Глава 4 Заколдованный принц

Когда мысли всех ученых устремляются в одном направлении, развитие науки прекращается. Вместо поисков новых закономерностей ученые начинают топтаться на месте и пережевывать старые результаты⁷⁶. Соревновательный дух улетучивается. Для настоящей революции нужны оппоненты, а не конформисты. Те шесть ученых, которые пытались решить задачу о происхождении массы, конформистами точно не были. Когда Хиггс начал в Эдинбургском университете работать над своей теорией, он считался аутсайдером — Питер выделялся на общем фоне, поскольку делал совсем не то, что тогда было принято.

Большинство ученых в начале 1960-х перестали заниматься квантовой теорией поля⁷⁷. Почти за два десятилетия до того благодаря Фримену Дайсону и его коллегам эта область физики получила мощный импульс — теперь ее уравнения очень точно описывали процессы излучения и поглощения света (фотонов) атомами. А потом физики, занимавшиеся элементарными частицами, попытались с помощью аппарата квантовой теории поля описать другие силы и другие частицы, но им это не удалось. Глубоко разочарованные, они решили, что квантовая теория поля годится только для решения одной определенной задачи. Многие тогда забросили квантовую теорию и переключились на другие методы, которые, как они надеялись, помогут продвинуть физику элементарных частиц вперед. Результаты всех усилий вылились в теорию, названную впоследствии теорией S-матрицы⁷⁸. По сути, это была некая математическая схема, с помощью которой ученые пытались объяснить поведение частиц, сравнивая их состояние до и после взаимодействия или столкновения.

Хиггс имел смутное понятие о теории S-матрицы. В его представлении ее идея заключалась в следующем: выписываются уравнения для частиц до взаимодействия или столкновения (как бы влетающих в некий черный ящик) и после (то есть вылетающих из него), а потом используется очень много сложной математики для того, чтобы понять, что же с ними произошло. Хиггс считал, что при таком приближении черного ящика⁷⁹ вообще нельзя определить, что происходит с частицами. В то время как многие ученые стали активно пользоваться теорией S-матрицы, Хиггс ее отверг. Он верил, что прекрасно владеет аппаратом квантовой теории поля, и не считал свою игру проигранной. Ведь летом 1964 года именно квантовая теория поля помогла ему обнаружить ошибку в письме Уолли Гилберта и продолжить разработку своей теории возникновения массы, раскритикованной оппонентом.

Хиггс вернулся в Эдинбург в августе 1966 года в приподнятом настроении. Годовое пребывание в Чапел-Хилле оказалось весьма продуктивным и его имя теперь знали многие физики. Мало кто слышал о теории Хиггса до того, как Фримен Дайсон не проявил к ней интерес и не пригласил его прочитать лекцию в Институте перспективных исследований в Принстоне. Зато теперь его работа была известна по крайней мере нескольким самым влиятельным в мире физикам. Пошли дела и у Джоди. Вскоре после приезда в Эдинбург ей предложили ставку преподавателя фонетики в местном университете.

Если бы наш мир, и мир науки тоже, был устроен просто и разумно, дальнейший ход событий выглядел бы так: Питер Хиггс и пять других теоретиков, работавших над теорией масс, собираются вместе в какой-нибудь институтской комнате и за чашечкой кофе обдумывают, какую следующую загадку Вселенной им хотелось бы разрешить. Между тем в другом конце коридора появляются экспериментаторы и распаковывают свое оборудование. Через несколько часов они обнаруживают эфемерное поле Хиггса, ловят несколько Хиггсовых частиц и тут же объявляют, что причина появления массы обнаружена. Мизансцена: все радостно обнимают друг друга. Победа!

Однако в реальности все не так просто. Оказалось, нужно приложить огромные усилия только для того, чтобы появилась надежда проверить теорию Хиггса. Прежде всего, теория, разработанная Хиггсом и другими физиками, не говорила, каким именно частицам поле придает массу. Да и о самом бозоне Хиггса она говорила немного. Известно, что частицу легче обнаружить, если вы примерно знаете ее массу⁸⁰. Ирония состоит в том, что, хотя теория Хиггса и объясняет, каким образом другие частицы получают свои массы, но о массе самой частицы Хиггса она ничего не говорит. Ученые могли отправиться на ее поиски, но они не знали, с чего начать.

А что же с полем Хиггса? Ведь физики не могут просто выйти из лаборатории и отправиться на его поиски. Оно, это поле, запрятано глубоко в вакууме и пронизывает все пространство. Особенно трудно его обнаружить потому, что оно не меняется от места к месту⁸¹. Изучение гравитационного поля — задачка попроще, поскольку в некоторых местах гравитация сильнее, в некоторых — слабее. Поднимитесь на вершину Эвереста — сила тяжести там заметно меньше, чем на уровне моря, ведь на Эвересте вы дальше от центра Земли. Теоретически ученые могут вызвать изменения в поле Хиггса, но для этого им пришлось бы нагреть Вселенную до температуры выше миллиона миллиардов (квадрильона) градусов Цельсия. Даже если эта задача была бы им по плечу, не хотелось бы, чтобы у них это получилось: изменение поля Хиггса приведет к изменению размеров атомов и сделает нашу материю нестабильной⁸².

