Иэн Сэмпл - В поисках частицы Бога, или Охота на бозон Хиггса
ЦЕРН потратил миллиарды швейцарских франков на строительство LEP в надежде узнать больше о W- и Z-частицах и, конечно, найти частицы Хиггса. Вначале ускоритель пережил некоторые проблемы роста, но не более, чем любой другой амбициозный проект. После завершения строительства и обкатки машина оказалась настолько чувствительной, что рассказала ученым об окружающем мире больше, чем они ожидали. В шутку говорили, что она. во всяком случае, могла измерить количество дождя, пролившегося над Женевским озером и повысившего уровень воды в нем. предсказать, когда следует ожидать следующего полнолуния, и определить, когда отправится последний поезд на Париж.
Дэвид Миллер, высокий худой человек, любит петь баритоном (у него неплохой голос) и рассказывать понятным языком про науку, а иногда делает и то и другое одновременно. Он вспоминает свою группу, одну из самых буйных групп студентов-математиков в Университетском колледже в Лондоне, где в 1960-х годах преподавал Питер Хиггс. “Он совершенно не учил меня математике, — говорит Миллер за кофе в столовой Университетского колледжа, где он является сейчас почетным профессором физики. — И если бы он не преподавал так плохо, мне бы не посчастливилось стать экспериментатором”.
После окончания университета Миллер провел какое-то время в Брукхейвенской национальной лаборатории в Нью-Йорке и в лаборатории Ферми под Чикаго, но позже вернулся в Европу и начал работать в ЦЕРНе. Когда Миллер туда приехал, коллайдер LEP был уже запущен и с его помощью получили несколько красивых результатов. Но чего на нем еще не нашли — по крайней мере, насколько об этом можно было судить, — так это бозона Хиггса.
Миллер пробыл в ЦЕРНе несколько недель, и в какой-то момент ему понадобилось уехать — на время. Он сел в автобус, который направлялся в женевский аэропорт. Автобус быстро заполнялся научными журналистами, приезжавшими в ЦЕРН узнать, чем ученые тут занимаются. Вскоре они разговорились. “Журналисты сказали, что приезжали встретиться с Джоном Эллисом — парнем, пытавшимся объяснить им, что такое бозон Хиггса, — вспоминал Миллер. — Они не поняли ни слова”.
Расстроенные журналисты попросили Миллера объяснить им на простом языке, что же это такое — хиггсовский бозон. Миллер задумался. Он совсем не был уверен, что ему удастся сделать то, что не получилось у Эллиса, но потом ему пришла в голову блестящая идея. “Представьте себе, что в комнате есть только вы — мужчины — и вы спорите о чем-то. И вдруг туда без предупреждения быстрой летящей походкой входит очень красивая женщина. — Он сделал паузу и подождал, пока у слушателей включится воображение. — Когда она идет по комнате, те из вас, кто поближе, забывают, о чем спорили, стараются подойти поближе, группируются вокруг нее, мешая ее движению и замедляя его. Это как если бы она из стройной изящной женщины превратилась в старую, неповоротливую толстуху”. У аналогии этой были недостатки, и многие из них ненаучного плана, но журналисты основную идею уловили. Комната, наполненная репортерами, — образ поля Хиггса. Хорошенькая женщина — образ частицы, которая приобретала, двигаясь в этом поле, массу, то есть замедлялась за счет взаимодействия с полем. А облепившие ее ухажеры — бозоны Хиггса. Журналистам эта система образов, видно, была вполне понятна.
Хотя LEP еще работал на полную мощность, в ЦЕРНе уже задумывались о проекте машины-преемника, Большого адронного коллайдера (LHC), который рассчитывали собрать в том же подземном туннеле. Прежде чем дать новому проекту зеленый свет, необходимо было убедиться, что его поддержат страны, финансировавшие ЦЕРН. В Великобританию, к несчастью, запрос о возможности поддержки проекта пришел не в самое лучшее для английского правительства время. Маргарет Тэтчер только что покинула свой пост, и сменил ее Джон Мейджор, собиравшийся провести масштабное сокращение бюджета науки. Дальнейшее участие Великобритании в ЦЕРНе оказалось под большим вопросом.
В апреле 1993 года Британский институт физики провел свою ежегодную конференцию в Брайтоне. Обсуждение, которого все ждали, начал Уильям Уолдегрейв, министр науки. Повторяя слова свонго бывшего босса Маргарет Тэтчер, прозвучавшие в Королевском обществе в 1989 году, Уолдегрейв сказал, что, если ученые хотят сохранить поддержку правительства, они должны научиться разъяснять обществу важность своей работы.
