Частица на краю Вселенной. Как охота на бозон Хиггса ведет нас к границам нового мира - Шон Кэрролл

В 2004 году премия Вольфа по физике, которую иногда считают второй по престижности наградой после Нобеля, была присуждена Энглеру, Брауту и Хиггсу, но Гуральник, Хаген и Киббл ее не получили. На конференции во Франции в 2010 году, названной «Охота на Хиггса», на рекламном постере в качестве создателей теории значились только Браут, Энглер и Хиггс, а ГХК вообще не упоминались. Это вызвало определенное недовольство, и группа поддержки англо-американской команды даже угрожала конференции бойкотом. Организатор конференции Грегорио Бернарди выразил по этому поводу недоумение и сказал, что «организаторы не ожидали, что люди так серьезно отнесутся к этому вопросу», что кажется по меньшей мере некоторым лукавством, поскольку если устроители конференции посчитали нужным добавить к названию бозона, всем известного как «бозон Хиггса», еще и имена Энглера и Браута, то не должны были удивиться, что Гуральник, Хаген и Киббл (или их сторонники) расстроились. Часть обиженных успокоилась, когда Американское физическое общество наградило премией Сакураи в области теоретической физики за 2010 год Хагена, Энглера, Гуральника, Хиггса, Браута и Киббла – именно в таком порядке, который, кажется, был выбран специально, чтобы невозможно было никому пожаловаться (кроме Андерсона, который, возможно, и имел на то определенные основания).

Однажды Андерсон печально заметил: «Если вы хотите, чтобы история была написано правдиво и подробно, пишите ее сами». За последние несколько лет Гуральник, Хиггс, Киббл и Браут с Энглером – все написали воспоминания о своей работе в 1964 году, пытаясь представить в правильном свете свой собственный вклад. И вдруг (веяние времени!) по этому поводу разгорелась полемика в Википедии. В августе 2009 года пользователь, известный под ником «Мэри из ЦЕРНа», сделал новую запись, называвшуюся «1964 PRL (Physical Review Letters). Статьи по нарушению симметрии». В Википедии уже имелись отдельные статьи по темам: «Спонтанное нарушение симметрии», «Механизм Хиггса» и другие. В этой новой статье обсуждался вопрос о том, кому какие заслуги следует приписать, причем разбирались статьи всех авторов. Свое отношение автор выразил такими словами: «Первыми (на пару месяцев раньше) были опубликованы статьи Хиггса и Браута-Энглера, но ими решена лишь половина проблемы – приписана масса калибровочной частице. Гуральник-Хаген-Киббл, хоть и опубликовали статью пару месяцев спустя, решили более общую проблему: они не только придали массу калибровочной частице, но еще и показали, как избежать выполнения условий теоремы Голдстоуна». Но то, что один человек может написать в Википедии, другой может отредактировать, и текущая версия статьи является немного более беспристрастной.

Мне в общем-то не важно, кто получит Нобелевскую премию за открытие бозона Хиггса, если такое вообще случится. Нет у меня и никакого прогноза. (В 2013 году Нобелевскую премию в области физики за теоретическое обоснование существования бозона Хиггса получили Питер Хиггс и Франсуа Энглер. – Примеч. ред.) Премии тем хороши для науки, что привлекают внимание широкой публики к интересной работе, которая иначе могла бы остаться незамеченной. Но премии в науке не главное. Самая главная награда для ученого – открытие нового механизма или явления, и это гораздо больше, чем любая премия, которую может дать Нобелевский комитет.

По-настоящему обидно то, что никто из экспериментаторов не может получить Нобелевскую премию за экспериментальное обнаружение бозона. Тут количественная проблема: слишком много людей внесли вклад в эту работу, и просто невозможно выбрать из них одного, двух или трех самых достойных. Одним из достижений, безусловно достойных Нобелевской премии, является успешное сооружение самого БАКа, так что Лин Эванс был бы вполне достойным кандидатом на премию. Мне кажется, Нобелевскому комитету стоит подумать об ослаблении требований, запрещающих присуждать премию по любой науке коллаборациям, и тот, кто сумеет изменить эти правила, заслуживает, по-моему, премии мира.

Мы пытаемся угадать, не скрываются ли за бозоном Хиггса миры с другими силами, симметриями и измерениями.

Уже в десять лет вид звездного неба завораживало Веру Рубин. С годами ее интерес к звездам только возрастал, и собираясь поступать в колледж, она решила изучать астрономию. Но шли 1940-е годы, и женщин в США к занятиям естественными науками допускали не очень охотно. Член приемной комиссии престижного колледжа Суортмор, который она выбрала, спросил Веру, нет ли у нее еще каких-нибудь увлечений, кроме астрономии. Она призналась, что обожает живопись, и ее собеседник ухватился за это и спросил: «А вы никогда не думали о том, чтобы стать художником и рисовать астрономические объекты?» В итоге она вместо Суортмора поступила в Колледж Вассара[12], но вопрос тот запомнила. Позже она вспоминала: «Это стало дежурной фразой в моей семье. Всякий раз, когда что-то у кого-то из нас шло не так, мы говорили: «А вы никогда не хотели стать художником и рисовать астрономические объекты?»

Рубин закончила колледж, потом продолжила обучение в аспирантуре Корнелла, а затем в Джорджтаунском университете. Это был нелегкий путь: например, когда она написала в Принстон и попросила прислать учебный план университетской аспирантуры, администрация университета ответила отказом, заявив, что отделение астрономии не принимает женщин в аспирантуру. (Отношение к женщинам в науке изменилось только в 1975 году.)

Один из секретов выдающихся ученых в том, что они заглядывает туда, куда другим и в голову не придет посмотреть. Когда появились мощные телескопы, многие астрономы первым делом стали изучать центральные области далеких галактик, где много звезд и идет кипучая деятельность. Рубин решила сосредоточиться на внешних, мало заселенных звездами областях галактики, и попытаться изучить динамику периферийных звезд и газа, медленно вращающихся на краю галактики. Такие наблюдения дают возможность определить ее общую массу: чем больше материи внутри галактики, тем выше гравитационное поле в местах расположения внешних звезд и тем быстрее они должны вращаться.

И вот тут Рубин и ее сотрудник Кент Форд обнаружили некую странность. Казалось бы, звезды должны двигаться все медленнее и медленнее по мере удаления от центра галактики, подобно тому, как замедляется движение планет Солнечной системы по мере их удаления от Солнца. Действительно, гравитационное поле там слабее, следовательно, должна быть меньше центробежная сила и, следовательно, нужна меньшая скорость вращения по данной орбите. Но Рубин и Форд обнаружили, что все происходит совсем иначе: они увидели, что звезды, расположенные на больших расстояниях от плотной центральной области галактики, движутся с той же скоростью, что и в центре. Разгадка оказалась простой, но такое было трудно вообразить: в галактике на самом деле намного больше материи, чем мы можем видеть, и большая ее часть, в отличие от видимых звезд, располагается вдали от центра галактики.

Рубин и Форд наткнулись на удивительное явление, которое в настоящее время составляет центральную проблему космологии, а именно – на темную материю.