В поисках частицы Бога, или Охота на бозон Хиггса

Чтобы добраться до лаборатории Ферми от центра Чикаго, нужно сначала выехать к озеру Мичиган, а затем двинуться по скоростной трассе на запад. После примерно часа езды город исчезает в зеркалах заднего вида, и вы сворачиваете на подъездную дорогу, ведущую в кампус площадью 7000 акров — здесь и расположена лаборатория. Мы приехали туда с Ярмо в феврале 2009 года.

Дорога петляла среди голых зимних деревьев, огибала замерзшие озера и желтые поля, блестевшие под припорошившим их утром снегом. И вдруг мы оказались перед гигантской оранжево-коричневой скульптурой — она стояла, широко расставив ноги-спицы, над дорогой. Это 50-футовое творение, напоминающее исполина Талоса, который поджидает аргонавтов, — любимое детище первого директора лаборатории Роберта Уилсона. Скульптура имеет три ноги; изящно изгибаясь, они поднимаются вверх от земли, но встречаются друг с другом над дорогой на разной высоте. Замысел предполагает, что, как бы вы ни смотрели на скульптуру, с какой бы стороны ни подошли, она выглядит странной и асимметричной. Но стоит вам улечься под ней и посмотреть вверх, глазам вашим открывается настоящая красота ¹⁷⁹. Создатель этого шедевра словно хочет сказать: симметрия часто является скрытой. Если смотреть снизу, три спицы, выходящие из центра воображаемой окружности, делят ее на равные части. Уилсон назвал скульптуру “Нарушение симметрии” — по названию концепции, на которой основывается механизм Хиггса.

Центр активности в лаборатории Ферми — Уилсон-холл. Это здание похоже, если смотреть сбоку, на гигантскую подставку для тостов, а если спереди — на греческую букву без верхней крышечки или на две гигантских руки, сложенные в молитве. Уилсон-холл стоит в стороне от “Теватрона”, помещенного в четырехмильный туннель, прорытый на глубине 25 футов под землей.

“Теватрон” был построен для того, чтобы сталкивать протоны и антипротоны внутри двух детекторов: CDF (сокращенное обозначение для названия Collider Detector Fermilab) и DZero (названный по месту его расположения на кольце ускорителя). В конструкции коллайдера есть сильные и слабые стороны. К сильным относится возможность разгонять оба пучка до нужных скоростей с помощью одних и тех же блоков ускорителя, поскольку протоны и антипротоны обладают одинаковыми массами и равными, но противоположными по знаку зарядами. Электрическое поле, разгоняющее пучок протонов в одну сторону, будет разгонять пучок антипротонов в другую. С другой стороны, антипротоны сложно создать и собрать, а еще сложнее образовать из них хорошие пучки.

Первые столкновения на “Теватроне” были получены в 1985 году, но наиболее ценные открытия на этой машине ученые сделали только десять лет спустя. В марте 1995 года физики объявили, что они зарегистрировали t-кварк (истинный) — самую тяжелую элементарную частицу из всех известных нам частиц. Истинный кварк весит около 170 ГэВ, примерно столько же, сколько атом золота. Кстати, теоретики и предсказывали для него примерно такую величину массы.

Через некоторое время (пережив несколько триумфов с традиционным распитием шампанского) физики “Теватрон” остановили — для планового ремонта. Машину усовершенствовали, дабы она могла вдохнуть еще больше энергии в пучки частиц, повысив полную энергию столкновений до 1,96 ТэВ. В основном модифицировали детекторы и блоки ускорителя. Все это было сделано для увеличения интенсивности пучков и в конечном итоге — частоты столкновений до более чем миллиона в секунду.

И вот наконец обновленный “Теватрон” был почти готов к началу охоты на частицу Хиггса, а между тем на церновском LEP получили сигналы, похожие на следы неуловимой частицы. Роберт Розер, один из двух ученых, возглавлявших команду теватроновского детектора CDF, работал там со времен открытия истинного кварка. Когда прошел слух, что в ЦЕРНе, возможно, уже нашли бозон Хиггса, он испытал страшное разочарование. “Мы потратили столько сил на модернизацию установки, чтобы получить возможность выследить бозон Хиггса, и вот, когда у нас наконец все готово, вдруг кто-то выходит и заявляет, что, кажется, уже поймал его, — говорит он, перекрикивая гул от работающего за стенами диспетчерской CDF оборудования. — В глубине души все понимали, что главное — это получить ответ на вопрос, но у нас же есть честолюбие, мы азартны и готовы к конкуренции. И естественно, если вы обагрили установку кровью, полили потом и слезами, то вам хочется получить результаты первыми!”