Глава 10 В погоне за ветром

Человек, полтора века назад назвавший Чикаго Городом ветров, видимо, был из тех, кто во всем замечает только недостатки. Чикаго — город удивительно красивый, с множеством старинных зданий, замечательных музеев и картинных галерей. А еще здесь какая-то потрясающая атмосфера. Ни один город в радиусе почти тысячи миль не может сравниться с Чикаго. Тем не менее прозвище его — предупреждение для каждого, кто приезжает сюда зимой. Тут действительно бывают такие ветра, что несколько шагов до кафе превращаются в борьбу за выживание — вас проморозит до мозга костей!

Ярмо — финский журналист — как будто готовился к подобным испытаниям. Я встретил его в холле гостиницы, где он сидел, одетый в толстое пальто, в котором не замерзнешь и в Арктике, а на голове его была теплая пушистая шапка, надвинутая на лоб. Все, что я знал о Ярмо, — это то, что он пишет о науке, и согласился подвезти его в Фермилаб, расположенный в сорока милях к западу от города, — Ярмо хотел посмотреть на коллайдер “Теватрон”.

Чтобы добраться до лаборатории Ферми от центра Чикаго, нужно сначала выехать к озеру Мичиган, а затем двинуться по скоростной трассе на запад. После примерно часа езды город исчезает в зеркалах заднего вида, и вы сворачиваете на подъездную дорогу, ведущую в кампус площадью 7000 акров — здесь и расположена лаборатория. Мы приехали туда с Ярмо в феврале 2009 года.

Дорога петляла среди голых зимних деревьев, огибала замерзшие озера и желтые поля, блестевшие под припорошившим их утром снегом. И вдруг мы оказались перед гигантской оранжево-коричневой скульптурой — она стояла, широко расставив ноги-спицы, над дорогой. Это 50-футовое творение, напоминающее исполина Талоса, который поджидает аргонавтов, — любимое детище первого директора лаборатории Роберта Уилсона. Скульптура имеет три ноги; изящно изгибаясь, они поднимаются вверх от земли, но встречаются друг с другом над дорогой на разной высоте. Замысел предполагает, что, как бы вы ни смотрели на скульптуру, с какой бы стороны ни подошли, она выглядит странной и асимметричной. Но стоит вам улечься под ней и посмотреть вверх, глазам вашим открывается настоящая красота¹⁷⁹. Создатель этого шедевра словно хочет сказать: симметрия часто является скрытой. Если смотреть снизу, три спицы, выходящие из центра воображаемой окружности, делят ее на равные части. Уилсон назвал скульптуру “Нарушение симметрии” — по названию концепции, на которой основывается механизм Хиггса.

Центр активности в лаборатории Ферми — Уилсон-холл. Это здание похоже, если смотреть сбоку, на гигантскую подставку для тостов, а если спереди — на греческую букву π без верхней крышечки или на две гигантских руки, сложенные в молитве. Уилсон-холл стоит в стороне от “Теватрона”, помещенного в четырехмильный туннель, прорытый на глубине 25 футов под землей.

“Теватрон” был построен для того, чтобы сталкивать протоны и антипротоны внутри двух детекторов: CDF (сокращенное обозначение для названия Collider Detector Fermilab) и DZero (названный по месту его расположения на кольце ускорителя). В конструкции коллайдера есть сильные и слабые стороны. К сильным относится возможность разгонять оба пучка до нужных скоростей с помощью одних и тех же блоков ускорителя, поскольку протоны и антипротоны обладают одинаковыми массами и равными, но противоположными по знаку зарядами. Электрическое поле, разгоняющее пучок протонов в одну сторону, будет разгонять пучок антипротонов в другую. С другой стороны, антипротоны сложно создать и собрать, а еще сложнее образовать из них хорошие пучки.

Первые столкновения на “Теватроне” были получены в 1985 году, но наиболее ценные открытия на этой машине ученые сделали только десять лет спустя. В марте 1995 года физики объявили, что они зарегистрировали t-кварк (истинный) — самую тяжелую элементарную частицу из всех известных нам частиц. Истинный кварк весит около 170 ГэВ, примерно столько же, сколько атом золота. Кстати, теоретики и предсказывали для него примерно такую величину массы.

Через некоторое время (пережив несколько триумфов с традиционным распитием шампанского) физики “Теватрон” остановили — для планового ремонта. Машину усовершенствовали, дабы она могла вдохнуть еще больше энергии в пучки частиц, повысив полную энергию столкновений до 1,96 ТэВ. В основном модифицировали детекторы и блоки ускорителя. Все это было сделано для увеличения интенсивности пучков и в конечном итоге — частоты столкновений до более чем миллиона в секунду.

И вот наконец обновленный “Теватрон” был почти готов к началу охоты на частицу Хиггса, а между тем на церновском LEP получили сигналы, похожие на следы неуловимой частицы. Роберт Розер, один из двух ученых, возглавлявших команду теватроновского детектора CDF, работал там со времен открытия истинного кварка. Когда прошел слух, что в ЦЕРНе, возможно, уже нашли бозон Хиггса, он испытал страшное разочарование. “Мы потратили столько сил на модернизацию установки, чтобы получить возможность выследить бозон Хиггса, и вот, когда у нас наконец все готово, вдруг кто-то выходит и заявляет, что, кажется, уже поймал его, — говорит он, перекрикивая гул от работающего за стенами диспетчерской CDF оборудования. — В глубине души все понимали, что главное — это получить ответ на вопрос, но у нас же есть честолюбие, мы азартны и готовы к конкуренции. И естественно, если вы обагрили установку кровью, полили потом и слезами, то вам хочется получить результаты первыми!”

После того как LEP был выключен, а открытие не состоялось, “Теватрон” остался единственным участником забега. Обновленную машину запустили весной 2001 года, но вскоре стало ясно, что работает она как-то не так. Инженеры изо всех сил боролись с неполадками в ускорителе, но, несмотря ни на что, первые несколько лет он работал на пониженной мощности. Фермилаб подвергли жесткой критике в прессе, и отношения между инженерами, отвечающими за эксплуатацию машины, и учеными, работающими на детекторах, стали напряженными. Поиск бозона Хиггса был невозможен из-за того, что в ускорителе не хватало сталкивающихся частиц.

