Текст книги "100 великих достижений в мире техники"

«Электронный домовой»

«Новое американское жилище» – так называется этот дом, построенный на окраине Лас-Вегаса. Все в нем – от высоких стеклянных дверей до внутренних зеркальных прудов и выбеленных солнцем перекрытий над внутренним двориком – дышит роскошью и элегантностью. И все-таки самое главное в этом доме то, что сразу и не увидишь.

«Мой дом – моя крепость», – говорят англичане. Очевидно, той же точки зрения придерживаются и американцы. Во всяком случае, открыв калитку и войдя на участок, прилегающий к дому, знающий человек обязательно наступит на определенную плитку – одну из тех, что устилают дорожу, ведущую к крыльцу. Тем самым он дает знать «электронному домовому»: «Спокойно, идут свои!»

В противном же случае через минуту-другую «домовой» передаст сигнал о вторжении на частную территорию постороннего, и патрульная полицейская машина будет тут как тут…

Если же названный гость не будет открывать калитку и попросту перемахнет через забор, такая предосторожность его тоже не спасет – чувствительные элементы спрятаны под почвой во многих местах территории. Так что дом все равно заметит чужака, а в ночное время еще и ослепит его мощным лучом прожектора.

Кстати, эта же система помогает маме проследить и за собственным малолетним чадом. Даже находясь в доме, на кухне, она на специальном табло видит, куда перемещается ее сын или дочь, не собирается ли дите бухнуться, например, в бассейн?»

Но вот человек добрался до самой двери дома. Чтобы попасть внутрь, надо открыть замок. В данном доме для этого не нужен ключ. Специальное биометрическое устройство может отреагировать на отпечаток пальца, ладони или просто на голоса хозяев дома. Стоит сказать «Сезам, откройся» или еще какое-то «петушиное слово», и замок откроется.

Если же у двери звонит гость, хозяин или хозяйка могут увидеть его на специальном телеэкране, расположенном в той же кухне или в прихожей, и открыть дверь, не подходя к ней, с помощью специальной кнопки.

В прихожей располагается и сам «домовой» – точнее распределительный шкаф и компьютер. Провода от них идут по всему дому, что позволяет «домовому» выполнять самые разнообразные обязанности. Например, ему можно позвонить из города или из автомобиля и попросить включить к назначенному часу плиту или духовку. Хозяин на порог, а дом его уже встречает кипящим на плите кофейником. Если жe хозяин вдруг изменил свои планы, то приказ можно и отменить, позвонив вторично.

Современный домашний робот способен оказывать множество полезных услуг

В память компьютера также заложено несколько десятков различных кулинарных рецептов. Так что хозяйка всегда может проконсультироваться с «электронным домовым» по поводу приготовления того или иного блюда. Он жe проследит за нормальным режимом работы холодильника.

В ванной «домовой» контролирует температуру воды для купания, может включить подогрев и воды в бассейне, расположенном на участке возле дома. Он же, как заправский водяной, проследит и за нормальным поливом растительности возле дома, отменит полив, если вдруг закапает дождик.

Ну а если в доме намечается стирка, то компьютер же проконтролирует, чтобы стиральная машина точно выполняла заказанный режим, вовремя включит сушильный шкаф и гладильную машину.

Еще одна обязанность «электронного домового» – развлекать гостей и хозяев дома. Он включит и отрегулирует звук в стереосистеме, может транслировать запись с видеомагнитофона или DVD-проигрывателя, расположенного в гостиной, на телеэкран в спальной или в столовой. Он же позволяет использовать телефонные аппараты (а их обычно в американском доме два или три) и для переговоров внутри дома.

Но вот вечер подошел к концу, гости разошлись, а хозяева укладываются спать. «Электронный домовой» заботливо проверит, какая температура в каждом из помещений дома, если надо – включит кондиционер или вентилятор. Он же примет все заказы на завтрашний день: кого и во сколько разбудить, кому о чем напомнить… Проверит, все ли окна и двери в доме закрыты и после этого перейдет в дежурный режим, до утра охраняя покой своих хозяев.

При всем этом «электронный домовой» еще и очень экономный. Электроэнергию для своей работы и функционирования всех систем в доме он берет с крыши, от фотоэлектронных элементов, а излишки заботливо запасает в аккумуляторах. Если есть желание, электроэнергию ему могут поставлять и сами хозяева дома. Для этого надо лишь разместить несложную систему под синтетическими покрытиями на полах дома, и тогда пойдет в дело статическое электричество, вырабатываемое при хождении по паласу, и энергия того «вечного двигателя и прыгателя», который есть в каждом ребенке.

Правда, стоит такой дом общей площадью около 500 кв. м все же немало – около 1 млн долларов. Но конструкторы системы полагают, что по мере того, как будет налаживаться массовый выпуск «электронных домовых» и сопутствующих им систем, они будут стоить все дешевле.

