Глава 160. Неудача - мать успеха •
Чэнь Чжэнпин, без сомнения, был рад присоединению Сюй Чуаня.
В настоящее время их исследования, будь то в Нанкинском университете, Австралийском национальном университете или Технологическом институте Джорджии, зашли в тупик.
Ни один из трёх университетов не смог обнаружить в данных экспериментов по столкновению юкавское взаимодействие Хиггса с тяжёлыми кварками третьего поколения (верхним t-кварком и нижним b-кварком).
У них оставалось мало времени, и если в течение ограниченного ЦЕРНом времени не удастся ничего обнаружить, то эта часть данных будет полностью опубликована, и все физики смогут принять участие в исследовании.
Но юкавское взаимодействие Хиггса с тяжёлыми кварками третьего поколения (верхним t-кварком и нижним b-кварком), можно сказать, обречено на открытие.
Ведь юкавское взаимодействие Хиггса с лёгкими кварками третьего поколения (тау-лептоном t) было обнаружено ещё в прошлом году.
Это подтвердило правильность механизма Хиггса.
А в рамках этого механизма юкавское взаимодействие Хиггса с тяжёлыми кварками третьего поколения (верхним t-кварком и нижним b-кварком) обязательно будет обнаружено.
Теперь вопрос в том, кто первым сможет найти ценные подсказки или доказательства в данных экспериментов по столкновению.
Это достижение, которое обязательно будет получено, и если его упустить, то, вероятно, никто не смирится.
Но никто не знает, на каком именно уровне энергии столкновения появится юкавское взаимодействие Хиггса с тяжёлыми кварками третьего поколения (верхним t-кварком и нижним b-кварком).
Если бы исследователь с выдающимися математическими способностями помог им проанализировать данные столкновений за этот год, то даже если бы не удалось найти подсказки в данных этого года, можно было бы исключить одну из вероятностей уровня энергии.
Или найти что-то ещё, например, определить область, в которой бозон Хиггса с наибольшей вероятностью распадается.
Это очень помогло бы при подаче заявки на экспериментальные данные в следующий раз.
По крайней мере, ЦЕРН учтёт их способности при рассмотрении этого анализа данных.
Ведь ЦЕРН - это не благотворительная организация, хотя их финансирование поступает от стран-участниц со всего мира, но получив финансирование, они всё равно должны что-то делать.
Команды, обладающие способностями или способные быстро добиться результатов, естественно, будут рассматриваться ЦЕРНом в первую очередь.
То, что Нанкинский университет смог получить право на анализ экспериментальных данных у других конкурентов, неотделимо от достижений китайских научных сотрудников в ЦЕРНе в последние годы.
В частности, открытие юкавского взаимодействия Хиггса с лёгкими лептонами третьего поколения (тау-лептоном t), а также открытие четырёхкварковых и пятикварковых частиц - эти достижения, в которых Китай принимал активное участие, дали им немало козырей.
В противном случае, в этой научной организации, где доминируют западные страны, Нанкинский университет не обязательно смог бы получить этот научный эксперимент.
Что касается Сюй Чуаня, то его целью присоединения к команде своего наставника Чэнь Чжэнпина было не поиск юкавского взаимодействия Хиггса с тяжёлыми кварками третьего поколения (верхним t-кварком и нижним b-кварком).
Что касается этого года исследований, то он уже заранее знал исход.
Это экспериментальное исследование, которое с большой вероятностью потерпит неудачу.
Потому что юкавское взаимодействие Хиггса с тяжёлыми кварками третьего поколения (верхним t-кварком и нижним b-кварком) было обнаружено в 2018 году.
То есть только через два года ЦЕРН впервые обнаружит юкавское взаимодействие Хиггса с тяжёлыми кварками третьего поколения.
Сюй Чуань хорошо помнил об этом, потому что в прошлой жизни, в 2018 году, он как раз начинал официально вступать в мир физики и уделял этому больше внимания.
Причина, по которой он сказал "с большой вероятностью", а не "стопроцентно", заключалась в том, что он не мог гарантировать, что в экспериментальных данных этого года точно нет никаких подсказок.
В конце концов, он не видел экспериментальных данных этого года, кто знает, может быть, в них и скрыты какие-то подсказки?
Но, честно говоря, Сюй Чуань не питал на этот счёт больших надежд.
С одной стороны, Нанкинский университет, Австралийский национальный университет и Технологический институт Джорджии уже практически дали ответ.
Три университета, как минимум более десяти исследователей анализировали одни и те же экспериментальные данные и не нашли никаких подсказок, Сюй Чуань не думал, что какие-то подсказки могли ускользнуть от этих исследователей.
