Стивен Вайнберг - Всё ещё неизвестная Вселенная. Мысли о физике, искусстве и кризисе науке

Некоторые из новых открытий, которые должны быть сделаны на БАК, мы ждем уже давно. Представленная в 1967–1968 гг. часть Стандартной модели, которая объединяет слабое и электромагнитное взаимодействия, основана на точной симметрии между этими взаимодействиями [112] Более подробно этот вопрос обсуждается в главах 11 и 12. . Переносящие слабое ядерное взаимодействие W- и Z-частицы и переносящие электромагнитное взаимодействие фотоны представлены в уравнениях теории в виде безмассовых частиц. Тем не менее хоть фотоны действительно не имеют массы, W- и Z-частицы на самом деле довольно тяжелые. Поэтому было сделано предположение, что эта симметрия между электромагнитным и слабым взаимодействиями нарушается, то есть, несмотря на строгую симметрию уравнений теории, она не проявляется в наблюдаемых частицах и взаимодействиях.

Первоначальная и все еще простейшая теория нарушения электрослабой симметрии, предложенная в 1967–1968 гг., вводит четыре новых поля, которые пронизывают Вселенную. Пучки энергии одного из этих полей должны проявляться в природе в виде массивной нестабильной электрически нейтральной частицы, которая получила название бозон Хиггса [113] В своей новой книге «Загадка бесконечности» (The Infinity Puzzle, Basic Books, 2011) Фрэнк Клоуз отмечает, что появление термина «бозон Хиггса» отчасти связано с допущенной мной ошибкой. В своей статье 1967 г. об объединении слабого и электромагнитного взаимодействий я процитировал работы Питера Хиггса и двух других групп теоретиков, которые разработали математический аппарат, описывающий нарушение симметрии в общих теориях с частицами, переносящими взаимодействие, хотя авторы работ не применяли этот аппарат к слабому и электромагнитному взаимодействиям. Типичным следствием теорий нарушения симметрии является возникновение новых частиц, своего рода мусора. Существование особой частицы такого общего типа было предсказано в моей работе 1967 г.; это именно тот самый бозон Хиггса, который сейчас ищут с помощью БАК. Теперь что касается моей ответственности за название «бозон Хиггса». Из-за ошибки в датах этих трех более ранних публикаций я решил, что самой первой была работа Хиггса, поэтому в своей статье 1967 г. я процитировал Хиггса первым и с тех пор всегда поступал именно так. Другие физики, очевидно, повторили за мной. Но, как отмечает Клоуз, самой первой из тех трех работ, что я цитировал, была работа Роберта Браута и Франсуа Энглера. В оправдание своей ошибки должен отметить, что Хиггс, Браут и Энглер работали независимо примерно в одно время, тогда же работала и третья группа ученых (Джеральд Гуральник, Ричард Хаген и Том Киббл). Но название «бозон Хиггса», кажется, прижилось. . Все свойства бозона Хиггса, за исключением его массы, были предсказаны теорией электрослабого взаимодействия 1967–1968 гг., однако и до недавнего времени эту частицу не удавалось обнаружить. Именно поэтому на БАК ищут бозон Хиггса — если он будет найден, это подтвердит простейшую версию теории электрослабого взаимодействия. В декабре 2011 г. две группы исследователей намекнули, что на БАК удалось получить бозон Хиггса, масса которого в 133 раза больше массы протона, и после этого признаки бозона Хиггса с такой массой были выявлены при анализе более старых данных, полученных в Фермилаб. К концу 2012 г. мы будем знать, был ли действительно обнаружен бозон Хиггса [114] Как указано в главе 13, открытие было подтверждено в 2012 г. .

Открытие бозона Хиггса будет приятным подтверждением существующей теории, однако оно не укажет нам направление, в котором следует двигаться для создания более полной теории. Как и в случае с Беватроном, мы можем надеяться, что самым захватывающим открытием, сделанном на БАК, будет нечто совершенно неожиданное. Как бы то ни было, сейчас сложно предполагать, как это может приблизить нас к окончательной теории, включающей и гравитацию. Так что в следующие 10 лет, вероятно, физики обратятся к своим правительствам за поддержкой независимо от того, зачем именно потребуются новые ускорители.

Скорее всего, это будет очень тяжелая торговля. Мой пессимизм отчасти связан с личным опытом привлечения финансирования для другого большого ускорителя в 1980-х и 1990-х гг.

В начале 1980-х гг. США начали проектировать Сверхпроводящий суперколлайдер (SSC), в котором протоны разгонялись бы до энергии в 20 ТэВ, что почти в три раза больше максимального значения, потенциально достижимого на БАК. После 10 лет работы проект был готов, выбрано место в Техасе, приобретена земля и начаты строительство туннеля и создание магнитов для управления движением протонов.

Позже, в 1992 г., палата представителей отменила финансирование SSC. На встрече совета Белого дома и сената финансирование восстановили, но на следующий год история повторилась, и на этот раз Белый дом не стал созывать собрание совета. Потратив почти $2 млрд и тысячи человеко-лет рабочего времени, проект SSC похоронили.

Одной из причин смерти SSC оказалась его репутация транжиры, на мой взгляд незаслуженная. В прессе даже появились абсурдные сообщения о расходах на комнатные растения для украшения коридоров административного корпуса. Стоимость проекта действительно возросла, но одной из причин было то, что год за годом конгресс выделял недостаточно средств для покрытия запланированных расходов. Из-за этого увеличивалось время реализации проекта, а значит, и его стоимость. Тем не менее SSC решал все технические проблемы и мог быть достроен примерно за те же деньги, которые были потрачены на БАК, причем достроен на десять лет раньше БАК.

Расходы на SSC стали мишенью для нового класса конгрессменов, пришедших после выборов 1992 г. Они страстно желали показать, что могут отрезать кусок от проекта, который им представлялся этаким техасским поросенком, и не понимали, как много стоит на кону. Холодная война закончилась, и никто не ждал, что исследования на SSC немедленно найдут какое-то практически важное применение. Ученые могли назвать некоторые побочные технологии, связанные с физикой высоких энергий, например синхротронное излучение [115] Это явление используется в технике для создания пучка поляризованных электронов. — Прим. пер. или World Wide Web. В продвижении изобретения большая наука — это в некотором смысле технологический аналог войны, только она никого не убивает. Однако невозможно заранее обещать, что большая наука породит конкретные побочные технологии.

Что действительно мотивирует ученых, работающих в области физики элементарных частиц, так это осознание упорядоченности мира: они верят, что этот мир подчиняется простым универсальным принципам, которые мы способны постичь. Но не все понимают важность этого. В период споров вокруг SSC я принял участие в радиопередаче Ларри Кинга вместе с конгрессменом, который был против строительства ускорителя. Он говорил, что не против финансирования науки, но нужно расставить приоритеты. Я объяснял, что SSC может помочь нам в познании законов природы, и спросил, заслуживает ли эта цель того, чтобы считаться приоритетной задачей. Я помню ответ конгрессмена дословно. Ответ был: «Нет».