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

Если не считать скупого конгрессмена – оппонента Вайнберга, – большинство людей готовы признать, что изучение законов природы – стоящий проект. Однако возникает разумный вопрос: сколько именно по-вашему он стоит? И в этом смысле судьба Сверхпроводящего суперколлайдера довлеет над всеми, кто думает о будущем физики элементарных частиц. Мы живем в эпоху, когда деньги жестко диктуют, какие проекты жизнеспособны, а какие – нет, и дорогие проекты должны оправдывать себя. БАК является потрясающим достижением, и мы надеемся, что он будет активно функционировать еще в течение многих лет, но в какой-то момент все, чему он может научить нас, мы узнаем. И что тогда?

Проблема в том, что хотя подавляющее большинство достойных научных проектов намного дешевле, чем ускоритель частиц высоких энергий, есть определенные вопросы, которые не решаются без такой машины. БАК стоит примерно 9 миллиардов долларов, и он уже подарил нам бозон Хиггса, а в будущем, надеюсь, даст гораздо больше. Не нужно думать, что если бы на этот проект дали всего лишь 4,5 миллиардов долларов, мы бы обнаружили половину бозона Хиггса или нам бы потребовалось в два раза больше времени, чтобы найти его. Мы просто ничего бы не нашли. Создание новых частиц требует высоких энергий и светимостей, а для этого нужно большое количества высококлассного оборудования и опыта, а все это стоит денег. И сегодня существует вполне реальная угроза того, что прекрасный БАК станет последним ускорителем высоких энергий, построенным при нашей жизни.

Если деньги найдутся, недостатка в соображениях по поводу возможных следующих шагов нет. Энергию самого БАКа можно повысить до больших значений, но это уже будет некоторым паллиативом. Основное внимание направлено на создание нового линейного коллайдера (прямолинейного, а не кольцевого), который бы сталкивал электроны и позитроны. Одно из предложений уже окрестили Международным линейным коллайдером (ILC), его длина должна превышать 32 км, а рабочие энергии – либо 500 ГэВ, либо 1 ТэВ.

Поскольку запланированные значения энергии меньше, чем на БАКе, может показаться, что строительство ILC – шаг назад, но принцип работы электрон-позитронных коллайдеров отличается от принципа действия адронных коллайдеров. Вместо того чтобы разгонять частицы до максимально больших энергий, сталкивать их и смотреть на то, что получится, электрон-позитронные коллайдеры настраиваются именно на ту энергию, которая необходима для получения определенной новой частицы, то есть они идеально подходят для прецизионных измерений. Теперь, когда мы знаем, что масса бозона Хиггса равна 125 ГэВ, весьма заманчиво его исследовать на линейном коллайдере.

Смета расходов на строительство ILC варьировалась от 7 миллиардов до 25 миллиардов долларов, а среди возможных мест его дислокации называлась Европа, США и Япония. Ясно, что проект потребует теснейшего международного сотрудничества, политической хитрости и новейших разработок в области экспериментальной физики. Альтернативный проект – Компактный линейный коллайдер (CLIC) – разработан в ЦЕРНе. Он должен быть короче, но работать при более высоких энергиях из-за применения инновационных (и, следовательно, более рискованных) технологий. В 2012 году два конкурирующих проекта были объединены в один. Возглавлять совместный проект будет Лин Эванс, который после ухода с поста руководителя команды БАКа так и не сумел научиться получать удовольствие от пребывания на пенсии. Задачей Эванса будет принятие решение о наиболее перспективной технологии, а также модерирование конкурирующих интересов различных стран, соревнующихся за право построить у себя новый коллайдер (но не рвущихся платить за это).

Когда вы разговариваете с кем-либо из тех, кто был связан с БАКом, почти всегда одной из первых поднимается тема вдохновляющей роли международного сотрудничества, сложившегося на коллайдере. Ученые и техники разных национальностей, возрастов и профессий собрались вместе, чтобы построить нечто грандиозное. Будущее физики элементарных частиц представляется радужным при условии, что наше богатеющее общество сможет мобилизовать силы и вложить значительные ресурсы в новые научные объекты. А какова будет величина этих инвестиций – решать всему человечеству.

Интервьюируя своих коллег-физиков в ходе работы над книгой, я был поражен: оказалось, что многие из них, прежде чем окончательно посвятить себя науке, увлекались искусством. Фабиола Джанотти, Джо Инкандела и Сау Лан Ву, – все в молодости изучали изобразительное искусство или музыку. Дэвид Каплан был не последним человеком в киноиндустрии.

И это не случайно. Наше стремление понять, как работает природа, часто дает практические результаты, но не это соображние решающее в привлечении людей к науке. Страсть к науке не носит утилитарного характера, она вырастает из эстетического чувства. Мы открываем для себя что-то новое о мире, и это позволяет нам лучше оценить его красоту. На первый взгляд слабые взаимодействия – сплошной хаос: бозоны – переносчики взаимодействий – имеют разные массы и заряды, и для различных частиц силы взаимодействий разные. Но если копнуть глубже, обнаруживается элегантный механизм: нарушенная симметрия, скрытая от наших глаз полем, пронизывающим все пространство. Это можно сравнить с удовольствием от чтения стихов на языке оригинала после того, как долго довольствовался посредственным их переводом.

Я недавно помогал делать телешоу, в котором авторы пытались объяснить, что такое бозон Хиггса. Когда вы делаете что-то для телевидения, слов всегда недостаточно, нужны убедительные образы. Если вы пытаетесь объяснить что-то про субатомные объекты, единственный способ найти такие запоминающиеся образы – придумать хорошую аналогию. Итак, вот что я придумал: представьте себе маленьких роботов, которые носятся по дну вакуумной камеры. На каждый робот нацеплен парус, но размер парусов у них самый разный – от достаточно большого до совсем маленького. Сначала мы снимаем роботов в откаченной камере, и тогда все они движутся с одинаковой скоростью: если нет воздуха, паруса совершенно бесполезны. А потом мы впускаем в камеру воздух. Теперь роботы с крошечными парусами двигаются быстро, а те, у которых большие паруса, тормозятся и кажутся более вялыми. Надеюсь, аналогия понятна. Роботы представляют собой частицы, а паруса – сила их взаимодействия с полем Хиггса, аналогом которого здесь является воздух. В вакууме, когда нет воздуха, роботы все симметричны и движутся с одинаковой скоростью. Заполнение камеры воздухом нарушает симметрию, как и поле Хиггса. Можно даже продолжить аналогию и сказать, что звуковые волны в воздухе – аналог бозонов Хиггса.