Иэн Сэмпл - В поисках частицы Бога, или Охота на бозон Хиггса
Институт перспективных исследований находится на расстоянии мили от Принстона, а его территория представляет собой сад, раскинувшийся на 800 акров. Вместо того чтобы поехать прямо в институт, Хиггс сделал круг по городу, а потом припарковался у почты. Зайдя, он перекинулся парой слов со служащим, и тот вынул из конторки конверт с выпущенной в честь дня рождения Эйнштейна 8-центовой маркой (Эйнштейн родился как раз в этот день, только в 1879 году) и проштемпелевал его. На марке была фотография великого физика, сделанная 20 лет назад Филиппом Халсманом, другом семьи Эйнштейна. (Халсман провел некоторое время в австрийской тюрьме по подозрению в убийстве своего отца во время прогулки в Альпах. На самом деле Халсман-старший сам упал в пропасть, это была трагическая случайность, но свидетелей не было, и Филипп попал в тюрьму. Позже его освободили благодаря вмешательству Эйнштейна.) Хиггс, увидев марку, возмутился — там было написано, что Эйнштейн — “известный американец”. Хотя Эйнштейн и принял американское гражданство в 1940 году, Хиггс считал его по духу европейцем. Тем не менее он подумал, что марка с Эйнштейном понравится Николасу Кеммеру, его другу и наставнику из Эдинбургского университета, и отправил конверт в Шотландию.
Уже приближался вечер, когда Хиггс подъехал к институту и встретился с Фрименом Дайсоном. Вскоре, беседуя с новым другом, Хиггс забыл о страшном волнении, пережитом по дороге в Принстон. А потом Хиггсы отправились в приготовленную для них квартиру и, уставшие, упав на кровать, сразу провалились в столь необходимый им в тот вечер сон.
Доклад Хиггса был запланирован на 4.15 вечера следующего дня. Войдя в аудиторию, Питер увидел Дайсона, стоящего у кафедры, — его доклад был первым. Дайсон собирался говорить об очень серьезных вещах — про устойчивость материи, про то, почему предметы вокруг нас остаются цельными, несмотря на то что содержат бесчисленное количество частиц. Он рассказывал собравшимся о чрезвычайно мощных, но тонко сбалансированных силах, благодаря которым, к примеру, книга у вас в руках, учитывая огромное количество энергии, заключенной в ее атомах, не разрывается на части, а наша одежда самопроизвольно не взрывается и не обращается в миллион субатомных фрагментов.
Закончив доклад, Дайсон предложил задавать вопросы. Как и следовало ожидать, они оказались весьма острыми. Темпераментные дискуссии были в традициях института, недаром еженедельные семинары заработали интригующее название “беспорядочные семинары”25. Они проводились каждую неделю, но вместо того, чтобы объявить докладчика и тему заранее, аудитория — и сам докладчик — узнавали обо всем в день семинара. Организовано это было таким образом: когда участники семинара собирались в зале, по рукам пускали шляпу с бумажками, и каждый вытягивал свою. Тому, кому доставалась последняя бумажка, и предоставлялась честь выступить перед благородным собранием. Идея заключалась в том, чтобы заставить всех находиться в тонусе и быть готовыми либо сделать свой доклад, либо “поджарить на гриле” того, кто выйдет на трибуну.
Когда вопросы были исчерпаны, Дайсон объявил перерыв на чай и сказал, что их гость, Питер Хиггс, будет следующим докладчиком. Хиггс последовал за толпой в столовую и за чашкой чая разговорился с немецким физиком Клаусом Хеппом. Они уже встречались однажды на летней школе в Шотландии в 1960 году. Во время беседы Хепп упомянул работу трех очень уважаемых ученых, которая должна вот-вот быть опубликована26. “Она нанесет сокрушительный удар по вашей теории, — заявил он. — В ней все правильно, а вот у вас что-то не так”.
Хорошо, по крайней мере, что на том семинаре не было Оппенгеймера. Хиггс понятия не имел, что грозный директор института болен раком и спустя три месяца после семинара официально подаст в отставку27. Но вот кончился перерыв, и Питер начал доклад, шаг за шагом объясняя суть своей теории. Дайсон внимательно слушал — он сразу понял, что работа Хиггса красива28. Как только гость закончил говорить, тут же взлетели вверх несколько рук.
Хотя Хиггс волновался перед семинаром, в его манере говорить ощущалась несомненная уверенность. Он прекрасно знал уравнения, на которых строилась его теория, чувствовал их глубинный смысл. Он понимал, что выдвинутые им идеи затрагивали самую сущность бытия. Это не означало, конечно, что они верны. Многие вещи, которые теоретически возможны, не реализуются в природе. Но если его теория не содержала ошибок, она, по крайней мере, могла претендовать на описание происхождения массы.
