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

Но есть некое, весьма перспективное применение частицам Хиггса, быстро становящееся одним из самых захватывающих направлений физики. С начала нашего столетия все больше ученых приходят к выводу, что частицы Хиггса могут стать краеугольным камнем следующей крупной революции в науке. Когда происходят сдвиги в человеческом мышлении и восприятии реальности, революцию не остановить.

Люди всегда считали себя особенными. Насколько нам пока известно, мы одни во Вселенной овладели речью, создали великие произведения искусства и литературы и сформулировали законы природы. Но наука постоянно наносит по нашим представлениям о человеке как венце природы сильнейшие удары. То и дело возникают революционные идеи, сотрясающие фундамент, на котором зиждется наше высокомерие.

Три крупные революции сделали в этом отношении, пожалуй, больше других. Первый удар — в XVI веке — нанес польский астроном Николай Коперник. Коперник использовал математику для низвержения религиозных представлений о том, что Земля — центр мироздания. Он показал, что Земля находится даже не в центре нашей собственной Солнечной системы, а что она — всего лишь одна из многих планет, вращающихся вокруг Солнца.

Чарльз Дарвин и его современники ответственны за следующую революцию. Спустя более трехсот лет после смерти Коперника Дарвин доказал, что и люди тоже не уникальны. Когда он в 1859 году опубликовал книгу под названием “О происхождении видов”, где рассказал о своей теории эволюции путем естественного отбора, стало ясно, что люди — просто один из видов млекопитающих. Если вы полагаете, что вы — венец эволюции, обдумайте это хорошенько еще раз.

Третья революция произошла еще почти столетие спустя, когда два выпускника Кембриджа Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик в 1953 году разгадали структуру ДНК. Их работа ознаменовала начало новой эры — эры генетики. В представлении некоторых ученых мы являемся лишь временными опекунами эгоистичных и самокопирующихся молекул, и наша главная цель в жизни — передать их следующему поколению.

Сегодня физики всерьез задают себе вопрос, станет ли частица Хиггса краеугольным камнем следующей крупной революции в науке, которая обещает быть еще более серьезной, чем любая из тех, что произошли раньше. Частицы Хиггса, говорят они, могут быть мостиком к скрытым мирам197. Если они правы, тогда то, что мы называем реальностью (то есть все, что мы знаем), — это лишь часть огромной и сложной реальности, которую мы совершенно не замечаем.

Для Джеймса Уэллса, физика из ЦЕРНа, существование скрытых миров кажется почти несомненным. Он утверждает, что до недавнего времени физика элементарных частиц была слишком антропоцентричной. Ведь частицы, интересовавшие физиков, — это те частицы, из которых построены наши органы, или те, что взаимодействуют с частицами внутри нас. Уэллс обращает внимание человечества на то, что в мире может быть бесчисленное множество других частиц и сил, которые мы просто не воспринимаем. “Было бы действительно странно, если бы все, что существует во Вселенной, ограничивалось только тем, что воспринимает наше тело. Почему мы должны быть такими особенными?” — спрашивает он.

Ученые уже знают: Вселенная содержит материю, которую мы не можем увидеть или почувствовать. Огромные сгустки темной материи скрываются среди галактик, и присутствие их можно обнаружить только по гравитационному притяжению к ним космических объектов. Космологи считают, что темная материя составляет около четверти массы Вселенной.

Как эти миры скрываются от нас? Посмотрите повнимательнее вокруг. Все, от этой книги в ваших руках и стула, на котором вы, надеюсь, сидите, сделано из простейших строительных блоков. Атомные ядра состоят из протонов и нейтронов, а те — из кварков, связанных друг с другом сильным взаимодействием. Вокруг этих центральных ядер вращаются электроны, взаимодействующие с ядрами посредством электромагнитного взаимодействия. Атомы и молекулы соединяются вместе, образуя все предметы вокруг нас благодаря все тому же электромагнитному взаимодействию. Процесс этот повторяется в бесчисленных комбинациях, и так возникает материальный мир. Все его частицы имеют вес благодаря полю Хиггса, а также взаимодействиям, которые склеивают их друг с другом. Мы чувствуем их массу чаще всего из-за гравитационного поля Земли, тянущего их вниз. Кроме этих сил существует еще только одна сила, которая нам известна, — это слабая сила, управляющая определенным видом радиоактивного распада.

