Текст книги "В поисках частицы Бога, или Охота на бозон Хиггса"
Автор книги: Иэн Сэмпл
сообщить о нарушении
Текущая страница: 18 (всего у книги 18 страниц)
Но как насчет бозона Хиггса? Для всех, кто участвует в поиске, это было интересное, но вместе с тем и тревожное время. Они не нашли доказательств того, что частица существует, но вплотную приблизились к окончательному решению. Охотники за частицей Хиггса – не единственные, кто пребывает в состоянии ожидания. На БАКе зарегистрировано четыреста триллионов протон-протонных столкновений, и все они без исключения лишь подтверждают уже известные физические законы.
Не раз появлялся намек на то, что бозон Хиггса– реальность. В июле 2011 года команды многофункциональных детекторов “Атлас” и CMS сообщили о сигналах, которые, возможно, были первыми следами неуловимой частицы. Волнующая новость кругами разошлась по всему миру, но пьянящее ощущение близкого открытия длилось недолго. Через месяц сигналы исчезли, а сомнения в том, что они были вызваны частицами Хиггса, остались.
Однако кольцо вокруг этих частиц быстро сжимается. Область энергий, где они могут скрываться, сократилась – исключен интервал масс от 145 до более чем 460 GeV . Таким образом, если бозон Хиггса существует в простейшем виде, описываемом Стандартной моделью, то есть в виде единственной частицы, для него остался только тонкий интервал масс от 115 до 144 GeV .
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 198198
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.
[Закрыть] .
Библиография
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.
Greene B., The Elegant Universe: Superstrings, Hidden Dimensions, and the Quest for the Ultimate Theory, Vintage Books, 1999.
Guralnik G., Hagen C. R. and Kibble Т., ‘Global conservation laws and massless particles’. Physical Review Letters, November 1964.
Halpern P., Collider: The Search for the World’s Smallest Particles. Wiley, 2009.
Hawking S. W., ‘Virtual black holes’, arXiv, October 1995
Higgs P. W., ‘Broken symmetries, massless particles and gauge fields’. Physics Letters, September 1964.
Higgs P. W., ‘Broken symmetries and the masses of gauge bosons’, Physical Review Letters, October 1964.
Higgs P. W., ‘Spontaneous symmetry breakdown without massless bosons’, Physical Review, May 1966.
Hoddeson L. et al., The Rise of the Standard Model: Particle Physics in the 1960s and 1970s, Cambridge University Press, 1997.
Hoddeson L. et al., Fermilab: Physics, the Frontier and Megascience, The University of Chicago Press, 2008.
Jaffe R.L., ‘Review of speculative “disaster scenarios” at RHIC’, Brookhaven National Laboratory report. July 2000.
Jammer М., Concepts of Mass in Contemporary Physics and Philosophy, Princeton University Press, 2000.
Kane G., ‘The dawn of physics beyond the standard model’. Scientific American, June 2003.
Kane G., ‘The mysteries of mass’, Scientific American, July 2005.
Konopinski E., et al., ‘Ignition of the atmosphere with nuclear bombs’, Declassified technical report. Los Alamos National Laboratory, 1946.
Krige J., ‘Distrust and discovery: The case of the heavy bosons at Cern’, Isis, September 2001.
Leake J., ‘Big bang machine could destroy Earth’, Sunday Times, July 1999.
Lederman L., and Teresi D., The God Particle: If the Universe is the Answer, What is the Question?’, Mariner Books, 2006.
Llewellyn-Smith C, ‘How the LHC came to be’, Nature. July 2007.
Maddox, М., ‘The case for the Higgs boson’, Nature, April 1993.
Mironov A., et al., ‘If LHC is a mini-time-machines factory, can we notice?’, arXiv, October 2007.
Pais A., Inward Bound: Of Matter and Forces in the Physical World, Oxford University Press, 1986.
Quigg C, ‘Spontaneous symmetry breaking as a basis of particle mass’. Reports on Progress in Physics, 2007.
Quigg C., ‘The coming revolutions in particle physics’, Scientific American. February 2008.
Randall L. Warped Passages: Unravelling the Mysteries of the Universe’s Hidden Dimensions. Allen Lane. 2005.
Rees М., Our Final Century: Will Civilisation Survive the Twenty-First Century?’. Arrow Books. 2003.