Такая вероятность была довольно низкой, ведь это не поиск каких-то неизвестных частиц за пределами Стандартной модели, о которых люди ничего не знают.
Основываясь на опыте прошлогоднего открытия юкавского взаимодействия Хиггса с лёгкими кварками третьего поколения, если бы в данных этого эксперимента действительно появилось юкавское взаимодействие Хиггса с лёгкими кварками третьего поколения, то исследователи из трёх университетов вряд ли бы его пропустили.
Один университет мог бы пропустить, но чтобы три университета одновременно пропустили - это слишком маловероятно.
Кроме того, данные, полученные в каждом эксперименте по столкновению, в основном разные, даже если два эксперимента по столкновению имеют одинаковый уровень энергии, детали эксперимента и этапы эксперимента, полученные данные всё равно могут отличаться.
Поэтому нельзя с уверенностью сказать, есть ли в данных этого эксперимента по столкновению данные о юкавском взаимодействии Хиггса с лёгкими кварками третьего поколения.
Это похоже на открытие бозона Хиггса.
С марта 2010 года БАК начал интенсивный сбор и анализ данных, но только 4 июля 2012 года ЦЕРН объявил об открытии бозона Хиггса.
Это путешествие по поиску бозона Хиггса длилось целых два с лишним года, уровень энергии столкновения был исследован в диапазоне 100-180 ГэВ, и только в диапазоне 125-126 ГэВ было обнаружено превышение событий, и эта таинственная частица была найдена.
Исходя из этих двух пунктов, вероятность того, что данные этого эксперимента содержат данные и подсказки о юкавском взаимодействии Хиггса с тяжёлыми кварками третьего поколения, довольно низка.
Однако, хотя он и не надеялся найти подсказки в данных этого эксперимента, с помощью этих данных можно было бы провести анализ данных об уровне энергии юкавского взаимодействия Хиггса с тяжёлыми кварками третьего поколения.
Ведь в современном ЦЕРНе поиск новой частицы или явления основан на анализе экспериментальных данных столкновений различных частиц на БАКе при разных уровнях энергии.
Как и в случае с бозоном Хиггса, уровень энергии столкновения был исследован в диапазоне 100-180 ГэВ.
Если бы бозон Хиггса не был последним недостающим кусочком пазла Стандартной модели, то БАК, вероятно, не стал бы проводить для него двухлетние эксперименты по столкновению.
Потребляемая мощность БАК превышает 200 мегаватт, то есть потребление электроэнергии за час превышает 200 тысяч киловатт-часов. Если считать, что обычная семья потребляет 2000 киловатт-часов в год, то за один час работы БАК потребляет столько же электроэнергии, сколько сто обычных семей за год.
И это только электроэнергия, потребляемая во время работы коллайдера, не считая других вещей, таких как большие суперкомпьютеры для обработки данных, которые также являются очень энергоёмким оборудованием.
Кроме того, есть ещё расходы на заработную плату персонала, обслуживание оборудования и так далее.
Такое сжигание денег, если бы не ради поиска последней частицы в Стандартной модели, подтверждения происхождения массы, ЦЕРН, вероятно, не стал бы делать.
А использование математики для анализа данных столкновений юкавского взаимодействия Хиггса с тяжёлыми кварками третьего поколения, чтобы определить, на каком уровне энергии произойдёт явление взаимодействия, определить идеальный канал поиска распада бозона Хиггса на пару нижних кварков (h→bb), несомненно, имеет огромную ценность.
С материальной точки зрения, если бы действительно удалось сделать этот шаг, то можно было бы сэкономить как минимум десятки миллионов или даже сотни миллионов долларов на финансировании столкновений.
С точки зрения научно-исследовательского направления, это важный шаг вперёд в поиске новой физики. Этот анализ является важным шагом на долгом пути измерения свойств бозона Хиггса, помогая учёным понять ключ к происхождению массы.
Это также причина, по которой Сюй Чуань, решив свою проблему "загадки радиуса протона", зная, что в этом эксперименте, скорее всего, не удастся найти юкавское взаимодействие Хиггса с тяжёлыми кварками третьего поколения, всё же решил остаться в ЦЕРНе и присоединиться к команде своего наставника Чэнь Чжэнпина.
Это также причина, по которой он выбрал математику в качестве основного направления обучения в этой жизни.
В академическом мире, по крайней мере, в мире физики, нельзя обойтись без математики.
Хотя математические вычисления и математический анализ не могут напрямую показать вам частицы или явления столкновения, они могут анализировать данные столкновения, находить ключевые точки и, таким образом, экономить много времени и денег.
