Тайните на Вселената през погледа на един физик

Какви са най-новите открития около тайнствения бозон на Хигс, как днес физиците гледат света около нас и има ли смисъл в България да бъде развивана фундаменталната наука?

По тези и други теми разговаряме с видния физик доц. Леандър Литов. Той е ръководител на катедра "Атомна физика” в СУ "Св. Климент Охридски” и ръководител на екипа от Софийския Университет работещ в ЦЕРН по проекта на Големия адронен ускорител. Екипът му в ЦЕРН изследва елементарната частица Хигс-бозон, която е свързана с генерирането на маса за всички останали частици.

Доц. д-р Литов има над 300 научни публикации в сферата на атомната физика. Организирал е редица групи по физика, конференции и работни срещи, ръководи работата на различни екипи в големи международни изследователски центрове. От 2011 година е член на Съвета на ЦЕРН.

Освен научната си дейност, доц. д-р Литов често участва в събития и проекти, насочени към не-научна аудитория.

Доц. Литов, сега, след като поотмина медийната еуфория около откритата от вас нова елементарна частица, може ли да се каже дали наистина става въпрос за бозона на Хигс?

- Много сме щастливи, че успяхме да открием нещо ново, но сега основната задача, която стои пред нас, е да отговорим на въпроса какво точно сме открили. Зад всяко голямо откритие в съвременната физика стои огромен труд. Шумът си е шум, но той не ни пречи да продължаваме упорито да работим.

Това, което мога да кажа, е, че тази частица много прилича на това, което стандартният модел предрича за бозона на Хигс. Но все още не можем да дадем еднозначен отговор на този въпрос. Необходима ни е малко повече статистика, за да определим по-точно свойствата на частицата. Надяваме се, че до към февруари следващата година ще натрупаме достатъчно статистка, за да дадем поне отчасти отговор на въпроса що за обект наблюдаваме.

Какви са последните открития около параметрите на новооткритата частица? Има ли квантови числа (определящи тези параметри), които вече сте фиксирали?

- Все още не. За момента пред нас стоят няколко задачи. Първата ни е да определим спина на тази частица. За целта наистина ни е необходима повече информация, която фактически ще бъде събрана до края на 2013 г. Тогава ще можем да кажем със сигурност дали става въпрос за частица със спин нула (т.е бозон на Хигс).

Друга основна цел е да измерим по-прецизно останалите параметри, като вероятността за раждане на тази частица и какви са вероятностите за нейното разпадане. За момента наблюденията на частицата съвпадат с предсказаните от Стандартния модел в рамките на постигната точност. Въпросът е дали те ще продължат да отговарят на теорията и при повишаване на точността на измерване.

Има ли улики, които могат да ни наведат на мисълта, че съществуват повече от един вид бозон на Хигс?

- За момента нямаме подобни улики, но продължаваме да работим упорито по този въпрос.

За кои от теориите, които надграждат Стандартния модел, можем да кажем, че пострадаха от последните ви открития?

- Днес разполагаме с един работещ Стандартен модел, за който знаем, че описва една малка част от Вселената. Пределно ясно е, че трябва да създадем един по-общ модел, описващ света около нас. В рамките на различните обобщаващи модели, които сме построили, най-общо се предсказват две неща: съществуването на още неоткрити нови частици. И съществуването на непознати физически явления, в които участват познатите ни частици.

Един от най-популярните типове модели са т.нар. суперсиметрични модели, които предполагат наличието на симетрия между фермиони и бозони. В рамките на тези модели се предсказват множество нови частици и явления, които не съществуват в Стандартния модел. За момента не можем да отхвърлим тези модели напълно, но можем да кажем, кое в тези в тях не съвпада с реалността. За момента сме ограничили в значителна степен стойностите на основните им параметри.

Подобна е ситуацията и при моделите, които предполагат съществуването на повече измерения в пространство-времето. Тях също обаче не можем да ги изключим напълно от теоретичната картина.

Значи, за момента не може да се говори за създаването на една обединена "Теория на всичко”?

- Ние не знаем точно как е устроен света и колко трябва да работим, за да достигнем до окончателната истина, ако я има. Добрата новина в случая е, че ние знаем какво не знаем, което означава, че знаем какво трябва да питаме.

