В поисках частицы Бога - Иэн Сэмпл

В феврале 2010 года БАК должен был заработать и сделать первый серьезный шаг к открытию того, что ученые здесь скромно называют “новой физикой”. Начальство ЦЕРНа решило, что слишком рискованно сразу запускать машину на полную мощность, так что около двух лет подряд она будет работать только в половину своей мощности, то есть каждый из пучков перед их столкновением внутри детекторов ускорителя будет разгоняться до энергии 3,5 ТэВ. Ближе к концу 2011 года коллайдер закроют на три месяца — до 7 февраля 2012 года, чтобы дать инженерам время провести необходимые ремонтные работы. Кроме того, предполагалось усовершенствовать систему безопасности, которая защитит машину от разрушения в случае, если при работе на более высоких энергиях что-то пойдет не так, как планировалось. Только когда все будет сделано, БАК запустят на полную мощность.

Решение эксплуатировать LHC на половине его проектной энергии далось нелегко, но ЦЕРН не мог позволить себе допустить возможность еще одной разрушительной аварии, подобной той, из-за которой машина закрылась на год в 2008 году. Остановка коллайдера надолго — серьезная проблема: не работает машина — нет столкновений, значит, нет результатов. А значит, останавливается развитие физики и пропадает энтузиазм у перспективных студентов, стремящихся получить докторские степени. Многие физики сегодня считают, что, во всяком случае, в ЦЕРНе бесспорного открытия бозона Хиггса до 2015 года ждать не приходится.

Эллис хватает ноутбук и открывает статью с результатами последних — на февраль 2010-го — экспериментов, проведенных на коллайдере “Теватрон” в лаборатории Ферми189. Он указывает пальцем на один из графиков, демонстрирующий, насколько результаты, полученные на американском коллайдере, отличаются от того, что могло бы быть при рождении частиц Хиггса с различными массами. “Интересно, что именно подобное мы и ожидали бы увидеть, если бы родился бозон Хиггса с такой массой”, — говорит он, указывая на часть графика, соответствующую кандидату на бозон Хиггса с массой 115 ГэВ. Это та область, где на предыдущем коллайдере ЦЕРНа в 2000 году увидели трек, напоминающий след хиггсовского бозона. “Теоретики громко спорили тогда, — говорит Эллис, — ведь это мог быть он — прямо там. Очень вероятно, что они уже нашли частицу 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 переделку190. 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 года191.

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.