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

В понедельник утром Руббиа получил известие, что публикация статьи одобрена. Сразу же один из членов его команды вылетел в Амстердам со статьей, чтобы передать ее в руки издателя. Хервиг Шоппер тогда был в командировке в Японии, там он и получил телекс, в котором сообщалось, что статья принята. Он тут же отправил факс Маргарет Тэтчер, в котором говорилось, что W-частицы обнаружены, и полетел обратно в ЦЕРН. На следующий день Шоппер созвал пресс-конференцию с Руббиа и ван дер Меером с одной стороны и Дарьюла с другой. В пресс-релизе, выпущенном в тот же день, сообщалось, что в статье Руббиа подтверждено открытие W-частиц. На следующий день эта новость украсила первую страницу газеты “New-York Times”. Статья Дарьюла была опубликована через три недели после статьи Руббиа.

Описывая эту гонку в 2004 году, Дарьюла сказал, что у него нет никакой обиды на коллег, и похвалил осторожность, проявленную его командой. “Я горжусь тем, что мы сопротивлялись оказываемому на нас давлению, направленному на то, чтобы мы публиковали данные быстрее, чем считали правильным. Уступить было бы глупостью и ребячеством, проявлением неуважения к науке. ...Мы должны были не просто предположить, что обнаружили W-частицы, но вести себя так, как будто никто, кроме нас, их не искал”.

Летом 1983 года, через шесть месяцев после открытия W-частиц, ЦЕРН объявил, что команда Руббиа обнаружила также и Z-частицу, характерной чертой которой был ее распад на электрон и позитрон, разлетавшиеся друг от друга с огромной скоростью. Команда Дарьюла спустя некоторое время опять подтвердила открытие Руббиа. Поиски завершились впечатляющим хет-триком116 ЦЕРНа, и последние сомнения относительно того, что ЦЕРН — основной игрок на мировой арене, развеялись.

Открытие W- и Z-частиц — именно то доказательство, которое было необходимо физикам, чтобы окончательно поверить в теорию электрослабых взаимодействий. Оно же было и мощным доказательством правильности теории Хиггса — ведь теория электрослабых сил для физиков имеет смысл, только если механизм Хиггса или что-то очень похожее на него существует в реальности.

В перерыве между обнаружением нейтральных токов и получением первых треков W- и Z-частиц теоретики ЦЕРНа сделали первое подробное описание того, как частица Хиггса должна выглядеть, если она вдруг появится в коллайдере117. Пользуясь своим физическим языком, они рассказывали о ней на сорока восьми страницах — оставили некий эквивалент полицейского фоторобота. Вместо описания черт лица преступника в статье объяснялось, как частицы Хиггса могут возникать при столкновениях, в какие частицы они могут превращаться и каковы шансы их увидеть на разных установках. И наконец, теоретики прикинули, как долго эти частицы жили бы после рождения. Полученное значение находилось в интервале от 600 микросекунд до 10 фемтосекунд (10-14 с).

Статья, написанная сотрудниками ЦЕРНа Джоном Эллисом, Мэри Гайар и Димитрием Нанопулосом, начиналась с предупреждения: “Ситуация с о зонами Хиггса неопределенная. Следует подчеркну прежде всего, что они, и это очень вероятно, не существуют в природе”. Авторы закончили статью извинениями перед экспериментаторами, работающими на коллайдере, — они признавались, что у них нет никаких идей, как рассчитать массу бозона Хиггса. Анализируя общие технические трудности поиска частицы Хиггса, Эллис, Гайар и Нанопулос делали вывод: “По этим причинам мы не призываем ставить трудоемкие эксперименты по поискам бозона Хиггса, но считаем, что ученые, ставящие эксперимент, в котором он может появиться, должны знать, как он может выглядеть”. Статья была более чем осторожная, но она дала ученым первый ориентир в охоте на частицы Хиггса.

Серия открытий, сделанных в ЦЕРНе, оказала глубокое воздействие на развитие физики элементарных частиц в Америке. Весть о том, что европейские ученые обнаружили Z-частицы, пришла за несколько дней до важнейшего совещания Консультативной комиссии по физике высоких энергий США (Нерар), планирующей выделение средств на установки для исследований. Новости из Европы заставили членов комиссии насторожиться. Американские физики теряли почву под ногами, и им была необходима сильная встряска. Джордж Киворт, физик из Лос-Аламоса, который стал научным советником Рональда Рейгана после его избрания в 1980 году, сказал, что мировое лидерство Америки в физике высоких энергий приходит к концу. В последние годы американские физики довольствовались правительственными подачками, а европейцы в это время смело двигались вперед”, — признал он118.

