В поисках частицы Бога, или Охота на бозон Хиггса

Сэмпл Иэн

И в Эдинбурге Питер Хиггс решительно поддержал решение о закрытии коллайдера.

Со временем споры вокруг следов предполагаемой частицы Хиггса, найденной на LEP, потеряли свою остроту. После того как машину выключили, ученые внимательно проанализировали все доказательства, собранные на каждом детекторе. И оказалось, что только сигналы с “Алефа” выделялись на фоне других частиц, рожденных в коллайдере. Остальные претенденты исчезли после надлежащей проверки. Общая статистическая значимость упала до 1,7 ¹⁷⁷. Если бы это стало известно раньше, решение о закрытии LEP было бы менее драматичным. Последние данные, полученные с LEP, говорили о том, что бозон Хиггса должен весить больше чем 114,4 ГэВ. Наиболее вероятное значение массы, получающееся

из анализа сигналов от предполагаемых частиц Хиггса, — 115,6 ГэВ.

Через год после закрытия LEP уже несуществующий коллайдер снова попал на первые страницы газет в связи со статьей, которая заставила многих ученых недоуменно качать головой. Британский журнал “New Scientist” опубликовал статью, в которой утверждалось, что бозона Хиггса вообще не существует! ¹⁷⁸Тему тут же подхватил “Times”, опубликовавший статью, заголовок которой звучал следующим образом: “Частица Бога исчезает, и 6 млрд фунтов стерлингов испаряются вместе с ней”. Автор ее спрашивал общественность, какой смысл в новом крупном проекте ЦЕРНа, Большом адронном коллайдере, если его главная и самая известная цель — плод воображения ученых? Физики в ЦЕРНе пришли в ярость.

То, что произошло потом, напоминает испорченный телефон. В ЦЕРНе работала группа ученых, занимавшаяся электрослабыми взаимодействиями. Интересы этих физиков лежали в области объединения электромагнетизма и слабого взаимодействия. Теория объединения в большой степени основывается на механизме Хиггса. Ученые построили график вероятности обнаружить частицы Хиггса с различными массами, исходя из других физических измерений. График показал, что наиболее вероятная масса частицы Хиггса составляет 80 ГэВ.

История началась, когда Джон Суэйн, член этой церновской группы, рассказал репортеру “New Scientist”, что на LEP исключили более половины значений масс, которые, как они думали, могут иметь частицы Хиггса. Суэйна процитировали следующим образом: “Хиггса скорее нет, чем он есть”. Это была только интерпретация журналистов, Суэйн утверждает, что вообще не произносил такую фразу. Как он объяснил мне позже, говорил он следующее: “Охота на частицы Хиггса похожа на поиски потерянных ключей от дома. Ты переходишь из комнаты в комнату, и вот ты уже обошел более половины дома... В определенном настроении духа ты можешь решить, что ключей в доме вообще нет, а на самом деле твои предположения о том, где они лежат, были, скорее всего, просто неверны”.

Группа видных ученых из ЦЕРНа отправила возмущенное письмо редактору “New Scientist”. В письме они писали, что были удивлены, прочитав статью, поскольку “все наши данные говорят о существовании хиггсовского бозона, который остается одним из ключевых пунктов нашего понимания физики элементарных частиц”.

На Суэйна обрушился шквал писем и телефонных звонков. На него ополчились коллеги. Позвонили из Финансового агентства США, Национального научного фонда, чтобы выяснить, что происходит. “Множество людей пообщалось со мной, и все они были очень, очень злы”, — говорил Суэйн. Пытаясь минимизировать ущерб, Суэйн подготовил письмо в редакцию “Times”. Он пытался объяснить, что частица Хиггса может оказаться просто на тяжелом краю ожидаемых значений масс и, даже если бозон Хиггса не существует, существует другая частица, выполняющая ту же работу, и она обязательно будет найдена на Большом адронном коллайдере. Письмо не было опубликовано. “Я звонил, писал письма, посылал их по факсу, по электронной почте, всячески. Я написал множество опровержений, но их нигде не печатали”, — говорит он. В конце концов Суэйн сдался и разослал по электронной почте письма всем физикам, которых знал, где объяснял, что его неправильно поняли.

