Текст книги "В поисках частицы Бога, или Охота на бозон Хиггса"
Автор книги: Иэн Сэмпл
сообщить о нарушении
Текущая страница: 17 (всего у книги 18 страниц)
Нильсен, правда, признает, что не на 100% убежден в правильности своей теории, но в истории охоты на Хиггса он видит достаточно доказательств в ее пользу. Решение о строительстве Сверхпроводящего суперколлайдера было пересмотрено в конгрессе США в 1993 году, когда он уже был частично построен. Большой адронный коллайдер был закрыт в течение года после катастрофической утечки гелия. Обе эти неудачи, полагает ученый, нельзя считать случайными, и они вполне объяснимы, если “Бог” считает частицы Хиггса отвратительными. “Этот “Бог” вообще пытается избавиться от них, – говорит Нильсен. – Уж очень они ему не нравятся”.
Глава 11
Скрытые миры
С фотографии нам улыбается Питер Хиггс, одетый в светло-зеленый комбинезон “ Mankini ”, больше напоминающий стринги на подтяжках. Он держит весло и показывает фотографу два поднятых вверх больших пальца. На заднем плане видны скользящие по морю роскошные яхты, и лучи солнца отражаются от их хромированных и стеклянных деталей.
“Это просто мистификация”, – говорит Джон Эллис, пробираясь между мной и прислоненным к стене его кабинета гигантским фотоколлажем, на котором голова Питера Хиггса искусно приделана к телу Бората – главного персонажа знаменитой комедии Коэна 2006 года. “Борат был героем одного из наших рождественских капустников, – объясняет Эллис сюжет фотомонтажа. – Коллаж сделал мой ученик, большой специалист по трюкам такого рода ”.
Стол Эллиса в ЦЕРНе завален грудами бумаг с результатами исследований, такие же кипы бумаг свалены в дальнем углу кабинета. Понимая, что мы не увидим друг друга, если будем переговариваться через стол, Эллис выставляет пару стульев в середину комнаты и садится на один из них. Эллис – автор почти 900 научных статей, он известен во всем мире как невероятно плодовитый и разносторонний физик. В частности, он предсказал, как найти глюон – переносчик сильного взаимодействия. Он же высказал предположение, что самая легкая частица, предсказываемая теорией суперсимметрии – это частичка загадочной “темной материи”, невидимого космического вещества, которое составляет 25 процентов массы Вселенной. И он же подсказал ученым лучший способ поиска частиц Хиггса. Эллис очень похож на толкиеновского гениального мага – Гэндальфа. Он учился в Кембриджском университете в 1960-х годах, когда Поль Дирак читал в последний раз свой курс лекций по квантовой теории, а в ЦЕРН пришел работать в 1973 году.
Когда началась первая охота на частицы Хиггса в 1976 году, Эллис занимал кабинет, расположенный в конце коридора. В том же году он и его коллеги теоретики Мэри Гайар и Димитрий Нанопулос опубликовали подробное описание хиггсовского бозона и вероятное его поведение в экспериментах на коллайдере частиц. “Очень немногие люди в те дни интересовались бозоном Хиггса, – говорит Эллис. – Кто бы мог подумать, что понадобится так много времени на его поиски!”
За годы, прошедшие после выхода той работы Эллиса, ученые, кажется, подошли невероятно близко к открытию неуловимой частицы. Эллис хватает кусок мела и выписывает на доске все, что ученые узнали в течение более десяти лет экспериментов в ЦЕРНе и на ускорителе “Теватрон” в Фермилабе, вблизи Чикаго. На предыдущем церновском ускорителе – коллайдере LEP – было показано, что частицы Хиггса должны весить больше чем 114,4 ГэВ. К июлю 2010 года с помощью коллайдера “Теватрон” был исключен интервал масс между 158 и 175 ГэВ. Сопоставив разные экспериментальные результаты, ученые поняли, что, скорее всего, масса хиггсовской частицы находится в интервале между 115 и 130 ГэВ.
