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

Настоящий прорыв в понимании проблемы возник в сознании Гута как следствие из этого умозаключения. Однажды вечером он вернулся с работы домой, и вдруг его осенило: он понял, что означали его расчеты расширяющейся Вселенной. “В какой-то момент я увидел, что происходит. Расширение Вселенной было экспоненциальным! Это было невероятно захватывающе”, — говорит Гут.

Явление, открытое Гутом, получило название “инфляция (раздувание) Вселенной”. Сразу после Большого взрыва за долю секунды Вселенная вдруг расширилась с головокружительной скоростью, а потом эта скорость расширения стала уменьшаться.

Теория инфляции Вселенной находится в стадии развития, ученые продолжают еще о ней спорить. Исходная теория Гута, с тех пор как он впервые описал ее в 1981 году, была не раз пересмотрена. Но в одном большинство физиков сегодня сходятся: энергию на инфляцию Вселенной обеспечило некое поле, поведение которого очень схоже с поведением поля Хиггса136. Некоторые полагают, что оно и есть то самое поле, что было впервые описано Хиггсом в 1964 году. И полю этому соответствуют и свои частицы — его переносчики, метко названные инфлатонами.

Однако вернемся в ЦЕРН. Лин Эванс продолжает обсуждать проблемы, которые возникали во время работы гигантского коллайдера LEP. Каждую зиму машину выключали на несколько месяцев в соответствии с условиями договора с поставщиком энергии — машина не должна работать в то время, когда спрос на электроэнергию у потребителей из окружающих городов достигает своего ежегодного пика. Зимний простой использовался инженерами для проведения технического обслуживания ускорителя и необходимых ремонтных работ.

Утром 13 февраля 1995 года сотрудники, съехавшиеся в ЦЕРН после зимних каникул, стали свидетелями невероятного разгрома. В диспетчерской разобрана практически вся аппаратура, необходимая для управления малым ускорителем, используемым для впрыскивания частиц в LEP. Кабели, соединявшие ускоритель с электронными модулями, оборваны, около 1200 электронных модулей исчезло. Всего за несколько дней до начала нового цикла экспериментов какой-то вредитель разобрал всю управляющую аппаратуру!

Преступника вскоре разыскали. Это был Николя Блазиану, оператор диспетчерской, проработавший в ЦЕРНе двадцать семь лет и пользовавшийся хорошей репутацией. Он провел все выходные, демонтируя и пряча компоненты оборудования, а затем исчез. Позже он позвонил руководству ЦЕРНа и заявил, что расскажет, где модули, если ему заплатят 2 млн швейцарских франков.

Блазиану в конечном итоге сдался полиции города Бург-ан-Брес на юге Франции и показал, где находятся модули, тщательно спрятанные в разных уголках ЦЕРНа — на чердаке, под полом, за стенами. Персонал считал, что Блазиану свихнулся после размолвки с бывшей женой, тоже работавшей в ЦЕРНе в качестве помощника администратора137.

Преступление маньяка нанесло серьезный удар по ЦЕРНу: электроника, используемая для управления выведенным из строя ускорителем, была разработана более двадцати лет назад, и документация, описывающая, как должны собираться различные ее узлы, была неполной. Даже если компоненты благополучно выдержали бы испытания, после сборки нужно было тестировать машину как целое.

Блазиану было предъявлено обвинение в краже и попытке вымогательства, а ЦЕРН пересмотрел действующие меры безопасности. Руководство смогло уговорить инженеров поработать в режиме аврала, чтобы побыстрее восстановить поврежденное оборудование диспетчерской. К счастью, машину удалось запустить без значительных задержек.

Следующей зимой в ЦЕРНе случился еще один случай вредительства138. Машину в ту зиму выключали на больший срок, чем обычно, чтобы инженеры, работающие по контракту, успели модернизировать коллайдер — ученые хотели иметь возможность ускорять частицы до более высоких энергий. Когда в июне 1996 года дело дошло до очередного включения LEP, ни один из двух пучков частиц не смог разогнаться должным образом. Сперва это отнесли на счет начальных трудностей, но через пять дней проверки инженеры обнаружили какую-то блокировку на десятиметровом участке двадцатисемикилометрового кольца.

Когда кольцо коллайдера открыли и инженеры ЦЕРНа заглянули вниз в трубу, по которой двигались пучки частиц, они увидели, что там лежат какие-то предметы, похожие на зеленые стеклянные линзы. Инженеры взяли жердь, поддели их и в конце концов вытащили — две пивные бутылки “Хайнекен”! С этикетками, прожженными пучками бомбардировавших их частиц.

