В поисках частицы Бога, или Охота на бозон Хиггса

Предисловие

Глава 1

notes

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

51

52

53

54

55

56

57

58

59

60

61

62

63

64

65

66

67

68

69

70

71

72

73

74

75

76

77

78

79

80

81

82

83

84

85

86

87

88

89

90

91

92

93

94

95

96

97

98

99

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

129

130

131

132

133

134

135

136

137

138

139

140

141

142

143

144

145

146

147

148

149

150

151

152

153

154

155

156

157

158

159

160

161

162

163

164

165

166

167

168

169

170

171

172

173

174

175

176

177

178

179

180

181

182

183

184

185

186

187

188

189

190

191

192

193

194

195

196

197

198

Предисловие

Cо склона горы, на которой стоит французская деревушка Крозе, окрестности просматриваются на многие мили вокруг. Внизу по полям рассыпаны деревни и фермы, между которыми петляют редкие узкие дороги. Казалось бы, в пейзаже нет ничего необычного, если бы не несколько современных зданий, образующих огромное кольцо. Вот они-то, эти здания, как раз очень необычны. Под некоторыми из них прорыты глубокие шахты, и именно там расположена самая крупная и сложная установка из когда-либо созданных человечеством. Если бы сказочный великан вырвал это кольцо из земли и поставил вертикально, оно бы поднялось над землей более чем на пять миль. И потребляет гигантская установка столько же электроэнергии, сколько современный крупный европейский город.

А называется это сооружение Большой адронный коллайдер (Atom Smasher, сталкиватель атомов) (БАК). БАК стоит миллиарды долларов, и управляют им сотрудники ЦЕРНа, Европейской организации по ядерным исследованиям, расположенной на окраине Женевы. Более двадцати стран в складчину заплатили за этого Левиафана, а чтобы его построить, потребовалось более десяти лет. Десять тысяч ученых в лабораториях, раскиданных по всему миру, участвуют в экспериментах, ставящихся на БАКе, и анализируют результаты, которые получают на этой гигантской установке.

Внутри коллайдера фрагменты атомов разгоняются почти до скорости света и сталкиваются друг с другом. Эти срежессированные искусственные акты воссоздают условия, существовавшие в первые мгновения после Большого взрыва, давшего начало Вселенной. В ярких вспышках первобытной энергии ученые ищут разгадки самых глубоких тайн мироздания.

Одна из этих тайн, возможно наиболее интригующая, мучит ученых уже почти полвека. Дело в том, что пока никто не может объяснить, почему вещество имеет массу. Теоретики каждый раз подходят к решению, казалось бы, очень близко, но всегда что-то ускользает. Разбейте какой-нибудь предмет на кусочки, потом разотрите их в пыль, потом в атомы, потом во фрагменты атомов, и в конечном итоге вы дойдете до мельчайших строительных блоков материи. У всех у них есть масса, но вот почему, не знает никто.

В 1964 году некий физик, имея перед собой только ручку и бумагу, наткнулся на решение, которое большинство ученых сегодня считают ответом на этот вопрос. Случилось это в Эдинбурге, а звали того физика Питер Хиггс. Хиггс предположил существование невидимого поля, которое проникает в каждый уголок космоса. В нулевой момент времени поле находилось в “спящем” состоянии, но, как только новорожденная Вселенная стала расширяться и охлаждаться, оно ожило и во всеуслышание заявило о своем присутствии. В этот момент строительные блоки материи превратились из невесомых в весомые. Частицы обрели массу. Последствия этого события мы видим вокруг себя. Они — основа нашего существования.

Без этого поля Вселенная была бы наполнена множеством частиц, носящихся вокруг со скоростью света. Атомов и молекул не существовало бы. Космическая пыль никогда не собралась бы вместе и не сформировала галактики, звезды и планеты; не существовало бы знакомой нам структуры Вселенной, и не появились бы условия для возникновения жизни.

Один ученый в ЦЕРНе однажды сказал мне, что поле Хиггса похоже на снег, который выпал ночью и покрыл землю в этом идиллическом уголке на французско-швейцарской границе. Представьте себе снежное поле, раскинувшееся бесконечно далеко во всех направлениях. Лучи света легко скользят по нему: они проносятся, как бы не замечая снега. Некоторые частицы “обуты в снегоступы” и движутся менее стремительно. Другие “идут босиком” и проваливаются, их удел — тащиться со скоростью улитки. Масса частицы — просто мера того, насколько она тормозится полем.

Большой адронный коллайдер был разработан, чтобы прояснить для всех раз и навсегда истинную природу поля, придуманного Питером Хиггсом. В коллайдере должны создаваться возмущения поля Хиггса, которые являются признаком появления частиц, называемых бозонами Хиггса. Это как раз те “снежинки”, которые составляют наше космическое “снежное” поле, и недостающий окончательный аргумент, необходимый ученым для ответа на вопрос, волнующий всех, — почему вещество обладает массой.

ЦЕРН — не единственное место, где охотятся за бозонами Хиггса. На окраине Чикаго физики из Фермилаба, где расположен второй по мощности коллайдер в мире, тоже ищут частицы Хиггса. Для ученых двух лабораторий по обе стороны Атлантики эта многолетняя гонка значит невероятно много.