Зброя масового ураження

Практично будь-яке велике наукове відкриття, яке здійснювали люди протягом всієї історії технічного прогресу, рано чи пізно починало використовуватися як зброя. Цілком ймовірно, що ця доля не мине і бозон Хіггса.

Згідно зі Стандартною моделлю (СМ) елементарних частинок, поле Хіггса розлите по нашому Всесвіту абсолютно рівномірно, без розріджень і згущень. Правда, існують екзотичні гіпотези, що дозволяють середньому вакуумному значенню цього поля зазнавати змін у просторі і в часі, але експериментальних підтверджень вони поки не мають. З іншого боку, інфляційна космологія і теорія суперструн наполягають на існуванні великої безлічі інших всесвітів з іншими хіггсовськими параметрами.

Чи можна змінити величину поля Хіггса, нехай навіть трохи і в мізерному обсязі? Як це зробити технічно, ніхто не знає, принаймні поки. Однак енергетичні витрати піддаються приблизній оцінці. Для її зменшення або збільшення всередині обсягу сірникового коробка всього на один відсоток потрібно приблизно стільки енергії, скільки виділилося б при анігіляції пристойного астероїда діаметром десятки метрів. Однак цілком можливо, що рано чи пізно людство навчиться маніпулювати хіггсовським полем. До чого призведуть подібні експерименти?

Ядерні сили

Якщо трохи зменшити величину хіггсовського поля, кварки першого покоління (up і down), що входять до складу нуклонів (протонів і нейтронів), злегка «схуднуть». Однак маси нуклонів в основному визначаються не масою кварків, а енергією їх зв’язку в ядрі за допомогою глюонів, яка набагато перевершує суму мас «голих» кварків. Так що ядра всіх елементів стануть легше, але дуже незначно. Однак справа не обмежиться лише легкою втратою ваги.

Зменшення величини хіггсовського поля також призведе до зменшення маси W-бозонів — переносників слабкої взаємодії, яка відповідає, зокрема, за процеси бета-розпаду. Це призведе до збільшення константи Фермі, яка визначає інтенсивність ядерних перетворень цього типу. В результаті нестійкі за слабкою взаємодією ядра, які зазнають бета-розпаду, стануть розпадатися дещо частіше.

Більш того, деякі ізотопи, які до зменшення поля Хіггса не зазнавали бета-розпаду, втратять стабільність і почнуть розпадатися. Уявіть собі, наскільки грізною може бути зброя, здатна перетворити елементи в складі військової техніки і споруд противника (і навіть в тілах людей) зі стабільних в радіоактивні. А вже якщо маніпуляції з хіггсовським полем торкнуться ще й зірки, вони позначаться на швидкості термоядерних реакцій з зовсім вже катастрофічними наслідками — залежно від величини і знака змін поля Хіггса зірка може або згаснути, або вибухнути.

Звідки у частинок маса?

Частинки Стандартної моделі (античастинки не показані). Їх взаємодія з хіггсовським полем (зелена область) призводить до появи у деяких з них маси (вказана в ГЕВ). Лініями показані взаємодії частинок між собою. Маса нейтрино дуже мала, але точно досі не вимірена.

Згідно з ДВ, маса будь-якої елементарної частинки (можливо, за винятком нейтрино) дорівнює виробленню середнього вакуумного значення поля Хіггса (246 МеВ) на відповідну константу зв’язку, що визначає силу взаємодії частинки з хіггсовським полем. Фотони цього поля не помічають, а тому маси не мають. Константи хіггсовського зв’язку електронів, кварків та інших частинок не дорівнюють нулю і дуже сильно розрізняються чисельними значеннями. Скажімо, електрон у 207 разів легший за мюон саме тому, що їхні константи зв’язку відрізняються в тій же самій пропорції.

Все живе

Здавалося б, що може бути жахливіше можливості керувати ядерними реакціями? Але є речі і гірші. Якщо перейти від ядерної фізики до молекулярної, яка межує з хімією, ігри з хіггсовським полем безпосередньо позначаться на електронних оболонках усіх без винятку атомів. Зменшення величини поля Хіггса знизить масу електронів, через що зростуть радіуси їх орбіт. Ізольовані атоми це переживуть, як і прості молекули, а ось складні втратять стабільність.

Невелике ослаблення хіггсовського поля майже не позначиться на молекулах води, метану, вуглекислого газу або аміаку, але згубним чином позначиться на багатоатомних біомолекулах білків і нуклеїнових кислот. Всі вони мають складні тривимірні структури, які напевно зруйнуються навіть при невеликих змінах маси електронів. Спрямоване зменшення (або збільшення) цього поля може стати страшною зброєю, необережне поводження з якою здатне знищити всі життєві форми земного типу.

Хіггсовський патруль

Якщо коли-небудь подібна зброя буде створена, можна тільки сподіватися на те, що у людства вистачить здорового глузду контролювати її за допомогою міжнародних, міжпланетних, міжзоряних або навіть міжгалактичних організацій. Експерти стежитимуть за змінами величини поля Хіггса в різних частинах нашого Всесвіту. До речі, виявити ці зміни (якщо вони, звичайно, мають місце), в принципі, цілком реально навіть в даний час. Як розповів «ПМ» провідний науковий співробітник Інституту ядерних досліджень РАН Сергій Троїцький, наразі такі спостереження не виявили жодних підозрілих варіацій. Але хто знає, що обіцяє нам майбутнє?

Сергій Троїцький,

провідний науковий співробітник Інституту ядерних досліджень РАН:

«У світінні залишків наднових типу Ia безпосередньо після вибуху видимий потік випромінювання майже повністю визначається бета-розпадами ядер радіоактивного кобальту і нікелю. Оскільки час життя цих ядер залежить від величини хіггсовського поля, його зміни можна помітити, відстежуючи динаміку кривих блиску наднових з плином часу. Якщо мільярди років тому величина хіггсовського поля дещо відрізнялася від нинішньої, аналіз світлових кривих наднових, що вибухнули в ту космологічну епоху, може це виявити «.