Бозон Хиггса. От научной идеи до открытия «частицы Бога» - Джим Бэгготт

Глэшоу, Илиопулос и Майани ничего не знали о статье Вайнберга 1967 года, а Вайнберг ничего о ней не сказал. Позднее он признался, что чувствовал какой-то «психологический барьер» по отношению к своей давней работе, особенно в том, что касалось вопроса, поддается ли электрослабая теория перенормировке[72]. Кроме того, предложенный очарованный кварк не вызвал у него особой симпатии. Из идеи Глэшоу, Илиопулоса и Майани вытекала не только одна новая частица, часть большой семьи частиц, возможно, сомнительной актуальности, а совершенно невиданный набор «очарованных» барионов и мезонов. Если очарованный кварк существует, то восьмеричный путь – всего лишь подмножество гораздо более крупного множества со многими очарованными членами.

В это было трудно поверить, только чтобы объяснить отсутствие слабых нейтральных токов при распаде странных частиц. «Конечно, не все поверили, что существуют предсказанные очарованные адроны», – сказал Глэшоу[73].

Дальше нельзя было идти, пока кто-нибудь не показал бы, что электрослабая теория Вайнберга – Салама поддается перенормировке.

Голландский теоретик Мартинус Велтман изучал математику и физику в Утрехтском государственном университете и стал профессором университета в 1966 году. В 1968 году он начал работать над проблемами перенормировки теории полей Янга – Миллса.

Исследования по физике высоких энергий не пользовались в Нидерландах особой популярностью, отчего у занимающихся ею возникало некоторое чувство отчужденности. Но Велтману это подходило, поскольку в таком случае ему не нужно было отстаивать свой выбор немодной темы для исследования.

В начале 1969 года к нему назначили молодого студента Герарда ’т Хоофта, чтобы закончить магистерскую диссертацию. Велтман не стал поручать своему студенту работу над теориями Янга – Миллса, так как посчитал тему слишком рискованной и едва ли способствующей удачному трудоустройству в дальнейшем. Но после успешной защиты диссертации ’т Хоофту предложили остаться в университете, чтобы он смог получить докторскую степень. ’т Хоофт выразил желание и дальше работать с Велт маном.

Велтман по-прежнему считал, что теории Янга – Миллса таят множество опасностей. Ему удалось значительно продвинуться в вопросе перенормировки, но проблема никак не решалась. Однако ’т Хоофт был уверен, что это будет благодатной почвой для его докторской диссертации. Велтман сначала предлагал ему другую тему, но ’т Хоофт стоял на своем.

Казалось, они совсем не подходили друг другу. Велтман был здоровяк без сантиментов, гордый своими успехами, хотя и равнодушный к отсутствию интереса со стороны остальных коллег. ’т Хоофт был некрупного сложения, предпочитал держаться в тени, и за его скромностью скрывался необычно острый ум.

В своей книге 1997 года «В поисках фундаментальных частиц» ’т Хоофт, представляя Велтмана, рассказал один забавный случай. Однажды Велтман вошел в лифт, где уже было много народу. Когда нажали кнопку, раздался сигнал, что лифт перегружен. Все посмотрели на Велтмана, который был довольно крупным человеком и к тому же вошел последним. Кто-то другой на его месте, возможно, смущенно бы извинился и вышел, Велтман ни о чем таком и не подумал. Он знал принцип эквивалентности Эйнштейна, лежащий в основе общей теории относительности: если человек находится в свободном падении, он не испытывает собственного веса. Он понял, что надо делать.

«Когда я скажу «давай», жмите!» – воскликнул он[74].

И тогда он подпрыгнул и крикнул: «Давай!»

Кто-то нажал кнопку, лифт начал подниматься. Когда Велтман приземлился, лифт уже набрал достаточную скорость и не остановился. ’т Хоофт тоже находился в лифте.

Как-то осенью или зимой 1970/71 года Велтман с ’т Хоофтом шли по университетскому кампусу.

– Мне все равно, что и как, – заявил Велтман своему студенту, – но нам нужна хотя бы одна перенормируемая теория с массивными векторными бозонами, и похоже это на природу или нет, не важно, [это все] детали, которые потом доделает какой-нибудь фанатик. В любом случае все возможные модели уже опубликованы[75].

– Это я могу, – тихо сказал ’т Хоофт.

Прекрасно понимая, как трудна проблема и что другие физики – например, Ричард Фейнман – пытались ее решить и не смогли, Велтман очень удивился, услышав ’т Хоофта. Он чуть не врезался в дерево.

– Что-что? – переспросил он.

– Я могу это сделать, – повторил ’т Хоофт.

Велтман так долго бился над проблемой, что ему не верилось, будто у нее может быть такое простое решение, как представлялось ’т Хоофту. Понятно, почему Велтман отнесся к его словам с недоверием.

– Запиши, и посмотрим, – сказал он.

Но летом 1970 года на курсах в Каржезе, корсиканском городке, ’т Хоофт узнал о спонтанном нарушении симметрии. В конце 1970 года он в своей первой статье показал, что теории полей Янга – Миллса с безмассовыми частицами поддаются перенормировке. ’т Хоофт был уверен, что применение спонтанного нарушения симметрии позволит перенормировать и теории Янга – Миллса с массивными частицами.

И вскоре он действительно все записал.

Велтману не понравилось, что ’т Хоофт использовал механизм Хиггса. Его особенно заботило, что наличие фонового поля Хиггса, пронизывающего всю Веленную, обязательно должно проявляться через гравитационные эффекты[76].

Так они спорили и спорили. В конце концов ’т Хоофт решил показать научному руководителю результаты его теоретических выкладок, не говоря конкретно, откуда они взялись. Велтман и так это прекрасно понимал, но удовольствовался тем, что просто проверил истинность результатов ’т Хоофта.

За несколько лет до того Велтман разработал новый подход к сложным алгебраическим манипуляциям с помощью компьютерной программы, которую он назвал Schoonschip, что по-голландски означает «чистый корабль»[77]. Это была одна из первых компьютерных алгебраических программ, способных манипулировать математическими уравнениями в виде символов. Велтман поехал в Женеву, взяв с собой результаты ’т Хоофта, чтобы проверить их на компьютере в ЦЕРНе.