В 1964 году, после опубликования первых статей о поле Хиггса, Питер приступил к обобщению уже построенной теории. Он проделал расчеты и вставил в них параметры субатомных частиц, рассчитывая, что рано или поздно одно с другим сойдется и выстроится картина, из которой станет видно, как механизм Хиггса приводит к появлению массы у одних частиц, а других оставляет без нее. Однако его постигло разочарование. Шли месяцы, а заметного продвижения все не было. Как Хиггс ни бился, цель по-прежнему оставалась далеко.

Не лучше шли дела и в Брюсселе. У Роберта Браута и Франсуа Энглера тоже никак не получалось объяснить, почему некоторые частицы в природе обладают массой, а другие — нет. Кончилось тем, что они поручили эту задачу молодой аспирантке, но и у той ничего не вышло. Итак, в Европе работа над хиггсовским механизмом была на грани провала.

А между тем Джерри Гуральник вернулся в Америку. Дела у него шли плохо. Он боялся, что вообще не сможет заниматься наукой. Сокрушительный разгром, которому Гейзенберг подверг его работу в Фельдафинге, подорвал его веру в себя и в теорию, над которой он работал вместе с Диком Хагеном и Томом Кибблом. Позже Гуральник мне говорил, что эта история повергла его в глубокую депрессию, — он чувствовал себя так, словно его жестоко избили.

Гуральнику тогда пришлось забыть о теории происхождения массы. Он получил место в Роче стерском университете штата Нью-Йорк, где работал и Дик Хаген. Спустя год его пригласил заведующий кафедрой физики высоких энергий Роберт Маршак, который дал понять Гуральнику, что если он хочет заниматься физикой, то должен бросить размышлять о нарушении симметрии. Много лет спустя, в 1983 году, Маршак публично извинился перед Гуральником. Выступая на совещании в Шелтер-Айленде, в Нью-Йорке, он сказал, что его тогдашние рекомендации, вероятно, будут стоить Гуральнику Нобелевской премии⁸³.

Здание Роберт-Ли-Мур-Холл, входящее в комплекс Техасского университета, — не самое красивое в Остине. Если посмотреть на него со стороны кампуса, оно выглядит как огромная уродливая коробка из-под обуви с щелями-окнами и пристройкой сбоку. Изнутри кажется, что оно специально построено так, чтобы запутать людей или, по крайней мере, отбить охоту у идиотов, попавших сюда, идти дальше. Первый этаж — на самом деле четвертый, то есть, чтобы попасть на девятый, нужно подняться в лифте на пять этажей наверх. И именно на девятом этаже находится офис одного из самых уважаемых физиков в мире — Стивена Вайнберга, к которому я и направляюсь.

Стивен Вайнберг руководит отделением теоретической физики в Университете Остина. Он приезжает на работу в костюме и шляпе-панаме и прогуливается, опираясь на палку, которой пользуется с тех пор, как его колено поразил артрит. Вайнберг встречает меня в коридоре дружеской улыбкой, распахивает дверь в свой кабинет и садится перед вазочкой с фисташками. История, которую я хочу услышать, началась более сорока лет назад...

Шел 1967 год. Вайнбергу было 34 года, и он работал в Массачусетском технологическом институте в Кембридже, штат Массачусетс. Чтобы его жена смогла учиться на юридическом факультете Гарвардского университета, он решил переехать в Бостон, для чего взял отпуск в своем университете в Беркли Калифорния, где занимал пост профессора физики Вайнбергу было непросто — он с женой и маленькой дочкой только что въехал в свой второй съемный дом, девочке была нужна няня, и ко всему прочему его работа застопорилась.

Вайнберг всю осень не расставался с карандашом и бумагой, выписывая уравнения и стараясь понять, что в них можно увидеть. Он пытался с помощью механизма Хиггса объяснить некоторые тонкие различия между протонами и нейтронами — частицами атомных ядер. А когда увидел, что из его уравнений следует наличие нулевой массы у известных в ядерной физике частиц — ро-мезонов, — то понял, что пришло время отказаться от этих уравнений. Дело в том, что физики уже знали, что масса у ро-мезонов ненулевая. “Это привело меня в жуткое уныние, — рассказывал он. — Как заниматься теорией, если понимаешь, что она приводит к неправильным результатам!

Вайнберг описал это свое разочарование позже, в 1997 году, в статье для ныне несуществующего глянцевого журнала “George”, одним из основателей которого был Джон Кеннеди-младший: “Противоречия такого рода трудно разрешить, сидя за столом и делая расчеты. — вы просто будете ходить по округу. Иногда полезно оставить задачу повариться в подсознании, а в это время выйти из дома, посидеть на скамейке в парке и посмотреть, как ваша дочь играет в песочнице”⁸⁴.

