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

Вельтман не единственный, кто сомневается в существовании частицы Хиггса в том виде, в котором большинство ученых склонны ее представлять. В 2009 году два физика, Дэвид Станкато и Джон Тернинг из Калифорнийского университета в Дэвисе, заявили, что бозон Хиггса может быть вовсе не частицей, а тем, что они назвали “нечастица” или “Нехиггс” 193 193 David Stancato and John Terning. The Unhiggs. Journal of High Energy Physics, Number n. 2009. P. 101. .

Эти нечастицы последнее время вызывают огромный интерес. У них много общего с обычными частицами, но и ряд особенностей. Нормальные частицы имеют четко определенные массы, а масса нечастиц размыта и неопределенна. Этот факт сам по себе ставит успех охоты на “Нехиггса” под вопрос. Еще хуже то, считают Станкато и Тернинг, что, если “Нехиггс” родится внутри LHC , его почти невозможно будет обнаружить с помощью детекторов.

Вернувшись в свой кабинет, Джон Эллис объясняет, на какие важнейшие вопросы придется ответить физикам, когда они найдут частицы Хиггса. Так, ученые пока не знают, частицы Хиггса — элементарные или состоят из более мелких частиц. Если они состоят из других частиц, то те могут быть уже известными или совершенно новыми частицами. Скорее всего, поиск ответов займет у физиков многие годы.

Перед моим приездом ночью на Женеву выпал снег, и поля вокруг ЦЕРНа припорошило белой пудрой. Сцена была подготовлена для любимой Эллисом аллегории поля Хиггса. “Представьте себе бесконечное снежное поле, которое заполняет всю Вселенную, — говорит он. — Некоторые частицы могут бежать по снегу, будто на лыжах. Это фотоны — безмассовые частицы, которые не обращают внимания на поле Хиггса и мчатся по нему со скоростью света. Другие частицы, например электрон, ведут себя так, словно у них на ногах снегоступы. Они слегка проваливаются в снег, их движение замедляется, и таким образом они приобретают небольшую массу. Но в природе есть частицы, к примеру истинные ( top ) кварки, которые вообще не обуты. Они проваливаются глубоко в снег и в процессе движения становятся сверхтяжелыми. Поиск бозона Хиггса эквивалентен сбору снежинок с этого космического снежного поля и изучению их под микроскопом”.

Возможно, самое интригующее тут — это почему некоторые частицы увязают в поле Хиггса больше других. Тут — суть вопроса о массе. Наиболее тяжелый из кварков — истинный кварк — примерно в 400 000 раз тяжелее электрона. Поле Хиггса дает кваркам и электронам возможность обрести массу, но ничего не говорит о том, почему они получают именно такие массы. Почему некоторые частицы существенно массивее, чем другие? “К сожалению, — говорит Эллис, — у нас нет теории, объясняющей, почему некоторые частицы носят снегоступы, а другие ходят по снегу босиком”.

Покойный британский писатель Рональд У. Кларк в известной биографии “Эйнштейн: Жизнь и Времена”, опубликованной в 1972 году, рассказывает историю о необычном тосте, произнесенном некогда в Кавендишской лаборатории Кембриджского университета. Заведующим лабораторией в то время был Дж. Дж. Томсон, получивший Нобелевскую премию за открытие электрона в 1897 году. Тост произнес один из сотрудников Томсона, выдающийся физик Эдвард Андраде. Он поднял бокал “за бесполезный электрон”, добавив: “который еще долго будет оставаться таковым!”.

Никто тогда не знал, что электрон готовится преобразить мир. Когда Томсон рассказывал про вновь открытые частицы, народ слушал его в недоумении. Все думали, что почтенный ученый дурит им голову: идея частиц размером меньше атома казалась абсурдом! Даже те, кто верил Томсону, с трудом тогда представляли, какую пользу на самом деле можно извлечь из его открытия.

Такие истории происходят в науке очень часто. В конце XIX века Джеймс Клерк Максвелл объединил электричество и магнетизм и показал, что свет — это электромагнитные волны. Сегодняшний мир невозможен без технологий, в которых используются максвелловские открытия. Научившись манипулировать электромагнитными волнами, мы получили мобильные телефоны, беспроводной Интернет, электронные ключи от машины, больничные компьютерные томографы и спутниковое телевидение. И опять, как и в случае с электроном, никто из современников Максвелла не мог вообразить эти технологии. Недаром однажды гениальный Нильс Бор заметил: “Делать прогнозы трудно, особенно на будущее” 194 194 Эту фразу и ее вариации обычно приписывают как Нильсу Бору, так и Йоги Берра. Версию Бора можно увидеть среди прочих в кн.: John Barrow. Assays on Science, Art and Philosophy. Oxford University Press, 2000. .

Некоторые физики полагают, что подобно тому, как мы научились использовать электромагнитное поле, мы в конце концов научимся манипулировать и полем Хиггса, хотя сегодня трудно придумать какое-либо конкретное приложение, не нагородив глупостей, о чем и предупреждал нас мудрый Бор. Понятно, что изменение массы элементарных частиц не решит проблему ожирения. Не уменьшит оно и количество пробок в Лондоне, Токио и Мехико, даже если инженеры научатся создавать транспортные средства, парящие над землей. Правда, один ученый сказал мне, лишь отчасти в шутку, что военные могли бы попытаться сделать то, что может быть названо в буквальном смысле “оружием массового уничтожения” 195 195 Более подробная информация — на веб-семинаре по физике Кима Триста в Калифорнийском университете в Дэвисе. Семинар проходит под общим названием “Атом под рентгеновскими лучами: Тайна пустого пространства: бозоны Хиггса, энергия вакуума и дополнительные измерения”, и его материалы можно найти на сайте UCSD TV. . Выключите поле Хиггса, и все объекты в окрестности исчезнут, оставив после себя лишь вспышку света, — элементарные частицы, из которых они состоят, потеряют массы и унесутся вдаль со скоростью света. Конечно, это все из области фантазии. Наверное, теоретически можно менять напряженность поля Хиггса, но для этого потребовалось бы огромное, нереальное количество энергии 196 196 Gian Francesco Giudice. A Zeptospace Odyssey. Oxford University Press, 2010. Автор книги заявляет: “Это может быть сделано только путем нагревания Вселенной до температуры выше 10 15 градусов, что в сто тысяч миллионов раз больше, чем температура в центре Солнца. Очень маловероятно, что столь высокие температуры будут когда-либо достигнуты, даже если сбудутся самые пессимистичные прогнозы на глобальное потепление”. . Любой человек, склонный к массовому уничтожению, попытается уничтожить Землю, используя более традиционные способы.

Но есть некое, весьма перспективное применение частицам Хиггса, быстро становящееся одним из самых захватывающих направлений физики. С начала нашего столетия все больше ученых приходят к выводу, что частицы Хиггса могут стать краеугольным камнем следующей крупной революции в науке. Когда происходят сдвиги в человеческом мышлении и восприятии реальности, революцию не остановить.