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 Ферми 189189
Незадолго до моего визита в Фермилаб там были опубликованы три статьи про охоту на частицы Хиггса: по одной от каждой из команд детекторов CDF и DZero и третья, которая объединяла результаты обеих групп. Отчет, в котором представлены данные по возможной массе частицы Хиггса, равной 115 ГэВ, принадлежит группе CDF. Более подробную информацию о признаках рождения частиц Хиггса на “Теватроне” при 115 ГэВ см. в Интернете: Tomasso Dorigo. New Tevatron Higgs limits got worse, but the 115 GeV excess is growing! В блоге “A Quantum Diaries Survivor”, 19 November 2009.
[Закрыть] . 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 переделку 190190
John Conway. Endgame for the Tevatron. Блог “Cosmic Variance”, 21 September 2009.
[Закрыть] . 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 года 191191
Из-за сложностей с финансированием “Теватрон” все-таки закрыли в конце сентября 2011 года.
[Закрыть] .
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.
В одном из наших разговоров со Стивеном Вайнбергом (когда я приезжал к нему в Университет Остина, штат Техас) он посетовал, что физика элементарных частиц оказалась в ненормальной ситуации: теоретические идеи ушли намного вперед в объяснении того, что экспериментаторы лишь надеются увидеть в своих экспериментах в будущем, и в этом нет ничьей вины. Бозон Хиггса может подсказать выход из тупика, но – не обязательно. “Открытие единственной нейтральной частицы Хиггса не выведет нас из депрессии, а наоборот, еще более усилит наше подавленное состояние, – сказал он. – Мы обнаружим только то, что ожидали увидеть, и не получим ключа к пониманию нового. Для нас было бы лучше, если бы существовало несколько видов частиц Хиггса или их не было вовсе”.
Перспектива остаться с пустыми руками по окончании охоты на бозон Хиггса очень реальна, по крайней мере, так думают некоторые ученые. В декабре 2009 года, всего через несколько дней после того, как на LHC увидели первые пробные столкновения, Тини Вельтман, который разделил в 1970-х годах Нобелевскую премию с Герардом т’ Хоофтом за работы, связанные с механизмом Хиггса, выступил на семинаре в ЦЕРНе. Вельтман высказал предположение, что частицы Хиггса просто могут не существовать и что все частицы обретают массу другим способом 192192
См. материалы симпозиума ЦЕРНа: “From the Proton Synchroton to the Large Hadron Collider – 50 Years of Nobel Memories in High-Energy Physics”, 3-4 December 2009. Вельтман прочитал лекцию “LHC и бозон Хиггса” на второй день работы симпозиума. Видео и слайды доступны на сайте ЦЕРНа.
[Закрыть] . Если они, эти неуловимые бозоны, все-таки существуют, то вполне могут быть невидимыми. Это означает, что, едва родившись, они сразу распадаются на такие частицы, которые в современных детекторах увидеть нельзя. Вельтман закончил доклад словами: “Если уже в ближайшем будущем бозон Хиггса найден не будет, то он либо не существует, либо невидим. Сейчас мне кажется более вероятной перспектива, которую можно сформулировать кратко так: “Хиггса не существует”.
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” 193193
David Stancato and John Terning. The Unhiggs. Journal of High Energy Physics, Number n. 2009. P. 101.
[Закрыть] .
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” 194194
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.
[Закрыть] .
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” 195195
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.
[Закрыть] . 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 196196
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 15градусов, 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”.
[Закрыть] . 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.
Люди всегда считали себя особенными. Насколько нам пока известно, мы одни во Вселенной овладели речью, создали великие произведения искусства и литературы и сформулировали законы природы. Но наука постоянно наносит по нашим представлениям о человеке как венце природы сильнейшие удары. То и дело возникают революционные идеи, сотрясающие фундамент, на котором зиждется наше высокомерие.
Три крупные революции сделали в этом отношении, пожалуй, больше других. Первый удар – в XVI веке – нанес польский астроном Николай Коперник. Коперник использовал математику для низвержения религиозных представлений о том, что Земля – центр мироздания. Он показал, что Земля находится даже не в центре нашей собственной Солнечной системы, а что она – всего лишь одна из многих планет, вращающихся вокруг Солнца.