“Трудности роста” “Теватрона” означали, что при более высоких энергиях будет нелегко удерживать пучки на устойчивых фиксированных орбитах. Это снижало точность фокусировки пучков, направляемых в лобовые столкновения. Все кольца направляющих магнитов пришлось перенастраивать по новым показаниям устройств GPS и лазерного наведения. К началу 2005 года ускоритель заработал на полную мощность и уже стабильно сталкивал достаточное количество частиц, что дало ученым надежду наконец увидеть бозон Хиггса.

Как и любые другие специалисты, физики, работающие в области элементарных частиц, едут туда, где для них есть работа. По мере того как ускорители высоких энергий строятся на одном континенте и закрываются на другом, ученые мигрируют туда, где больше шансов открыть что-то новое в науке. С появлением современных способов коммуникации, прежде всего Интернета, для некоторых это перемещение чисто виртуальное — они анализируют результаты столкновений, не выходя из своих кабинетов. Но есть и такие, кто снимается с насиженного места и переезжает, чтобы участвовать в процессе поисков непосредственно.

Джон Конвей как раз относится ко второй категории. Сначала он был экспериментатором в Университете Дэвис в Калифорнии, потом провел годы в ЦЕРНе в команде ученых “Алефа”, которая гналась за частицей Хиггса по поманившему их следу. А затем Конвей вернулся в США, чтобы участвовать в реконструкции детектора CDF в лаборатории Ферми. Чуть позже, в декабре 2006 года, он опять приехал в ЦЕРН, на этот раз чтобы организовать доставку некой уникальной электроники, предназначенной для получения треков частиц внутри компактного мюонного соленоида — CMS (Compact Muon Solenoid) — детектора для строящегося Большого адронного коллайдера. Но Конвею та декабрьская поездка в ЦЕРН запомнилась другим¹⁸⁰.

Большую часть года его команда выжидала. На детекторе CDF нужно было набрать определенное количество столкновений, а потом проверить, не появились ли признаки рождения частицы Хиггса. На “Теватроне”, согласно теории, в столкновениях протонов и антипротонов могут родиться частицы Хиггса, которые быстро распадутся на две другие, называемые тау-лептонами — тяжелыми кузенами электронов.

Конвей совместно с физиками из Университета Ратгерса в Нью-Джерси разрабатывал программу для детектора CDF, которая вычленяла столкновения, выглядевшие как распад частицы Хиггса на тау-лептоны. Сложность была в том, что некоторые другие известные частицы при своих распадах выдают практически такие же сигналы, так что команда понимала, что их программа будет регистрировать много ложных сигналов. Единственный способ понять, есть ли среди них бозон Хиггса, — это узнать об истории столкновений гораздо больше, чем требуется для идентификации других частиц. Не так важно, что частица не будет найдена, по крайней мере, будет известно, в какой области энергий частиц Хиггса нет.

Было субботнее утро, когда Конвею сказали, что необходимые данные с детектора CDF собраны и все проверки выполнены. Настало время, как говорится, “открыть крышку ящика”. Конвей сидел один в атриуме здания номер 40 в ЦЕРНе, где расположены офисы ученых, работающих на детекторах LHC “Атлас” и CMS, и обрабатывал данные на своем ноутбуке. Нажав несколько клавиш, он стал ждать результаты. Когда график наконец появился на экране, Конвей почувствовал, что волосы у него на голове зашевелились. Там оказалось гораздо больше сигналов тау-лептонов, чем ожидалось. “Это было похоже черт знает на что!” — рассказывал Конвей. Если частица Хиггса была там, то именно так она бы и проявилась!

Нужно было срочно возвращаться в Фермилаб, показать все это безумие коллегам. Конвей позвонил в авиакомпанию. Билетов на завтра не было, но нашелся один на понедельник. Конвей тут же поменял свой обратный билет и отправил мейл команде в Ратгерс — сообщил им о происходящем. Те еще спали, но должны были получить письмо достаточно скоро. Конвей посмотрел вверх, на армированную стеклянную крышу над атриумом. Похоже, в выходные ему отдыхать не придется...

На графике на экране ноутбука Конвея был явственно виден пик, выглядевший, как след частицы Хиггса с весом около 160 ГэВ. Конечно, Конвей понимал, что это может быть всего лишь статистическая флуктуация. Физики, занимающиеся элементарными частицами, уже давно хорошенько усвоили одну очень важную вещь — сигнал, который выглядит таким обнадеживающим сегодня, завтра может исчезнуть. Конвей должен был проверить, какова вероятность того, что пик данного размера мог появиться случайно, в отсутствие частицы Хиггса. У физиков имеется испытанный способ расчета, но он не быстрый. Нужно запустить программу, в которой происходит численное моделирование огромного числа мнимых столкновений при условии, что частиц Хиггса нет, а потом смотреть, как часто пик, похожий на открытие, появляется на графике. Если он возникает довольно часто, кричать “Ура!”, пожалуй, пока не стоит.

Конвей объединил все программы, необходимые для моделирования, и добавил дополнительные команды, позволяющие распределить вычисления между двадцатью различными компьютерами. Нажатием кнопки он ввел команды в компьютеры в вычислительном центре Университета Калифорнии и запустил процесс. Теперь оставалось только ждать — для того, чтобы обработать данные и получить ответ, требовалось несколько дней, даже при параллельной работе компьютеров.

Предстояло сделать и кое-что еще. Конвея пригласили прочитать доклад по последним результатам охоты на бозон Хиггса на конференции в Аспене, которая планировалась на январь следующего года. Таким образом, у него было всего четыре недели до каникул на то, чтобы проверить новые данные, подтвердить их и получить добро на публичное оглашение. Эти процедуры в Фермилабе весьма формализованы и очень основательны. Все должно быть оформлено в письменном виде и проведено через два совещания групп, где докладчика закидывают вопросами с такой интенсивностью, что многие физики сравнивают это испытание со спортивной стрельбой.