Охота за неуловимым бозоном

Физики Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН), ведущие исследования на большом электрон-позитронном коллайдере (БАК), объявили недавно, что с точностью в 99,99995 % (или 5 «сигма») обнаружили, наконец, загадочный бозон Хиггса, охота за которым велась полвека. Если это событие подтвердится, можно будет считать, что сделано, пожалуй, самое значительное открытие физики XXI века, заявили участники исследований.

Что же так взбудоражило научную общественность мира?

В истории ядерной физики уже бывали случаи, когда открытие, сделанное «на кончике пера» теоретиком, затем блестяще подтверждалось на практике. Классическим считается случай открытия позитрона. Сначала существование этой частицы, которая является своего рода «двойником», или античастицей, электрона, было теоретически предсказано английским физиком-теоретиком Паулем Дираком в 1931 году на основании выведенных им уравнений. А год спустя американский физик К. Д. Андресон экспериментально обнаружил эту частицу – «двойника» электрона, или античастицу с положительным зарядом – в космических лучах.

А вот история с бозоном Хиггса такова. Существование этой частицы было предсказано британским профессором Питером Хиггсом в 1966 году как последний недостающий элемент современной теории элементарных частиц, которую еще называют Стандартной моделью. По мнению Хиггса, эта гипотетическая частица должна отвечать за массы всех других элементарных частиц. Так называемый хиггсовский механизм, который объясняет происхождение массы, был предложен в 1962 году американским физиком Филиппом Андерсоном, а двумя годами позже уточнен тремя независимыми группами ученых – Франсуа Англером и Робертом Браутом, Питером Хиггсом и Джеральдом Гуральником, а также Карлом Хагеном и Томом Кибблом.

Почти два десятилетия назад физик Национальной ускорительной лаборатории имени Энрико Ферми, нобелевский лауреат Леон Ледерман в своей статье как бы в шутку назвал бозон Хиггса «проклятой частицей» (goddamn particle), поскольку она никак не поддавалась идентификации. Однако редактору статьи такое название не понравилось, и он переименовал ее в «божественную частицу» (god particle). Так с легкой руки редактора название «частица Бога» и закрепилось в СМИ и околонаучной литературе.

Детектор ATLAS, с помощью которого был детектирован бозон Хиггса

Зачем понадобилась эта частица физикам? В самом упрощенном виде суть рассуждений здесь такова. Когда Вселенная начала остывать после Большого Взрыва, сформировалась некая гипотетическая сила, известная еще как поле Хиггса. Материальными носителями этой силы, ее квантами, и должны быть, по идее, бозоны Хиггса.

Именно это поле, а не бозон объясняет появление массы у частиц, сформировавших атомы. Без его существования частицы просто пронизали бы космос со световой скоростью. А согласно теории Альберта Эйнштейна, частицы, имеющие массу, разгоняться до скорости света не могут.

То, как работает поле Хиггса, ученые попытались рассказать журналистам на пресс-конференции, созванной по этому поводу в ЦЕРНе 4 июля 2012 года. «Вот вас здесь целая толпа, – пояснил “на пальцах” суть дела один из выступавших. – Представьте, что в эту комнату вошел сам Питер Хиггс. Но пока вы не знаете, кто он такой, и профессор может спокойно передвигаться по комнате. Но как только кто-то из вас узнает его, тотчас вокруг профессора образуется плотная толпа, пробиться через которую ученому уже можно будет с большим трудом. Точно так же и наличие поля Хиггса мы можем обнаружить только по пролету бозона Хиггса, за которым и шла охота столько времени»…

Тут, наверное, стоит привести некоторые пояснения. Все охотники прекрасно знают: чтобы поймать любого, а уж тем более редкого зверя необходимы специализированные ловушки. Та, что предназначена, например, для поимки бобров, не годится для ловли зайцев. А потому исследователи потратили немало усилий и еще больше денег (так только БАК обошелся в сумму порядка 10 млрд евро), чтобы создать такие ловушки.

Сегодня их в мире две. Это тэватрон в лаборатории имени Энрико Ферми (Фермилаб) в США и БАК в ЦЕРНе близ Женевы. Американские физики из Фермилаба в некотором роде «выступили на разогреве» у европейских коллег, представив им окончательные результаты своих более чем десятилетних поисков бозона Хиггса. По их данным, если частица существует, то ее масса должна находиться в интервале от 115 до 135 гигаэлектронвольт.

Один из участников этой работы, наш соотечественник Дмитрий Денисов сказал так: «Мы на тэватроне знаем, как открывать частицы. Мы открыли топ-кварк, шесть новых барионов (частиц, состоящих из новых комбинаций кварков. – Авт.), процесс самых быстрых переходов между материей и антиматерией и много других новых процессов. То, что мы видим в наших данных по Хиггсу, напоминает мне все предыдущие открытия – показания в различных каналах и независимо для двух экспериментов в Фермилабе указывает на то, что бозон Хиггса существует»…

Денисов также добавил, что большой вклад в этот результат внесли и российские ученые. Так, в одном из экспериментов было задействовано 100 представителей Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне, Института физики высоких энергий (ИФВЭ) в Протвине, МГУ имени Ломоносова, Института теоретической и экспериментальной физики (ИТЭФ) и Петербургского института ядерной физики имени Константинова (ПИЯФ).