Вопросы были трудными, порой они содержали острую критику, но никто из собравшихся не подверг сомнению правильность его логических построений. Теория Хиггса прошла самое сложное испытание.
Дайсон поблагодарил Хиггса за выступление и закрыл семинар, довольный, что доклад гостя прошел хорошо. Позже Хиггс слышал, что Артур Вайтман, наиболее уважаемый физик в аудитории, сказал коллегам, что им бы следовало проверить свои “доказательства” неправильности теории Хиггса. Он поверил каждому слову Хиггса.
На следующий день после обеда с Дайсоном Хиггс опять отправился в дорогу. Второе приглашение пришло из Гарвардского университета, где работал Сидни Коулман, видный физик и известный всем шутник. Хиггс решил принять участие в открытом обсуждении своей теории в Гарварде, прежде чем отправиться обратно в Чапел-Хилл. Обсуждение было запланировано на вторую половину дня, что не стало ни для кого неожиданностью: Коулман всегда пропускал утренние мероприятия. Как-то он объяснил, что не пришел на 9-часовую утреннюю лекцию потому, что не смог работать так поздно. Коулман явно надеялся поразвлечься на выступлении Хиггса29. Позже он признавался, что сказал своим студентам: мол, какой-то идиот приедет, чтобы поговорить с ними. “И приготовьтесь порвать его в клочья!”— добавил он.
Экзекуции не случилось. В Гарварде выступление Хиггса превратилось в оживленную дискуссию, в которой участвовали все. Еще раз его теория подверглась тщательному разбору. Если вначале публика собиралась не оставить камня на камне от этой теории, то с доклада все ушли весьма заинтригованными. Теория Хиггса преодолела важнейший рубеж — это был один из тех редких моментов в истории науки, когда открывается дверь в новый мир, где ждут своего открытия неизвестные явления.
Надо сказать, в науке часто бывает, что самые блестящие идеи не находят понимания и забываются. Иногда они приходят в неправильное время, иногда авторы их плохо разъясняют или не находятся нужные люди, чтобы в нужный момент поддержать ученого. По любой из этих причин скачок в понимании законов природы может остаться незамеченным, не дав импульса для дальнейшего развития науки.
Во время поездки, продлившейся менее недели, Хиггс уверился, что его теория не исчезнет без следа. И действительно, постепенно физики усваивали его идеи: они заговорили о механизме Хиггса, полях Хиггса и о частице, существование которой доказало бы правильность теории, — о бозоне Хиггса.
Той осенью Хиггс вернулся в Эдинбург и с новой энергией окунулся в работу. Перед ним по-прежнему стоял главный вопрос: была ли его теория просто блестящей идеей или чем-то большим? Питеру нужно было показать, как его идея работает в реальном мире. В том виде, в котором теория существовала ко времени его возвращения в Эдинбург, она многого не объясняла. Да, она показывала, как невесомые частицы могли приобрести массу на ранней стадии развития Вселенной, но у физиков имелся целый выводок частиц, причем у некоторых из них масса была, а у каких-то ее не было. Теория не объясняла, какие частицы поле Хиггса наделило массой, а какие — нет и почему.
Ответив на все эти вопросы, ученые сделают одно из главных открытий нашего века. В конце жизни Эйнштейн был одержим желанием доказать, что силы различного характера, например электромагнитная и гравитационная, были первоначально частями одной всеобъемлющей суперсилы, которая существовала только одно мгновение при рождении Вселенной. С тех пор физики пытаются понять, можно ли построить “теорию Великого объединения”, о которой мечтал Эйнштейн. Теория Хиггса объясняла, как природа могла взять все частицы во Вселенной и одним махом некоторые из них (те, из которых построена материя) наделить массой, а другие оставить безмассовыми (например, фотон). Для физиков это выглядело как подсказка — если бы они только смогли развить теорию Хиггса немного дальше, то сумели бы наконец объединить в единое целое все силы природы.
Глава 2
В тени бомбы
В начале XX века Нелли Мельба была всемирно известной примадонной. Благодаря удивительному, серебряному голосу она прославилась далеко за пределами родной Австралии. Мельба блистала на сценах множества оперных театров от Манхэттена до Лондона, не говоря уже о театрах континентальной Европы30. Мачты, возвышающиеся над штаб-квартирой компании Маркони в Челмсфорде (графство Эссекс), должно быть, показались ей весьма устрашающими.
