Тончайшее несовершенство, что порождает всё. Долгий путь частице Бога и Новая физика, которая изменит мир

Стандартная модель отводит бозону Хиггса вполне определенную роль и с точностью фиксирует все его характеристики – за исключением одной, самой важной для тех, кто собирается его искать: его массы. Теоретически – это свободный параметр, как говорят в тех случаях, когда речь может идти и о чем‑то легком, как бабочка, и о чем‑то тяжелом, как слон. От массы фантомной частицы зависят многие ее свойства: прежде всего процессы, в которых она может появиться, и вероятность того, что она действительно появится; затем промежуток времени, в течение которого частица реально существует, и, наконец, каналы ее распада на другие частицы.

Тут следует напомнить, что частиц, стабильных в свободном состоянии – как фотон, электрон и протон, – в природе совсем немного. Есть небольшая группа других частиц, таких как нейтроны и мюоны, которые, хотя и не стабильны, живут достаточно долго, чтобы их можно было напрямую зарегистрировать в детекторе. Но подавляющее большинство – это нестабильные частицы: они живут очень коротко и почти сразу же распадаются на другие частицы; бозон Хиггса – в этом смысле не исключение. Не приходится даже думать о том, чтобы зарегистрировать его, непосредственно увидев треки, оставленные им в измерительных приборах. О его присутствии можно судить только по продуктам его распада, и его масса исключительно важна, чтобы понимать, какие еще частицы он может породить. Спектр возможностей тут огромен. Всякого, кто решится на поиски, ждет настоящий кошмар. Это все равно что исследовать Тихий океан в поисках нового вида животных, не зная, о чем в точности идет речь – о крошечных насекомых, живущих в растительности островов, или о гигантских глубоководных рыбах.

В случае с W– и Z-бозонами все было совсем не так. Когда Руббиа начал переделывать самый мощный на то время в мире ускоритель, задача перед ним стояла предельно ясная: подробно исследовать диапазон масс, которые могут быть у W– и Z-бозонов. Объединенная теория электрослабого взаимодействия давала уверенное предсказание: их массы должны быть между 80 и 90 ГэВ[19]; это почти в сто раз больше, чем у атома водорода, и все каналы рождения и распада данных частиц были хорошо определены. Оставалось только построить достаточно мощный ускоритель и сфокусироваться на нужных значениях энергии.

Охота на бозон Хиггса гораздо сложнее, в ней слишком много неизвестных. Во-первых, этот бозон не обязательно существует: Стандартная модель предполагает наличие некоего механизма, нарушающего симметрию между слабым и электромагнитным взаимодействием, но этот механизм не обязательно именно таков, как его описали Браут, Англер и Хиггс. Были и другие модели, безусловно менее элегантные, но нам уже известны случаи, когда природа выбирала совсем не те пути, которые нам больше всего нравились. А кроме того, даже если механизм Хиггса действительно всецело зависел от этого самого бозона (как приписывалось ему теорией), в реальности ничто не мешало ему быть легким, как электрон, или в десять раз тяжелее массивных W– и Z-бозонов. Спектр возможностей, которые предстояло исследовать, был огромен.

Если бы бозон Хиггса был легким, то его можно было бы обнаружить по косвенным эффектам во множестве уже изученных процессов и для его регистрации не понадобилось бы строить большие ускорители. Напротив, если масса его велика, то нет другого пути, кроме как создавать достаточно мощный ускоритель.

Поначалу охота проходила спокойно, но после первой же ложной тревоги события закрутились в бешеном ритме.

Было лето 1984 года, прошло всего несколько месяцев после открытия W– и Z-бозонов; в лаборатории DESY (Deutsches Electronen-Synchrotron), расположенной в Германии неподалеку от Гамбурга, только что модернизировали электронно-позитронный коллайдер Doris. С первых же месяцев его детекторы начали регистрировать нечто необычное. При энергиях около 8,33 ГэВ наблюдался необъяснимый избыток событий, характерный для рождения новых частиц, “нейтральных и нестабильных”. Возбуждение нарастало – сигнал читался однозначно: все говорило о присутствии бозона Хиггса.

Об открытии было объявлено на самой престижной площадке – на Международной конференции по физике высоких энергий, проходившей в тот год в Лейпциге, тоже в Германии. Сообщение произвело эффект разорвавшейся бомбы, но – сразу последовали бурные споры. Разочарование к ученым приходит, когда другие группы исследователей безуспешно пытаются получить такие же результаты. Физики самой Doris, собрав дополнительные данные, в конце концов признали, что им тоже не удалось воспроизвести собственные результаты. Теперь мы уже никогда не узнаем, была ли членами группы совершена какая‑то ошибка или все дело в коварной статистической флуктуации.