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

Мы видели среди тех, кто аплодировал в партере, знакомые лица. Это были молодые сотрудники двух наших экспериментов, люди, занимавшиеся связанными с бозоном измерениями. Здесь было много друзей, работавших с нами с самого первого дня, пионеров ATLAS и CMS, а также много физиков и инженеров, строивших и запускавших LHC. Единственное, что омрачало праздник, – среди награжденных не оказалось Стива Майрса. По каким‑то непостижимым причинам комитет, присуждавший премию, не счел его достойным. Я лично считаю это решение совершенно несправедливым.

Но верх элегантности был достигнут 10 декабря в Стокгольме, когда протокол требовал фрака, – по случаю вручения нобелевских премий и заключающего церемонию ужина в присутствии короля Швеции.

Как выяснилось, опасался я зря: портные Ганса Алльде прекрасно справились со своей задачей, и фрак сидел на мне как влитой. Наконец‑то я смог вздохнуть с облегчением. Когда мы встретились – я, Джим Вирди, Петер Йенни и Джо Инкандела, все как один похожие на пингвинов, – то разразились хохотом. Настроение у нас было прекрасное. Петер, обычно молчаливый и лаконичный, выказал себя блестящим спикером. На банкете он взял слово и был неотразим. А под конец, уже во время бала, завершающего вечер, он ходил по залам легкой походкой, шутил и похлопывал всех по плечу – просто удивительная случилась с человеком метаморфоза. На фотографии, оставшейся у меня с того вечера, мы стоим втроем: я – в центре, между ним и Франсуа, все трое немного хмельные; этот снимок – одно из самых дорогих для меня воспоминаний о том изумительном вечере.

У начала Вселенной

Открытие бозона Хиггса стало важной вехой в истории познания. Теперь мы можем точно реконструировать, что же произошло в первые мгновения после Большого взрыва, когда скалярное поле Хиггса заполнило всю Вселенную, проникая во все ее уголки, вплоть до самых далеких. Когда прошла лишь одна стомиллиардная доля секунды и началось то, что определит судьбу Вселенной, пока еще раскаленной, на миллиарды лет вперед.

Именно в этот момент бессчетное количество бозонов Хиггса, которые вот прямо только что еще двигались со скоростью света, вдруг конденсируется, образуя – отныне и навеки – вездесущее поле, поле Хиггса[48]. Электромагнитная сила, которая вплоть до сего момента выступала под ручку со слабой силой, расстается с нею навеки. Для фотонов, которые не взаимодействуют с полем Хиггса, ничего не меняется. А на W– и Z-бозоны поле, напротив, накидывает свою сеть, отчего они становятся такими тяжелыми, что не могут больше передавать слабые взаимодействия дальше, чем на внутриядерные расстояния. Наконец и элементарные частицы разделяются между собой – в зависимости от того, как они взаимодействуют с полем, – обретая через это безвозвратно различные массы.

Одно мгновение – и все поменялось навсегда.

Благодаря этому хитрому механизму материя обрела свойства, знакомые нам сегодня. Та масса, которую приобрели электроны, позволяет им размещаться на стабильных орбитах вокруг ядер, из‑за чего могут образовываться атомы и молекулы. Благодаря тому же механизму возникли огромные газовые туманности, из которых родились первые звезды, а потом галактики, планеты и звездные системы… постепенно дело доходит до живых организмов, которые становятся все более и более сложными, – и наконец появляемся и мы с вами. Без электрослабого вакуума, без этих стропил, на которых держится вся грандиозная материальная структура, которую мы называем Вселенной, всего перечисленного бы попросту не было.

Если бозон Хиггса, спустя миллиарды лет достойного служения, в какой‑то момент – завтра ли в 5.45 утра или на два миллиарда лет позже – ни с того ни с сего вдруг устанет либо сложит руки на груди и отправится бастовать, вся наша Вселенная превратится в один огромный огненный шар.

Открытие бозона Хиггса – это, безусловно, очередное достижение науки. Сегодня мы можем сказать, что начали понимать механизм нарушения электрослабой симметрии. Однако данный новый триумф Стандартной модели – триумф проблематический.

Мы уже знаем, что рано или поздно обязательно получим в свое распоряжение более общую теорию, которая будет не только объяснять материю в значительно более протяженном диапазоне энергий, но и включать в себя Стандартную модель в качестве частного случая. Мы знаем, что очень многое из того, в истинности чего мы уверены, не будет истинным при более высоких энергиях, недоступных нам сегодня. Стандартная модель лопнет, и обнаружатся новые фундаментальные взаимодействия или новые элементарные частицы, и будет объяснено пока еще необъясненное: инфляция, объединение с гравитацией, темная энергия.

Но в каком диапазоне энергий все это может случиться?

На этот вопрос, вновь приобретший актуальность, научная общественность ищет ответ уже много лет. Сейчас мы переживаем переломный момент научной революции, контуры которой станут ясны, возможно, лишь через несколько десятилетий.

Бозон Хиггса и Новая физика

Бозон Хиггса – совсем не такая частица, как все прочие. Давая массу всем другим частицам, связанное с ним поле взаимодействует и со всеми частицами, которые мы уже знаем, и со всеми другими, которые пока не открыты. Потому этот новичок сразу становится и новым инструментом исследования. Как если бы мы получили в свое распоряжение ультрачувствительную антенну, которая может дать нам кое‑какие знания даже о невидимых сторонах этого мира. Она получает сигналы, пусть слабые, но воспринимаемые, из самых темных уголков нашей Вселенной.

Вот почему, едва миновала эйфория от сделанного открытия, а элегантные наряды отправились в платяные шкафы, мы сразу вернулись к работе и стали искать ответы на длинный список вопросов. И прежде всего вот на какой: действительно ли пойманная нами частица одна-одинешенька, как ей и положено согласно Стандартной модели? Или ее окружают еще четыре компаньона, как следует из принципов суперсимметрии?

Под термином “суперсимметрия” вообще‑то скрывается обширное семейство теорий, хотя и сильно отличающихся друг от друга, но все же объединенных гипотезой, что существует специальное соотношение, которое каждому бозону, то есть частице с целым спином, ставит в соответствие фермион – частицу с дробным спином. Так что суперсимметрия сразу умножает на два число всех известных нам элементарных частиц. Для каждой должен быть суперпартнер со спином, отличающимся на 1/2.

В Стандартной модели фермионы – это частицы, из которых строится вещество, а взаимодействия в нем переносятся бозонами. В суперсимметричном мире все наоборот: частицы материи – с целым спином, а взаимодействия переносятся фермионами.

Этой симметрии надлежало быть точной сразу после Большого взрыва, но она должна была спонтанно нарушиться уже на одной из самых первых фаз развития Вселенной, в которой после этого нарушения нам осталась только обычная материя. Все суперсимметричные частицы, вероятно, исчезли – за единственным возможным