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

потенциальную яму. В отдельных моделях у потенциала скалярного поля могут быть два локальных минимума. В первый момент оно могло устремиться к ближайшему из них, запустив при этом экспоненциальный рост. Потом, благодаря квантовому туннельному эффекту или в силу какого‑то другого механизма, новая частица возобновила свое соскальзывание в состояние устойчивого равновесия, породив электрослабый вакуум, в котором она пребывает и поныне. Выходит, в процессе эволюции Вселенной бозон Хиггса выполняет двойную работу: сначала он создает сумбур, из которого рождается всё на свете, а потом, когда буря стихает, наводит порядок среди взаимодействий и разводит элементарные частицы по семействам, приписывая каждой определенное значение массы, – так, чтобы все могло потом развиваться и эволюционировать еще миллиарды лет. И вот тут не поспоришь: если бозон Хиггса действительно мог сыграть столь выразительную и сложную роль в формировании нашего материального мира, то ему трудно отказать в праве называться частицей Бога.

Впрочем, здесь все же есть о чем подискутировать. У гипотезы, что бозон Хиггса – это и есть инфлатон, как бы она ни была соблазнительна, находятся в научном сообществе серьезные и многочисленные оппоненты. Даже если предположение, что бозон Хиггса играл какую‑то роль в инфляции, верно, есть немало ученых, настаивающих, что необходимо существование и другого скалярного поля, которое должно было сопровождать и поддерживать первое, – так, как будто речь идет о слишком сложной задаче, с которой не справиться в одиночку. И мы вновь возвращаемся к тому вопросу, с которого начали: бозон Хиггса одиночка – или же член целого семейства новых скалярных частиц?

Чтобы это узнать, требуются многочисленные новые исследования. Прежде всего надо точно измерить, как меняется его потенциал с ростом энергии, а это, в свою очередь, зависит от таких параметров, как масса топ-кварка и константа связи сильного взаимодействия, которые тоже надо будет очень точно измерить. Константа связи бозона Хиггса с самим собой – еще один решающий параметр, могущий скрывать сюрпризы. Чтобы его измерить, придется исследовать редчайший процесс, который нам, может быть, удастся наблюдать лишь на этапе высокой светимости LHC: образование пар бозонов Хиггса. Для подробного исследования этого странного механизма – когда один бозон Хиггса распадается на два бозона Хиггса – будет необходимо построить новые ускорители и набраться терпения: процесс настолько редкий и сложный, что придется научиться производить пары миллионами; только после этого удастся отобрать сотню доступных для измерения.

Но, возможно, и этого окажется недостаточно для разрешения всех сомнений относительно роли бозона Хиггса в инфляции. Для того чтобы наверняка подтвердить данную гипотезу, потребуется проверить, не осталось ли в космическом фоновом излучении тончайших реликтовых следов, характерных для первичных бозонов Хиггса.

Вся Вселенная – это что‑то вроде гигантской микроволновки, которая очень разогрелась миллиарды лет назад и пока еще не до конца остыла. Ее излучение продолжают изучать самыми чувствительными инструментами, потому что оно все еще сохраняет следы – хотя бы и очень слабые – всей той истории, через которую эта “микроволновка” прошла. Поэтому то коловращение фотонов, что мы видим повсюду и что накрывает нас со всех сторон, оказывается ценнейшим источником информации о происходившем в былинные первые мгновения. Чтобы хорошо их изучить, надо избавиться от типичных помех, создаваемых атмосферой Земли; для этого измерительные приборы отправляются на орбиту или же в самых отдаленных регионах Антарктиды устанавливаются очень специальные детекторы.

Если бозон Хиггса запустил инфляцию, то он должен был оставить определенный след. Но если попытаться рассчитать этот след, то окажется, что прикосновение бозона Хиггса было очень нежным. Фотоны реликтового фона окончательно расстались с материей через 380 тысяч лет после Большого взрыва. В течение этого периода, когда фотоны и электроны непрерывно поглощались и переизлучались веществом, у них было достаточно времени, чтобы взаимодействовать с целым морем гравитационных волн, разлившимся из‑за инфляции и тысячелетиями продолжавшем раскачивать раннюю Вселенную. Пространственно-временные возмущения передавались фотонам, с которыми взаимодействовали гравитационные волны, и между ними происходил своего рода импринтинг. Характерная поляризация, специфическая для этого типа взаимодействий, от которой оставались едва заметные следы в реликтовом фоне на протяжении следующих миллиардов лет.

Эту характерную поляризацию ищут во всех самых продвинутых экспериментах, но искомый эффект очень слаб, его заглушают другие явления, и получаемые сигналы остаются невидимы. Это примерно как попытаться услышать спустя 13,8 млрд лет эхо от тихого плача ребенка. Если бозон Хиггса и запустил инфляцию, отзвук этого события все еще остается далеко за пределами чувствительности наших инструментов.

Однако мы можем открыть кое‑что новое относительно связи бозона Хиггса с величайшей загадкой начала третьего тысячелетия – с темной энергией.

Все, что мы знаем об этой не очень хорошо идентифицированной сущности, это то, что она распределена в пространстве с постоянной плотностью. Величина этой плотности очень мала, но все же отлична от нуля. Впрочем, самое удивительное – это не то, что темная энергия существует, а то, что у нее такая маленькая плотность. Если взять вакуум и рассчитать энергию, которую он должен содержать, исходя из известных механизмов квантовых флуктуаций, то мы получим плотность энергии, отличающуюся от измеренной на 120 (sic!) порядков, то есть почти на бесконечность. Ее называют “вакуумной катастрофой”, намекая на рекордное по своей провальности предсказание в истории физики.

Кое-кто думает, что так получается из‑за каких‑то механизмов компенсации, работающих при участии других частиц типа Сьюзи, которые вносят отрицательный вклад в полную энергию, вычитая из нее почти все и доводя до того самого магического значения, – положительного, но очень близкого к нулю. Другие же предполагают, что решение нам даст именно бозон Хиггса.

У хиггсовского поля есть одно специфическое значение, одинаковое во всем пространстве; хиггсовский потенциал при таком значении поля равен нулю. По этой причине разница значений потенциальной энергии в двух произвольных точках пространства в точности равна нулю. Это объясняет, почему вклад хиггсовского поля в темную энергию, строго говоря, нулевой: плотность энергии скалярного поля равна нулю. С другой стороны, если предположить, что значение хиггсовского поля слегка отличалось бы в ту или иную сторону от этого магического значения, которое повсюду обращает потенциал в нуль, то у энергии повсюду появилось бы некоторое ненулевое значение. А если в дополнение к хиггсовскому полю рассмотреть еще и другое, новое и очень слабое скалярное поле, с которым тоже связан какой‑то дополнительный бозон, то это как раз и могло бы создать ту небольшую разницу, что объяснила бы существование темной энергии. Увлекательная гипотеза, которая, хотя и не объясняет огромного расхождения, о котором мы говорили выше, но открывает возможность для наводящего на размышления сценария. Благодаря бозону Хиггса мы