Тончайшее несовершенство, что порождает всё. Долгий путь частице Бога и Новая физика, которая изменит мир - Гвидо Тонелли
На техническом жаргоне все эти вопросы сливаются в одно общее понятие – нарушение электрослабой симметрии. Смысл его в том, что, оттолкнувшись, в теории, от симметричной ситуации, в которой электромагнетизм и слабое взаимодействие – это одно и то же, нужно прийти к реальности, в которой эта симметрия “нарушена” и эти две силы различаются. Над тем, откуда берется это нарушение, задумались еще в 60‑е годы, и с тех пор предлагалось множество ответов, ни один из которых не был в полной мере удовлетворительным. Это продолжалось до тех пор, пока на сцену не выступили “ребята шестьдесят четвертого”. История повторилась: некие молодые люди внезапно выдвинули идею, настолько далекую от шаблонов, что прежде она просто никому не приходила в голову. Это были двое тридцатилетних бельгийцев и их сверстник из Великобритании.
Роберт Браут и Франсуа Англер дружили. Их сблизило прекрасное чувство юмора, а также любовь к шумным застольям, остроумным шуткам и красивым женщинам. Оба были экстравертами, их переполняли идеи, и они излучали заразительный энтузиазм. Молодые люди еще совсем недавно занимались физикой твердого тела, но затем решили сосредоточиться на одном из вопросов физики элементарных частиц. Поскольку область исследований была для них новой, прошло немало времени, прежде чем они представили свою первую работу. Они очень боялись сделать какую‑нибудь банальную ошибку и написать нечто такое, что коллеги могут счесть просто ерундой. Однако придуманное решение казалось обоим очевидным, тем более что они уже видели, как оно “работает” в типичных ситуациях физики твердого тела. И если уравнения двух видов взаимодействия тождественны, нарушение симметрии не может происходить иначе, как в среде, через которую они распространяются. То есть в пустоте. Другими словами, в вакууме, – но в вакууме, симметрия которого нарушена, потому что вакуум… это вовсе не пустота. Для того чтобы обосновать различие между электромагнитным и слабым взаимодействиями, нужно допустить существование некоего “поля”, проникающего во все уголки пространства.
Поначалу идею никто не принял всерьез. Подумаешь, какие‑то неофиты, утверждающие, будто вся Вселенная пронизана чем‑то таким таинственным и незаметным, о чем никто до них не догадывался. Статью, правда, напечатали, но внимания она на себя вроде бы не обратила.
А спустя всего несколько недель тот же самый журнал получил еще одну статью. В ней приводились сходные аргументы (хотя и с совершенно иной точки зрения) и делались аналогичные выводы. Ее автором был Питер Хиггс – молодой и никому доселе не известный британский физик, незадолго до этого приглашенный в Эдинбург. Его специальностью была математическая физика, и работал он в одиночку. Очень серьезный и замкнутый, безумно влюбленный в свою жену, он редко встречался с коллегами и не любил праздное времяпрепровождение. Первый вариант его статьи не прошел, но второй – приняли к публикации. И в августе ему нехотя пришлось вернуться на пару недель к этой работе, чтобы ответить на замечания рефери, то есть тех ученых, которых редакция приглашает для анонимной оценки достоинств статьи. Уточняя один из своих аргументов, Питер пришел к уверенному заключению: да, спонтанное нарушение симметрии электрослабого взаимодействия возникает вследствие наличия поля, элементарным возбуждением которого является неизвестный массивный бозон. Статья Питера Хиггса, где упоминалась работа Браута и Англера, увидела свет через несколько недель после публикации статьи молодых бельгийцев.
Много лет спустя, в Стокгольме, когда мы праздновали получение медалей нобелевских лауреатов, Питер сказал мне: “Я часто думаю о странностях этого мира: если бы тогда, в шестьдесят четвертом, мою статью отклонили, я бы сегодня здесь не сидел”.
Предложенный механизм незатейлив и может показаться очень простым, особенно если при его описании обойтись без формул. Масса – самое банальное из свойств элементарных частиц: она подобна липкой ленте. Как мы могли не подумать об этом раньше? И самые легкие из лептонов, и массивные кварки – все, без исключения, рождаются безмассовыми. Какой будет масса у каждой из частиц, выбирает пронизывающее всю Вселенную хиггсовское поле. Чем плотнее прилипает оно к частице, тем массивней она будет.
Сложно, если вообще не невозможно, подыскать строгую аналогию для механизма, действующего без рассеяния энергии. Обычно используемые образы не слишком соответствуют особенностям механизма спонтанного нарушения симметрии. Мне нравится сравнивать его с плотной и агрессивной линией защиты во время игры в регби: защитники не обращают ни малейшего внимания на фотоны, и те легко проскальзывают у них между ног, но когда дело доходит до W или Z, шанса прорваться уже нет. Защитники вцепятся в их лодыжки и непременно повалят. Любые попытки подняться окажутся безуспешными – дальше им придется ползти, таща за собой гроздья бозонов и с трудом преодолевая бесконечно малые расстояния. Вот он, тонкий баланс, на котором зиждется равновесие нашей Вселенной: фотоны доносят до нас свет самых далеких звезд, в то время как слабые взаимодействия, благодаря которым светится Солнце, остаются скрытыми, спрятанными от наших глаз на субатомных расстояниях.
Идея была революционной. Но – не вызвала никакого заметного отклика. По словам Питера Хиггса, “поначалу обе наши статьи были абсолютно проигнорированы”. Кое-кто из авторов даже подумывал о смене профессии. Но потом дела постепенно приняли совсем другой оборот. Причин тому было две. Во-первых, объяснение, предложенное Браутом – Англером и Питером Хиггсом, выглядело простым и элегантным, а во‑вторых, у теории появился эксклюзивный спонсор. Им стал Стивен Вайнберг – один из отцов электрослабого объединения, – который принялся упоминать (причем чем дальше, тем чаще) механизм Хиггса в своих статьях. Когда, несколько лет спустя, Герарду ‘т Хофту, юному аспиранту из Нидерландов, удалось после месяцев работы доказать, что в теории нет расходимостей, – то есть что в реальных вычислениях не появляются не имеющие, с формальной точки зрения, смысла математические выражения, которые давно превратились в кошмар для физиков-теоретиков, – все сошлись на том, что и Стандартную модель, и троих ее доселе неизвестных авторов можно признать.
В 1999 году, то есть спустя много лет после защиты диссертации, Герард ‘т Хофт и его научный руководитель Мартинус Вельтман также стали нобелевскими лауреатами по физике. “Если бы в 1967 году, когда я ломал голову над поиском решения кажущейся неразрешимой задачи, мне сказали,
