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

День в школе обычно начинался с утреннего собрания. Хиггс привык стоять в задних рядах, где коротал время за чтением имен, выбитых на огромном стенде, занимавшем большую часть стены. То были имена самых известных выпускников школы. Как-то Питер заметил, что одно имя значилось среди отличников по разным дисциплинам. Это был Поль Дирак, единственный лауреат Нобелевской премии, когда-либо закончивший это учебное заведение. Символично, что, когда Хиггс поступал в школу, ее директор собирался в отставку, а когда Дирак заканчивал школу, он только что занял этот пост.

Хиггс восхищался Дираком. Своей страстью к физике Хиггс обязан Дираку больше, чем любому из отцов-основателей квантовой механики. В школе его учитель английского языка призывал читать больше, особенно популярные книги Артура Эддингтона, Джеймса Джинса и Альберта Эйнштейна.

Одна из историй, описанная Эддингтоном, произошла 29 мая 1919 года, за десять лет до рождения Хиггса53. У Эддингтона созрел гениальный план. Он понял, что природа сама дает способ проверки общей теории относительности Эйнштейна, которая утверждает, что массивные объекты создают гравитационные поля, искривляя пространство вокруг себя. Эддингтон быстро собрался и отправился в плавание на крошечный остров Принсипи у западного побережья Африки. Он и его коллеги прибыли как раз вовремя, чтобы стать свидетелями полного затмения Солнца.

Солнце имеет большую массу, чем все остальные небесные тела в Солнечной системе. Если бы это было не так, планеты вращались бы вокруг другого небесного тела. Если Солнце действительно искривляет пространство, то, когда Луна на короткое время затмит Солнце, эффект должен проявиться в сдвиге в обычном расположении звезд. Звезды, конечно, останутся на своих местах, но лучи света, испускаемые ими, вслед за пространством также искривятся, проходя вблизи Солнца, что и создаст видимость сдвига звезд. Так оно и получилось. Наблюдения Эддингтона были опубликованы через год, и на первых полосах всех газет появились сообщения об убедительном доказательстве теории Эйнштейна.

Хиггс читал запоем. Рассказы Эйнштейна, Эддингтона и других физиков захватили его воображение. А ведь физика, которую он учил в школе, казалась такой скучной! Видно, все интересное, думал Хиггс, в школьную программу не вошло...

За годы войны приоритеты науки изменились настолько, что в результате она оказала непосредственное влияние на исход войны. Сначала, когда в Германии победил нацизм, еврейские ученые либо потеряли работу, либо переехали в другие страны и стали работать там. Европейские физические школы в Берлине, Геттингене и Копенгагене фактически были уничтожены. Из других городов ученые тоже уехали. Эйнштейн переехал в Принстон, штат Нью-Джерси. Макс Борн — в Кембридж, а затем в Эдинбургский университет, Нильса Бора тайно перевезли в бомбовом отсеке бомбардировщика Королевских воздушных вооруженных сил в Великобританию, а затем он перебрался дальше — в Америку54. Эрвин Шрёдингер надеялся обустроиться в Оксфорде, но его туда не пустили — университетским властям не понравилось, что он живет с двумя женщинами одновременно. А Гейзенберг, который родился в Вюрцбурге, в Северной Баварии, остался в Германии. Впоследствии он стал директором Института кайзера Вильгельма в Берлине.

Фундаментальные физические исследования на время войны были фактически приостановлены. В обоих воюющих лагерях ученые участвовали в технических проектах, призванных помочь военным. Немцы занимались ракетами, британцы изобретали радар. Компьютерная техника выросла на задворках разработок алгоритмов взламывания шифров. Впервые стали производить в массовых количествах пенициллин, что спасло бесчисленное количество жизней.

За время войны ученые сильно продвинулись в ядерной физике. Уже было известно, что в реакциях деления при расщеплении атомов урана и других элементов выделяется энергия и при соответствующем умении можно инициировать цепную реакцию, в которой выделится огромная энергия из бесчисленного количества атомов, и тогда возникнет разрушительный взрыв.

