Гонка за Нобелем - Брайан Китинг

Получение финансирования, создание команды, поездки на Южный полюс — все было непросто. Но это, по крайней мере, находилось под нашим контролем. Однако Вселенная не желала подчиняться нашему расписанию. Вдобавок у нас были серьезные конкуренты — около полудюжины других наземных и аэростатных телескопов и, разумеется, космическая обсерватория Planck, которая уже задала максимально жесткие ограничения для гравитационно-волнового фона, используя температурные флуктуации микроволнового фона. Те же самые инфляционные гравитационные волны, которые могли производить B-моды, должны были также вызывать возмущения пространства-времени, достаточные для того, чтобы слегка исказить температурный рельеф реликтового фона, но существовал порог, ниже которого нельзя было заглянуть с помощью одной только температуры реликтового излучения. Ниже этого уровня, который был в семь раз ниже предела, установленного нами с помощью BICEP, находилась terra incognita — неизведанный поляризованный ландшафт, который мог содержать только инфляционные B-моды. Обсерватория Planck также могла исследовать эту территорию, и, возможно, даже лучше нас, как это следовало из отчета, выпущенного Европейским космическим агентством почти сразу после запуска обсерватории в мае 2009 года{1}. Чтобы заявить о себе, BICEP2 необходимо было улучшить результаты и BICEP, и Planck. И улучшения требовались серьезные.

В конце концов все произошло очень быстро, по крайней мере по космологическим меркам.

Зарегистрированный сигнал был настолько сильным, что это казалось неправдоподобным. В 2013 году, всего три года спустя после того как BICEP2 увидел первый свет и начал свою патрульную службу по сканированию «Южной дыры» (так мы назвали исследуемый нами участок небесного свода), и для BICEP2 наступил тот самый момент — «Это забавно…». Принятый телескопом сигнал В-мод был огромным. Его невозможно было пропустить. Как впоследствии выразился один из руководителей BICEP2 Клем Прайк, это было все равно что искать в стоге сена иголку, а найти лом. Вы думаете, наверное, что это принесло нам счастье. Как раз наоборот, мы занервничали.

Слишком многое могло или даже должно было пойти не так. Мы пытались измерить температурный сигнал в миллиард раз холоднее, чем льды Южного полюса. Мы не знали, сумеем ли увидеть хоть что-то. Но мы увидели.

Нашим первым вопросом было: «Кто напортачил?» В 1970-х годах Джо Вебер объявил, что зарегистрировал гравитационные волны в своей лаборатории{2}. Он был выдающимся экспериментатором и одним из изобретателей лазера, и многие считали, что в 1964 году его несправедливо обошли с Нобелевской премией{3}. Но обнаруженные Вебером волны оказались слишком хороши, чтобы быть правдой, — его открытие не подтвердилось. Мы не хотели повторять его печальную участь, становясь вторыми «первооткрывателями» гравитационных волн по ошибке.

Такие ложные открытия случаются в науке на удивление часто. В 2011 году физики, проводившие эксперимент на ускорителе частиц SPS в CERN, сделали потрясающее заявление: они обнаружили нейтрино, способные перемещаться быстрее скорости света. Поскольку теория относительности Эйнштейна утверждает, что ничто в этом мире не может двигаться быстрее скорости света, это было поразительное открытие. На протяжении более чем 100 лет все теории и эксперименты неизменно подтверждали, что космический предел скорости в 300 000 км/сек не просто красивая идея — это закон. Однако нейтрино достигали детектора OPERA на 60 наносекунд раньше, чем ожидалось{4}. Хотя 60 наносекунд могут показаться вам не слишком существенными, но этого было более чем достаточно, чтобы привлечь внимание всего мира и вызвать разговоры о Нобелевке. Заявление исследователей означало, что сам Эйнштейн был не прав и основы физики зашатались.

В конце концов выяснилось, что причиной всему плохо вставленный разъем кабеля, из-за чего время старта нейтрино определялось с некоторой задержкой — как раз на те самые 60 наносекунд, на которые они опережали скорость света. Когда разъем зафиксировали правильно, аномалия исчезла. Но «сверхсветовая» скорость нейтрино стала предметом насмешек для всего мира. Главные исследователи проекта OPERA были вынуждены уволиться с руководящих постов{5}. Учитывая печальный опыт Вебера и команды OPERA, у нас было больше причин нервничать из-за полученного нами сигнала, чем ликовать.

К тому же за нами по пятам шел опасный конкурент — команда Planck, чей космический телескоп, вращавшийся в невесомости на орбите в 1,5 млн км над Землей с ее атмосферными помехами, имел огромное преимущество перед всеми наземными телескопами. Команда Planck могла обскакать нас точно так же, как Пензиас и Уилсон обскакали Роберта Дикке полвека назад. Хуже того, телескоп BICEP2 был демонтирован еще год назад. Мы не могли вернуться и проверить, не забыли ли мы снять крышку с объектива. У нас оставалось только одно мощное оружие: данные, очень много данных.

Мы начали с проверки непротиворечивости данных, разделив весь их массив на два набора и составив две карты — одну на основе первых 18 месяцев наблюдений BICEP2, вторую — на основе вторых 18 месяцев. Обе карты показывали одинаковый сигнал, хотя и с более низким отношением сигнал/шум (что было естественно, поскольку каждая карта использовала всего половину данных).

Как гласит народная мудрость, «семь раз отмерь, один раз отрежь». Мы измерили данные BICEP2 десятками разных способов, пытаясь найти несоответствия между наборами данных разных детекторов или различия при сканировании неба справа налево и слева направо. Мы подвергали наши данные самым немыслимым пыткам; каждый из нас пытался придумать наиболее невероятный сценарий, который мы могли упустить из виду. Была даже выдвинута версия, что зарегистрированный нами сигнал — дело рук инопланетян.

Когда мне доводится выступать на публике и меня представляют как космолога, я часто шучу, что не стоит путать меня с косметологом и доверять мне свои волосы и ногти. Однако многие не знают, что между космологией и косметологией существует глубокая связь. Оба слова восходят к греческому глаголу kosmeö, означающему «приводить в порядок, украшать». Прекрасный лик Вселенной как нельзя лучше это подтверждает. Когда я впервые увидел зарегистрированный BICEP2 сигнал (рис. 51), у меня перехватило дух от завораживающего узора из спиралей и завихрений. Это было именно то, что прогнозировала инфляционная модель, и это была любовь с первого взгляда. Космос был не просто прекрасен. Он щеголял перед нами своей красотой.

К нашему радостному возбуждению примешивались тревожные предчувствия. После года скрупулезного анализа мы убедились, что сигнал не мог исходить ни от Южного полюса, ни от атмосферы, ни от самого BICEP2. Что тогда могло быть его источником, как не инфляция?