Salam A., ‘Gauge unification of fundamental forces’, Nobel lecture. December 1979.
Salam A., Unification of Fundamental Forces, Cambridge University Press, 1990.
Salam A., ‘The role of chirality in the origin of life’, Journal of Molecular Evolution, 1991.
Schopper H., LEP: The Lord of the Collider Rings at Cern 1980-2000, Springer, 2009.
Shears T. G., et al., ‘In search of the origin of mass’, Philosophical Transactions of the Royal Society, October 2006.
Smolin L., The Trouble with Physics: The Rise of String Theory, the Fall of Science and What Comes Next, Allen Lane, 2006.
Steinhardt P.J.and Turok N., Endless Universe: Beyond the Big Bang, Weidenfeld and Nicolson, 2007.
Stewart I., Why Beauty is Truth: A History of Symmetry, Basic Books, 2007.
‘t Hooft G., ‘A confrontation with infinity’, Nobel lecture, December 1999.
Veltman М., ‘From weak interactions to gravitation’, Nobel lecture, December 1999.
Weinberg S., ‘A model of leptons’, Physical Review Letters, November 1967.
Weinberg S., The First Three Minutes: A Modern View of the Origin of the Universe, Basic Books. 1977.
Weinberg S., ‘Conceptual foundations of the unified theory of weak and electromagnetic interactions’, Nobel lecture, December 1979.
Weinberg S., Dreams of a Final Theory: The Scientist’s Search for the Ultimate Laws of Nature, Vintage Books, 1992.
Weinberg S., Facing up: Science and its Cultural Adversaries, Harvard University Press, 2001.
Weinberg S., ‘From BCS to the LHC’, Cern Courier, January 2008.
Wilczek F., ‘Masses and molasses’, New Scientist, April 1999.
Wilczek F., ‘Mass without mass: Part I, Physics Today, November 1999.
Wilczek F., ‘Mass without mass: Part II, Physics Today, January 2000.
Wilczek F., ‘The origin of mass’, MIT annual paper, 2003.
Wilczek F., ‘Asymptotic freedom: From paradox to paradigm’, Nobel lecture, December 2004.
Wilczek F., ‘In search of symmetry lost’, Nature, January 2005,
Wilczek F., The Lightness of Being. Basic Books. 2008.
Woit P., Not Even Wrong: The Failure of String Theory and the Continuing Challenge to Unify the Laws of Physics, Jonathan Cape, 2006.
Благодарности
Эта книга возникла из-за того, что физики однажды нашли время поделиться своей страстью со мной. Именно благодаря их энтузиазму я увлекся физикой элементарных частиц и заинтересовался бозоном Хиггса. Тысячи людей вносили свой вклад в его историю на протяжении многих лет, и, рассказанная во всех деталях, она могла бы стать темой множества книг. Моя книга – лишь одна из версий тех событий.
Питер Тэллак из музея “Фабрика науки” с самого начала был большим сторонником идеи этой книги, и его советы и уговоры были бесценными. Я в долгу перед моими редакторами в “ Virgin ”, Эдом Фолкнером и Дэйвиной Рассел, энтузиазм которых помог превратить эти записи в книгу. Спасибо также Ларе Хаймерт, моему американскому редактору из “ Basic Books ”, чье руководство очень мне помогло.
Спасибо Нику Хопкинсу, главному редактору “ Guardian ” – он дал мне отпуск, без которого я бы не справился с задачей. Спасибо моим коллегам Алоку Джа, Дэвиду Адаму, Карен Маквей и Джеймсу Кингсленду за прикрытие. Бывший коллега посоветовал мне тогда лучше писать о еде. Жалею, что не послушал его.
Огромное число ученых и инженеров потратили свое драгоценное время на то, чтобы погово рить со мной, когда я собирал материал для книги, и я глубоко благодарен им всем. Окончательная версия книги была значительно улучшена благодаря тем, кто проверил мои неуклюжие черновики, а именно: Стивену Вайнбергу, Джону Эллису, Майклу Фишеру, Лину Эвансу, Джону Конвею, Джерри Гуральнику и Дику Хагену. Питер Хиггс предоставил всеобъемлющие и бесценные комментарии по ключевым вопросам и во многих местах поправил меня. Я очень ему обязан и вряд ли смогу когда-нибудь его отблагодарить должным образом.
