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

Поскольку запланированные значения энергии меньше, чем на БАКе, может показаться, что строительство ILC – шаг назад, но принцип работы электрон-позитронных коллайдеров отличается от принципа действия адронных коллайдеров. Вместо того чтобы разгонять частицы до максимально больших энергий, сталкивать их и смотреть на то, что получится, электрон-позитронные коллайдеры настраиваются именно на ту энергию, которая необходима для получения определенной новой частицы, то есть они идеально подходят для прецизионных измерений. Теперь, когда мы знаем, что масса бозона Хиггса равна 125 ГэВ, весьма заманчиво его исследовать на линейном коллайдере.

Смета расходов на строительство ILC варьировалась от 7 миллиардов до 25 миллиардов долларов, а среди возможных мест его дислокации называлась Европа, США и Япония. Ясно, что проект потребует теснейшего международного сотрудничества, политической хитрости и новейших разработок в области экспериментальной физики. Альтернативный проект – Компактный линейный коллайдер (CLIC) – разработан в ЦЕРНе. Он должен быть короче, но работать при более высоких энергиях из-за применения инновационных (и, следовательно, более рискованных) технологий. В 2012 году два конкурирующих проекта были объединены в один. Возглавлять совместный проект будет Лин Эванс, который после ухода с поста руководителя команды БАКа так и не сумел научиться получать удовольствие от пребывания на пенсии. Задачей Эванса будет принятие решение о наиболее перспективной технологии, а также модерирование конкурирующих интересов различных стран, соревнующихся за право построить у себя новый коллайдер (но не рвущихся платить за это).

Когда вы разговариваете с кем-либо из тех, кто был связан с БАКом, почти всегда одной из первых поднимается тема вдохновляющей роли международного сотрудничества, сложившегося на коллайдере. Ученые и техники разных национальностей, возрастов и профессий собрались вместе, чтобы построить нечто грандиозное. Будущее физики элементарных частиц представляется радужным при условии, что наше богатеющее общество сможет мобилизовать силы и вложить значительные ресурсы в новые научные объекты. А какова будет величина этих инвестиций – решать всему человечеству.

Интервьюируя своих коллег-физиков в ходе работы над книгой, я был поражен: оказалось, что многие из них, прежде чем окончательно посвятить себя науке, увлекались искусством. Фабиола Джанотти, Джо Инкандела и Сау Лан Ву, – все в молодости изучали изобразительное искусство или музыку. Дэвид Каплан был не последним человеком в киноиндустрии.

И это не случайно. Наше стремление понять, как работает природа, часто дает практические результаты, но не это соображние решающее в привлечении людей к науке. Страсть к науке не носит утилитарного характера, она вырастает из эстетического чувства. Мы открываем для себя что-то новое о мире, и это позволяет нам лучше оценить его красоту. На первый взгляд слабые взаимодействия – сплошной хаос: бозоны – переносчики взаимодействий – имеют разные массы и заряды, и для различных частиц силы взаимодействий разные. Но если копнуть глубже, обнаруживается элегантный механизм: нарушенная симметрия, скрытая от наших глаз полем, пронизывающим все пространство. Это можно сравнить с удовольствием от чтения стихов на языке оригинала после того, как долго довольствовался посредственным их переводом.

Я недавно помогал делать телешоу, в котором авторы пытались объяснить, что такое бозон Хиггса. Когда вы делаете что-то для телевидения, слов всегда недостаточно, нужны убедительные образы. Если вы пытаетесь объяснить что-то про субатомные объекты, единственный способ найти такие запоминающиеся образы – придумать хорошую аналогию. Итак, вот что я придумал: представьте себе маленьких роботов, которые носятся по дну вакуумной камеры. На каждый робот нацеплен парус, но размер парусов у них самый разный – от достаточно большого до совсем маленького. Сначала мы снимаем роботов в откаченной камере, и тогда все они движутся с одинаковой скоростью: если нет воздуха, паруса совершенно бесполезны. А потом мы впускаем в камеру воздух. Теперь роботы с крошечными парусами двигаются быстро, а те, у которых большие паруса, тормозятся и кажутся более вялыми. Надеюсь, аналогия понятна. Роботы представляют собой частицы, а паруса – сила их взаимодействия с полем Хиггса, аналогом которого здесь является воздух. В вакууме, когда нет воздуха, роботы все симметричны и движутся с одинаковой скоростью. Заполнение камеры воздухом нарушает симметрию, как и поле Хиггса. Можно даже продолжить аналогию и сказать, что звуковые волны в воздухе – аналог бозонов Хиггса.