Однажды несколько недель спустя, в середине сентября Вайнберг ехал в офис в Массачусетском технологическом институте в своем красном спорткаре “камаро”, и вдруг его осенило: неправильной была не сама его теория, а только ее интерпретация! Уравнения, которые он вывел, не описывали тонкие различия между протонами и нейтронами, зато прекрасно описывали так называемую четвертую силу, существующую в природе. “Я дал правильный ответ на неправильный вопрос”, — рассказывал он.

Четвертая сила природы — наверное, самая малоизвестная из всех. Большинство людей знакомы с силой тяжести и электромагнитной силой. Электромагнитное взаимодействие, например, используется в электронных приборах, а еще заставляет волосы вставать дыбом в грозу. Третья сила — сила, участвующая в сильном взаимодействии, она в 137 раз сильнее, чем электромагнитная, и ее дело — удерживать частицы внутри атомных ядер. А вот что такое четвертая сила — не очень ясно. Она отвечает за слабое взаимодействие и за некоторые виды радиоактивного распада. Внутри Солнца слабое взаимодействие превращает водород в дейтерий (тяжелый водород) — сырье для термоядерных реакций, благодаря которым наша звезда светится.

Слабые силы действуют лишь на малых расстояниях. В то время как радиус действия электромагнитной силы огромен, слабая сила ощущается только при приближении на расстояние, равное одной стомиллионной доли нанометра, а это одна сотая диаметра атомного ядра, расстояние столь малое, что физики считают: слабая сила включается лишь при непосредственном контакте частиц.

Приехав в свой офис в Массачусетском технологическом институте, Вайнберг стал набрасывать черновой вариант теории. Вскоре он понял, что безмассовая частица, которая разрушала его прежние построения, была на самом деле фотоном — действительно безмассовой частицей, квантом света и переносчиком электромагнитного взаимодействия. Это было основным выводом и означало, что уравнения Вайнберга в рамках единой обобщающей теории описывают и слабые и электромагнитные силы. Вайнберг, сам не осознавая того, объединил две силы природы. С тех пор как в XIX веке Максвелл объединил электричество и магнетизм, подобное объединение было сделано впервые.

В работе Вайнберга описывалось взаимодействие, которое теперь ученые называют электрослабым. Его расчеты показали, что в начале существования Вселенной электромагнитные и слабые силы переплетались. Затем, по мере расширения и охлаждения Вселенной, они разделились на две отдельные силы, которые мы и наблюдаем в настоящее время. Прорыв, сделанный Вайнбергом, был тем более значительным, что его теория включала в себя механизм Хиггса! Именно поле Хиггса “растащило” со временем электромагнитную и слабую силы.

Объединив электричество и магнетизм в единую теорию электромагнетизма, Максвелл предсказал, что кроме видимого света существуют еще и другие электромагнитные волны. Это намного облегчило жизнь ученым — теперь они знали, где искать доказательства правильности теории. К счастью, в теории Вайнберга тоже содержалось несколько предсказаний. Ученый предугадал три новых вида частиц, названных W- и Z-бозонами. W-бозон (от weak — слабый) существует в двух формах — положительной и отрицательной, а Z-бозон вообще не имеет электрического заряда. Его так назвали именно из-за его нулевого (zero) заряда, а также потому, что Z — последняя буква в английском алфавите, и Вайнберг надеялся, что этот бозон будет последним в семействе частиц, переносящих слабые взаимодействия.

В теории электрослабого взаимодействия Вайнберга механизм Хиггса играет центральную роль. Именно поле Хиггса расщепляет электрослабую силу на две, придав массу W- и Z-бозонам, но оставив при этом фотоны безмассовыми. Поскольку фотоны невесомы, они могут переносить электромагнитное взаимодействие на большие расстояния со скоростью света. A W- и Z-частицы из-за своих существенных масс вообще едва шевелятся, так что слабая сила может передаваться только на крошечные расстояния. Позже физики поняли, что и кварки и электроны тоже получили массы, оказавшись в поле Хиггса.

Работа Вайнберга по электрослабым взаимодействиям была опубликована в следующем месяце — в ноябре 1967 года⁸⁵. Она стала самой цитируемой статьей в истории физики элементарных частиц. У теории Вайнберга была замечательная особенность — она предсказывала, какие примерно массы должны иметь новые частицы, следовательно, ученые могли немедленно пуститься в их поиски. То есть, если частицы эти действительно существуют в природе и если бы их нашли, событие сие стало бы неоспоримым доказательством правильности и теории Вайнберга, и механизма Хиггса, на котором она основывалась.

Вайнберг встал и подошел к окну своего офиса в Остине, не забыв прихватить вазочку с фисташками. Стены его кабинета увешаны дипломами, грамотами и фотографиями знаменитостей, присутствовавших на церемониях, посвященных его награждениям. Его книжные полки забиты книгами с непонятными названиями, многие из этих трудов Вайнберг написал сам. Есть среди них и популярные книги. По пути из Чикаго в Остин я прочитал эссе Вайнберга из 5000 слов, которое называется “Без Бога”, вышедшее несколько месяцев назад в журнале “New York Review of Books” — одном из многих, с которыми он сотрудничает. Как вам удается все успевать?” — спросил я. “Я не хожу в церковь и не катаюсь на лыжах”, — улыбнувшись, ответил Вайнберг.