Чарльз Дарвин и его современники ответственны за следующую революцию. Спустя более трехсот лет после смерти Коперника Дарвин доказал, что и люди тоже не уникальны. Когда он в 1859 году опубликовал книгу под названием “О происхождении видов”, где рассказал о своей теории эволюции путем естественного отбора, стало ясно, что люди – просто один из видов млекопитающих. Если вы полагаете, что вы – венец эволюции, обдумайте это хорошенько еще раз.
Третья революция произошла еще почти столетие спустя, когда два выпускника Кембриджа Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик в 1953 году разгадали структуру ДНК. Их работа ознаменовала начало новой эры – эры генетики. В представлении некоторых ученых мы являемся лишь временными опекунами эгоистичных и самокопирующихся молекул, и наша главная цель в жизни – передать их следующему поколению.
Сегодня физики всерьез задают себе вопрос, станет ли частица Хиггса краеугольным камнем следующей крупной революции в науке, которая обещает быть еще более серьезной, чем любая из тех, что произошли раньше. Частицы Хиггса, говорят они, могут быть мостиком к скрытым мирам 197197
Некоторые авторы написали книги про скрытые миры. Хорошее введение в тему дано в главе 12 в кн.: “Higgs bosons of a hidden world in James Wells’s Lectures on Higgs Boson Physics in the Standard Model and Beyond”.
[Закрыть] . Если они правы, тогда то, что мы называем реальностью (то есть все, что мы знаем), – это лишь часть огромной и сложной реальности, которую мы совершенно не замечаем.
Для Джеймса Уэллса, физика из ЦЕРНа, существование скрытых миров кажется почти несомненным. Он утверждает, что до недавнего времени физика элементарных частиц была слишком антропоцентричной. Ведь частицы, интересовавшие физиков, – это те частицы, из которых построены наши органы, или те, что взаимодействуют с частицами внутри нас. Уэллс обращает внимание челове чества на то, что в мире может быть бесчисленное множество других частиц и сил, которые мы просто не воспринимаем. “Было бы действительно странно, если бы все, что существует во Вселенной, ограничивалось только тем, что воспринимает наше тело. Почему мы должны быть такими особенными?”– спрашивает он.
Ученые уже знают: Вселенная содержит материю, которую мы не можем увидеть или почувствовать. Огромные сгустки темной материи скрываются среди галактик, и присутствие их можно обнаружить только по гравитационному притяжению к ним космических объектов. Космологи считают, что темная материя составляет около четверти массы Вселенной.
Как эти миры скрываются от нас? Посмотрите повнимательнее вокруг. Все, от этой книги в ваших руках и стула, на котором вы, надеюсь, сидите, сделано из простейших строительных блоков. Атомные ядра состоят из протонов и нейтронов, а те – из кварков, связанных друг с другом сильным взаимодействием. Вокруг этих центральных ядер вращаются электроны, взаимодействующие с ядрами посредством электромагнитного взаимодействия. Атомы и молекулы соединяются вместе, образуя все предметы вокруг нас благодаря все тому же электромагнитному взаимодействию. Процесс этот повторяется в бесчисленных комбинациях, и так возникает материальный мир. Все его частицы имеют вес благодаря полю Хиггса, а также взаимодействиям, которые склеивают их друг с другом. Мы чувствуем их массу чаще всего из-за гравитационного поля Земли, тянущего их вниз. Кроме этих сил существует еще только одна сила, которая нам известна, – это слабая сила, управляющая определенным видом радиоактивного распада.
Почему только частицы материи, которые мы открыли, и четыре силы природы, которые мы знаем, могут существовать в природе? Ведь нет никаких причин, по которым человеческое тело должно быть оснащено сенсорами, воспринимающими все-все во Вселенной, и существование темной материи доказывает это. Очень вероятно, что в мире существует множество частиц и сил, находящихся целиком за пределами нашего восприятия.
