Альфред Нобель. Биография человека, который изменил мир

Альфред Нобель пришел в восторг от атомов, но успел умереть до рождения физики элементарных частиц. Он не дожил до революционной квантовой физики, Альберта Эйнштейна и теории относительности. Притяжение между атомами Альфред Нобель объяснял «магической силой» метафизического характера, вероятно, потому что ни электроны, ни химические связи в годы его жизни еще не были известны. От описания молекулы ДНК 1953 года он, наверное, лишился бы дара речи, да и от расщепления атома тоже. А последнюю сенсацию в физике, удостоенную Нобелевской премии, открытие в 2012 году бозона Хиггса, он вообще вряд ли бы понял.

В конце XIX века передовые ученые считали, что почти познали и описали мир. Как же они ошибались!

Саре Страндберг 41 год, она исследователь в области физики элементарных частиц в Стокгольмском университете. Сара может похвастаться, что «почти получила одну шеститысячную Нобелевской премии». Дело в том, что она стала одним из исследователей лаборатории ЦЕРН[51] в Швейцарии, где занимались поисками бозона Хиггса. Мы встречаемся в Стокгольме майским днем 2019 года, в круглой башне физического факультета Стокгольмского университета, на крыше которой пристроился оптический телескоп. На доске объявлений висит знаменитое изображение черной дыры в космосе, только что потрясшее мир.

«Думаю, Альфреда Нобеля поразило бы все то, что произошло с тех пор, как он жил», – говорит Сара Страндберг, пока мы поднимаемся по лестнице в ее кабинет.

Я попросила Сару как можно проще изложить мне историю физики элементарных частиц с конца XIX века до открытия бозона Хиггса в ЦЕРН, удостоенного Нобелевской премии. Такая задача далеко не всякому по плечу. Сара начинает с грустной истины: Альфред Нобель умер за год до того, как началось самое интересное. Он так и не узнал, что можно проникнуть внутрь «неделимого» атома и найти там еще более мелкие частицы. Не дожил он и до сенсационного открытия электрона в 1897 году, не увидел, как десятью годами позднее обнаружили ядро атома.

В начале 1930-х годов наука совершила еще один рывок, когда физики выяснили: атомное ядро тоже не предел. Внутри оказались еще более мелкие частицы – протоны и нейтроны.

«Если бы мы могли совершить путешествие во времени и вернуться в тридцатые годы, думаю, они сказали бы, что разгадали все загадки. Они создали идеальную модель. Атомы состоят из электронов, протонов и нейтронов. Точка», – говорит Сара.

Как же они ошибались! Несколько лет спустя все снова перевернулось. Другие физики, изучая космические излучения, открыли мюон. «Кто это заказал?» – выпалил будущий нобелевский лауреат Айзек Раби.

«Мюон совсем не вписывался в общую схему. Эта частица вызвала шок. С нее началось совершенно новое направление в физике элементарных частиц», – рассказывает Сара Страндберг.

С открытием мюона физики осознали, что существуют другие элементарные частицы, помимо тех, из которых состоят атомы и обычная материя. Многие из этих частиц существуют столь краткий период, могут распадаться за миллионную долю секунды, что ученым пришлось пойти иным путем: создавать их, чтобы изучить. В 1950–1960-х годах физики строили огромные ускорители заряженных частиц. Там различные частицы сталкивали друг с другом, чтобы создавать и таким образом идентифицировать новые частицы, доселе неизвестные миру.

«Их обнаружили огромное количество, как говорится, целый зоопарк частиц. Вдруг оказалось, что все так сложно – это большой стресс для физика, который хочет сделать мир проще и понятнее», – смеется Сара.

Потом, когда физики научились объяснять свойства частиц как различные комбинации небольшого количества составляющих, все же удалось навести порядок. Этим почти неизмеримым микроскопическим частицам дали название «кварк» – по выражению из романа Джеймса Джойса «Поминки по Финнегану». Кварки такие маленькие, что до сих пор технически невозможно узнать, состоят ли они, в свою очередь, из еще более мелких частиц.

Сара достает схему частиц размером с банковскую карту, чтобы я поняла все остальное. На этой шпаргалке изображена «Стандартная модель» того, как мы (в данный момент времени) можем описать материю и устройство Вселенной. Я смотрю на клеточки с различными частицами, которые ученые заполняли в течение многих лет. После крошечных верхних и нижних кварков, из которых состоят протоны и нейтроны в глубине атома, ученые со временем добавили другие: очарованный кварк, истинный кварк, странный кварк, прелестный кварк. Голова уже слегка кружится, потому что параллельно Сара рассказывает мне про три типа их взаимодействия и указывает на новую семью элементарных частиц, у которых тоже есть свои названия и которые являются частицами – переносчиками взаимодействий между различными частицами.

Кто сказал, что физику свойственно стремление к упрощениям?

Сара особо выделяет фотон – частицу света, квант электромагнитного излучения.

«До того как ее открыли, считалось, что свет имеет волнообразную природу, однако свет – это тоже частицы. Когда две электрически заряженные частицы узнают друг друга, они обмениваются фотонами».

У меня перехватывает дыхание. Стало быть, именно это пытались понять, сами того не зная, исследователи XIX века, изучая электромагнетизм? Но к этому моменту Сара уже добралась до правой верхней части схемы. Там изображен тот самый бозон Хиггса, который искали десятилетиями и ради которого пришлось построить новый, гораздо более мощный ускоритель. Бозон Хиггса отвечает за инертную массу частиц. С его открытием Стандартная модель была завершена.

Сара откладывает схему.

«Так и хочется сказать, как в тридцатые годы – отлично, мы закончили. Однако нам уже давно известно: эта модель объясняет только пять процентов энергии Вселенной. Остальное – так называемая темная материя и темная энергия. Там мы пока бродим впотьмах».

Девяносто пять процентов еще не объяснено? Голова идет кругом, но Сара Страндберг полна энтузиазма. Эксперимент в ЦЕРН, в котором она участвует, будет продолжаться до 2037 года. Сара горит желанием отыскать новые частицы или найти отклонения в свойствах бозона Хиггса, которые могли бы открыть двери в неизвестность. Ее рвение наводит на мысль об Альфреде Нобеле в его самые вдохновенные минуты. Или о Марии Кюри, одном из кумиров Сары Страндберг.

На выходе я с восторгом рассматриваю футуристическое художественное произведение, которое создал пятилетний сын Сары из разноцветных бусинок и шерстяных ниток.

«Что это такое? Столкновение частиц».