Естественно, вероятность того, что группа Конвея нашла частицы Хиггса, была невелика. Скорее всего, это был мощный, но случайный всплеск в данных, который исчез бы, как только команда CDF проанализировала бы большее число столкновений. И тогда пик на графике доставил бы много неприятностей. Конвей надеялся рассказать на конференции в Аспене, что его команда, по крайней мере, исключила определенный интервал масс, которые частица Хиггса не может иметь, и тем самым сузила интервал масс, где она может сидеть. Пик на графике сделал бы выводы гораздо менее определенными. Он означал, что для бозона Хиггса нельзя исключить массу 160 ГэВ.

Конвей вернулся в лабораторию Ферми в понедельник и созвал экстренное совещание со своими коллегами Антоном Анастасовым, Кристобалем Алменаром Куэнком и Амитом Латом. Они провели еще одну проверку данных и порадовались, что не сделали никаких глупых вычислительных ошибок, и пик на графике действительно означал, что это либо случайная флуктуация, либо новая частица. Как раз в это время пришел ответ из Калифорнии, куда Конвей отправил данные для расчета на компьютерах своего университета. Вероятность того, что это была случайная флуктуация, оказалась равной 2 процентам!

Первое заседание группы, известное как “предварительное благословение”, прошло без сучка без задоринки. Вскоре вокруг заговорили, что в группе Конвея получили интересный результат. На втором групповом совещании появилось больше физиков, и они “поджарили” членов команды Конвея, забросав их весьма сложными вопросами. В конце концов группа все-таки получила зеленый свет и окончательное благословение на обсуждение результатов в Аспене, где уже через несколько дней должна была начаться конференция. На конференции Конвей рассказал о поиске бозона Хиггса на детекторе CDF. Он пояснил, что всплеск в данных не позволяет исключить того, что частица Хиггса, если она есть, имеет массу порядка 160 ГэВ, и продемонстрировал тот же самый график, от которого у него зашевелились волосы на голове в ту субботу перед Рождеством в ЦЕРНе. “Это — недоказанный результат, подчеркнул я. Да, у нас есть небольшой пик на графике, и это либо статистическая флуктуация, либо претендент на сигнал от бозона Хиггса, и вы сами, сказал я им, должны решать, какой вариант правдоподобнее”, — вспоминает Конвей.

Несмотря на все предосторожности, предпринятые Конвеем, слухи, что группа, возможно, вышла на след частицы Хиггса, распространялись как лесной пожар. “В течение двадцати четырех часов я получал непрерывно мейлы, и кто мне только не звонил! И все хотели знать, увидели мы Хиггса или нет”, — рассказал Конвей.

У физического сообщества были веские причины прийти в возбуждение. Если всплеск в данных Конвея вызван родившейся частицей Хиггса, распадающейся на тау-лептоны, это серьезно изменило бы понимание основных законов природы. Частица Хиггса не обычная частица. Она одна из квинтиплета, существование которого предсказывает теория суперсимметрии. В суперсимметричных вселенных, как мы знаем, каждая частица имеет более тяжелого партнера-невидимку, скрывающегося в тени. Теория эта очень красива с точки зрения математики, но абсолютно противоречит интуиции. Если бы она подтвердилась, это помогло бы физике выйти из депрессии, приоткрыв наконец-то дверь в мир, лежащий за пределами Стандартной модели. И обнаружение суперсимметричной частицы Хиггса могло положить этому начало.

Теоретикам, для которых красота и истина равнозначны, очевидно: природе должно быть стыдно, если она не включила в себя суперсимметрию. Как это часто бывает в физике, важность теории зависит от ее способности к объединению. Максвелл объединил электричество и магнетизм и при этом объяснил природу света. Эйнштейн объединил пространство и время и показал, что энергия и масса эквивалентны. Суперсимметрия, пожалуй, еще более амбициозна — она объединяет материю с силами природы.

Суперсимметричная Вселенная — мечта любого любителя кроссвордов¹⁸¹. Каждая частица — переносчик взаимодействия — имеет свою пару, гипотетическую частицу материи. Фотон, переносчик электромагнитных сил, имеет партнера — фотино. Партнерами глюонов, которые переносят сильное взаимодействие внутри атомных ядер, являются частицы, называемые глюино. А парами носителей слабого взаимодействия, W- и Z-бозонов, — виносы и зиносы. Обратное утверждение тоже справедливо. У каждой известной нам частицы материи есть пара — гипотетическая частица, носитель взаимодействия. Для электрона — селектрон, для кварков — скварк. Бозон Хиггса тоже получает своего собственного суперпартнера хиггсино.

На первый взгляд суперсимметрия кажется трюком, придуманным для того, чтобы представить мир более сложным, чем он есть на самом деле. Но есть серьезные основания считать, что эта теория адекватно отражает глубинную структуру природы. Не касаясь эстетических и лингвистических аспектов, скажем только, что суперсимметрия ликвидирует некоторые изъяны Стандартной модели, из чего следует, что та должна быть заменена на нечто лучшее.

Возьмем частицы Хиггса. В квантовом мире частица Хиггса легко обрастает виртуальными частицами, которые рождаются в вакууме и исчезают в нем. Эти мимолетные частицы дают вклад в массу самого хиггсовского бозона и могут вполне сделать его вес очень большим. Если сложить массы этих виртуальных частиц, налипших на бозон Хиггса, его вес возрастает более чем в 10¹⁵ раз по сравнению с тем, что, как предполагается, должен дать эксперимент. Физики называют это проблемой иерархии. Тяжелая частица Хиггса не может выполнять функцию, для которой она предназначена, то есть нарушать электрослабую симметрию. Если Хиггс окажется тяжелым лентяем, ученые будут вынуждены вернуться к своим письменным столам и придумать другой источник происхождения массы.

Вполне возможно, что законы природы столь тонко настроены, что эффекты увеличения веса за счет “налипания” одних виртуальных частиц компенсируются эффектами от налипания других виртуальных частиц, и таким образом бозон Хиггса остается легким. Но это, по мнению ученых, маловероятно. Для того чтобы такое случилось, свойства частиц и сил в Стандартной модели должны быть настроены с точностью, превосходящей пятнадцать знаков после запятой. С какой стати законы природы должны быть так чувствительны к самым незначительным изменениям? Суперсимметрия предлагает выход из тупика. В суперсимметричном квантовом мире именно суперпартнеры отбирают у бозона Хиггса излишек массы, который возникает из-за виртуальных частиц. W-бозон, появляясь на свет, цепляет проносящуюся мимо частицу Хиггса и делает ее тяжелее, и тогда скрытый двойник W-бозона — вино — тут как тут, чтобы отнять этот излишек веса.