Хотя в ЦЕРНе шутили по поводу рекламного слогана “Хайнекен” — “пиво, которое приходит туда, куда другое добраться не может”, но на самом деле это был серьезный акт вандализма. Пришлось вызывать полицию, чтобы снять отпечатки пальцев с бутылок и найти вредителей.

“Злонамеренные вредительства, их всегда следует остерегаться, — говорит Эванс. — Люди иногда делают ужасные, бессмысленные, идиотские вещи, особенно когда ускоритель отключен. Все время нужно быть начеку — кретины и негодяи могут в любой момент сделать гадость”.

Главная цель коллайдера LEP состояла в том, чтобы создавать как можно больше W- и Z-частиц, и она была достигнута. Они вылетали миллионами, так что ученые смогли их тщательно изучить. Кроме того, физики, ученые, работающие на четырех больших детекторах ускорителя, скрупулезно изучали результаты экспериментов, пытаясь найти явные признаки появления бозона Хиггса, и надеялись, что в архиве записей столкновений за десять лет им все-таки удастся увидеть следы осколков, которые, без всяких сомнений, будут свидетельствами рождения долгожданной частицы.

ЦЕРН получил финансирование для LEP до 2000 года, после этого его должны были закрыть, извлечь из земли и заменить гораздо более мощным коллайдером LHC. Когда срок окончания работы ускорителя стал приближаться, техники принялись все больше и больше поднимать энергию пучков, и к весне 2000 года частицы разгонялись в кольце коллайдера уже до энергий гораздо более высоких, чем предусматривалось конструкцией машины. Тем не менее ни в одном столкновении, похоже, неуловимый бозон Хиггса так и не появился.

Отключение LEP означало, что охота ЦЕРНа за бозоном Хиггса прервется по крайней мере на пять лет, пока не будет сооружен коллайдер LHC. На это время группа “Теватрона” в лаборатории Ферми под руководством американских ученых становилась единственной командой, имевшей реальные шансы найти частицу. “Теватрон” временно отключили, чтобы обновить детекторы и улучшить технические параметры машины. Американский коллайдер, как это было и с закрываемым навсегда LEP, ставил своей первостепенной задачей охоту на бозон Хиггса. В ЦЕРНе тем временем ученые давили на руководство, чтобы оно разрешило работать на коллайдере LEP в режиме, далеко выходящем за рамки возможностей его конструкции, надеясь, что бозон Хиггса окажется в зоне досягаемости при работе ускорителя на максимальных энергиях.

За несколько месяцев до запланированного в ЦЕРНе выключения LEP навсегда в одном из детекторов произошел сбой, какого раньше никогда не было. Вскоре и второй детектор задергался. Ученые, работавшие на машине, почувствовали, как их сердца замерли. Эванс помнит, что произошло дальше, так четко, как будто это было вчера. “Мы загнали LEP до предела, поскольку уже готовились отключить его. И тогда все сломалось к чертовой матери”.

Глава 8

Судный день откладывается

Один из сценариев конца света, который ученые считают настолько маловероятным, что даже исключили его из рассмотрения, выглядит следующим образом: где-то в районе густонаселенного острова Лонг-Айленд непосредственно к востоку от Манхэттена под землей произойдет страшная катастрофа139. А вызвана она будет экспериментами на коллайдере. Итак, в ускорителе, уже проработавшем без сбоев до этого в течение нескольких лет, ионы золота неоднократно сталкивались друг с другом, при этом выделялось так много энергии, что протоны и нейтроны внутри ионов распадались, испуская потоки кварков и связывающих их частиц — глюонов.

Обычно освобожденные при столкновении кварки потом опять собираются вместе и формируют безвредные субатомные частицы. Но однажды происходит столкновение, отличающееся от предыдущих. На этот раз при рекомбинации кварков случайно образуется необычная частичка материи. Она оказывается выброшенной из основной трубы ускорителя и оседает на одном из гигантских магнитов, окружающих детектор.

Прикрепившись к поверхности, эта новая частица начинает вести себя довольно нестандартным образом — она притягивает и поглощает атомы, которые находятся вокруг нее. По мере того как частица разбухает и увеличивается в размерах, к ней притягивается все больше и больше соседей — их она тоже поглощает. А потом наступает момент, когда эта огромная уже частица падает, не замеченная никем, и проваливается через бетон в землю.