Бозон Хиггса может стать оружием

Практически любое крупное научное открытие, которое совершали люди на протяжении всей истории технического прогресса, рано или поздно начинало использоваться как оружие. Вполне вероятно, что эта участь не минует и бозон Хиггса.

Согласно Стандартной модели (СМ) элементарных частиц, поле Хиггса разлито по нашей Вселенной совершенно равномерно, без разрежений и сгущений. Правда, существуют экзотические гипотезы, разрешающие среднему вакуумному значению этого поля претерпевать изменения в пространстве и во времени, но экспериментальных подтверждений они пока не имеют. С другой стороны, инфляционная космология и теория суперструн настаивают на существовании великого множества других вселенных с иными хиггсовскими параметрами.

Сергей Троицкий, ведущий научный сотрудник Института ядерных исследований РАН:

 «В свечении остатков сверхновых типа Iа непосредственно после взрыва видимый поток излучения почти полностью определяется бета-распадами ядер радиоактивного кобальта и никеля. Поскольку время жизни этих ядер зависит от величины хиггсовского поля, его изменения можно заметить, отслеживая динамику кривых блеска сверхновых с течением времени. Если миллиарды лет назад величина хиггсовского поля несколько отличалась от нынешней, анализ световых кривых сверхновых, взорвавшихся в ту космологическую эпоху, может это обнаружить».

Можно ли изменить величину поля Хиггса, пусть даже чуть-чуть и в мизерном объеме? Как это сделать технически, никто не знает, по крайней мере пока. Однако энергетические затраты поддаются примерной оценке. Для ее уменьшения или увеличения внутри объема спичечного коробка всего на один процент требуется приблизительно столько энергии, сколько выделилось бы при аннигиляции приличного астероида диаметром десятки метров. Однако вполне возможно, что рано или поздно человечество научится манипулировать хиггсовским полем. К чему приведут подобные эксперименты?

Ядерные силы

Если немного уменьшить величину хиггсовского поля, кварки первого поколения (up и down), входящие в состав нуклонов (протонов и нейтронов), слегка «похудеют». Однако массы нуклонов в основном определяются не массой кварков, а энергией их связи в ядре с помощью глюонов, которая намного превосходит сумму масс «голых» кварков. Так что ядра всех элементов станут легче, но очень незначительно. Однако дело не ограничится лишь легкой потерей веса.

Уменьшение величины хиггсовского поля также приведет к уменьшению массы W-бозонов — переносчиков слабого взаимодействия, которое отвечает, в частности, за процессы бета-распада. Это приведет к увеличению константы Ферми, которая определяет интенсивность ядерных превращений этого типа. В результате неустойчивые по слабому взаимодействию ядра, которые претерпевают бета-распад, станут распадаться несколько чаще.

Более того, некоторые изотопы, которые до уменьшения поля Хиггса не претерпевали бета-распада, потеряют стабильность и начнут распадаться. Представьте себе, насколько грозным может быть оружие, способное превратить элементы в составе военной техники и сооружений противника (и даже в телах людей) из стабильных в радиоактивные. А уж если манипуляции с хиггсовским полем затронут еще и звезду, они отразятся на скорости термоядерных реакций с совсем уж катастрофическими последствиями — в зависимости от величины и знака изменений поля Хиггса звезда может либо погаснуть, либо взорваться.

Все живое

Казалось бы, что может быть ужаснее возможности управлять ядерными реакциями? Но есть вещи и пострашнее. Если перейти от ядерной физики к молекулярной, которая граничит с химией, игры с хиггсовским полем непосредственно скажутся на электронных оболочках всех без исключения атомов. Уменьшение величины поля Хиггса снизит массу электронов, из-за чего вырастут радиусы их орбит. Изолированные атомы это переживут, как и простые молекулы, а вот сложные потеряют стабильность.

Небольшое ослабление хиггсовского поля почти не скажется на молекулах воды, метана, углекислого газа или аммиака, но пагубным образом отразится на многоатомных биомолекулах белков и нуклеиновых кислот. Все они имеют сложные трехмерные структуры, которые наверняка разрушатся даже при небольших изменениях массы электронов. Направленное уменьшение (или увеличение) этого поля может стать страшным оружием, неосторожное обращение с которым способно уничтожить все жизненные формы земного типа.

Откуда у частиц масса?

Согласно СМ, масса любой элементарной частицы (возможно, за исключением нейтрино) равна произведению среднего вакуумного значения поля Хиггса (246 МэВ) на соответствующую константу связи, определяющую силу взаимодействия частицы с хиггсовским полем. Фотоны этого поля не замечают, а потому массы не имеют. Константы хиггсовской связи электронов, кварков и других частиц отличны от нуля и очень сильно отличаются численными значениями. Скажем, электрон в 207 раз легче мюона именно потому, что их константы связи отличаются в той же самой пропорции. Частицы стандартной модели (античастицы не показаны) и их взаимодействие с хиггсовским полем (зеленая область) приводят к появлению у некоторых из них массы (указана в ГэВ). Линиями показаны взаимодействия частиц между собой. Масса нейтрино очень мала, но до сих пор не измерена.

Хиггсовский патруль

Если когда-нибудь подобное оружие будет создано, можно только надеяться на то, что у человечества хватит здравого смысла контролировать его с помощью международных, межпланетных, межзвездных или даже межгалактических организаций. Эксперты будут следить за изменениями величины поля Хиггса в различных частях нашей Вселенной. Кстати, обнаружить эти изменения (если они, конечно, имеют место) в принципе вполне реально даже в настоящее время. Как рассказал «ПМ» ведущий научный сотрудник Института ядерных исследований РАН Сергей Троицкий, пока такие наблюдения не выявили никаких подозрительных вариаций. Но кто знает, что сулит нам будущее?