Теория суперсимметрии развязывает и другой узел, завязанный в Стандартной модели. Физики считают, что сразу после Большого взрыва все силы природы, с которыми мы сталкиваемся сегодня, были объединены в одну Суперсилу. Когда температура Вселенной уменьшилась примерно до 10¹⁵ градусов, включилось поле Хиггса и разделило электромагнитные и слабые взаимодействия. Но сильное взаимодействие, которое удерживает кварки вместе внутри протонов и нейтронов, отделилось еще раньше, когда космический термометр показал 10²⁸ градусов. В этом и заключается проблема. Ученые считают, что, если повернуть время вспять, к моменту возникновения Вселенной, различные взаимодействия должны в конечном итоге встретиться и объединиться в одно, но в рамках Стандартной модели этого не произойдет. Они подойдут близко, но никогда не сольются. В теории суперсимметрии этой неувязки нет — все силы сходятся в одной точке. Что еще больше вдохновляет физиков, так это то, что теория суперсимметрии указывает путь к объединению этих сил с гравитацией, которая полностью игнорируется в Стандартной модели.

Существует также вероятность того, что суперсимметрия даст ученым возможность разгадать одну из самых трудных головоломок, с которыми они когда-либо сталкивались. Действительно, как-то обескураживает, что сегодня, в XXI веке, мы не можем объяснить, из чего состоит 96 процентов видимой Вселенной. Наблюдения наших космических окрестностей привели ученых к выводу, что до 70 процентов всего, что там есть, связано с темной энергией — таинственной движущей силой, расширяющей Вселенную. Никто не знает, что такое темная энергия, и раскрытие этой тайны — основная цель физики. Стандартная модель описывает только 4 процента всей материи, которые мы можем увидеть в пространстве. Остальное — темная материя. Название это ничего не разъясняет. Темная материя не светит и не испускает тепло, поэтому мы не можем изучить ее строение, анализируя исходящие от нее излучения. Многие теоретики считают, что темная материя состоит из суперсимметричных частиц, называемых нейтралино, — самого легкого вида частиц, предсказываемых теорией.

Однако не все являются адептами теории суперсимметрии. Критики задают сторонникам теории простой вопрос. Если Вселенная является суперсимметричной, где все суперсимметричные частицы? Почему до сих пор не обнаружены селектрон, фотино или вино? Обычно отвечают, что в реальном мире суперсимметрия нарушается, и это делает частицы-суперпартнеры очень тяжелыми. Подобные доводы не так нелепы, как кажутся на первый взгляд. Хиггсовские поля нарушают симметрию, в основе электрослабого взаимодействия, в результате чего массы W- и Z-бозонов растут, а фотон остается без массы. Суперсимметрия могла бы быть нарушена аналогичным образом, сделав суперчастицы тяжелее, чем частицы обычной материи.

В лаборатории Ферми Конвей искал частицы Хиггса того типа, который описывается в так называемой минимальной суперсимметричной Стандартной модели (МССМ, суперсимметричном расширении Стандартной модели). Согласно этой теории, существует в общей сложности пять частиц Хиггса, и все они имеют различные веса и суперсимметричных партнеров. Три из них являются нейтральными, а две — заряженными.

Закончив свой доклад в Аспене, Конвей решил покататься на лыжах в сверкающих белоснежных горах, благодаря которым этот город считается одним из самых красивых горнолыжных курортов в мире. На склонах он встретился с Грэгом Ландсбергом, физиком из Университета Браун в Род-Айленде. Ландсберг работал в Фермилабе на детекторе DZero, расположенном на “Теватроне” напротив детектора CDF. Он сказал Конвею, что команда DZero собирается объявить о некоторых новых результатах, которые ему могут быть интересны.

Этот разговор не выходил у Конвея из головы всю оставшуюся часть дня. А вдруг на DZero тоже засекли след бозона Хиггса? Однако в тот вечер Ландсберг развеял его надежды. На детекторе DZero ничего, напоминающего бозон Хиггса, не увидели. Там, где команда Конвея на CDF зафиксировала на графике пик, у команды DZero наблюдался провал. Вероятность того, что хиггсовская частица находится в этом диапазоне, упала почти до нуля.

Делать было нечего, оставалось только ждать. Команде Конвея было необходимо проанализировать большее число столкновений. Если бы этот пик был вызван частицей Хиггса, он вырос бы с течением времени. Если нет, то стал бы уменьшаться и в конечном итоге исчез бы. Команда решила записывать как можно больше столкновений в течение полугода и еще раз взглянуть на результат в конце лета. До этого времени вопрос повис в воздухе.

Редкие физики поняли тогда, что это событие — условное обнаружение частицы Хиггса — может поколебать некоторые из наиболее ценимых учеными неписаных законов. Не физических законов, которые управляют частицами и силами, а социальных, которые управляют действиями ученых. Обычно слухи о предполагаемом открытии в физике элементарных частиц распространялись из уст в уста и по электронной почте и лишь в редких случаях становились достоянием широкой публики. Эпизод с возможным обнаружением Хиггса группой Конвея навсегда изменил этот порядок вещей.

На рубеже нового тысячелетия уже всем стал доступен Интернет, а кто хочет, может даже вести собственный блог. В последние годы ученые стали активно пользоваться этой возможностью. Неудивительно, что они пишут в основном о том, что их заботит. Так, новые явления, обнаруженные на ускорителе, интернет-сообщество стало обсуждать задолго до появления официальных объявлений и публикаций. Это был переломный момент. Наука живет в рамках жестких правил, в частности, согласно этим правилам новые результаты должны представляться общественности только после того, как они прошли рецензирование. Процедура эта необходима для отсеивания вопиющих ошибок и публикации в научной литературе только результатов качественных исследований.