Скрытый мир может состоять из различных видов темных частиц и сил, аналогичных тем, которые существуют в нашем мире, но не взаимодействуют с известным нам веществом. Там может быть даже своя “темная” версия Стандартной модели. А если это так, то что помешало бы рождению темных звезд и разрушению их в конце их жизни или образованию темных планет из темных космических осколков? Может быть, даже существует какая-то форма темной жизни? “У нас пока нет никаких доказательств, но исключать этого нельзя. Нет никаких оснований полагать, что скрытый мир менее сложен, чем тот, что мы знаем. Он тоже мог бы содержать богатый набор явлений, – говорит Джон Март-Рассел, оксфордский физик-теоретик, занимающийся теориями скрытых миров. – Подобно тому как революция Коперника объяснила людям, что Земля не является уникальной, все, что мы до сих пор знали, может тоже оказаться неуникальным. Кто сказал, что все эти вещи вокруг нас, вещи из нашей действительности, – главная и самая сложная часть Вселенной? Очень может быть, что это совсем не так”.
И если скрытые миры все-таки где-то существуют, частицы Хиггса могут привести нас туда. И вот почему. Некоторые физики считают, что наше собственное поле Хиггса тонко связано с другими полями Хиггса, которые наделяют массой частицы в скрытых мирах. Эта связь образует “мостик”, который предоставляет возможность заглянуть в скрытый мир и посмотреть, из каких частиц он состоит. Только поле Хиггса позволяет это сделать, и тому есть несколько причин. Одно из важнейших свойств, которое отличает его от других полей, – его скалярность. Это означает, что поле Хиггса выглядит одинаковым со всех сторон. Второй особенностью является то, что поле Хиггса, а также связанные с ним частицы пронизывают все пространство. Эти две особенности делают хиггсовское поле невероятно чувствительным к малейшим всплескам энергии, которые могут исходить из скрытого мира.
Если частица Хиггса будет найдена на LHC , некоторые физики верят, что ее предсмертная агония прольет свет на существование скрытых миров. Хиггсов бозон крайне нестабилен, и ожидается, что, как только он родится, почти сразу распадется, причем, вероятно, на невидимые частицы скрытых миров. Те, в свою очередь, могут распасться на “реальные” частицы, которые мы сумеем увидеть. Эффект будет зафиксирован в детекторах LHC в виде внезапного появления следов частиц, пришедших словно из ниоткуда. Обнаружение таких треков позволит ученым пройти в обратном направлении и получить представление о частицах скрытых миров...
Идея скрытых миров многим кажется фантастической, одной из тех, что физики придумывают в свободное время, но возможность их существования рассматривается вполне серьезно. “Если мы сможем использовать бозон Хиггса как мостик в скрытые миры, это будет одним из самых важных выводов о структуре пространства и времени за всю историю науки”, – говорит Уэллс.
В июне 2007 года на мой стол в бывшем офисе газеты “ Gardian ”, находящемся в районе Клеркенуэлл в центре Лондона, положили письмо. На марке была изображена туманность Сатурна – небесный вихрь голубого и красного на черном фоне. Я перевернул письмо и прочитал адрес отправителя. Письмо было от Питера Хиггса.
Я уже почти потерял надежду. Несколько месяцев назад я предложил написать статью о Хиггсе в воскресном выпуске газеты. В то время работа по строительству LHC близилась к завершению, и вокруг ускорителя в СМИ поднялась большая шумиха. Особенно часто упоминался бозон Хиггса, или, как его называют чаще в журналистских кругах, – частица Бога, о ней говорили как о ключе к пониманию природы массы. Теория Хиггса казалась мне совершенно непонятной. Её автора Питера Хиггса многие считали отшельником. Конечно же редакция газеты решила, что мы просто обязаны обо всем этом рассказать своим читателям.
Я знал, что Хиггс ушел в отставку из Эдинбургского университета, но все еще занимал должность профессора. Я позвонил на физический факультет, связался с пресс-службой и послал письма его коллегам с просьбой договориться о моем визите. Все было напрасно. В конце концов я взял справочник “Кто есть кто”, нашел домашний адрес Хиггса и написал ему письмо. Ответ пришел через шесть недель.