Почему только частицы материи, которые мы открыли, и четыре силы природы, которые мы знаем, могут существовать в природе? Ведь нет никаких причин, по которым человеческое тело должно быть оснащено сенсорами, воспринимающими все-все во Вселенной, и существование темной материи доказывает это. Очень вероятно, что в мире существует множество частиц и сил, находящихся целиком за пределами нашего восприятия.

Скрытый мир может состоять из различных видов темных частиц и сил, аналогичных тем, которые существуют в нашем мире, но не взаимодействуют с известным нам веществом. Там может быть даже своя “темная” версия Стандартной модели. А если это так, то что помешало бы рождению темных звезд и разрушению их в конце их жизни или образованию темных планет из темных космических осколков? Может быть, даже существует какая-то форма темной жизни? “У нас пока нет никаких доказательств, но исключать этого нельзя. Нет никаких оснований полагать, что скрытый мир менее сложен, чем тот, что мы знаем. Он тоже мог бы содержать богатый набор явлений, — говорит Джон Март-Рассел, оксфордский физик-теоретик, занимающийся теориями скрытых миров. — Подобно тому как революция Коперника объяснила людям, что Земля не является уникальной, все, что мы до сих пор знали, может тоже оказаться неуникальным. Кто сказал, что все эти вещи вокруг нас, вещи из нашей действительности, — главная и самая сложная часть Вселенной? Очень может быть, что это совсем не так”.

И если скрытые миры все-таки где-то существуют, частицы Хиггса могут привести нас туда. И вот почему. Некоторые физики считают, что наше собственное поле Хиггса тонко связано с другими полями Хиггса, которые наделяют массой частицы в скрытых мирах. Эта связь образует “мостик”, который предоставляет возможность заглянуть в скрытый мир и посмотреть, из каких частиц он состоит. Только поле Хиггса позволяет это сделать, и тому есть несколько причин. Одно из важнейших свойств, которое отличает его от других полей, — его скалярность. Это означает, что поле Хиггса выглядит одинаковым со всех сторон. Второй особенностью является то, что поле Хиггса, а также связанные с ним частицы пронизывают все пространство. Эти две особенности делают хиггсовское поле невероятно чувствительным к малейшим всплескам энергии, которые могут исходить из скрытого мира.

Если частица Хиггса будет найдена на LHC, некоторые физики верят, что ее предсмертная агония прольет свет на существование скрытых миров. Хиггсов бозон крайне нестабилен, и ожидается, что, как только он родится, почти сразу распадется, причем, вероятно, на невидимые частицы скрытых миров. Те, в свою очередь, могут распасться на “реальные” частицы, которые мы сумеем увидеть. Эффект будет зафиксирован в детекторах LHC в виде внезапного появления следов частиц, пришедших словно из ниоткуда. Обнаружение таких треков позволит ученым пройти в обратном направлении и получить представление о частицах скрытых миров...

Идея скрытых миров многим кажется фантастической, одной из тех, что физики придумывают в свободное время, но возможность их существования рассматривается вполне серьезно. “Если мы сможем использовать бозон Хиггса как мостик в скрытые миры, это будет одним из самых важных выводов о структуре пространства и времени за всю историю науки”, — говорит Уэллс.

В июне 2007 года на мой стол в бывшем офисе газеты “Gardian”, находящемся в районе Клеркенуэлл в центре Лондона, положили письмо. На марке была изображена туманность Сатурна — небесный вихрь голубого и красного на черном фоне. Я перевернул письмо и прочитал адрес отправителя. Письмо было от Питера Хиггса.