Через несколько недель после выступления в Аспене Конвей поместил описание обнаруженного в данных пика в американском блоге “Cosmic Variance” (“Космические споры”). В двух частях своего яркого повествования он описал волнение, которое охватило всех его сотрудников, когда они увидели всплеск, напоминавший след бозона Хиггса, но дал понять, что это почти наверняка была флуктуация. Интернетовская публикация вызвала шквал откликов. Некоторые ученые желали Конвею удачи или просили уточнить технические детали. Другие просто интересовались. Один читатель спрашивал, может ли частица Хиггса принести какую-то практическую пользу, если ученые наконец ее все-таки найдут. Это побудило Конвея рассказать, как Дж. Дж. Томсон, открывший электроны в 1897 году, считал, что люди никогда не смогут найти им практического применения. Конвей продолжал: “Открытие Хиггса вряд ли будет использовано в практических целях, но оно несомненно приведет нас к новым теоретическим и экспериментальным прорывам, которые породят новые, неизвестные нам сегодня технологии. Вот и Томсон в свое время никак не мог представить себе эру электроники и компьютерных технологий, в которую мы сегодня живем”.

Конвей был не первым, написавшим в Интернете о сигнале, полученном на “Теватроне” и похожем на след бозона Хиггса. Неделей раньше Томмазо Дориго, другой физик с детектора CDF, тоже рассказал в своем блоге об этом и тоже оговорился, что, вероятно, полученный пик — флуктуация¹⁸². Однако Дориго допускал и возможность открытия и даже сослался на другое, независимое исследование столкновений, полученных на детекторе CDF, которое тоже, как он считал, обосновывало существование частицы Хиггса весом 160 ГэВ.

Проблемы возникли, когда в дело включились средства массовой информации. В марте того же года журнал “New Scientist” опубликовал статью, основанную на обсуждении результатов в блогах¹⁸³. За ней последовала статья в журнале “The Economist”. Через несколько месяцев сказала свое слово и “New York Times”. Эти газетные публикации оказали сильнейшее влияние на физиков, ведь никто из писавших в Интернете не утверждал, что бозон Хиггса найден, более того, все предполагали, что это скорее всего флуктуация.

Реакция последовала незамедлительно. Ученые критиковали СМИ за преувеличения и недостоверную информацию, которая нередко проникает на страницы газет и журналов, даже если журналисты показывают специалистам свои тексты. Очень часто предварительные выводы, сформулированные со многими сложными для понимания оговорками, приобретают под пером репортера форму утверждения. Ученым всегда трудно примириться с такой трансформацией сказанного ими, и неудивительно, что они часто чувствуют себя как бы соучастниками обмана. Однако в этот раз физики обвиняли не только СМИ — они критиковали Конвея и Дориго за то, что те обсуждали в Интернете столь сомнительные результаты. Мнение большинства состояло в том, что блогеры перешли некую черту дозволенного. “Многих наших коллег действительно очень раздражало, что мы обсуждаем научные результаты в Интернете, — говорил Конвей. — Я ведь думал, что только кучка фанатов-физиков читает наши материалы. Когда же СМИ подхватили то, что мы там понаписали, это стало нам хорошим уроком”. Дориго даже опубликовал в своем блоге открытое письмо с извинениями. “Прошу прощения, поскольку знаю — некоторые из вас чувствуют себя преданными”, — обращался он к членам команды CDF.

Некоторые ученые Фермилаба восприняли всю эту историю как вторжение непосвященных в запретную область. Они хотели проводить совещания и открыто высказывать свое мнение, не боясь, что о нем заговорят в Интернете. Некоторым не понравилось, что результаты были обнародованы до официального рецензирования. Правда, в данном случае все результаты прошли через два уровня внутреннего контроля, были разрешены для публикации в пресс-релизе, и внешние эксперты вряд ли могли найти какие-либо вопиющие ошибки в работе. Пожалуй, самой чувствительной проблемой было то, что в постах, написанных одним человеком, трудно в полной мере разъяснить, что его данные — результат работы многих, иногда сотен людей. Идея ведения блогов, похоже, противоречит духу командной работы, неизбежно выпячивая личность блогера.

Перепалка по поводу этичности ведения блогов закончилась, когда представителями от CDF стали физики Роберт Розер и Якоб Кенигсберг. Розер никогда не считал, что Конвей или Дориго нарушили какие-то законы, говоря о своих исследованиях в блогах, но был сильно удручен некоторыми публикациями в СМИ. “Это был первый случай, когда статьи были написаны не по материалам научных публикаций, а по постам в блоге, — сказал мне Розер на встрече в диспетчерской CDF. — Разброс мнений тогда среди физиков был огромный — от “Любая реклама хороша” до “Как мы могли допустить это”.

Оба представителя CDF-детектора совместно выработали правила, определявшие, что можно, а что нельзя писать в блогах. Физики настоятельно призвали не трясти грязным бельем на публике, уважать коллег и не писать в блог о результатах до их официального одобрения. В принципе тот, кто выполнил большую часть работы, имеет право первым сделать ее результаты достоянием общественности, но по общепринятым правилам только то, что утверждено на внутренних совещаниях, может быть обнародовано, причем в любом месте и любым способом. “Все дело в том, — справедливо отметил Розер, — что физики, работающие в области высоких энергий, только сейчас начинают понимать, как нужно вести себя в Интернете”.

В конце лета команда Конвея приготовилась анализировать последние данные по столкновениям на “Теватроне”. Если бы пик остался или ощутимо вырос, это было бы верным признаком того, что бозон Хиггса нашелся и мы действительно живем в суперсимметричной Вселенной. Когда все проверки были сделаны, Конвей запустил программу. График нарисовался примерно через секунду. Пусто. Пик исчез. Хотя Конвей и ожидал чего-то подобного, он был ужасно разочарован. В своем блоге он подвел итог: “Итак, поиски зверя продолжатся. Матушка-Природа любит поводить нас за нос!”

Тот год был похож на американские горки — взлет, падение, взлет, падение. Позже Конвей с грустью вспоминал чувства, которые он испытал в субботу утром, сидя в полном одиночестве перед своим ноутбуком в ЦЕРНе, тогда, когда он в первый раз заметил пик на графике. Это были именно те чувства, которые приводят многих людей в науку. “Вы всем сердцем надеетесь, что когда-нибудь обнаружите что-то действительно новое, такое, чего до вас никто в мире не видел, — сказал он мне. — Вы мечтаете совершить великое открытие...”