Большую часть времени он работает не здесь, в этом офисе, а у себя дома, в нескольких милях отсюда. Окна его кабинета выходят на озеро Остин. На письменном столе стоит телевизор, и, если работа стопорится, можно откинуться на спинку кресла, посмотреть старые фильмы и подождать, пока вернется вдохновение. “Я люблю сидеть за своим столом и всегда это любил”, — говорит он. — По правде сказать, блестящие идеи приходят в голову не очень часто, но, наверное, очень часто они никому в голову не приходят”.

Когда мы вошли в кабинет Вайнберга, доска, висевшая на стене, была чистой, но в процессе беседы она покрылась начертанной мелом вязью уравнений, парящих над ними кривых и каракулей. Все это вместе составляло ответ на вопрос: какова роль механизма Хиггса в природе. Ответ, который Хиггс и другие его коллеги так и не нашли.

У меня оставалось времени в обрез, чтобы добраться до аэропорта и успеть на свой рейс из Остина, и Вайнберг предложил подвезти меня в гостиницу, чтобы я захватил свои вещи. Мы сели в его машину (красный “камаро” остался в далеком прошлом) и направились в центр города. Через пять минут, когда в плотном полуденном трафике мы резко пересекли пару полос движения, чтобы припарковаться у гостиницы, вокруг взревели клаксоны. “В некотором смысле я переоткрыл механизм Хиггса, — сказал Вайнберг. — И теперь недостает только частицы Хиггса. Это единственное, чего нам не хватает”.

Через год после выхода статьи Вайнберга Абдус Салам, профессор теоретической физики из лондонского Имперского колледжа, а затем — директор Международного центра теоретической физики в Триесте, опубликовал идентичную по существу теорию, разработанную им совершенно независимо. Работы, опубликованные как Вайнбергом, так и Саламом, во многом напоминали работу, опубликованную в 1961 году Шелдоном Глэшоу, одним из бывших одноклассников Вайнберга по средней школе в нью-йоркском Бронксе. Теория Глэшоу тоже объединяла электромагнетизм и слабое взаимодействие, и, более того, в ней тоже предсказывалось существование W-частиц, но ей не хватало одного жизненно важного ингредиента. Теория не включала в себя механизм Хиггса, до открытия которого оставалось еще три года. Без него теория не заработала.

Ученые не всегда общаются друг с другом так, как хотелось бы. Причины — чисто человеческие: все люди разные, не все умеют понравиться при первой встрече, не все умеют вести светские беседы. Но даже если разговор складывается, многие, отчасти из-за соображений секретности, вряд ли упомянут что-то, способное заронить идею в голове собеседника. Прагматичные ученые знают, что рискованно рассказывать слишком откровенно о своих идеях, по крайней мере пока они не опубликованы. В результате важные открытия в науке часто происходят позже, чем могли бы.

Однажды в 1960 году Питер Хиггс встретился с Шелдоном Глэшоу на летней физической школе, которая проводилась в колледже Ньюбатл-Эбби, в потрясающем здании XVI века — бывшем монастыре с парком площадью 125 акров, расположенном в окрестностях Эдинбурга. Глэшоу было 27 лет, и он уже написал статью по объединению электромагнитного и слабого взаимодействий. Глэшоу надеялся опубликовать ее в ближайшие месяцы. В один из вечеров несколько физиков засиделись допоздна, обсуждая последние работы. Среди них был и Глэшоу с увлечением рассказывавший о своей работе. Если бы Хиггс оказался там, он почти наверняка понял бы идею Глэшоу и смог бы превратить ее в стройную теорию, вроде той, что разработал Вайнберг. Однако он упустил шанс. В тот вечер Хиггс исполнял обязанности винного стюарда и не подозревал, что компания в это время попивает вино, припрятав принесенные им бутылки в нижней части старинных напольных часов.

В 1979 году Глэшоу прочитал лекцию⁸⁶, привлекшую общее внимание. Давая оценку своему вкладу в физику, он задался вопросом, почему Хиггс и другие физики, работавшие над проблемой происхождения масс, не поняли, что у них в руках был важный недостающий для объединения электромагнитного и слабого взаимодействий элемент. Сам Глэшоу много раз встречался и беседовал с Хиггсом и его коллегами. “Разве я не рассказывал им о моей модели, может, они просто забыли об этом?” — спросил он аудиторию. Не важно, по какой причине, но из-за упущенной тогда возможности физикам пришлось ждать семь лет, пока Вайнберг нашел применение механизму Хиггса.

К тому моменту, когда Хиггс услышал о прорыве, сделанном Вайнбергом, он прожил в Эдинбурге только один год. Он читал новости об открытии со смешанным чувством. “Я был рад, что кто-то нашел разумное применение моей теории, но испытывал и очевидную досаду. Я не смог решить эту задачу сам, потому что пытался применить свою теорию ко всему сразу, и это было ошибкой. Я зациклился на неправильном применении. Нам с Глэшоу просто не удалось как следует пообщаться”, — говорил мне Хиггс.

