Глава 31
Катастрофа Хиггса
Международное детище ЦЕРНа – Большой адронный коллайдер, или просто БАК – абсолютный рекордсмен среди ускорителей элементарных частиц. Он самый большой, самый точный, самый мощный и, конечно же, самый дорогой, ведь расходы на его строительство, наладку, ремонт и эксплуатацию уже превысили 10 миллиардов долларов. 27-километровый ускоритель чем-то напоминает две гигантские пушки, направленные друг на друга. Стреляют данные научные орудия тяжелыми ядерными частицами – протонами и ионами. Сталкиваясь, эти снаряды-частицы порождают фейерверк иных микрочастиц, среди которых физики надеются встретить необычных незнакомцев. Чем выше энергия столкновения, тем более интересны результаты. И вот, летом прошлого года по локальной компьютерной сети, связывающей БАК с двумя сотнями ведущих научных центров мира, прошла долгожданная весть: обнаружены следы новой частицы – бозона Хиггса, который журналисты уже успели прозвать «частицей бога».
Началась тщательная проверка результатов, и вот после некоторых колебаний Нобелевский комитет принимает решение присудить самую престижную премию в мире науки Питеру Хиггсу и Франсуа Энглеру. Эти ныне широко известные физики-теоретики еще в шестидесятые годы ушедшего столетия предсказали существование некой микрочастицы – бозона, теоретически обеспечивающей массу всех других элементарных частиц.
Так в единый фундамент мироздания был заложен еще один важный кирпичик. После этого общая картина стала более полной и понятной. Почему же так важно было открыть существование бозона Хиггса, и как эта «частица бога» умудряется взаимодействовать с иными частицами, делая их тяжелыми?
Теоретически поле Хиггса должно пронизывать все на свете, разливаясь как вселенский океан. Всплески и рябь «океана Хиггса» и представляют те самые «частицы бога». Все материальные тела вместе с нами плывут по волнам этого безбрежного океана и, собственно говоря, именно за счет взаимодействия с «водной средой» поля Хиггса становятся массивными. Мы как бы проталкиваемся сквозь эту среду, а она противодействует движению, тормозя нас. Это была очень красивая гипотеза, и для ее подтверждения предпринимались большие усилия. Но на предыдущих ускорителях эксперименты не получались – не хватало энергии. Для того чтобы поднять волнения в «океане Хиггса», надо было приложить колоссальные усилия. Это было бы по плечу только новому суперколлайдеру, такому как БАК.
Важная деталь, часто упускаемая в восторженных репортажах об открытии бозона Хиггса, состоит в том, что эта частица в принципе не наблюдаема. По крайней мере, в диапазоне энергий, достигаемых ВАКом. «Частица бога» чрезвычайно неустойчива и распадается на более легкие микрообъекты тотчас после возникновения.
Единственный способ зафиксировать рождение бозона – это собрать и проанализировать большой массив информации о столкновениях элементарных частиц и выявить особый «стереотип расщепления», который характерен именно для данной микрочастицы.
До самого последнего момента выпуска судьбоносного пресс-релиза, зафиксировавшего открытие Хиггса, происходила драматическая гонка двух больших научных коллективов. Со специалистами БАКа соревновались их американские коллеги, работающие в Национальной ускорительной лаборатории имени Энрико Ферми близ Чикаго. Хотя их рабочий инструмент – ускоритель Теватрон (Tevatron) – был остановлен осенью 2011 года после 28 лет успешной эксплуатации, они упорно продолжали анализ данных о 500 триллионах столкновений элементарных частиц, которые за последнее десятилетие произошли в их коллайдере.
Увы! Мощности Теватрона все же немного не хватило, и пальма первенства окончательно перешла к БАКу.
Разумеется, БАК создавался не только для решения проблемы поиска «частицы бога». Физики рассчитывали найти на нем нечто принципиально новое – неизвестные частицы, новые симметрии и новые взаимодействия. Вся эта «новая физика» проявляется при очень высоких энергиях, находящихся за пределами стандартной модели. Среди «зоопарка» гипотетических частиц, ждущих своего экспериментального подтверждения, есть экзотические экземпляры. В частности, астрофизики очень рассчитывают обнаружить частицы таинственной темной материи. Это невидимое вещество очень слабо взаимодействует с обычным веществом и проявляется только гравитационным образом – по притяжению. Вместе с темной энергией эта неизвестная форма материи составляет основную массу вещества Вселенной. При этом обычного светящегося вещества, видимого в телескопы, на самом деле всего лишь 4–5 %! Получается, что темная материя пронизывает все вокруг, но ни в одном опыте еще не удалось обнаружить ее присутствие. Считается, что эти загадочные частицы образовались еще в очень молодой Вселенной, когда после Большого взрыва прошло меньше секунды.
Некоторые энтузиасты из команды ВАКа не теряют надежды на фантастические открытия составных частей у элементарных частиц, таких как электрон или позитрон. Кто-то считает, что будущие эксперименты помогут продвинуться в понимании таких непростых фундаментальных вопросов, как квантовая проблема измерения. Это когда в экспериментах с микрочастицами, такими как те же электроны, детекторы фиксируют определенное число. Квантовая физика предсказывает только вероятность его значения, но никогда не указывает точный вид. Техника вычислений здесь отработана до мелочей, но почему-то в каждом одинаковом эксперименте фиксируются различные значения одной и той же величины.
Так, может быть, новая физика даст ответ? Найдут частицы с новыми свойствами, совершенно непохожими на наблюдаемые. Не исключено, что на еще более глубоком уровне есть законы, которые отличаются от законов квантовой механики так же, как квантовая механика от макромира. Но даже в рамках того, что называют новой физикой, перспективы подобных исследований очень неопределенны…