Все эти работы помогли европейским физикам настроить Большой адронный коллайдер – ускоритель элементарных частиц с окружностью туннеля в 26,7 км, который залегает под землей на глубине от 50 до 175 м. Именно он строился более 10 лет на границе Швейцарии и Франции.

И вот спустя 12 лет после начала работ над БАКом появились первые весомые результаты. Сразу две группы ученых, работающие на детекторах CMS и Atlas, в конце 2011 года заявили о нахождении неких, похожих на бозон Хиггса частиц. Всего таких частиц было обнаружено около 300. Но ученые полагали, что этого мало, чтобы уверенно заявить: «Охота закончена. Мы поймали то, что хотели!»

Для того чтобы быть уверенными в том, ученым необходимо было добиться степени достоверности результатов в 99,99995 % (или 5 «сигма», что соответствует статусу научного открытия). И эксперименты были продолжены, пока… «Мы достигли уровня вероятности почти в 5 “сигма”, – сказал в начале июля 2012 года на семинаре представитель эксперимента CMS Джо Инкандела.

«Такие выводы сделаны на анализе результатов столкновения пучков протонов, циркулирующих практически со скоростью света в обоих направлениях 27-километрового туннеля, – пояснил заявление Инкаделы первый заместитель директора Института ядерных исследований РАН Леонид Кравчук. – Бозон должен находиться среди элементарных частиц, на которые распадаются протоны после столкновения. До последнего времени все существующие в природе частицы были известны, за исключением бозона Хиггса. Без него ученые не могли понять, откуда у других частиц появляется масса»…

Итак, теперь ученые доказали, что массой этой их, наверное, наделяет бозон Хиггса. Правда, пока исследователи знают о нем не очень много, в частности только то, что его вес составляет в среднем 125 гигаэлектронвольт (эксперимент Atlas дал результат 126,5 ГэВ, a CMS – 125,3 ГэВ, и это при одинаковой статистике столкновений). Теперь им предстоит большая работа по перепроверке полученных результатов, уточнению «портрета» частицы, описанию ее свойств.

Вот, собственно, и все. На том можно ставить точку. Потому как дальше последовали осторожные уточнения. «Однако является ли эта частица бозоном Хиггса, мы пока сказать не можем, для этого нужно измерить ее спин (то есть собственный момент импульса. – Авт.), – поясняют физики. – В самом интересном случае распада бозона на два Z-бозона мы видим только 8 событий, и этого слишком мало, чтобы измерить спин. Если спин будет равен 0, это Хиггс Стандартной модели. Единица исключена другими экспериментами, а если спин будет равен двум, то тогда это будет какая-то экзотическая частица, что даже интереснее».

В общем, ученые осторожно намекают: для того, чтобы окончательно и бесповоротно «заклеймить» обнаруженную частицу как бозон Хиггса, потребуются дополнительные данные и их тщательный анализ. Хотя есть и иные мнения. Например, физик Филипп Гиббс в своем блоге позволил себе выразиться так: «Если нечто плавает в пруду и крякает, как утка, наверное, небезосновательно считать это уткой, особенно когда ты ожидал обнаружить утку. Последующие наблюдения просто покажут нам, какого вида эта утка».

И все же вопрос о том, является ли эта частица бозоном Хиггса Стандартной модели или «мостом» к «новой физике», все еще открыт. Это связано с рядом сложностей наблюдения частиц в современной экспериментальной физике и расшифровки полученных результатов. «Вариантов распада бозона Хиггса, по которым его можно идентифицировать, очень много. Причем на некоторых экспериментальных установках проще регистрировать одни виды распада, на некоторых – другие», – сказал по этому поводу участник эксперимента CMS Андрей Крохотин.

В общем, если обнаруженная частица окажется долгожданным бозоном Хиггса, то можно будет считать строительство Стандартной модели законченным. Если же нет, то новая частица, обнаруженная вместо бозона Хиггса, может стать «мостиком» к пониманию природы таинственных «темной материи» и «темной энергии», которым принадлежит 96 % массы Вселенной, но о природе которых мы толком ничего не знаем.

Словом, физики оставили себе лазейку, хотя и объявили случившееся «вехой в нашем понимании природы». «Обнаружение частицы, похожей на бозон Хиггса, открывает путь к более детальному изучению, для которого требуется больше статистики. Оно позволит детально описать свойства новой частицы и, вероятно, прольет дополнительный свет на тайны нашей Вселенной», – сказал в заключение пресс-конференции генеральный директор ЦЕРНа Рольф Хойер.

Пока же научная общественность сошлась на том, что 83-летнего профессора Питера Хиггса, как и его коллег, которые тоже присутствовали на пресс-конференции, обязательно надо выдвинуть на соискание Нобелевской премии по физике.