В науката е голям лукс, ако знаеш как да задаваш правилните въпроси. Тогава вероятността да получиш отговор е много по-голяма. Това, което в момента със сигурност не разбираме, е структурата на пространство-времето. Там очевидно имаме проблем, с който засега не можем се справим. Отчасти той е свързан с бозона на Хигс и с механизма за генериране на маса на частиците.

Тук на преден план стои и въпросът с обединяването на трите основни взаимодействия в Стандартния модел (електромагнитното, силното и слабото) с гравитацията. Засега на нас не ни се отдава да ги обединим в една теоретична рамка, макар да знаем, че и четирите са играели наравно в първата секунда след Големия взрив. Тези фундаментални проблеми са свързани пряко и единствено с разбирането на структурата на пространство-времето.

Ако имаме повече късмет, то още тази година можем да открием нещо ново. Ако това не се случи, ще продължим с търсенето след около две години, когато по план се предвижда да усъвършенстваме ускорителя и детекторите.

Какви подобрения ще направите по LHC през следващите две години?

- Към момента ускорителят работи при енергии от 8 тераелектрон волта (TeV), но е проектиран за работа при енергии до 14 TeV-a (по 7 TeV-a на сноп). В близките две години ще подменим апаратурата, така че LHC да може да произвежда снопове с енергии от порядъка на 12-13 ТеV, които ще са безопасни за машината.

Отделно ще повишим и интензивността на самите протонни снопове - т.е. броя на сблъсъците на частиците. Сред задачите ни е да подобрим и системите в детекторите на частици, раждащи се от сблъсъците. Така в края на 2014 г. трябва да започнем да набираме информация при съвършено различни условия.

Кои са най-често срещаните митове и заблуди, които витаят около работата ви в общественото съзнание?

- Ако говорим за програмата, която реализираме в момента в LHC, вие си спомняте какъв шум се вдигна около твърдението, че с експериментите си ще унищожим Земята. В случая се касаеше не само за заблуда, а за много груба спекулация. Въпросът бе повдигнат не от лаици, а от хора с докторски степени по физика. Тяхната цел беше по една или друга причина да осуетят нашите изследвания.

Иначе заблуди в науката съществуват много. Обикновено хората изпитват страх, и между другото, не без основание, че всеки път, когато учените се захванат с нещо ново, те ще нанесат вреда. Историята обаче показва, че средно в 99% от случаите, в които учените откриват нещо ново, те носят ползва на хората, докато едва в 1% някой от тях нанася вреда на човечеството. Това не означава, че трябва да спрем научните си изследвания и човечеството да остане на нивото, на което е в момента.

За какво ѝ е на България да поддържа и развива фундаменталните физични изследвания? Не са ли подобни области лукс, които само богатите държави могат да си позволят?

- Една от популярните заблуди, които витаят тук в България, е, че изследванията, които правим са много интересни, но от тях няма практическа полза. Истината е, че макар че резултатите от нашите изследвания може да не намерят практическо приложение още дълги години, то покрай работата върху експериментите се раждат един куп нови технологии, които влизат веднага в употреба.

Тук бих споменал само две технологии, които са създадени пряко от изследванията ни в ЦЕРН – разработката WWW и огромното приложение, което ускорителите на елементарни частици и детекторите работещи на тях намират в образната диагностика и лечението на онкологични заболявания. Да не говорим за области като електрониката, където ползите от работата ни са буквално навсякъде.

Често се спекулира, че фундаменталните изследвания са безсмислени или че трябва някой друг да ги направи вместо нас, а ние ще използваме само плодовете на тази наука. Ако обаче не разполагаме със специалистите, които участват в изследванията, то няма да има кой да подготви хората, които трябва да приложат откритията на практика.

Абсолютно задължително е за една държава и един сериозен университет да имат кадри, които са наясно с последните достижения във фундаменталната наука. Трябва да е пределно ясно, че през 21 век просперитетът на една държава вече не се определя от големината на територията ѝ или от природните ѝ богатства. Той се определя от това в каква степен населението на една държава е подготвено да развива високотехнологични производства.