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

Перед тем как LHC был построен, физики подозревали, что частица Хиггса, если она все-таки существует, скрывается на нижнем крае оставшегося диапазона масс. Они знали также, что эта область— самая трудная для поисков, потому что в этом же диапазоне лежат массы еще множества субатомных частиц, и в трековых дебрях разобраться очень нелегко. Все, что ученые могут сделать, — это сталкивать как можно больше частиц и надеяться, что со временем неуловимая частица проявится на фоне других осколков.

По словам генерального директора ЦЕРНа Рольфа Дитера Хойера, ученые, работающие на коллайдере, скорее всего, до конца 2012 года либо найдут бозон Хиггса по версии Стандартной модели, либо докажут, что он не существует. Отключение, запланированное на конец 2012 года, будет длиться от 12 до 18 месяцев. За это время инженеры проведут необходимые ремонтные работы и в начале 2014 года запустят машину на полную мощность. Тогда движущиеся в противоположных направлениях протонные пучки впервые достигнут суммарной энергии 14 TeV .

В конце августа 2011 года Фабиола Джанотти, глава команды “Атласа”, сказала мне, что физикам нужно набраться терпения и сосредоточиться на поисках бозона Хиггса. “Он так близко, — сказала она. — Мне кажется, я могу прикоснуться к нему рукой”.

30 сентября 2011 года в лаборатории Ферми было объявление о закрытии ускорителя “Теватрон” — Министерство энергетики США отказалось финансировать продление программы коллайдера. Лаборатория устроила банкет, длившийся весь день, чтобы отпраздновать заслуги “Теватрона”. Старая рабочая лошадка была отправлена на свалку истории нажатием большой красной кнопки, перекрывшей пучки коллайдера и устремившей все оставшиеся частицы на толстой металлический блок. Среди участников того праздника был и 89-летний Леон Ледерман, бывший директор лаборатории Ферми, в глазах которого все еще вспыхивали озорные огоньки, и Лин Эванс, бывший руководитель проекта LHC , который, уйдя на пенсию в 2010 году, большую часть времени проводит на поле для гольфа.

Хотя LHC и обошел “Теватрон”, американский коллайдер до конца продолжал охотиться на бозон Хиггса. Он исключил изрядный диапазон масс бозона, но, как и LHC , оставил участок малых масс неисследованным. Его последнее слово по поводу бозона Хиггса прозвучит в начале 2012 года, когда команды детекторов CDF и DZero объединят все свои данные в последнем отчете.

После демонтажа “Теватрона” у Фермилаба начнется новая жизнь. Вместо того чтобы конкурировать с LHC в области высоких энергий, лаборатория направит свои усилия на производство самых интенсивных пучков протонов в мире, что позволит получить тончайший инструмент для изучения редких субатомных процессов и взаимодействий с участием таинственных частиц нейтрино.

Долгие годы человечество ждало новостей об открытии бозона Хиггса. Особенно долгим ожидание было для тех, кто первым, еще в 1964 году, выдвинул теорию происхождения массы частиц. Члены “Великолепной шестерки” никогда не встречалась вместе и, к сожалению, никогда уже не встретятся. В мае 2011 года после продолжительной болезни умер Роберт Браут. Браут, физик из Свободного университета Брюсселя, со своим коллегой Франсуа Энглером первыми опубликовали работу на эту тему. Остальные — Джеральд Гуральник, Дик Хаген, Том Киббл и сам Питер Хиггс — продолжают наблюдать за развитием событий со стороны.

Конечный результат все еще неясен. Бозон Хиггса может быть простым и существовать в единственном числе, как учит Стандартная модель, или он может оказаться еще более экзотичным зверем. До сих пор полученные результаты не исключают существования суперсимметричных частиц Хиггса. И конечно, есть шанс, что бозон Хиггса вообще не существует в природе — ни в каком виде.