Благодарю Фримена Дайсона за то, что он восстановил в своей памяти посещение в 1966 году Питером Хиггсом Института перспективных исследований и за его воспоминания о Роберте Оппенгеймере. Мои благодарности также шести ученым, авторам идеи, объяснившим их вклад в теорию происхождения массы: Франсуа Энглеру, Роберту Брауту, Питеру Хиггсу, Джерри Гуральнику, Дику Хагену и Тому Кибблу.
Сотрудники архива Королевского колледжа Лондона превратили поиски старых протоколов Максвелловского общества в настоящее удовольствие. Спасибо также кураторам Специальной коллекции документов Авы Хелен (жены Лайнуса Полинга) и Лайнуса Полинга в университетских библиотеках штата Орегон за их ошеломляющую эффективность в поисках переписки Хиггса и Лайнуса Полинга. Работа сотрудников, ответственных за архив Бертрана Рассела в Университете МакМастер, также весьма впечатляет. Сотрудники зала научного чтения Британской библиотеки были неизменно компетентны и всегда в ответ на мои просьбы оказывали помощь в поиске необходимых научно-исследовательских работ и материалов слушаний в конгрессе США.
Бен Алланах в Кембриджском университете и Джан Франческо Гвидичи в ЦЕРНе больше других помогли мне понять механизм Хиггса. Я очень благодарен им обоим. Спасибо также Алану Гуту и Паулю Штейнгардту, которые объяснили мне важнейшие аспекты теории инфляции.
Стивен Вайнберг был настолько любезен, что рассказал мне о всех перипетиях своей работы, получившей Нобелевскую премию, и помог не опоздать на самолет. Герард ‘т Хоофт и Вельтман Мартинус помогли мне понять суть их работы по механизму Хиггса, а также почему частицы Хиггса могут оказаться невидимыми или просто не существовать.
Я благодарен Фрэнку Вильчеку и Джону Марбургеру за то, что они восприняли мои вопросы о сценарии конца света серьезно, а также Стивену Хокингу и Гордону Кейну за то, что поделились своими мыслями о том, будут ли частицы Хиггса когда-либо найдены. Группа ученых, работающих в области физики высоких энергий в Университетском колледже Лондона, в том числе Дэвид Миллер, Джонатан Баттерворт, Марк Ланкастер и Никое Константинидис иногда рассказывали интереснейшие истории, иногда мудро руководили мной, а часто делали и то и другое одновременно.
Элвин Трайвелпис оказал неоценимую помощь, собрав воедино истории, связанные со Сверхпроводящиим суперколлайдером. Его глубокие знания были для меня крайне важны.
В лаборатории Ферми Курт Риссельман помог мне организовывать интервью, а благодаря Адриенн Колб я получил фантастически свободный доступ к обширным архивам лаборатории. Ученые, работающие в Фермилабе, – Крис Квигг, Леон Ледерман, Дмитрий Денисов, Роберт Розер, Джакобо Кенигсбер и Джон Конвей– щедро потратили на меня свое время и помогли советами.
В ЦЕРНе Джеймс Гиллис и другие сотрудники отдела по связям с общественностью помогали организовывать интервью, и в некоторых случаях обеспечили мне крышу над головой. Нынешние или бывшие сотрудники ЦЕРНа всегда были готовы помочь и были неизменно терпеливы. Я особенно благодарен Джосу Энгелену, Лучано Майани, Хервигу Шопперу, Крису Талли, Роберто Течини, Фабиоле Джанотти, Джиму Вирдее, Джону Суэйну, Джону Эллису и Патрику Жано. Особая благодарность Лину Эвансу и Роджеру Кэшмору, которые уделили мне много времени, разъясняя научные и технические детали.
Когда я начал работу над книгой, я не слышал о воротах Хиггса или скрытых мирах. Я очень благодарен Джеймсу Уэллсу в ЦЕРНе и Джону Марч-Расселу из Оксфордского университета за их потрясающе интересные рассказы.
Наконец, я благодарен моим друзьям и семье, которым я в равной мере и наскучил, и не уделял достаточного внимания: спасибо за то, что не бросили. Наконец, свою искреннюю благодарность выражаю Джо Марчанту, терпение и советы которого держали меня на плаву, и Поппи, ради которой стоило все это закончить.