Прежде чем найти Ярмо и отправляться с ним обратно в Чикаго, я попытался встретиться с Дмитрием Денисовым — одним из представителей команды детектора DZero в Фермилабе. Денисов учился в Москве, он закончил один из самых лучших вузов России — Физико-технический институт. Я спросил его, были ли у стареющего “Теватрона шансы найти частицы Хиггса до того, как новенький церновский Большой адронный коллайдер возьмется за это дело? Денисов — настоящий оптимист. “Если “Теватрон” проработает еще несколько лет, — сказал он мне, — существует пятидесятипроцентная вероятность того, что мы найдем частицы Хиггса, правда, если они не слишком тяжелые. Мы полны энтузиазма. Мы знаем, как делаются открытия”, — сказал он.

19 сентября 2008 года Лин Эванс находился в офисе ЦЕРНа. Он был занят — разговаривал с сотрудниками. Неожиданно зазвонил его мобильный телефон — звонок поступил из диспетчерской. Что-то пошло не так, и Эванса попросили поскорее прийти. Лин помчался по кампусу в здание, где технический персонал занимался последними приготовлениями к включению Большого адронного коллайдера — уже для разгона потоков частиц и сталкивания их друг с другом. То, что он увидел, повергло его в ужас. Он не мог поверить своим глазам — везде мигала сигнализация, вакуумная система была разрушена, множество магнитов сгорело, датчики показывали, что огромное облако газообразного гелия быстро распространяется по туннелю, в котором располагался гигантский ускоритель. Катастрофа вызвала аварийное отключение.

Эванс тут же созвал кризисное совещание. Нужно было срочно послать кого-нибудь вниз, в туннель — посмотреть, что случилось. Мешало, однако, облако гелия. По мере того как газ распространялся, он вытеснял воздух, и в туннеле становилось трудно дышать. Вызвали пожарную команду, и пожарники, надев противогазы и взяв баллоны с воздухом, спустились вниз. Несколько часов спустя воздух достаточно очистился от гелия, и инженеры ЦЕРНа смогли сами оценить масштаб повреждений. Перед их глазами открылась картина настоящего побоища. Гигантские магниты были вырваны из бетонных укреплений, соединительное оборудование либо рухнуло, либо было разбито, а вентиляционные двери сорваны с петель. Руины были покрыты сажей, льдом и пятнами расплавленного металла. “Это был сущий кошмар”, — рассказывает Эванс.

А ведь совсем недавно, за девять дней до того, 10 сентября 2008 года, Лин Эванс был необыкновенно счастлив. Внимание всех мировых СМИ было приковано к ЦЕРНу. Поводом послужило включение Большого адронного коллайдера 10 сентября 2008 года. СМИ остроумно назвали тот день “Днем Большого взрыва”. Для Эванса он стал кульминацией пятнадцатилетней работы по проектированию и строительству самой сложной машины в мире. И не только для него — около 6000 ученых ЦЕРНа отпраздновали 10 сентября 2008 года, ведь оно ознаменовало окончание долгого, восьмилетнего периода, проведенного без ускорителя и соответственно без новых столкновений частиц и новых результатов.

В начале десятого огромные экраны, установленные в здании Globe, специально построенном (в форме шара) для проведения конференций, подключили к диспетчерской LHC, где находился Эванс. Он сидел перед многочисленными компьютерами, в джинсах и полосатой рубашке с короткими рукавами. В шутку он начал обратный отсчет времени до старта, или в данном случае до первого пробега пучка протонов в коллайдере. “Пять, четыре, три, два, один!” В первый момент ничего не произошло. Но вот на одном из экранов мелькнуло яркое пятно, и Эванс воскликнул: “Йес! Йес!” Светящаяся точка была следом частиц, мчащихся по трубам ускорителя. Машина взяла свой первый крупный рубеж. Несколько часов спустя протоны полетели по 27-километровой орбите в трубе машины в обоих направлениях. Большой адронный коллайдер при запуске заработал лучше, чем кто-либо смел надеяться. Ускоритель был готов к настоящей работе.

Как и в случае машин-предшественников, были люди, которые считали, что включение Большого адронного коллайдера слишком опасно для человечества. Уолтер Вагнер, отставной офицер радиационных войск, не сумевший добиться закрытия ускорителя в Нью-Йорке десять лет назад, подал иск в суд на Гавайях, в котором заявлял, что машина может уничтожить планету. Или даже Вселенную. Вагнер стремился добиться судебного решения на запрет включения коллайдера до тех пор, пока не будет доказана его стопроцентная безопасность. Так называемый “иск конца света” был отклонен юристами федерального правительства, которые признали доводы Вагнера “слишком спекулятивными”.

За несколько недель до включения LHC Шон Кэрролл, физик-теоретик из Калифорнийского технологического института, составил список новых физических явлений, которые можно обнаружить с помощью коллайдера, и выложил его в блоге “Cosmicvariance”¹⁸⁴. В верхней части списка стояли частицы Хиггса. Кэрролл полагал, что вероятность их обнаружения — 95%. “Только частицы Хиггса из всех элементарных частиц, имеющихся в Стандартной модели, еще не найдены, так что это, безусловно, будет главной целью LHC, если не вмешается “Теватрон” и не обнаружит их первым, — написал он и добавил: — Хиггс почти наверняка существует”. Далее в списке Кэрролла шла теория суперсимметрии — он считал, что вероятность найти ее доказательства составляют 60%. А самой страшной перспективой для физиков было не найти ничего нового вообще — шансы такого скорбного развития событий оценивались в 3 %. Кстати, шанс коллайдера создать стабильную черную дыру, которая поглотит Землю, Кэрролл оценил в 10^-25%. Это одна десятимиллионная от одной миллиардной от одной миллиардной одного процента. Кэрролл пошутил: “Так вы говорите, у нас есть шанс?”, намекая на фильм из девяностых “Тупой, еще тупее”¹⁸⁵.

