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

Существует большая разница между “кандидатом на открытие” и настоящим открытием. По состоянию на начало 2010 года правительство США планировало прекратить работу коллайдера “Теватрон” в конце 2011 года, примерно тогда же, когда LHC закроют на переделку 190 190 John Conway. Endgame for the Tevatron. Блог “Cosmic Variance”, 21 September 2009. . Большинство физиков считает, что им отпущено слишком мало времени, чтобы устранить сомнения в обнаружении частицы Хиггса. Лучшее, на что ученые с “Теватрона”, по их словам, могли надеяться, — это увидеть намек на рождение частицы Хиггса, похожий на то, что увидели в ЦЕРНе за несколько месяцев до окончательного закрытия коллайдера LEP в 2000 году и что едва не привело в состояние помешательства всю команду ЦЕРНа. “Физики Фермилаба предпринимают невероятные усилия, чтобы сделать это чертово открытие — гораздо большие, чем кто-либо может себе представить. Но они не волшебники, а потому просто не наберут достаточно столкновений за это время, — говорит Эллис. — Даже если им очень повезет, они смогут лишь претендовать на получение некоторых свидетельств, но — не на открытие”.

Однако этот прогноз, возможно, был преждевременным. В сентябре 2010 года директор Фермилаба — Пьер Оддон — во всеуслышание заявил о намерении продлить работу “Теватрона” до 2014 года. Принятия окончательного решения ожидали в начале 2011 года 191 191 Из-за сложностей с финансированием “Теватрон” все-таки закрыли в конце сентября 2011 года. .

В нескольких минутах ходьбы от офиса Эллиса находится здание номер 40 — де-факто штаб-квартира команды “Атласа”, детектора БАКа, одной из крупнейших научных групп во всей истории науки — в ней работает более 3000 физиков (большая часть при этом не выезжает из своих университетов). Глава группы — итальянка Фабиола Джанотти, приехавшая работать в ЦЕРН в 1987 году. СМИ иногда поднимают страшный шум по поводу того, что женщине доверено возглавлять такой большой коллектив ученых. Вообще говоря, реклама— вещь полезная, но в рекламе такого рода проскальзывают отвратительные сексистские нотки. ЦЕРН — поистине уникальное место, здесь представлены самые разные народы, культуры. Не имеет никакого значения, откуда вы сюда приехали, а также ваш возраст или ваш пол. Важно лишь то, насколько хорошо вы разбираетесь в своей области, страсть, с которой вы отдаетесь науке, и умение ладить с окружающими людьми.

Группа “Атлас” и команда, работающая на соседнем детекторе, называемом CMS , находятся в первых рядах охотников за частицами Хиггса на LHC . Обе группы ученых планировали с самого начала делиться своими данными, чтобы максимально увеличить шансы на открытие. “Частицу Хиггса долго искали, — говорит Джанотти.— Я воспринимаю это как продолжение долгого приключения. В какой-то момент с помощью нашей машины мы скажем решающее слово”.

Существует одна интересная возможность — после столь долгого соревнования, имея в виду предстоящее длительное отключение LHC в конце 2011 года, ученые могут объединить данные, полученные на европейском коллайдере, с теми, что добыты в Фермилабе на “Теватроне”. Если на обеих машинах к тому времени найдут свидетельства существования бозона Хиггса, они вместе могут оказаться достаточными для объявления об открытии. Тогда европейский и американский ускорители закончат охоту на частицы Хиггса и пересекут финишную черту одновременно.

Однако в науке существуют гораздо более важные вещи, чем победа в гонке за открытием, и отчего у физиков действительно захватывает дух, так это от новостей о природе частиц Хиггса. Большинство физиков, с которыми я говорил, очень надеются, что, когда (и если) бозон Хиггса будет найден, он окажется таким, каким его видит теория суперсимметрии, предсказывающая существование тяжелых и невидимых партнеров у всех известных нам частиц. Суперсимметричная частица Хиггса может открыть ученым дверь в новую физическую реальность и приблизить их на один большой шаг к единой теории, описывающей все частицы и силы природы.

Простейшая возможность (а этого достаточно, чтобы в представлениях некоторых физиков сделать ее самой вероятной) состоит в том, что ученые обнаружат одну незаряженную частицу Хиггса, которая плотно уляжется в Стандартную модель как последний кусочек пазла. Это помогло бы разгадать тайну происхождения массы и развязать последний узел, оставшийся в Стандартной модели. Но тогда физики окажутся в очень затруднительном положении, поскольку им известно, что Стандартная модель не описывает всего многообразия явлений, происходящих во Вселенной. Например, она ничего не говорит о темной материи или гравитации, а ученые отчаянно хотят, чтобы бозон Хиггса указал путь к пониманию этих и других тайн природы.

В одном из наших разговоров со Стивеном Вайнбергом (когда я приезжал к нему в Университет Остина, штат Техас) он посетовал, что физика элементарных частиц оказалась в ненормальной ситуации: теоретические идеи ушли намного вперед в объяснении того, что экспериментаторы лишь надеются увидеть в своих экспериментах в будущем, и в этом нет ничьей вины. Бозон Хиггса может подсказать выход из тупика, но — не обязательно. “Открытие единственной нейтральной частицы Хиггса не выведет нас из депрессии, а наоборот, еще более усилит наше подавленное состояние, — сказал он. — Мы обнаружим только то, что ожидали увидеть, и не получим ключа к пониманию нового. Для нас было бы лучше, если бы существовало несколько видов частиц Хиггса или их не было вовсе”.

Перспектива остаться с пустыми руками по окончании охоты на бозон Хиггса очень реальна, по крайней мере, так думают некоторые ученые. В декабре 2009 года, всего через несколько дней после того, как на LHC увидели первые пробные столкновения, Тини Вельтман, который разделил в 1970-х годах Нобелевскую премию с Герардом т’ Хоофтом за работы, связанные с механизмом Хиггса, выступил на семинаре в ЦЕРНе. Вельтман высказал предположение, что частицы Хиггса просто могут не существовать и что все частицы обретают массу другим способом 192 192 См. материалы симпозиума ЦЕРНа: “From the Proton Synchroton to the Large Hadron Collider — 50 Years of Nobel Memories in High-Energy Physics”, 3-4 December 2009. Вельтман прочитал лекцию “LHC и бозон Хиггса” на второй день работы симпозиума. Видео и слайды доступны на сайте ЦЕРНа. . Если они, эти неуловимые бозоны, все-таки существуют, то вполне могут быть невидимыми. Это означает, что, едва родившись, они сразу распадаются на такие частицы, которые в современных детекторах увидеть нельзя. Вельтман закончил доклад словами: “Если уже в ближайшем будущем бозон Хиггса найден не будет, то он либо не существует, либо невидим. Сейчас мне кажется более вероятной перспектива, которую можно сформулировать кратко так: “Хиггса не существует”.