100 великих научных открытий

Дальнейшие наблюдения показали, что бозон Хиггса не заряжен и нестабилен, при этом в зависимости от ситуации распадается по-разному. Благодаря LHC ученые увидели, что частица может распадаться на два фотона, а также на пары электрон/позитрон, мюон/антимюон. Как для микромира, бозон Хиггса живет относительно долго, а рождается либо сам от взаимодействия двух глюонов, либо вместе с парой легких высокоэнергетичных кварков, с одним W- или Z-бозоном или с парой

t-кварка и антикварка. Изучая разные механизмы рождения этих частиц на LHC, можно многое узнать о взаимодействии бозона Хиггса с W-, Z

-бозонами и t-кварком.

Еще одна важная характеристика Н-бозона — способность взаимодействовать с самим собой. То есть виртуальная частица Н (временный, маложивущий бозон, у которого нарушена связь между импульсом и энергией) может распасться на два обычных бозона. Впрочем, свойства этого процесса ученым еще предстоит исследовать.

По словам сотрудников ЦЕРН, «прошло полвека после публикации статьи Стивена Вайнберга, но до сих пор не была сформулирована теория, которая так же ясно объясняла бы фундаментальную физику. Именно Вайнберг собрал все части головоломки и соединил их в одну, очень простую идею».

Квантовая запутанность

Явление квантовой запутанности и связанная с ним идея множественности миров кажется чем-то фантастическим. Однако это вполне научные понятия, которые имеют практическое применение.

Вся квантовая механика неразрывна с теорией вероятности. Квантовая частица не имеет четких физических характеристик вроде скорости, энергии, координат, момента импульса, определяющего количество вращательного движения, и пр. Поэтому описать квантовую частицу (например, квантон — квант пространства-времени) способна только волновая функция, которая имеет вид амплитуды возможности того, что частица пребывает в некоторой точке, либо движется с определенной скоростью, либо наполнена тем или иным количеством энергии. То, что частица может находиться в заданном месте в заданный момент времени, показывает квадрат абсолютной величины (расстояния между началом системы координат и предполагаемой точкой) ее волновой функции. Как правило, частица словно «размазывается» в пространстве, так что данных о ее возможном местоположении может быть бесконечно много.

Однако еще в прошлом веке ученые сомневались: вдруг каждый квантовый объект все же имеет точные координаты, просто частиц слишком много, и это вынуждает делать лишь статистические описания разницы между их характеристиками? Так, А. Эйнштейн, Б. Подольский и Н. Розен не считали нужным описывать вероятностное поведение отдельных частиц, поскольку это якобы противоречит физической реальности. Между тем основатели квантовой теории Н. Бор, В. Гейзенберг и Э. Шрёдингер были не согласны с таким мнением и уверяли, будто каждая частица ведет себя абсолютно неопределенно.

В 1927 г. на 5-м Сольвеевском конгрессе Эйнштейн поспорил с Бором, ратуя за то, что при одних и тех же исходных данных квантовые явления протекают одинаково и наблюдатель никак не влияет на результат своих измерений. Бор, со своей стороны, доказывал, что все процессы в квантовом мире непредсказуемы и их результат может меняться в зависимости от действий наблюдателя. Собственно, речь в том споре шла о так называемой квантовой запутанности — зависимости, возникающей, к примеру, при столкновении частиц и прочих взаимодействиях. Так, в молекуле спутаны две подсистемы: ядро и электроны, — первое вращается вокруг своей оси, а вторые двигаются вокруг в ту же сторону. Два квантона можно считать спутанными, когда на основе знаний об одном из них мы способны определить характер другого. Один имеет красный заряд? Значит, у другого заряд тоже красный. Первый двигается прямо? Значит, и второй летит в том же направлении.

В то же время информация о заряде первого квантона ничего не может сказать нам о направлении движения второго. То есть можно измерить заряд (или импульс, или скорость) частицы — и при этом утратить все данные о направлении ее движения. Либо же определить ее направление, но потерять данные о заряде. В квантовом мире невозможно измерить несколько параметров одновременно, поэтому картина никогда не бывает полной. Всегда нужно учитывать взаимоисключающие факторы. Такова была основная мысль Бора, который назвал это «принципом дополнительности».

Эйнштейн в ответ бросил свою известную фразу: «По крайней мере, я уверен — Бог не играет в кости», — а Бор парировал: «Альберт, не указывай Богу, что ему делать». В конце концов Эйнштейн с сарказмом спросил: «Ты что, считаешь, будто Луна существует только тогда, когда ты на нее смотришь?»