Что еще более удивительно, так это то, что Глэшоу не опередил Вайнберга в решении проблемы объединения. Шесть физиков, которые работали над проблемой природы массы, публиковали свои работы в самых престижных физических журналах того времени. Они были напечатаны всего через несколько лет после выхода работы Глэшоу. Но даже если Глэшоу не видел ни одной из этих статей, он должен был бы услышать о теории Хиггса в 1966 году, ведь он присутствовал на лекции Хиггса, когда тот рассказывал о своей теории в Гарварде, на следующий день после доклада в Институте перспективных исследований в Принстоне. Глэшоу даже поговорил с Хиггсом после лекции и сказал, что ему понравилась теория. “Он не понял тогда, что она имела отношение к его работе”, — сказал Хиггс. Позже Глэшоу признался, что “совершенно забыл” свою работу по электрослабым взаимодействиям.

Упущенные возможности не ограничились этими эпизодами. Как-то раз Джерри Гуральник с Джоном Чарапом — физиком-теоретиком из колледжа Королевы Марии Лондонского университета — спасались от ливня в битом “форде”. Это происходило после выхода в 1964 году в свет статей по происхождению масс. Они с удовольствием поболтали о теории и о возможности ее использования для объединения электромагнитных и слабых взаимодействий. По каким-то причинам ни тот ни другой никогда не принимали эту идею всерьез. Идея  улетучилась вместе с тучей.

В другой раз Гуральник обедал с Джоном Уордом физиком, работавшим с Абдусом Саламом в Имперском колледже. Когда Гуральник начал рассказывать о своей работе, Уорд попросил его остановиться — опытный Уорд посоветовал Гуральнику не разбрасываться так своими идеями, потому что кто-нибудь может их украсть прежде, чем тот опубликует законченную работу. “Если бы он только послушал! У нас двоих было достаточно информации, чтобы решить проблему объединения там же”, — вспоминал позже Гуральник. Некоторое время спустя он написал: “Как же мы упустили свой шанс? Все из-за нерешительности, медлительности и невезения”⁸⁷.

По той или иной причине все физики, в 1964 году участвовавшие в работе над теорией возникновения массы, упустили шанс понять, какое отношение она имеет к реальному миру. Не говоря уже о личных и профессиональных разочарованиях, потерю из-за этого понесла и физика в целом. К сожалению, такое случается очень часто; ситуация, когда разные ученые знают, как сложить отдельные части большого пазла, но не могут собрать эти куски в единую картину в одном месте и в одно время, возникает нередко.

В настоящее время теории Вайнберга и Салама, опубликованные много лет назад, являются главным обоснованием Стандартной модели, описывающей поведение всех существующих в природе и известных нам сегодня частиц. Дополненная этими теориями Стандартная модель приобрела глубину. Она объясняет, как механизм Хиггса работает в природе, наделяя конкретные частицы, включая кварки И электроны, массой. До открытия Вайнберга теория Хиггса была не более чем изящной идеей, после — стала ключом в понимании природы материи.

Физики не восприняли теорию Вайнберга как истину в последней инстанции, и на это были достаточно веские основания. Ученые опасались, что его теория страдает тем же недостатком, что и квантовая электродинамика, — наличием расходимостей. Их беспокойство объяснялось тем, что в определенных обстоятельствах теория Вайнберга тоже может приводить к расходимости. В квантовой электродинамике проблему расходимостей в 1940 годах решил Ричард Фейнман, изобретя технику перенормировки. Вайнберг был уверен, что нечто похожее может быть сделано и в его теории. Вот только, к сожалению, он не знал, как это сделать.

Канал Зингель, опоясывая старинный голландский город Утрехт, словно заключает его в теплые объятия. В расположенных на его набережной трех соседних домах помещался когда-то институт теоретической физики местного университета. Для института было выбрано забавное место. Если бы в то время вошли в один из домов, вас, скорее всего встретила бы женщина, утверждающая, что она графиня, но она наверняка не была графиней. Летом цыплята из сада запрыгивали через окна в комнаты и прогуливались по письменным столам. На ланчи или выпить чашечку кофе физики спускались вниз  в полуподвал, где в узком окне, выходившем на расположенную выше улицу, были видны ноги прохожих. Говорили, что в былые времена в этом здании располагался городской бордель⁸⁸.

Герард ‘т Хоофт снимал квартиру в доме сразу за углом от института. Он приехал в Утрехт после окончания средней школы в 1964 году, том самом, в котором Хиггс и другие физики опубликовали свои работы о природе массы. Молодой голландец выбрал для себя профессию физика очень рано. Когда ему было 8 лет, учитель спросил, кем бы он хотел стать, когда вырастет, и мальчик ответил: “Человеком, который знает все”. Он хотел сказать — профессором, но забыл это слово. В действительности он имел в виду ученого — человека, который стремится понять основные законы природы.