Детекторы, которые ученые используют, чтобы увидеть новые физические явления на фоне огромного числа всевозможных осколков, возникающих при столкновениях внутри LHC, — поистине шедевры технологий. Безусловно, самым крупным из всех является детектор, метко названный “Атласом” (это аббревиатура, образованная из первых букв слов в названии A Toroidal LHC Apparatus). По размеру он сопоставим с олимпийским плавательным бассейном. 7000-тонный “Атлас” и не очень маленький CMS-детектор были спроектированы для поисков частицы Хиггса, но с их помощью ученые надеялись зарегистрировать и что-нибудь еще — например, экзотические частицы темной материи или дополнительные измерения.

Бозон Хиггса может родиться внутри Большого адронного коллайдера несколькими способами, но самый вероятный из них — при столкновении и слипании двух глюонов (частиц, которые связывают кварки внутри протонов). Энергии, выделяемой при столкновении, заведомо хватит, чтобы создать частицы Хиггса, но они сразу же после этого распадутся. Если бозон Хиггса окажется легким (примерно с той массой, которую приписали ему, когда на коллайдере LEP в ЦЕРНе увидели сигнал, похожий на его след), то он, вероятно, затеряется в облаке гамма-лучей. Если бозон Хиггса немного тяжелее, скажем, весит больше 130 ГэВ, ученые будут искать треки, оставленные четырьмя лептонами (семейство частиц, включающее электрон). Поиск частицы Хиггса состоит в вычленении этих сигналов из всех сигналов, оставленных другими субатомными осколками, которые в огромном количестве образуются при столкновениях на LHC.

На небольшом расстоянии от “Атласа” расположен детектор LHCb. С его помощью ученые пытаются решить вопрос, еще в 1933 году поставленный Полем Дираком в его нобелевской лекции. При рождении Вселенной в результате Большого взрыва около 14 миллиардов лет назад возникло равное количество материи и антиматерии. Что случилось со всей антиматерией? Существуют ли звезды из антиматерии, сияющие в галактиках из антиматерии? Детектор LHCb предназначен для регистрации частиц, состоящих из b-кварков (прелестных) — тяжелых кварков, и именно они помогут ответить на вопрос, почему обычная материя победила в сражении с антиматерией...

В течение месяца каждый год техники ЦЕРНа должны очищать LHC от протонов и заливать его ионами свинца для экспериментов, для которых в основном и предназначен детектор ALICE (аббревиатура, образованная из начальных букв слов A Large Ion Collider Experiment). Когда эти ионы столкнутся на скоростях, близких к скорости света, возникнут температуры в 100 000 раз выше, чем в центре Солнца. В этих условиях ионы образуют кварк-глюонную плазму — странную форму материи, которая, как полагают ученые, существовала на ранней стадии жизни нашей Вселенной. Наблюдая, как ведет себя эта кварк-глюонная плазма, ученые в экспериментах на ALICE надеются разгадать, как она превращается в частицы сегодняшней Вселенной.

Есть еще одна сумасшедшая гипотеза, которую надеются проверить с помощью БАКа. Две группы московских ученых (одна — под руководством Ирины Арефьевой и Игоря Воловича из Математического института имени Стеклова, а другая — под руководством Николая Кардашева из Физического института РАН — считают, что БАК может создать “машину времени”¹⁸⁶. Правда, не ту, что придумал Герберт Уэллс в 1895 году и не ту, что похожа на сани Санта-Клауса с вмонтированным в них античным диваном и балдахином. Машины времени, созданные фантазией и расчетами российских математиков, подобны крошечным кротовым норам, или червоточинам. Это такие искажения пространства-времени, которые могли бы, в принципе, позволить если и не людям, то частицам путешествовать из будущего в прошлое.

Идея выглядит диковинной. Она такая и есть. Но математики утверждают, что при определенных условиях две частицы могут столкнуться лоб в лоб в LHC с такой силой, что вызовут ударные волны, способные исказить микроскопические области пространства — времени. Некоторым физикам кажется, что это в пределах возможностей LHC, хотя большинство думает, что для создания такой “червоточины” потребовалось бы нереализуемое, огромное количество энергии.

Если Арефьева и ее коллеги-математики правы, столкновения в LHC могут создать то, что физики называют замкнутой временеподобной кривой, в которой время завязывается петлей. Узел отмечает своего рода нулевой год для путешествий во времени. Ничто из будущего не может путешествовать во времени назад до того, как “червоточины” будут созданы, и даже тогда это путешествие осуществимо лишь при появлении временной петли. Согласно теории (и, видимо, не нужно предупреждать, что это весьма спекулятивные рассуждения), люди из будущего могли бы послать нам сообщение в ЦЕРН через такие мимолетные “червоточины”. Правда, более вероятно следующее явление: ученые, работающие в лаборатории, вдруг увидят, как субатомные осколки, образующиеся при столкновениях частиц, исчезнут, попав в петлю времени. Российские ученые считали бы это экспериментальным доказательством существования “червоточин” и возможности путешествий во времени.

Инцидент, случившийся на БАКе в 11:18 утра 19 сентября 2008 года, положил конец всем надеждам на новые открытия, по крайней мере, они отложились на неопределенное время¹⁸⁷. Авария, которая заставила мигать лампы тревожной сигнализации в диспетчерской ЦЕРНа, не была простой небольшой поломкой. В первую очередь нужно было сделать так, чтобы работа с машиной стала безопасной: половина пятнадцатитонных магнитов были вырваны из своего крепежа в туннеле, что грозило большой опасностью. После окончания этого этапа началась работа по вычищению мусора. Потом нужно было восстановить картину поломки, понять ее причину и провести необходимый ремонт.

Взрыв произошел в тот момент, когда инженеры ЦЕРНа запускали последний большой блок питания коллайдера. В сверхпроводящих магнитах циркулируют огромные электрические токи, необходимые для создания полей, направляющих частицы по круговым траекториям внутри коллайдера. Магниты связаны друг с другом сверхпроводящими проводами, которые, чтобы работать надлежащим образом, должны купаться в сверхтекучем гелии при температуре -271 градус по Цельсию. В тот день одно соединение из 10 000 разогрелось и потеряло свои сверхпроводящие свойства. Это привело к появлению мощной искры, пробежавшей через гелиевый дюар, в который был погружен один из магнитов. Искра пробила отверстие в стенках дьюара, и гелий перелился во внешний кожух. Экстренные предохранительные клапаны открылись, чтобы стравить излишек гелия в туннель, но быстро забились, внутри магнитов развилось огромное давление, их вырвало из крепления и в некоторых местах даже разломало бетонный пол туннеля.