Поль Дирак провел военные годы в Кембридже — был профессором математики на кафедре Лукаса. Это та самая должность, которую более чем за 250 лет до него занимал Исаак Ньютон, а 40 лет спустя — Стивен Хокинг. Вначале Дирак некоторое время работал над секретной технологией изготовления оружейного урана, который отправляли ученым, участвовавшим в Манхэттенском проекте — программе по созданию американской атомной бомбы. Руководителем проекта был Роберт Оппенгеймер. Работы велись в Лос-Аламосской национальной лаборатории в Нью-Мексико. Дирак всячески старался избегать исследований, связанных с военной тематикой. В то время в Кембридже ему сильно досаждал чрезвычайно способный, но вечно нарушающий общепринятые нормы поведения студент по имени Фримен Дайсон. Он обожал во время отключения электричества при воздушной тревоге забираться на крышу колледжа. А еще — забрасывать Дирака самыми разными вопросами. Иногда казалось, что это для него любимый вид спорта. Однажды Дирак даже прервал свою лекцию на середине и отправился искать ответ на очередной дайсоновский вопрос.

Теория деления ядра была разработана в 1938 году, почти за год до того, как началась Вторая мировая война. Немецкие ученые во главе с Отто Ганом, бомбардируя уран пучками нейтронов, обнаружили, что его атомы делятся и возникает два более легких элемента55. В реакции высвобождалась энергия, а также образовывались нейтроны, причем их было больше, чем в падающем пучке. Но тогда эти нейтроны могут быть использованы для расщепления еще большего числа атомов урана, при этом испустится еще больше нейтронов. Важно, что в каждом акте реакции деления выделяется все больше и больше энергии.

Работа Гана основывалась на экспериментах итальянского физика Энрико Ферми, выполненных несколькими годами ранее в Риме. Ферми обнаружил, что в лаборатории можно создать радиоактивные элементы при бомбардировке урана нейтронами, но, насколько он мог видеть, ни в одном из его экспериментов не возникало деления урана. В то время большинство физиков думали, что нейтроны слишком “слабы”, чтобы расщепить атом на два более легких элемента, — они просто “осядут” в атомах и утяжелят их. За свою работу по “наведенной радиоактивности” в 1938 году Ферми был удостоен Нобелевской премии. В том же году он и его жена — еврейка Лаура — покинули Италию и направились в Нью-Йорк, сбежав от фашистского режима Бенито Муссолини.

Прибыв в Америку, Ферми стал участником Манхэттенского проекта. Теперь местом его работы была лаборатория с ничем не примечательным на званием — Чикагская металлургическая лаборатория. Ферми и его новые коллеги должны были построить под старым университетским стадионом ядерный реактор. 2 декабря 1942 года Джеймсу Конанту, руководителю комитета национальных оборонных исследований, поступил звонок от директора Чикагской лаборатории Артура Комптона У него были потрясающие новости! Комптон произнес: “Итальянский мореплаватель только что высадился в Новом Свете”. Эта фраза могла означать только одно — в реакторе Ферми получена цепная реакция, высвободившая энергию атома. Начиналась эпоха атомной энергии.

В следующем году Фримен Дайсон покинул Кембридж — он получил место аналитика в оперативном исследовательском отделе командования бомбардировочной авиации Королевских военно-воздушных сил, расположенном в лесу на холме недалеко от Бекингемшира и занимавшем несколько зданий из красного кирпича. Дайсон снял жилье в соседней деревне и каждое утро проезжал пять миль на мотоцикле; иногда его обгонял лимузин Королевских военно-воздушных сил, возивший в офис его босса, сэра Артура Харриса, прозванного Бомбардировщиком. Работа Дайсона состояла в том, чтобы сделать бомбардировочные рейды безопаснее, увеличить эффективность бомбежек старинных городов Германии, дабы нанести им максимальный ущерб. Позже он признавался, что эта работа сделала его экспертом в том, “как более экономно убить еще сто тысяч человек”.

Хиггсу было почти (без нескольких недель) 16 лет, когда в Великобританию пришла весть о капитуляции Германии. Премьер-министр Уинстон Черчилль в присущем ему драматическом стиле, но при этом с благородной сдержанностью объявил согражданам о прекращении огня. “Мы можем позволить себе короткий период ликования, но давайте не забывать ни на минуту, что нас ждет впереди много дел, поскольку вероломная и алчная Япония остается непокоренной”, — сказал он. Бристоль и другие британские города захлестнула волна ликования. Когда в пабах кончилось пиво, люди, одетые в красные, белые и синие одежды, продолжили празднества на улицах — до поздней ночи они танцевали и пели вокруг костров.