Так как я сам – абсолютный теоретик, никто не хотел мне доверить командование роботами, поэтому я консультировался с некоторыми из моих коллег по Калифорнийскому технологическому институту из отдела техники и воздухоплавания, как все это показать. И они отвечали мне примерно одинаково: «Понятия не имею, что такое бозон Хиггса и хорошая ли это аналогия, но выглядит потрясающе!»

В глубине души наука как раз и является поиском потрясающего – буквального потрясения, которое мы чувствуем, когда впервые понимаем что-то важное. С этим чувством мы все рождаемся, хотя часто теряем его взрослея, когда в нашей жизни начинают доминировать более приземленные проблемы. Однако это спящее в каждом из нас детское любопытство вновь выходит на первый план, когда происходит некое большое событие вроде открытия бозона Хиггса на БАКе. Тысячи людей строили БАК и его детекторы, тысячи людей анализировали данные, которые привели к этому открытию, но принадлежит оно всем, кто интересуется устройством Вселенной.

Мохаммед Яхья ведет блог журнала Nature под названием «Дом Мудрости» – этот блог посвящен науке на Ближнем Востоке. После того как 4 июля состоялся семинар, где объявили об открытии бозона Хиггса, Яхья сделал восторженную запись, подчеркнув интернациональный характер современной наукой: «В то время как люди в арабском мире заняты политикой, революциями, вопросами прав человека и восстаниями, наука говорит с нами всеми на одном языке, и мы становимся единым целым. Только искусству и науке не подвластны никакие границы».

Всего через несколько часов после семинаров 4 июля 2012 года, на которых было объявлено о долгожданном открытии бозона Хиггса, Лина Эванса спросили, что, по его мнению, молодые люди могли бы извлечь из этой новости. Он ответил не задумываясь: «Вдохновение. Такие грандиозные пректы должны всех вдохновлять. Когда мы были молоды, происходило много потрясающих вещей – например, человек достиг Луны. Самое главное – возбудить в юных душах интерес к науке». И создатели БАКа сумели это сделать.

Физика элементарных частиц может найти свои корни аж в учениях атомистов Древней Греции и Рима. Для таких философов, как Левкипп, Демокрит, Эпикур и Лукреций, представление о природе было основано на том, что материя и энергия – различные формы, которые принимают комбинации небольшого числа фундаментальных начал, атомов. Мыслители Античности не были учеными в современном смысле этого слова, но некоторые их идеи очень хорошо согласуются с нашим сегодняшним пониманием Вселенной.

Древний мир не знал придуманных нами строгих границ между разными академическими дисциплинами, которые преподаются в современных университетах. Ученые прошлого были философами, и наряду с материальной реальностью интересовались и этикой, смыслом жизни. Что касается их представлений об атомах, с нашей сегодняшней точки зрения не все их выводы правильны (например, неделимость атомов), но многие по-прежнему остаются актуальными. Они пытались руководствоваться логическими выводами из своего атомистического подхода к устройству мира. Если реальность есть просто взаимодействие атомов, где мы должны искать цель и смысл жизни? Эпикур, в частности, отвечая на эти вопросы, говорил, что ценность имеет именно та жизнь, которую мы проживаем здесь, на Земле, и призывал своих последователей оставаться спокойными перед лицом смерти, высоко ценить дружбу и находить удовольствие в умеренности.