Школьником ‘т Хоофт проявил редкую способность к математике, но его способы решения задач были необычны. Как правило, наиболее одаренные оказывались лучшими в классе, научившись использовать стандартные методы. Герард ‘т Хоофт шел иным путем. Он всегда предпочитал изобретать собственные методы, причем с нуля, — стратегия, известная как расчеты из первых принципов. К примеру, если бы ему нужно было научиться водить автомобиль, он принялся бы сначала его конструировать. Продвигаясь методично, шаг за шагом, ‘т Хоофт преодолевал все трудности, возникающие в его теориях.

Незадолго до этого в институт пришел новый профессор теоретической физики, Мартинус Вельтман — “Тини”. Он был наставником ‘т Хоофта в университете и руководителем его докторской диссертации. Как и у ‘т Хоофта, у Вельтмана был свои собственный взгляд на все, но он был более упрямым и обладал ярко выраженным нонконформистским характером⁸⁹. Вельтман настороженно относился к любому, кто считал себя экспертом в чем-то, и всегда доверял своему внутреннему голосу больше, чем кому бы то ни было. Когда многие физики утверждали, что квантовая теория поля мертва, Вельтман вопреки советам коллег продолжал ею заниматься.

Вельтман работал над теориями типа теории Вайнберга и был полон решимости доказать, что расходимости им не страшны. Работа шла тяжело, уравнения разрастались, и вскоре в них входило уже около 50 000 членов. Когда стало ясно, что расчеты слишком громоздки, чтобы делать их вручную, Вельтман решил: лучший способ борьбы с громоздкими уравнениями — отдать их решать компьютеру. Через три месяца адской работы он написал необходимую компьютерную программу и приготовился ее запустить.

В те времена данные в компьютеры вводились с помощью перфокарт, а результата приходилось ждать несколько дней. Вельтман в своем портфеле носил сотни перфокарт. Хорошо уже было то, что они были пронумерованы, то есть даже если они падали на пол и перепутывались, компьютер все равно их воспринять. Вельтман дал программе имя “Schoonschip”, что в переводе с голландского означает “Чистый корабль — так в старину моряки, вычистив перед плаванием судно от носа до кормы, называли свой корабль. А еще так в Голландии говорили когда хотели что-то начать с чистого листа.

Первые же расчеты с помощью программы “Schoonschip” показали, что уравнения Вельтмана неправильны. Когда программа выплюнула результат, стало ясно, что проблема расходимостей не исчезла. Вельтман продолжал биться, подправлял уравнения и вставлял их обратно в “Schoonschip”. А в это время ‘т Хоофт делал то, что он умел делать лучше всего, — строил свою теорию из первых принципов. Закончив, он понял, что механизм Хиггса — неотъемлемая часть его теории. Он, в сущности, заново построил теорию Хиггса⁹⁰. А когда проверил свои расчеты, то увидел — проблема расходимости решена!

Однажды осенним днем 1970 года Вельтман и ‘т Хоофт прогуливались по дорожке, ведущей от одного здания института к другому. Вельтман жаловался на трудности с расчетами и говорил, что нужно построить всего одну перенормируемую теорию, которая могла бы объяснить массу частиц. “Я знаю, как это сделать”, — сказал ‘т Хоофт. Вельтман в изумлении уставился на него. “Что?!” — воскликнул он. “Ну да, я могу сделать”, — повторил ‘т Хоофт. От неожиданности Вельтман на миг потерял дар речи и чуть не врезался в дерево. “Напишите, мы посмотрим”, — сказал он.

При сравнении их расчетов стало ясно, что Вельтман в своей теории не учел некой важной вещи, а именно — механизма Хиггса. Он думал, что этот механизм — просто некий трюк, и решил его проигнорировать. Когда же он ввел его, вставил соответствующие члены в свои уравнения и прогнал программу через компьютер еще раз, оказалось, что расходимости действительно возникали, но тут же компенсировали друг друга. Таким образом работа, завершенная в 1970 году, не только подвела под теорию Вайнберга твердую основу, но и доказала, что она правильна, именно благодаря механизму Хиггса. Следующим летом Вельтман организовал конференцию по физике элементарных частиц в Амстердаме и на последнем заседании отвел ‘т Хоофту десять минут для сообщения об их открытии. “Мы им всем покажем!” — сказал Вельтман ‘т Хоофту. Физики действительно восприняли их результаты с восторгом. Как изящно выразился теоретик из Гарвардского университета Сидни Коулман, “поцелуй ‘т Хоофта расколдовал лягушку Вайнберга и превратил ее в прекрасную принцессу”⁹¹.

Это было летом 1972 года, в клубе преподавателей Эдинбургского университета. Хиггс только что закончил ланч, когда появился Кен Пич, его друг и коллега. “Ты — звезда!” — воскликнул Пич вместо приветствия. Он только что вернулся с совещания, состоявшегося в знаменитом Фермилабе — Национальной лаборатории имени Ферми, крупнейшем американском физическом центре, расположенном на окраине Чикаго. Имя Хиггса звучало почти в каждом докладе, затрагивающем темы нарушения симметрии или происхождения массы. Именно тогда Питер в первый раз услышал о том, что слова “поле Хиггса” и “механизм Хиггса” вошли в научный лексикон.

