В поисках частицы Бога, или Охота на бозон Хиггса

После того как LEP был выключен, а открытие не состоялось, “Теватрон” остался единственным участником забега. Обновленную машину запустили весной 2001 года, но вскоре стало ясно, что работает она как-то не так. Инженеры изо всех сил боролись с неполадками в ускорителе, но, несмотря ни на что, первые несколько лет он работал на пониженной мощности. Фермилаб подвергли жесткой критике в прессе, и отношения между инженерами, отвечающими за эксплуатацию машины, и учеными, работающими на детекторах, стали напряженными. Поиск бозона Хиггса был невозможен из-за того, что в ускорителе не хватало сталкивающихся частиц.

“Трудности роста” “Теватрона” означали, что при более высоких энергиях будет нелегко удерживать пучки на устойчивых фиксированных орбитах. Это снижало точность фокусировки пучков, направляемых в лобовые столкновения. Все кольца направляющих магнитов пришлось перенастраивать по новым показаниям устройств GPS и лазерного наведения. К началу 2005 года ускоритель заработал на полную мощность и уже стабильно сталкивал достаточное количество частиц, что дало ученым надежду наконец увидеть бозон Хиггса.

Как и любые другие специалисты, физики, работающие в области элементарных частиц, едут туда, где для них есть работа. По мере того как ускорители высоких энергий строятся на одном континенте и закрываются на другом, ученые мигрируют туда, где больше шансов открыть что-то новое в науке. С появлением современных способов коммуникации, прежде всего Интернета, для некоторых это перемещение чисто виртуальное — они анализируют результаты столкновений, не выходя из своих кабинетов. Но есть и такие, кто снимается с насиженного места и переезжает, чтобы участвовать в процессе поисков непосредственно.

Джон Конвей как раз относится ко второй категории. Сначала он был экспериментатором в Университете Дэвис в Калифорнии, потом провел годы в ЦЕРНе в команде ученых “Алефа”, которая гналась за частицей Хиггса по поманившему их следу. А затем Конвей вернулся в США, чтобы участвовать в реконструкции детектора CDF в лаборатории Ферми. Чуть позже, в декабре 2006 года, он опять приехал в ЦЕРН, на этот раз чтобы организовать доставку некой уникальной электроники, предназначенной для получения треков частиц внутри компактного мюонного соленоида — CMS (Compact Muon Solenoid) — детектора для строящегося Большого адронного коллайдера. Но Конвею та декабрьская поездка в ЦЕРН запомнилась другим ¹⁸⁰.

Большую часть года его команда выжидала. На детекторе CDF нужно было набрать определенное количество столкновений, а потом проверить, не появились ли признаки рождения частицы Хиггса. На “Теватроне”, согласно теории, в столкновениях протонов и антипротонов могут родиться частицы Хиггса, которые быстро распадутся на две другие, называемые тау-лептонами — тяжелыми кузенами электронов.

Конвей совместно с физиками из Университета Ратгерса в Нью-Джерси разрабатывал программу для детектора CDF, которая вычленяла столкновения, выглядевшие как распад частицы Хиггса на тау-лептоны. Сложность была в том, что некоторые другие известные частицы при своих распадах выдают практически такие же сигналы, так что команда понимала, что их программа будет регистрировать много ложных сигналов. Единственный способ понять, есть ли среди них бозон Хиггса, — это узнать об истории столкновений гораздо больше, чем требуется для идентификации других частиц. Не так важно, что частица не будет найдена, по крайней мере, будет известно, в какой области энергий частиц Хиггса нет.

Было субботнее утро, когда Конвею сказали, что необходимые данные с детектора CDF собраны и все проверки выполнены. Настало время, как говорится, “открыть крышку ящика”. Конвей сидел один в атриуме здания номер 40 в ЦЕРНе, где расположены офисы ученых, работающих на детекторах LHC “Атлас” и CMS, и обрабатывал данные на своем ноутбуке. Нажав несколько клавиш, он стал ждать результаты. Когда график наконец появился на экране, Конвей почувствовал, что волосы у него на голове зашевелились. Там оказалось гораздо больше сигналов тау-лептонов, чем ожидалось. “Это было похоже черт знает на что!” — рассказывал Конвей. Если частица Хиггса была там, то именно так она бы и проявилась!

Нужно было срочно возвращаться в Фермилаб, показать все это безумие коллегам. Конвей позвонил в авиакомпанию. Билетов на завтра не было, но нашелся один на понедельник. Конвей тут же поменял свой обратный билет и отправил мейл команде в Ратгерс — сообщил им о происходящем. Те еще спали, но должны были получить письмо достаточно скоро. Конвей посмотрел вверх, на армированную стеклянную крышу над атриумом. Похоже, в выходные ему отдыхать не придется...