Иэн Сэмпл - В поисках частицы Бога, или Охота на бозон Хиггса

Энергия вакуума является основой, на которой строятся законы природы. Если бы она вдруг уменьшилась, законы физики мгновенно изменились бы. Не только мы бы погибли, но и все другие живые существа на Земле. Но Коулман обнаружил и кое-что еще более ужасное. Наш старый мир заменит новая, более стабильная версия, и в этом новом мире уже не будет места для жизни.

Содержание своей одиннадцатистраничной статьи 147 147 Sidney Coleman and Frank de Luccia. Gravitational effects on and of vacuum decay. Physical Review D. June. 1980. , опубликованной в 1980 году, Коулман кратко сформулировал в безусловно одном из самых поразительных абзацев, когда-либо появлявшихся в научной литературе: “Вероятность того, что мы живем в ложном вакууме, всегда была невеселой темой для размышления. Вакуумный распад явился бы завершающей экологической катастрофой; в новом вакууме возникли бы новые фундаментальные константы; после вакуумного распада не только жизнь в том виде, какой мы знаем, была бы невозможной, но также не существовала бы и знакомая нам химия. Однако ранее мы находили некое утешение в духе стоицизма; кто знает, вдруг в новом вакууме возникнут со временем если не жизнь, как мы ее представляем, то, по крайней мере, некоторые структуры, способные познать удовольствие. Однако в последнее время стало ясно — это абсолютно нереально”.

Через пару лет после публикации сногсшибательной статьи Коулмана Вильчек с коллегой Майклом Тернером попытались выяснить, находится ли наша Вселенная в самом низком энергетическом состоянии. В статье, появившейся в журнале “Nature”, они писали; “...есть небольшая вероятность того, что наш теперешний вакуум находится в метастабильном состоянии, и тем не менее Вселенная долгое время могла предпочесть именно такое подвешенное состояние. В этом случае пузырь “истинного” вакуума может зародиться где-то внутри Вселенной и без предупреждения двинуться наружу со скоростью света” 148 148 Michael S. Turner and Frank Wilczek. Is our vacuum metastable. Nature, Vol. 298. 12 August 1982. .

Так как ничто не распространяется быстрее, чем свет, мы не узнаем заранее, что нас ждет космическая катастрофа. “Вы ничего не заметите. Просто исчезнете, — говорит Вильчек. — Мы все превратимся в розовый туман”.

Пусть мы никогда не узнаем, что нас убьет, но трудно подавить в себе болезненный интерес к тому, как это может произойти, и не попытаться представить, что физически случилось бы с нами и со всем вокруг нас. Одна из возможностей заключается в том, что при появлении этого страшного “нового” вакуума сильное взаимодействие, связывающее частицы друг с другом внутри атомных ядер, вдруг станет более короткодействующим —как это случается с W- и Z-бозонами при включении поля Хиггса, и тогда атомы внутри всего сущего спонтанно распадутся на части. Просто рассыплются.

Несомненно, в этой ситуации требовалось хоть какое-то утешение, и оно появилось — в следующем году, в виде заметки Мартина Риса (который позже стал королевским астрономом Британии и президентом Королевского общества) и Пита Хата, физика из Института перспективных исследований в Принстоне. И опять пример космических лучей сослужил добрую службу, избавив человечество от эсхатологических страхов 149 149 Piet Hut and Martin Rees. How stable is our vacuum? Nature. Vol. 302. 7 April 1983. .

Хат и Рис, подчеркнув, что Вселенная отлично выживала с нынешним вакуумом почти 14 миллиардов лет, сделали вывод: для того чтобы произошел распад вакуума, люди должны сделать что-то более ужасное, чем то, что происходило во Вселенной за все время ее существования.

Самые энергичные столкновения частиц на Земле случаются, когда ионы космических лучей сталкиваются с ионами верхних слоев атмосферы. Авторы подсчитали, что в нашей атмосфере каждую секунду происходит около 100 миллионов столкновений с выделением большей энергии, чем в любом современном коллайдере.

Итак, говорили Хат и Рис, Вселенная не настолько хрупкая, чтобы ее можно было бы уничтожить земными коллайдерами частиц. По крайней мере, теперешними коллайдерами. Когда и если они станут в 100 раз мощнее, вопрос снова будет стоять в повестке дня, но пока мы в безопасности. “Мы можем быть абсолютно уверены, что ускорители частиц в обозримом будущем не будут представлять никакой угрозы для нашего вакуума”, — написали ученые в журнале “Nature”. Фраза вселяет оптимизм, хотя так и представляешь себе протестующих, которые лет через двадцать соберутся у ворот ЦЕРНа и будут размахивать плакатами с нацарапанными на них надписями типа: “Руки прочь от нашего вакуума!”

Но это будет не первым случаем подобных демонстраций. В середине 1990-х годов небольшая группа особо активных граждан сильно обеспокоилась тем, что ученые с помощью включенного после реконструкции коллайдера “Теватрон” “проделают дыру во Вселенной”, и, чтобы этого не случилось, стала пикетировать Фермилаб. Протест тот массовостью не отличался. Лидером демонстрантов был Пол Диксон — психолог из Гавайского университета. Он соорудил большой баннер из простыни и написал на нем, что Фермилаб — “инкубатор для следующей сверхновой”.

Эксперты по безопасности из Брукхейвенской лаборатории и ЦЕРНа и тут использовали аргумент космических лучей, который придумали Хат и Рис, чтобы обосновать неспособность коллайдеров инициировать вакуумный распад. Вопрос безопасности, безусловно, однажды встанет вновь — в будущем, когда будут построены более мощные коллайдеры 150 150 В книге “Наш последний век” Мартин Рис пишет: “Хат и я пришли к выводу о том, что пустое пространство не может быть настолько хрупким, чтобы разбиться на части от экспериментов, поставленных физиками на ускорителях. Если бы это было так, то Вселенная не просуществовала бы такое длительное время, и мы бы все здесь не находились. Тем не менее, если наши ускорители станут в сто раз мощнее (что практически невозможно пока из-за финансовых трудностей, но, вероятно, произойдет, если будут разработаны новые умные конструкции), эти проблемы опять возникнут, если за это время мы не научимся благодаря новым полученным знаниям делать более определенные и более обнадеживающие прогнозы на основании чистой теории. Одна из таких умных новых конструкций называется “поле плазменного следа" (лазерного кильватерного ускорения), когда частицы ускоряются до огромных энергий на очень малых расстояниях. Если технологию доведут до совершенства, можно будет строить ускорители размером в разы меньше сегодняшних гигантов. .

Отчет по безопасности Брукхейвенской лаборатории был опубликован в сентябре 1999 года. Отнюдь не предназначенный для широкой публики, он заложил фундамент будущих отношений ученых с общественностью. Его значение, по крайней мере для Марбургера, состояло в том, что он содержал единодушные — и в подавляющем большинстве оптимистичные — выводы четырех ученых, возможно лучших экспертов в мире. Основываясь на этих выводах, Марбургер заверил общественность, что ускоритель RHIC не представляет никакой угрозы для планеты.