Хиггс улыбнулся. Новость подняла ему настронние. Однако Питер понимал, что, хотя именно он получил основополагающие результаты по происхождению массы, поспевать за другими в этой области становится все труднее. Через несколько лет, описывая ситуацию того времени, Хиггс сказал: “Поскольку я сделал важные работы, инициировавшие последовавшие исследования, все посчитали, что я должен понимать все, что происходит в этой области. Но чем дальше, тем меньше я понимал. Когда же стали известны результаты Вельтмана и ‘т Хоофта, я сдался и отказался участвовать в гонке”.

Хиггс решил заняться другими вещами. Он заинтересовался так называемой теорией суперсимметрии, которая раскрашивает наш мир новыми неожиданными красками. Одним махом суперсимметрия удваивает число частиц во Вселенной. Согласно этой теории каждая новая суперсимметричная частица — это пока еще необнаруженная частица с большой массой, составляющая пару с известной частицей. В этой теории, например, появляются пары селектрон — электрон, скварки — кварки. Ученые посчитали новую теорию весьма многообещающей, поскольку с ее помощью разрешались некоторые застарелые противоречия в физике. Любопытно, что в некоторых версиях теории возникала не одна частица Хиггса, а пять, и все они играли свою роль в обретении частицами массы.

То, что Хиггсу все сложнее становилось работать в своей области, было не единственной трудностью, с которой он столкнулся в это время. Весной 1972 года распался их брак с Джоди (хотя официально они так никогда и не развелись), а ведь у них уже было двое сыновей. “Я тогда был не в том состоянии, чтобы, забыв обо всем, сосредоточиться на решении теоретических задач”, — вспоминал Хиггс. В интервью газете “Sunday Times” в 2008 году Хиггс назвал причиной крушения семьи свою одержимость работой: “Мы разъехались, потому что я всегда ставил научную карьеру выше семьи. Однажды я увильнул от проведения праздников с семьей, а ведь мы собирались поехать в Америку. Но я сел тогда в самолет и полетел на конференцию. Джоди, моя жена, совсем перестала понимать, что я делаю”.

Момент, когда имя Хиггса вошло в историю, трудно определить однозначно. Хиггс считает, что это случилось в 1972 году на конференции в Фермилабе. По словам Хиггса, он стал самым известным теоретиком по чистой случайности. В 1967 году на приеме, устроенном в честь открытия некой конференции в Рочестере, штат Нью-Йорк, Хиггс с бокалом вина в одной руке и бутербродом в другой рассказал о своей работе американскому физику корейского происхождения, Бену Ли. Случилось так, что Ли был докладчиком на конференции в Фермилабе в 1972 году. Составляя план доклада, он вспомнил тот разговор и использовал имя Хиггса как условное обозначение теории и всего, с ней связанного. С тех пор это название в науке укоренилось. Дик Хаген считает, что словосочетание “бозон Хиггса” впервые прозвучало на Рочестерской конференция в Беркли в 1966 году. После конференции Хиггс написал организаторам письмо, протестуя против этого названия.

Если самое важное в жизни ученого — открыть новые неизвестные закономерности в природе, то на втором месте — и очень близко к первому — стоит признание за свершенные открытия. Карьера ученого строится на репутации, а признание — необходимая ее часть. Когда речь идет о больших открытиях, должная оценка может означать продвижение по службе, известность, славу и, правда очень редко, — материальное благополучие. Когда на карту поставлено столь многое, конфликты при определении ученого, сделавшего важнейшую часть работы (без которой то или иное открытие не состоялось бы), совершенно естественны. Часто основного автора определить далеко не просто. Иногда в открытии так или иначе участвуют сотни ученых. Бывает, что работа, поначалу казавшаяся не имеющей никакого отношения к открытию, впоследствии оказывается недостающей частью пазла.

В июне 1938 года Джордж Пэйджет Томсон, получивший Нобелевскую премию по физике за год до того, прочитал лекцию о своем открытии волны электрона (явлении, впервые довольно неопределенно сформулированном в 1924 году Луи де Бройлем в Париже). Между прочим он заметил, что открытия в науке редко совершаются одним человеком, обычно в нем принимает участие целая группа ученых. Вот как описал это Томсон: “Богиня мудрости, как гласят мифы, выпрыгнула из головы Зевса уже взрослой. В отличие от нее научная концепция редко рождается в готовом виде и столь же редко имеет одного родителя. Чаще всего она — детище нескольких умов, каждый из которых преобразует идеи тех, кто работал до него, и, в свою очередь, готовит почву тем, кто придет за ним“.

