В поисках частицы Бога, или Охота на бозон Хиггса - Иэн Сэмпл

Наука движется вперед скачками. То одна проблема решается, то другая, но на их месте тут же появляются новые. Работы Дайсона увенчали здание, в фундаменте которого лежала теория электромагнитного поля Максвелла и которое росло с каждым новым прорывом в физике. После опубликования статьи Дайсона ученые наконец-то получили совершенно работоспособную квантовую теорию поля, объяснявшую поведение наиболее важных частиц во Вселенной — электронов и фотонов. Недаром Фейнман назвал квантовую электродинамику (КЭД) жемчужиной физики.

Успех квантовой электродинамики определил направление развития теоретической физики элементарных частиц на оставшуюся часть XX века. К примеру, ученые решили расширить рамки квантовой теории поля и объяснить поведение других частиц, таких как субатомные частицы частицы, из которых состоят ядра атомов. В квантовой теории поля считается, что наша Вселенная пронизана различными полями. Кванты этих полей — это либо частицы, из которых построена материя, либо частицы, служащие для передачи взаимодействия между ними. Например, частицы света — фотоны — кванты электромагнитного поля и переносчики электромагнитного взаимодействия, электрон — частица материи и квант электрон-позитронного поля, глюоны — переносчики сильного взаимодействия.

А между тем Питер Хиггс заканчивал последний год своей учебы в Лондоне. Неудачные попытки проделать эксперименты убедили его, что в будущем он должен заниматься теоретической физикой. Ему повезло: Королевский колледж только что запустил курс лекций по теоретической физике, и Хиггс стал первым, и единственным, его слушателем. В конце учебного года руководители физического факультета поняли, что у них возникли некие трудности. Преподаватели должны были устроить Хиггсу экзамен, но не знали, какие вопросы задать, — раньше им не приходилось принимать экзамен по теоретической физике. И тогда одному из профессоров пришла в голову блестящая идея, которая всем понравилась. Уважаемые мэтры взяли физическую статью, только что опубликованную в одном из лучших физических журналов. Думая, что Хиггс вряд ли видел ее, не говоря уже о том, чтобы прочитал, они превратили статью в экзаменационную задачу для Хиггса.

Более пятидесяти лет спустя, на заседании Королевского общества в Лондоне, я встретил Майкла Фишера, выдающегося физика, профессора Университета штата Мэриленд. Он был весьма элегантен и одет столь безукоризненно, словно по пути на заседание заехал на Сэвил-роу63. С удовольствием вспоминая прошлое, этот невысокий человек широко улыбался. Он едва помнил стародавние философские споры с Хиггсом в Максвелловском обществе, но именно в ту пору сокурсники стали друзьями на всю жизнь. Фишер и поведал мне об экзамене, который устроили Хиггсу в выпускной год. Когда Питер передал свой листок с решением профессору, тот посмотрел на него с явным недоверием: Питер получил правильный ответ, и более того — “Его решение оказалось лучше, чем у автора статьи!” — с восторгом рассказывал Фишер.

Выпускной год. Нужно решить, что делать дальше. Хиггс отчаянно хотел пройти аспирантуру по квантовой теории поля. Питер знал, что Поль Дирак все еще работал, причем в одной из лучших научных групп мира, в Кембриджском университете. Однако существовало две проблемы: одна — Дирак, другая — Кембридж. Хиггс по-прежнему настороженно относился к Оксбриджу и тем, кто там учился и работал. Но и с Дираком было очень непросто. Великий  ученый был молчалив до такой степени, что некоторые считали его аутистом. Это качество давало повод посудачить о его странностях в отношениях с людьми. Так, Дирак не любил брать аспирантов: считал руководство их работой рутиной и редко проявлял интерес к их успехам. Один молодой физик, Деннис Скьяма, который в дальнейшем стал научным руководителем британских космологов Стивена Хокинга и Мартина Риса, в течение короткого времени был аспирантом Дирака. Однажды Денниса осенила блестящая идея из области космологии. Он тут же побежал к своему научному руководителю и постучал в дверь его кабинета. Услышав “войдите”, он открыл дверь и сказал: “Профессор Дирак, я только что придумал, как связать формирование звезд с космологическими вопросами, можно я расскажу вам об этом?” Дирак ответил: “Нет”. Скьяме не оставалось ничего иного, как уйти.

Существовало и более серьезное обстоятельство, повлиявшее на будущее Хиггса. Он обсудил свои планы с Чарльзом Колсоном, а тот предупредил молодого ученого, что квантовая теория поля зашла в тупик. “Это та область, в которой вы либо ничего не достигнете, либо получите Нобелевскую премию”, — сказал Колсон. Хиггс в то время не знал, что мнение Колсона уже устарело — проблемы, которые он имел в виду, были решены годом ранее Фрименом Дайсоном, Ричардом Фейнманом и другими.

