, са много тънко свързани с масите на елементарните частици, зависещи от Хигсовото поле; химията и животът изобщо не би трябвало да съществуват, ако Хигсовото поле се измени дори на йота“. Тоест дори при слабо изменение на това поле физиката на елементарните частици може да придобие съвсем други, меко казано, конкретни черти!
Идеята за нестабилна Вселена, опасно балансираща на границата на вероятното унищожение във всеки момент, не е нова, но откритието на Хигс бозона ѝ придава нова и доста съществена аргументация.
Новите измервания на Големия адронен колайдер и на Теватрон впрочем могат да дадат още по-точни цифри на масата на топ кварка, а физиката да напредне в разбирането на това, виси ли нашата Вселена на тънка нишка между две състояния на безжизнен хаос, или всичко е подредено по-задълбочено.
„Масата на топ кварка се намира в тази област, когато предсказаното време за живот, за което може да съществува Вселената, е много близко до възрастта, която тя вече има (тоест нейното съществуване приближава до историческия край) – зловещо праволинеен е Карл Еклънд. – Но ако вие изместите масата на топ кварка надолу, а Хигсовото поле – нагоре, то дори с отчитане на неопределеността на експеримента проблемът напълно ще изчезне.“
Засега сложността е само в това, че досега измерванията не дават основание решително да се измести масата на топ кварка надолу, от което въпросът за перспективите на съществуването на всичко живо в значителна степен остава остър.
Нима полето на Хигс (а с него и масите на елементарните частици) наистина може рязко да се промени във всеки момент?
© Peter Pereira
Впрочем дори ако Хигсовото поле е нестабилно, теоретично може да съществуват други, още неизвестни частици и сили, които го поддържат стабилно, утешава ни Еклънд.
„Ако се окаже, че ние съществуваме в такъв диапазон на стабилност, това може да не е толкова лошо, тъй като ще ни посочи новата физика, за която ние още нищо не знаем“, оптимистично заключава ученият.
Логиката му е очевидна – ако физиката свидетелства, че в близко време полето на Хигс може да премине в някакво друго състояние (а значи – всички ние изчезнем), то нашето съществуване говори за това, че трябва да открием нещо стабилизиращо физическата възможност на нашето бъдещо битие.
Определено, ако дадени изводи от Стандартния модел заплашват съществуването на нашия свят, то доста по-разумно е да търсим новата физика извън пределите на модела, отколкото безпрекословно да си пишем завещанието.
В близко време учените възнамеряват да проведат няколко експеримента на Големия адронен колайдер, които ще позволят да се уточни масата на топ кварка. И ние искрено желаем за себе си тя да е по възможност по-малка.