Напряженность в отношениях и споры по поводу приоритетов особенно часты, когда идет речь об открытии, достойном Нобелевской премии. Стивен Вайнберг выразил сожаление, что Нобелевский комитет не наградил Фримена Дайсона за его работы 1940-х годов, ставшие ценнейшим вкладом в разработку квантовой электродинамики. Вместо этого премия ушла к тем, чьи работы он собрал воедино и обобщил: Ричарду Фейнману, Джулиусу Швингеру и Синьитиро Томонаге. Нобелевский комитет часто оказывается перед сложным выбором. Он никогда не дает одну премию более чем трем ученым. Так Дайсон присоединился к многочисленной компании крупнейших и достойнейших ученых, у которых есть все основания чувствовать себя ущемленными.

Нобелевский комитет, по-видимому, опять окажется в затруднительном положении, когда нужно будет присуждать премию за работы по происхождению массы, поскольку они явно будут когда-то номинированы на Нобелевскую премию⁹². Вайнберг, Салам и Глэшоу получили Нобелевскую премию в 1979 году за работу по электрослабому взаимодействию. Двадцать лет спустя Тини Вельтман и Герард ‘т Хоофт получили Нобелевскую премию за доказательство перенормируемости теории, то есть избавление ее от расходимостей. В этих случаях выбор достойнейших ученых был прост. Частицы, на которых строится теория происхождения массы, известны физикам — да и всем средствам массовой информации — как бозоны Хиггса. Это делает шансы Питера Хиггса на будущую Нобелевскую премию почти стопроцентными. Но есть еще пять других физиков, которые внесли сравнимый вклад в теорию, причем двое из них обошли Хиггса по срокам публикации. Ученые, участвовавшие в работе, ныне на пенсии, при этом обнаружение бозона Хиггса уже замаячило на горизонте. Неудивительно, что научное сообщество занервничало по поводу того, чье имя будет носить теория.

Один физик рассказал мне, как несколько лет назад в Брюсселе он попал на лекцию по теории происхождения массы. Докладчик — Лэлит Сегал из Института теоретической физики в Ахене — включил компьютер, расположил слайды по порядку и стал рассказывать о механизме Хиггса. Через некоторое время Сегал заметил на лице человека, сидевшего в первом ряду, проявление явного недовольства. Догадавшись о своей оплошности, Сегал сказал: “Я понимаю, эта теория была разработана несколькими учеными, но в соответствии с традицией я называю самое короткое имя”. Не успел Сегал приступить к продолжению лекции, как человек в первом ряду громко сказал: “Мое имя тоже состоит из пяти букв!” Это был Роберт Браут.

Работы по механизму Хиггса двух брюссельских исследователей — Браута и Франсуа Энглера — часто цитируют, и они не держат зла на Питера Хиггса. Работы третьей группы — Джерри Гуральника, Дика Хагена и Тома Киббла — цитировались очень редко даже теми физиками, которые работали над механизмом Хиггса. Гуральник и Хаген полагают, что некоторые европейские физики находятся в заговоре с целью вычеркнуть их из истории. Свои подозрения Гуральник высказал в статье, опубликованной в 2009 году: “Первоначально, по-видимому, не возникало вопросов с признанием нашего вклада в теорию, которую мы разрабатывали наравне с Энглером, Браутом и Хиггсом. Однако все изменилось в 1999 году. когда на наши работы перестали ссылаться в своих докладах и статьях даже те авторы которые раньше это делать не забывали”.

Роберт Браут и Франсуа Энглер из Свободного университета в Брюсселе были первыми, опубликовавшими работу про то, что в настоящее время широко известно как механизм Хиггса. Они находились в изоляции от международного сообщества физиков, занимавшихся элементарными частицами, а кроме того, были новичками в этой области. Хиггс был следующим, напечатавшим работу по этой теме, и первым, обратившим внимание на существование новой частицы, бозона Хиггса, который должен существовать, если теория верна. Третьей группой, опубликовавшей работу на ту же тему несколько недель спустя, были Гуральник, Хаген и Киббл.

Сегодня Хиггс испытывает явную неловкость оттого, что теория связывается только с его именем. В разговоре он называет частицу Хиггса “скалярный бозон”, или “так называемый бозон Хиггса”. На какой-то конференции Питер признал нелепость ситуации, начав свою лекцию так: “В отличие от принятой на этой конференции терминологии я хочу прежде всего отказаться от приоритета на некоторые концепции, которые обычно связываются в литературе с моим именем”⁹³. Он предложил назвать механизм Хиггса механизмом “АБЭГХХКХ” в честь всех его авторов (Андерсон, Браут, Энглер, Гуральник, Хаген, Хиггс, Киббл и ‘т Хоофт).

То, что мы называем механизмом Хиггса, почти наверняка является важнейшим ингредиентом гораздо более общей теории объединения электромагнитного и слабого взаимодействий, что и доказали работы Глэшоу, Вайнберга, Салама, Вельтмана и ‘т Хоофта. На повестку дня встал вопрос о проверке теории Вайнберга. К счастью, теория предсказала существование трех видов частиц, которых никогда прежде не видели. Расчеты Вайнберга показали, что две W-частицы должны весить примерно в сорок раз больше, чем протоны, а Z-частицы — в два раза больше W-частиц. В руках у физиков появился надежный компас — теперь они знали, где искать эти частицы.