Эта история не повысила доверие ученых к средствам массовой информации, зато предоставила редкую возможность понять, что происходит в умах некоторых физиков, охотящихся на частицу Хиггса. Суэйн получал письма от исследователей, которые говорили, что бозон Хиггса должен существовать, поскольку они потратили на его поиск всю свою профессиональную жизнь. “Они воспринимали это как атаку на символ их веры. Очевидно, даже

большие ученые могут зайти в своей вере во что-то очень далеко, — признает Суэйн. — Вера бывает полезна, когда вы что-то ищете, но не забывайте — как бы вам ни нравилась та или иная идея, она может оказаться неправильной. Если бы мы точно знали, как обстоят дела на самом деле, нам не нужно было бы ничего делать”.

Глава 10

В погоне за ветром

Человек, полтора века назад назвавший Чикаго Городом ветров, видимо, был из тех, кто во всем замечает только недостатки. Чикаго — город удивительно красивый, с множеством старинных зданий, замечательных музеев и картинных галерей. А еще здесь какая-то потрясающая атмосфера. Ни один город в радиусе почти тысячи миль не может сравниться с Чикаго. Тем не менее прозвище его — предупреждение для каждого, кто приезжает сюда зимой. Тут действительно бывают такие ветра, что несколько шагов до кафе превращаются в борьбу за выживание — вас проморозит до мозга костей!

Ярмо — финский журналист — как будто готовился к подобным испытаниям. Я встретил его в холле гостиницы, где он сидел, одетый в толстое пальто, в котором не замерзнешь и в Арктике, а на голове его была теплая пушистая шапка, надвинутая на лоб. Все, что я знал о Ярмо, — это то, что он пишет о науке, и согласился подвезти его в Фермилаб, расположенный в сорока милях к западу от города, — Ярмо хотел посмотреть на коллайдер “Теватрон”.

Чтобы добраться до лаборатории Ферми от центра Чикаго, нужно сначала выехать к озеру Мичиган, а затем двинуться по скоростной трассе на запад. После примерно часа езды город исчезает в зеркалах заднего вида, и вы сворачиваете на подъездную дорогу, ведущую в кампус площадью 7000 акров — здесь и расположена лаборатория. Мы приехали туда с Ярмо в феврале 2009 года.

Дорога петляла среди голых зимних деревьев, огибала замерзшие озера и желтые поля, блестевшие под припорошившим их утром снегом. И вдруг мы оказались перед гигантской оранжево-коричневой скульптурой — она стояла, широко расставив ноги-спицы, над дорогой. Это 50-футовое творение, напоминающее исполина Талоса, который поджидает аргонавтов, — любимое детище первого директора лаборатории Роберта Уилсона. Скульптура имеет три ноги; изящно изгибаясь, они поднимаются вверх от земли, но встречаются друг с другом над дорогой на разной высоте. Замысел предполагает, что, как бы вы ни смотрели на скульптуру, с какой бы стороны ни подошли, она выглядит странной и асимметричной. Но стоит вам улечься под ней и посмотреть вверх, глазам вашим открывается настоящая красота ¹⁷⁹. Создатель этого шедевра словно хочет сказать: симметрия часто является скрытой. Если смотреть снизу, три спицы, выходящие из центра воображаемой окружности, делят ее на равные части. Уилсон назвал скульптуру “Нарушение симметрии” — по названию концепции, на которой основывается механизм Хиггса.

Центр активности в лаборатории Ферми — Уилсон-холл. Это здание похоже, если смотреть сбоку, на гигантскую подставку для тостов, а если спереди — на греческую букву без верхней крышечки или на две гигантских руки, сложенные в молитве. Уилсон-холл стоит в стороне от “Теватрона”, помещенного в четырехмильный туннель, прорытый на глубине 25 футов под землей.

“Теватрон” был построен для того, чтобы сталкивать протоны и антипротоны внутри двух детекторов: CDF (сокращенное обозначение для названия Collider Detector Fermilab) и DZero (названный по месту его расположения на кольце ускорителя). В конструкции коллайдера есть сильные и слабые стороны. К сильным относится возможность разгонять оба пучка до нужных скоростей с помощью одних и тех же блоков ускорителя, поскольку протоны и антипротоны обладают одинаковыми массами и равными, но противоположными по знаку зарядами. Электрическое поле, разгоняющее пучок протонов в одну сторону, будет разгонять пучок антипротонов в другую. С другой стороны, антипротоны сложно создать и собрать, а еще сложнее образовать из них хорошие пучки.