Содержание ЦЕРНа стоило Британии уйму денег, а министр не понимал, что представляет собой цель исследований, бозон Хиггса, и почему этот бозон имеет такое большое значение. По правде говоря, вряд ли вообще кто-либо из нефизиков понимал это. Уолдегрейв поставил перед физиками трудную задачу: описать простым языком на одной стороне листа бумаги формата А4 бозон Хиггса и объяснить, почему так важно его поймать. “Если вы поможете мне понять это, у меня появится больше шансов раздобыть для вас деньги на поиски этого бозона”, — сказал Уолдегрейв аудитории. А тот, кто лучше и понятнее опишет загадочную частицу, пообещал министр, получит бутылку марочного шампанского, оплаченную из его, министра, собственного кармана.
На той же неделе Джон Мэддокс, главный редактор престижного британского научного журнала “Nature”, посвятил целую страницу этому конкурсу. В среде британских ученых Мэддокс слыл легендой, его любили все. Среди прочего, он был известен тем, что, удобно устроившись с бутылкой вина и пачкой сигарет, часто писал свои редакторские статьи в ночь перед выходом журнала в печать. По идее в его статье, посвященной конкурсу Уолдегрейва, должны были содержаться рекомендации, поясняющие, как выиграть этот конкурс. Правда, в этот раз его советы вряд ли могли помочь участникам сего своеобразного состязания. Действительно, последние два предложения статьи Мэддокса — причем самые понятные из всех — звучали так: “Реальная интрига в охоте на частицу Хиггса состоит в том, что эта частица может быть совсем не такой, какой мы ее себе представляем. Но об этом как раз лучше умолчать”135.
Дэвид Миллер услышал о конкурсе Уолдегрейва у себя дома в Лондоне. Он тут же вспомнил, как однажды уезжал из ЦЕРНа и группа журналистов попросила его объяснить, что такое частица Хиггса. Ему пришло в голову, что придуманное им объяснение очень недурно, а может быть, даже достаточно хорошо, чтобы выиграть бутылку марочного шампанского. Миллер поделился этой мыслью с женой и рассказал ей про аналогию с красоткой и льнущей к ней плотной группой мужчин. Миссис Миллер пришла в ярость. “Это сексизм!” — воскликнула она. Ужасно! Он ни в коем случае не должен посылать эту гадость министру науки! У Миллера, к счастью, имелись и другие идеи.
Пять месяцев спустя Уолдегрейв наконец объявил результаты конкурса. В то время в британском правительстве уже хорошо понимали, что вряд ли смогут позволить себе платить ежегодные взносы в ЦЕРН (55 млн долларов в год плюс дополнительные расходы на участие в экспериментах, запланированных на новом ускорителе). С горечью Уолдегрейв признал, что заявки (а их было 117!) позволили ему оценить важность поисков частицы Хиггса. Он сказал физикам: “Если мы не сможем найти деньги — а их будет действительно трудно найти, — я готов признать, что это будет большой потерей для нашей науки”.
А между тем в соревновании определились пять лидеров, однако никто не сомневался, кто станет победителем — конечно же доктор Дэвид Миллер из Университетского колледжа в Лондоне. Его эссе начиналось примерно так: “Представьте себе коктейль-пати для членов парламента. Спустя некоторое время они разбредаются и равномерно распределяются по пространству комнаты, причем каждый из них ведет беседу с ближайшими соседями. Внезапно в дверях появляется женщина. Политики присматриваются и понимают, что это не кто иной, как бывший премьер-министр, сама Маргарет Тэтчер”. Продолжение истории Миллер оставил без изменения. Уолдегрейву история о Маргарет Тэтчер, членах парламента и бозоне Хиггса очень понравилась. Приз достался Миллеру, а его история быстро разнеслась по всему миру и стала одним из самых популярных способов описания поля и частиц Хиггса. И конечно же заслуги миссис Миллер в победе мужа неоценимы! Без ее мудрого руководства все сложилось бы совсем иначе!
Миллер создал яркий и выразительный образ частиц, за которыми физики так отчаянно охотились уже довольно долго, однако из всех текстов, поданных на этот своеобразный конкурс, Уолдегрейв не мог узнать, как изменилось понимание физиками роли поля Хиггса за несколько последних лет. Исследования показали, что оно отвечает только за часть массы. Выяснилось также, что существует другое поле, которое ведет себя примерно так же, как поле Хиггса, и которое сыграло решающую роль в инфляции Вселенной — ее невероятно быстром расширении в первые моменты существования. Для того чтобы понять смысл этих революционных открытий, Уолдегрейву нужно было бы посетить двух физиков, офисы которых располагаются рядом, всего в нескольких метрах друг от друга, но по другую сторону Атлантики.