Настроение было подогрето передовицей в “New York Times”, опубликованной в июне 1983 года, на второй день встречи физиков в Вудс-Хоуле, штат Массачусетс. Заголовок был убийственный: “ЕВРОПА — 3, США — ДАЖЕ НЕ Z-НОЛЬ”. Поздравляя ЦЕРН с безусловным подтверждением теории объединения электромагнитных и слабых взаимодействий119, Киверт продолжал: “Плохие новости состоят в том, что европейцы стали лидерами в гонке по поиску строительных блоков материи”. Автор передовицы признал, что “национальность открытия не имеет большого значения в физике”, поскольку американцы тоже работают в ЦЕРНе и других европейских лабораториях, но подчеркнул важность конкуренции в процессе познания. Американские ускорители должны быть построены так, чтобы выиграть соревнование, иначе лучше их не строить вообще. Три мяча, забитые Европой, — это были открытия W- и Z-частиц в ЦЕРНе и открытие на немецком ускорителе глюонов (так метко назвали частицы, склеивающие кварки внутри протонов и нейтронов). Статья заканчивалась так: разгромный счет в соревновании с Европой призывает США к “серьезному реваншу”.

Через месяц комиссия Нерар опубликовала свои рекомендации. “Изабель”, Брукхейвенский ускоритель стоимостью 500 миллионов долларов, закрывался. Американским физикам был необходим такой ускоритель, который бы придал мощный им пульс в гонке за частицами, превзошел ЦЕРН в мощности и лидировал в этой области в течение следующих десятилетий. Ускоритель планировали назвать Сверхпроводящим суперколлайдером. В нем будут сталкиваться встречные пучки с ошеломляющими энергиями 40 ТэВ, что примерно в 400 раз больше, чем изначально планировалось в следующем коллайдере ЦЕРНа, который все еще находился в стадии проектирования. Цель этой удивительной новой машины — обнаружение частицы Хиггса и добыча долгожданного доказательства происхождения массы.

В статье о Сверхпроводящем суперколлайдере для американского журнала “Physics Today” Леон Ледерман и Шелдон Глэшоу предупреждали: если США не удастся построить установку, “потери понесет не только наша наука, мы все ощутим их в более широком смысле — пострадает наша национальная гордость, ослабнет уверенность в нашем технологическом превосходстве. Когда мы были детьми, Америка делала большую часть вещей лучше всех в мире. Так должно быть и впредь!”.

Глава 6

Конец Сверхпроводящего суперколлайдера

Элвин Трайвелпис, бывший партнер Леона Ледермана по покеру, стоял за дверьми Зала Кабинета в Западном крыле Белого дома, где проходят совещания министров США. В руках Трайвелпис держал огромный мольберт, на котором были закреплены большие, яркие рисунки120. Формат и цвет были выбраны обдуманно — дело происходило темным, мрачным январским вечером 1987 года, а по слухам зрение у президента Рейгана было уже не тем, что раньше.

Директору Управления по энергетическим исследованиям Трайвелпису предоставили право на пятнадцатиминутую аудиенцию — за эти минуты он должен был уговорить президента и его министров одобрить строительство самого крупного и дорогостоящего коллайдера в мире. Сторонники проекта считали, что, если Белый дом поддержит их и ускоритель будет построен, это обеспечит США превосходство в физике высоких энергий на десятилетия вперед, причем на самом передовом ее крае. В противном случае лидерство американцев в познании тайн природы останется в прошлом — ученые других стран активно наступали им на пятки.

Название “Сверхпроводящий суперколлайдер” для многих звучало как вид дьявольского оружия, которое суперзлодей (суперзлодейка) из комиксов мог (могла) построить в своем логове и, угрожая им человечеству, требовать больших денег. На самом деле это был первый в мире ускоритель элементарных частиц, специально разработанный для поисков бозонов Хиггса121. Позиционируя машину как “орудие охоты за частицами Хиггса”, физики негласно признавали, что эти неуловимые частицы стали наиболее важным и желанным призом в физике высоких энергий.

Суперколлайдер стал машиной мечты американских физиков, но на самом деле в поисках бозонов Хиггса они рассчитывали не только на него. В Фермилабе на ускорителе “Теватрон”, руководимом Ледерманом, где уже начали сталкивать протоны и антипротоны, появились некоторые шансы найти бозоны Хиггса раньше европейцев. “Теватрону” было суждено посоревноваться с Большим электрон-позитронным коллайдером (LEP) ЦЕРНа, который запустили через два года. Долгое время ускорители шли ноздря в ноздрю. Но Сверхпроводящий суперколлайдер должен был обойти их обоих.