Ущерб был нанесен ужасающий. Искры, создавшиеся в результате короткого замыкания, оказались достаточно мощными, чтобы расплавить почти полтонны меди. Высвободились шесть тонн гелия, давление повысилось, поврежденными оказались пятьдесят три огромных магнита. Все в машине на расстоянии более полукилометра было покрыто тонким слоем сажи. “Ужасно, что это случилось в самом конце — при тестировании последнего крупного блока питания! Было ощущение, что мы получили сильнейший хук слева”, — говорит Эванс.

Инженеры быстро определили причину неисправности — дефектные электрические контакты, соединяющие сверхпроводящие кабели. Эти контакты должны быть пропаяны под давлением в 2 тонны, чего почему-то сделано не было. Когда инженеры приступали к работе по замене поврежденных магнитов новыми, они направили техников для проверки всех 10 000 контактов. То, что обнаружилось, оптимизма не вселяло. Около половины из них были ненадежны, другие вообще не были пропаяны, и в некоторых из них между медными стабилизаторами и сверхпроводящим кабелем были пустоты, что привело к увеличению их удельного сопротивления в сотни раз. Неудивительно, что они разогрелись и вышли из сверхпроводящего состояния. Нужно было их срочно перепаять. Кроме того, требовалось создать систему раннего предупреждения и поставить больше предохранительных клапанов на разные системы, чтобы при подобной аварии в будущем давление гелия не смогло бы сильно возрасти и причинить такой огромный вред. Ремонт остановил коллайдер более чем на год и стоил ЦЕРНу 40 миллионов швейцарских франков.

о эта авария не стала последней бедой ЦЕРНа. Во время работы на коллайдере инженеры обнаружили у некоторых магнитов и другие проблемы. Для обеспечения безопасной работы магнитов в полную силу они обычно предварительно проходят “тренировку”, при которой их постепенно заставляют работать на все больших токах. При каждом следующем цикле тренировки магнит генерирует все более сильные поля. К своему ужасу инженеры обнаружили, что после установки в ускоритель сорок девять магнитов каким-то образом “забыли” о тренировке. И это притом что проверили только часть всех магнитов, а полное число потерявших память, вероятно, было намного выше. Поскольку провести повторную тренировку всех магнитов в ближайшее время было нереально, ученым пришлось признать, что, когда Большой адронный коллайдер будет готов к повторному включению, работа его в полную силу будет небезопасной.

Неудачи в ЦЕРНе серьезно ударили по физике элементарных частиц. В своей истории Большой адронный коллайдер пережил задержки пусков на годы, перерасход средств и катастрофические по последствиям аварии. Рассказывая о произошедших событиях за месяц до окончания ремонта, Эванс был осторожен в выражениях. “Мы все действительно пребывали в подавленном состоянии, но продолжали идти вперед, — говорил он. — И нужно помнить, ведь никто и никогда раньше не строил ничего подобного Большому адронному коллайдеру”.

В 2009 году отмечается сорок пятая годовщина с момента рождения частицы Хиггса, по крайней мере с ее появления в уравнениях, написанных в блокноте Питера Хиггса. С тех пор физики ищут ее, причем с 1980 года очень серьезно. Тот факт, что она до сих пор так и не проявилась, начинает вызывать легкие подозрения. Возможно, ее искали в неправильных местах. Бывало, всем казалось, что она вот уже тут, но... она словно выскальзывала из рук физиков. Ученые считали — им просто не везет. Но Хольгер Нильсен с ними не согласен. Он полагает — это знак судьбы.

Хольгер Нильсен — физик-теоретик из Института Нильса Бора в Копенгагене, один из создателей теории струн, которая рассматривает все частицы во Вселенной как микроскопические нити колеблющейся энергии. В союзе с другим теоретиком — MacaoНиномия из Киотского университета в Японии — Нильсен предложил парадоксальную теорию, объясняющую, почему бозон Хиггса до сих пор не был найден¹⁸⁸. Согласно этой теории сама природа или даже “Бог” в заговоре против него. Природа так “презирает” частицы Хиггса, что любая машина, способная вырабатывать во множестве такие частицы, будет объектом саботажа со стороны сил из будущего. Нильсен провел параллель с парадоксом дедушки, которого убивает внук, путешествующий в прошлое. Этот парадокс известен в кругах верящих в путешествия во времени. Теория связывает настоящее с будущим таким образом, что будущие события могут вызвать колебания, распространяющиеся назад во времени, и влиять на то, что ученые делают сегодня.

Нильсен и Ниномия предложили начальству ЦЕРНа провести эксперимент — сыграть в карточную игру, чтобы узнать, действительно ли некие злокозненные силы из будущего виноваты в их неудачных попытках найти бозон Хиггса. Правила игры просты. Вы берете миллион игральных карт и пишете на одной из них: “Закрыть БАК”, перетасовываете, а затем кто-то из менеджеров открывает одну карту, и, если он вытащит именно ту, требующую закрыть ускоритель, это будет означать, что бозон Хиггса пытается сказать нам что-то из будущего. По крайней мере, так считает Нильсен.

Теория получила холодный прием у физиков. Итальянский теоретик Томмазо Дориго, тот самый, что свое время выложил в блоге описание якобы обнаруженного следа Хиггса на “Теватроне”, опубликовал на своем сайте рецензию под названием: “Уважаемые физики чокнулись”. В ней он открыто высказал свое мнение: “Очень грустно сознавать, что некоторые выдающиеся умы способны выдавать такую абсолютную чушь”.

Нильсен, правда, признает, что не на 100% убежден в правильности своей теории, но в истории охоты на Хиггса он видит достаточно доказательств в ее пользу. Решение о строительстве Сверхпроводящего суперколлайдера было пересмотрено в конгрессе США в 1993 году, когда он уже был частично построен. Большой адронный коллайдер был закрыт в течение года после катастрофической утечки гелия. Обе эти неудачи, полагает ученый, нельзя считать случайными, и они вполне объяснимы, если “Бог” считает частицы Хиггса отвратительными. “Этот “Бог” вообще пытается избавиться от них, — говорит Нильсен. — Уж очень они ему не нравятся”.