Шон Кэрролл - Частица на краю Вселенной. Как охота на бозон Хиггса ведет нас к границам нового мира

Большинство физиков немедленно преисполнились скепсиса по поводу работ команды Аутьеро. На сайте Cosmic Variance я написал: «Вы должны знать об этом две вещи:

1. Это чрезвычайно интересно, если результат правильный.

2. Он, скорее всего, не правильный». Даже сами члены коллаборации OPERA, казалось, сомневались в своих результатах и просили физическое сообщество помочь им понять, где здесь может скрываться ошибка. Конечно, даже самая признанная теория должна отступить перед безупречными экспериментальными результатами. Вопрос лишь в том, насколько они безупречны.

Полученный в эксперименте OPERA результат имел чрезвычайно высокую статистическую значимость. Расхождение между теорией и экспериментальными данными составляло больше 6σ – больше чем достаточно, чтобы объявить об открытии. Тем не менее нашлись скептики. И скептики оказались правы. В марте 2012 года был проведен повторный эксперимент, названный ICARUS, в котором попытались повторить результаты эксперимента OPERA, и он закончился совсем другим результатом, а именно подтверждением того, что скорость нейтрино не превышает скорости света.

Был ли это один из тех случаев, когда нам просто ужасно (не) повезло с аномальными выборками маловероятных событий, устроившими заговор с целью сбить нас с пути? Вовсе нет. Коллаборация OPERA в конце концов нашла источник ошибки в своем первоначальном эксперименте: им оказался плохой контакт кабеля, связывающего эталонные часы с приемником GPS. Неисправность кабеля привела к задержке отсчетов времени на детекторе, и этого оказалось более чем достаточно для объяснения найденной аномалии. Как только дефект был устранен, эффект исчез.

Основная мораль этой истории состоит в том, что нужные сигма – не панацея. Статистика может помочь решить, какова вероятность того, что ваши данные согласуются с нулевой гипотезой, но главное – чтобы они были надежными. Ученые говорят о «статистических ошибках» (из-за того, что нет достаточного количества данных или в измерениях присутствует неустранимая, но случайная неопределенность), а также о «систематических ошибках» (из-за какого-то неизвестного эффекта, который сдвигает данные равномерно в некотором направлении). Статистически значимый результат не всегда правильный. Физики, занятые поисками бозона Хиггса на БАКе, к этому уроку отнеслись очень серьезно.

И еще один спорный вопрос: были ли физики коллаборации OPERA правы, когда рассказали о своих результатах всем и даже созвали пресс-конференцию в ЦЕРНе по этому поводу? Уже когда они первый раз объявили результаты, аргументы в пользу широкого обсуждения и против огласки посыпались с разных сторон. С одной стороны, лидеры OPERA, прекрасно понимая, что их результат странный, решили, что лучше рассказать о нем научной общественности, чтобы другие ученые помогли понять, в чем ошибка. С другой стороны, многие люди считали, что из-за этой истории пострадал имидж науки. Однако в эпоху глобализации, когда новости распространяются очень быстро, интересные научные результаты, полученные большими коллективами людей, утаить просто невозможно.

Еще в 2009 году Томмазо Дориго – физик из коллаборации CMS, блогер A Quantum Diaries Survivor (на сайте science20.com ) – в своем докладе на Всемирной конференции научных журналистов сделал забавное предсказание. Он сказал, что мир впервые узнает об окончательном открытии бозона Хиггса из анонимного комментария в Интернете. Сейчас мы знаем, что он почти угадал, хотя и не совсем.

Последней открытой элементарной частицей Стандартной модели до бозона Хиггса был истинный кварк, обнаруженный в лаборатории Ферми на Теватроне в 1995 году. Это произошло примерно в то же время, когда впервые возникло такое понятие, как «блог». Напомним, что слово «интернет-журнал» было придумано в 1997 году. Тогда же, в 1995 году, не было таких понятий, как Facebook и Twitter, а MySpace – ресурс, давно уже считающийся устаревшим, появился только в 2003 году. Физики, работающие на Теватроне, могли посплетничать с другими физиками по поводу особо интересных событий, но вероятность того, что о важном открытии будет объявлено преждевременно, была мала.

С тех пор все изменилось. При нынешней легкости общения в Интернете любой желающий может распространять новости по всему миру, а мы помним, что обе коллаборации ATLAS и CMS включают в себя более 3000 членов каждая. Лидеры групп пытаются держать ситуацию под контролем, но, несмотря на это, вероятность, что кто-нибудь из сотрудников проболтается о крупном открытии, прямо скажем, велика.

Признаться, я являюсь восторженным поклонником блогов, хотя и стараюсь не распространять слухи, которые люди хотели бы удержать в секрете. Я начал вести свой блог еще в 2004 году на личном сайте под названием Preposterous Universe, а в 2005 году стал писать свои тексты в групповом блоге Cosmic Variance, который теперь можно читать на сайте журнала Discover. Самое замечательное в блогах – это то, что их можно использовать для любых целей по выбору автора, и множество людей в полной мере пользуется этой свободой. Только в пределах крошечного сегмента блогов, ведущихся учеными и научными писателями, вы встретите совершенно разные тексты – от неофициальных до строго научных и математических, от новостей до сатиры и внутренних сплетен. Наша цель ведения блога Cosmic Variance – поделиться интересными идеями и открытиями в области науки с широким кругом читателей, в то же время позволяя себе поразмышлять на темы, возбуждающие наше воображение. Некоторые из наших самых популярных постов были посвящены БАКу, а во время его запуска в 2008 году и семинара 2012 года группа блогеров даже вела блог в реальном времени.

Одним из моих коллег-блогеров является Джон Конвей – профессор физики в Университете Калифорнии в Дэвисе и по совместительству физик-экспериментатор, работающий на CMS. (Джоан Хьюэтт – тоже активный блогер). Самый первый блог Конвея назывался «Охота за шишками» – это был поучительный рассказ о физике элементарных частиц, о том, как полученные данные могут удивить нас и как трудно порой отличить открытие, которое перевернет мир, от обычной статистической флуктуации.

В частности, Конвей рассказал про свое участие в поисках бозона Хиггса в лаборатории Ферми (БАК тогда еще не был запущен). Тогда он анализировал данные по своему любимому каналу распада – тому, в котором рождается тау-лептон. Конвей с коллегами уже сделали слепой анализ данных эксперимента CDF на Теватроне, и наконец наступил момент, когда вот-вот откроют «окно» и обнаружат то, что там скрывается. И… действительно там что-то было! Небольшое, но очевидное увеличение вероятности рождения двух тау-лептонов – событие, которое могло быть объяснено распадом бозона Хиггса с массой 160 Гэв. Статистическая значимость этой выпуклости была всего 2,5σ, но и она заслуживала внимания. Большинство небольших выпуклостей со временем исчезает, но каждое настоящее открытие начинается с обнаружения небольшой шишки, так что у любого в такой ситуации, естественно, перехватило бы дыхание. Как вспоминал Конвей, у всех буквально «волосы встали дыбом на голове».