Вместо того чтобы привести физиков в отчаяние, перспективы существования не одного, а нескольких частиц Хиггса, равно как и отсутствия бозонов Хиггса в природе, заставляют их головы кружиться от волнения. Любой из этих результатов позволит понять, что нарушает симметрию между электромагнитным и слабым взаимодействием и делает ранее безмассовые частицы массивными.

При всей неопределенности ситуации есть одна вещь, в которой мы можем быть уверены. Если бозон Хиггса наконец будет пойман или если найдется достаточно доказательств его несуществования, нам не придется ждать пресс-конференции или подходящей научной конференции, на которых ученые объявят об этой новости, — она сразу же взорвет всю блогосферу и средства массовой информации. Возможно, это к лучшему. Ожидание явно затянулось 198 198 13 декабря 2011 года в ЦЕРНе состоялось заседание групп детекторов “Атлас” и CMS, на котором сделали доклады представители групп — Фабиола Джанотти и Гвидо Тонелли соответственно. Они подвели итоги первого периода работы коллайдера при пониженных энергиях. Фабиола Джанотти рассказала о двух достижениях своей группы — исключении с 95-процентной вероятностью масс для бозона Хиггса за пределами интервала от 115,5 до 121 ГэВ и получении свидетельств рождения бозона Хиггса с массой 126 ГэВ при статистической значимости 2.3 сигма. Гвидо Тонелли заявил об исключении интервала масс для бозона Хиггса 127-600 ГэВ. Ученые ЦЕРНа выразили надежду на то, что уже в 2012 году после включения обновленного коллайдера с увеличенной светимостью будет набрана достаточная статистика для заявления о настоящем открытии бозона Хиггса. .

Aleph collaboration, ‘The Aleph experience’, Cern report, January 2006.

Ananthaswamy A., ‘Glimpses of the God particle’, New Scientist, March 2007.

Araf’eva I., and Volovich, I., ‘Time machine at the LHC’, arXiv, October 2007.

Arnaudon L., et al., ‘Effects of terrestrial tides on the LEP beam energy’, Cern report, March 1994.

Bajko М., et al., ‘Report of the task force on the incident of 19 September 2008 at the LHC’, Cern project report 1168,2008.

Berton J., ‘Catching rays with radiation man’, East Bay Express, August 2003.

Brooks М., ‘Does time travel start here?’ New Scientist, February 2008.

Calogero F., ‘Might a laboratory experiment destroy planet Earth’, Interdisciplinary Science Reviews, 2000.

Cashmore R., and Sutton C., ‘The origin of mass’. New Scientist, April 1992.

Cline D., Weak Neutral Currents: The Discovery of the Electro-weak Force, Westview Press. 1997.

Close F., Antimatter, Oxford University Press, 2009.

Crease R., ‘Case of the deadly strangelets’, Physics World, 2000.

Cropper. William H., Great Physicists: The Life and Times of Leading Physicists from Galileo to Hawking. Oxford University Press, 2001.

Ellis J., et al., ‘A phenomenological profile of the Higgs boson’. Nuclear Physics B. 1976.

Ellis J., et al., ‘Review of the safety of LHC collisions’, Journal of Physics G, 2008.

Englert F., and Brout R., ‘Broken symmetry and the mass of gauge vector bosons’, Physical Review Letters, August 1964.

Fancey N., ‘Interview with Peter Higgs’, Physics Education, January 1998.

Farmelo Graham, The Strangest Man: The Hidden Life of Paul Dirac, Quantum Genius, Faber and Faber, 2009.

Giudice Gian Francesco, A Zeptospace Odyssey: A Journey into the Physics of the LHC, Oxford University Press, 2010.

Glashow S., ‘Towards a unified theory: Threads in a tapestry’, Nobel lecture, December 1979.

Glashow S., and Wilson, R., ‘Nuclear physics: Taking serious risks seriously’, Nature, December 1999.

Gould S.J., ‘Ice-nine, Russian style’. New York Times, August 1981.