Хиггс выбрал наиболее безопасный путь и — остался в Королевском колледже. Его докторская диссертация была посвящена теоретическим вопросам химии, имеющим важное значение для понимания структуры молекул.

После того как молодые ученые получают докторскую степень, они обычно проводят какое-то время в постдокторантуре64. Её можно считать неопределенным, промежуточным состоянием. Обычно она длится один-два года, в которые молодые ученые получают университетские стипендии. Это выгодно университетам, поскольку постдоки — довольно дешевая рабочая сила. Хиггс провел несколько лет на постдоковских позициях. Из них два года на физическом факультете в Эдинбурге — городе, в который он влюбился, когда путешествовал автостопом во время международного фестиваля в 1949 году. Потом он работал в других местах — в Имперском колледже, а затем в Университетском колледже Лондона, — и там читал лекции по математике.

В Университетский колледж Хиггс пришел работать в 1960 году и сразу устроился временно на вторую работу секретарем научной группы в Кампанию за ядерное разоружение (CND). Эта организация была создана в 1958 году видными политическими деятелями левого толка, которые добивались одностороннего запрета на ядерное вооружение. Первые походы на Олдермастон — ядерный военный объект Великобритании — собрали массу народа, тогда казалось, повсюду были развешаны плакаты  CND.

Хиггс был ответственным за организацию переговоров с учеными, поддерживающими Кампанию. В марте того же года он надеялся пригласить американского ученого и борца за мир Лайнуса Полинга, получившего в 1954 году Нобелевскую премию за работы по природе химической связи. Сначала видный офтальмолог из Оксфорда Антуанетта Пири написала Полингу и попросила его сообщить Хиггсу, сможет ли тот приехать в Лондон на званый вечер или коктейль-пати, организуемые CND, или выступить на заседании Кампании за ядерное разоружение. Письмо, написанное 25 марта 1960 года, содержало оценки Пири состояния современной ядерной проблемы в Англии: “Официальные круги в Великобритании теперь против ядерного оружия, но по разным, не относящимся к сути проблемы причинам, например финансовым, многие политические партии по-прежнему считают нужным опираться на американское устрашение”. Заканчивалось письмо на оптимистической ноте: “Может быть, новые русские инициативы по частичному запрету и контролю вызовут положительную реакцию м-ра Макмиллана или г-на Эйзенхауэра. Пройти даже небольшой путь в правильном направлении — это так важно!” Оба — премьер-министр Великобритании Гарольд Макмиллан и президент США Дуайт Д. Эйзенхауэр — во время холодной войны наращивали свои силы ядерного сдерживания.

Письмо пришло на домашний адрес Полинга в Пасадине, Калифорния, но затерялось в куче бумаг. Хиггс получил ответ три месяца спустя, со множеством извинений. В своем письме Полинг подчеркнул, что находится в настоящее время под сильным давлением. Летом ему было приказано предстать перед Комитетом по законодательству на слушаниях по безопасности. Причем его попросили принести с собой списки имен всех людей, помогавших собирать подписи под составленной Полингом петицией с настоятельным призывом к Организации Объединенных Наций внести предложения по международному соглашению о запрещении испытаний ядерного оружия. Давая понять, что он не намерен подчиниться, Полинг выражал надежду, что, возможно, еще не слишком поздно приехать в Лондон на заседание CND.

Два года спустя Полинг получил Нобелевскую премию мира. Он стал вторым в истории лауреатом награжденным двумя разными Нобелевскими премиями. Первой была Мария Кюри: премия по физике в 1903 году за исследование радиоактивности и по химии в 1911 году за открытие радиоактивных элементов радия и полония.

Осенью 1960 года Хиггс получил место, которое уже давно ждал. Николас Кеммер, один из коллег Дирака по Кембриджу, перешел в Эдинбургский университет на профессорскую ставку, недавно освобожденную Максом Борном. Кеммер искал лектора по физике, и Хиггс был идеальным кандидатом. Не было на свете человека менее похожего на Дирака, чем Кеммер, — разговорчивый, с легким характером, находящий общий язык с самыми разными людьми. Конечно же шутя Кеммер говорил своему протеже, что давным-давно потерял контакт с современной физикой. Тоже активно участвуя в движении по ядерному разоружению, он вскоре скинул на Хиггса многие свои обязанности, в том числе организацию регулярных совещаний сотрудников CND.