Обмен еще несколькими письмами, путешествие на поезде, и вот я стою перед элегантной террасой в георгианском стиле рядом с тенистым парком в эдинбургском квартале Новый город. За углом находится Индия-стрит – в одном из домов на этой улице в 1831 году родился Джеймс Клерк Максвелл. Я позвонил в колокольчик, и Хиггс, приветливо улыбнувшись, пригласил меня подняться.
Квартира Хиггса обставлена в стиле 1970-х годов, в нем выдержаны и стулья, и лампы, и то, что висит на стенах. Полки заполнены художественной литературой, выпусками “ Grammophone ”, на журнальном столике навалены номера “ Scientific American ”, “ Physics World ” и “ Private Eye ”. У одной стены его гостиной стоит винтажный музыкальный центр фирмы “ Leak ” с WiFi .
Когда началась наша переписка, одно сразу же стало ясно: образ Хиггса, этакого затворника-гения, как и любой удобный стереотип, абсолютно не отвечает действительности. Хиггс на пенсии, но по-прежнему необычайно занят. Все бумажные и электронные журналы и газеты всех стран мира бомбардируют его просьбами об интервью. Многие остаются ни с чем, другим приходится долго ждать ответа. Он зашел в своей обороне так далеко, что старается отвечать даже на телефонные звонки только тогда, когда знает, кто звонит. “У меня нет мобильного телефона, но меня, вероятно, заставят завести его мои сыновья; они считают, что должны всегда знать, что со мной происходит, – говорит он. – Даже если я не хочу отвечать на звонки, я должен быть в состоянии отправить сообщение типа “Помогите! Я лежу на полу парализованный!”.
Хиггс избегает компьютеров и электронной почты – это отголосок мрачного опыта по использованию допотопных компьютеров в его студенческие годы. Когда он заканчивал кандидатскую, приходилось ночами ждать результаты расчетов. “Я, вероятно, довожу свою позицию до абсурда, не связываясь с современной вычислительной техникой”, – говорит он.
Хиггс не совсем доволен тем, что коллайдер LHC в ЦЕРНе и несостоявшийся американский Сверхпроводящий суперколлайдер позиционируются как машины только для охоты на бозон Хиггса. Ведь если частицы не обнаружат, люди спросят: не были ли эти огромные многомиллиардные машины пустой тратой времени и денег? “На ШС будут проверять глубочайшие идеи, такие как суперсимметрия и существование дополнительных измерений, а не только искать частицы Хиггса. То, что пишется иногда в СМИ, слегка оскорбительно для разумной общественности”, – говорит он.
Мы сидим и беседуем, и Хиггс рассказывает историю о том, как он однажды наткнулся в пустоте пространства на нечто, дающее частицам массу. “Это нечто оказалось невероятно важным, – говорит он, сложив руки так, что пальцы одной могли потирать локоть другой. – Если бы оно не существовало там, нас бы не было здесь”. Он надеется на то, что ученые найдут более одной частицы Хиггса, если повезет– целый набор, который предсказывается теорией суперсимметрии.
В тот день, когда я впервые пришел к Хиггсу, в Эдинбурге был в полном разгаре ежегодный международный фестиваль, который и привлек когда-то давно, в далеком 1949 году, его в этот шотландский город. У старого ученого были планы на вечер, и время беседы истекало – он собирался посетить вечер мадригалов Монтеверди. Беседа наша закончилась, и я направился к дверям. Уже покидая дом Хиггса, я спросил, что бы он испытал, узнав, что ученые все-таки нашли его бозон. “Я бы почувствовал облегчение, – ответил он. – Путь к этому открытию был так долог...”
Послесловие
Более года прошло с тех пор, как начались поиски новых законов физики на Большом адронном коллайдере, спрятанном под зелеными полями в пригороде Женевы. Машина продемонстрировала великолепные характеристики, превзошедшие самые смелые ожидания конструкторов. На момент написания этих строк (ноябрь 2011 года) LHC побил рекорд по числу зарегистрированных столкновений – их ученые получили даже больше, чем могли мечтать.