Сочетание первоклассных способностей в физике и первоклассных способностей в математике может дать толчок большему, чем можно себе представить.
Сюй Чуань сейчас это хорошо понимает, его способности в математике пока нельзя назвать по-настоящему первоклассными, но они уже помогли ему решить немало проблем.
Например, эксперимент Чэнь Чжэнпина с диселенидом вольфрама, предыдущий метод расчёта параметров небесных тел Сюй-Вейля-Берри, нынешняя загадка радиуса протона и так далее - всё это исходило из математики.
Это также заставило его поверить, что если в этой жизни он доведёт свои математические способности до совершенства, то он определённо сможет увидеть некоторые новые вещи, которые не мог видеть в прошлой жизни.
После присоединения к экспериментальной группе своего наставника Сюй Чуань днём вместе с Чэнь Чжэнпином анализировал данные, "изучал" знания в области теоретической физики, а вечером в отеле дорабатывал свою диссертацию, дни проходили довольно насыщенно.
Зная заранее результат, он не работал сверхурочно, чтобы завершить анализ экспериментальных данных.
До того, как Нанкинский университет представит этот отчёт, оставалось ещё больше месяца, и этого было достаточно, чтобы закончить.
Дни шли один за другим, и в мгновение ока наступила середина сентября.
В офисе ЦЕРНа в китайском секторе Сюй Чуань сидел за столом и смотрел на данные на столе.
За эти полмесяца он успел просмотреть все экспериментальные данные.
Хотя он очень надеялся найти в данных этого эксперимента подсказки о юкавском взаимодействии Хиггса с тяжёлыми кварками третьего поколения.
Но, к сожалению, в данных этого эксперимента их не было.
Если бы были подсказки о юкавском взаимодействии Хиггса с тяжёлыми кварками третьего поколения, Сюй Чуань был уверен, что с его нынешней чувствительностью к данным он определённо смог бы обнаружить некоторые аномалии.
Жаль, что за эти полмесяца он много раз просматривал экспериментальные данные, но не нашёл никаких ценных подсказок.
Это нормально.
Не каждый эксперимент по столкновению может что-то обнаружить, и не каждые данные столкновения имеют ценность.
В ЦЕРНе при каждом запуске БАК происходит около 10 миллиардов столкновений частиц в секунду, и каждое столкновение может предоставить около 100 МБ данных, поэтому ожидается, что годовой объём необработанных данных превысит 40 тысяч ЭБ.
Но, исходя из текущих технологий и бюджета, хранение 40 тысяч ЭБ данных невозможно, и, кроме того, из этих данных на самом деле имеет значение лишь небольшая часть.
Поэтому нет необходимости записывать все данные, а фактический объём записанных данных после анализа суперкомпьютером также снизился примерно до 1 ПБ в день.
Например, в 2015 году в последний раз было собрано только 160 ПБ реальных данных и 240 ПБ смоделированных данных, а подавляющее большинство других данных было отброшено.
А можно ли найти что-то в этой оставшейся части данных, во многом зависит от удачи.
То, что в данных этого эксперимента нет данных о юкавском взаимодействии Хиггса с тяжёлыми кварками третьего поколения, вполне нормально.
Ведь это реальность, а не интернет-роман или научно-фантастический фильм, не каждое усилие приносит отдачу.
Если бы каждый эксперимент по столкновению мог обнаружить новую частицу или новый результат, то в мире физики не было бы так много загадок.
Стандартная модель, несомненно, уже давно была бы дополнена, и даже тёмная материя, тёмная энергия и тому подобное были бы уже давно обнаружены.
Такое, как сейчас, когда потратили несколько месяцев, но не получили никаких полезных результатов, в ЦЕРНе является нормой.
Люди часто запоминают успешные примеры, но легко забывают, сколько неудач стоит за одним успехом.
Подобно тому, как открытие бозона Хиггса потрясло весь мир, все запомнили день 4 июля 2012 года, когда было объявлено об открытии бозона Хиггса.
Но кто знает, сколько экспериментов по столкновению, сколько раз анализировали данные ЦЕРН и другие лаборатории, исследовательские институты, прежде чем был обнаружен бозон Хиггса?
Тысячи раз? Десятки тысяч раз? Или ещё больше?
Это ответ, который никто не может сосчитать.
Неудача - мать успеха, эта фраза применима к миру физики высоких энергий.
Путем постоянных проб и ошибок на практике, чтобы найти правильный метод или результат, ЦЕРН именно так и работает, именно так находят частицы одну за другой, именно так совершенствуется Стандартная модель.