Тончайшее несовершенство, что порождает всё. Долгий путь частице Бога и Новая физика, которая изменит мир - Гвидо Тонелли

Ожидание первых пучков протонов в тоннеле LHC просто сводило их обоих с ума. Они неустанно всех запугивали: “Через несколько недель или через несколько месяцев кому‑то из людей случится увидеть луч света над Индийским океаном, вышедший прямо из центра Земли; затем нечто подобное произойдет над Тихим океаном, и это будет началом конца… При первых столкновениях протонов в ускорителе образуется микроскопическая черная дыра, и поначалу никто не обратит на это внимания. Этот крошечный голодный монстр станет притягивать и поглощать все вещество вокруг себя; на протяжении еще нескольких недель ничего заметного глазу происходить не будет, но затем, когда масса чудовища станет макроскопически значимой, никто уже не сможет его остановить и оно в мгновение ока поглотит всю планету – под сопровождение огненных вспышек библейского Армагеддона”.

Живи мы в нормальном мире, никто бы не воспринимал их всерьез, но современное информационное общество вовсе не нормально. Слухи о грядущей катастрофе будят любопытство и тревожат сердца миллиардов людей. Новостные заметки с претензией на сенсацию с броскими заголовками на первых полосах газет привлекают всеобщее внимание и отлично продаются. Достаточно кому‑нибудь одному опубликовать что‑то подобное, и за ним неизбежно потянутся многие другие. В таких случаях использование рациональных аргументов бесполезно, потому что испуганный человек не рассуждает, а спасается бегством. Тут уж ничего не поделаешь. ЦЕРН публикует подробный, на десятки страниц, отчет, в котором доказывается, что все используемые противниками ускорителя аргументы – дикая чушь, что LHC ни при каких обстоятельствах не исторгнет из себя ничего опасного. Но коллективный психоз не поддается излечению. Год за годом мы объясняли журналистам, что микроскопические черные дыры, даже если они паче чаяния и родятся в LHC, мгновенно испарятся, оставив по себе едва заметные следы только в наших регистраторах; что энергии, вырабатывающиеся в нашем ускорителе (который кажется нам гигантским и которым мы так гордимся), ничто по сравнению с космическими лучами, бомбардирующими Землю вот уже миллиарды лет… и так далее и тому подобное.

Больше всего меня огорчает то, как болезненно это отражается на людях с неустойчивой психикой. Ведь, наверное, и в самом деле есть такие, кто по‑настоящему боится, что сейчас все закончится; такие, кто действительно страдает, – к примеру, матери, тревожащиеся за будущее своих детей… а у нас не получается их успокоить.

В 21.30 я получаю по электронной почте сообщение от Серджо, моего старого друга из Пизы, и оно немного поднимает мне настроение. Он пишет, что следит за всеми дискуссиями о черной дыре в Сети, но не очень‑то верит слухам. Он только что поужинал. До отвала наелся сосисками на гриле – это его любимое блюдо. Выпил немало хорошего вина, хранящегося у него в погребе. И тут его посетило мучительное сомнение. А что если то, что говорят паникеры, правда? Что если по прошествии нескольких часов всему наступит конец? Серджо знает, что я нахожусь в сердце урагана и что от меня можно получить новости из первых рук. Он вспомнил о нашей старой дружбе и хочет правды. “Гвидо, если у тебя есть хоть малейшее сомнение, дай мне, пожалуйста, знать. Если все действительно может скоро закончиться, я без колебаний доем оставшиеся сосиски”.

Плача от смеха, я посоветовал ему идти спать и главное – оставить сосиски в покое: у него будет достаточно времени, чтобы доесть свое любимое блюдо завтра или даже послезавтра, дав передышку печени.

Супермикроскопы

Прошло более века с тех пор, как лорд Резерфорд продемонстрировал, что внутреннюю структуру вещества можно исследовать, облучая тонкий лист золота ядрами гелия (которые тогда назывались альфа-частицами), испускаемыми при распаде радиоактивных изотопов. Обнаружив, что некоторые частицы отклоняются на большие углы, Резерфорд увидел в этом доказательство того, что в атоме золота весь его положительный заряд сосредоточен внутри очень маленького ядра. Эксперимент Резерфорда позволил построить модель атома, сохранившую свою актуальность и сегодня: очень маленькое ядро, окруженное облаком электронов, – и открыл путь к квантовой механике (классическая механика не могла объяснить, почему при движении электроны не теряют энергию за счет излучения и не падают на ядро). Именно этот эксперимент стал предтечей современных экспериментов в больших ускорителях частиц.

Вот так, с Резерфорда, и началась погоня за все более и более энергичными снарядами, чтобы с их помощью все глубже и глубже исследовать материю. На смену электронам и альфа-частицам пришли космические лучи – непрерывный поток частиц из космоса с очень высокой энергией, неустанно бомбардирующий нас со всех сторон. Ну, а в 1930‑е, когда стало возможным получать и ускорять пучки электронов и протонов в лабораторных условиях, стартовала эра ускорителей.

Ускоряя электроны, протоны или тяжелые ионы до очень высоких энергий и заставляя их сталкиваться друг с другом, можно получать в очень ограниченном пространстве экстремальные энергии и температуры, характерные для ранней Вселенной. Таким образом, в контролируемых лабораторных условиях возможно воспроизводить всю ту разнообразную “фауну” частиц, что в изобилии населяли Вселенную сразу после Большого взрыва, но не дожили до наших дней.

Иначе говоря, мы можем рассматривать ускорители как супермикроскопы, которые исследуют вещество с помощью самого проникающего из всех доступных нам излучений – очень высокоэнергетических протонов – для того, чтобы выявлять наимельчайшие детали в строении материи.

Будь то частица материи или квант излучения, связанные с каждым из них энергия и длина волны[24] обратно пропорциональны: чем выше энергия, тем короче соответствующая длина волны и тем выше разрешающая способность нашего микроскопа.

Только получаемые в ускорителях электроны и протоны с высокими энергиями позволяют визуализировать детали протона, размер которого порядка фемтометра (10–15 м), или даже внутренние компоненты протона, такие как кварки, размер которых не превышает аттометра (10–18 м). А если у кварков, как и у протонов, тоже есть структура, то и ее можно будет со временем исследовать с помощью частиц, обладающих достаточно высокой энергией; нужно лишь, чтобы соответствующая длина волны не превосходила очень малых размеров этих новых элементарных компонентов материи.

Рассматривая ускорители частиц как супермикроскопы, мы можем думать о них и как о своеобразных машинах времени, способных перенести нас на миллиарды лет назад, чтобы мы могли увидеть явления, происходившие в очень далекие эпохи, в моменты, непосредственно следовавшие за Большим взрывом. Ускорители – это фабрики вымерших частиц, тех частиц, которые возвращаются к жизни из разрушенной структуры вакуума при столкновениях с очень высокими энергиями, частиц, которые вымерли миллиарды лет назад и не населяют больше нашу макроскопическую Вселенную, или же таких состояний материи, что сохранились в настоящее время