В поисках частицы Бога

Пять месяцев спустя Уолдегрейв наконец объявил результаты конкурса. В то время в британском правительстве уже хорошо понимали, что вряд ли смогут позволить себе платить ежегодные взносы в ЦЕРН (55 млн долларов в год плюс дополнительные расходы на участие в экспериментах, запланированных на новом ускорителе). С горечью Уолдегрейв признал, что заявки (а их было 117!) позволили ему оценить важность поисков частицы Хиггса. Он сказал физикам: “Если мы не сможем найти деньги — а их будет действительно трудно найти, — я готов признать, что это будет большой потерей для нашей науки”.

А между тем в соревновании определились пять лидеров, однако никто не сомневался, кто станет победителем — конечно же доктор Дэвид Миллер из Университетского колледжа в Лондоне. Его эссе начиналось примерно так: “Представьте себе коктейль-пати для членов парламента. Спустя некоторое время они разбредаются и равномерно распределяются по пространству комнаты, причем каждый из них ведет беседу с ближайшими соседями. Внезапно в дверях появляется женщина. Политики присматриваются и понимают, что это не кто иной, как бывший премьер-министр, сама Маргарет Тэтчер”. Продолжение истории Миллер оставил без изменения. Уолдегрейву история о Маргарет Тэтчер, членах парламента и бозоне Хиггса очень понравилась. Приз достался Миллеру, а его история быстро разнеслась по всему миру и стала одним из самых популярных способов описания поля и частиц Хиггса. И конечно же заслуги миссис Миллер в победе мужа неоценимы! Без ее мудрого руководства все сложилось бы совсем иначе!

Миллер создал яркий и выразительный образ частиц, за которыми физики так отчаянно охотились уже довольно долго, однако из всех текстов, поданных на этот своеобразный конкурс, Уолдегрейв не мог узнать, как изменилось понимание физиками роли поля Хиггса за несколько последних лет. Исследования показали, что оно отвечает только за часть массы. Выяснилось также, что существует другое поле, которое ведет себя примерно так же, как поле Хиггса, и которое сыграло решающую роль в инфляции Вселенной — ее невероятно быстром расширении в первые моменты существования. Для того чтобы понять смысл этих революционных открытий, Уолдегрейву нужно было бы посетить двух физиков, офисы которых располагаются рядом, всего в нескольких метрах друг от друга, но по другую сторону Атлантики.

Фрэнк Вильчек — один из самых блестящих физиков в мире. Сегодня он работает в Массачусетском технологическом институте. Вероятно, о происхождении массы Вильчек знает больше, чем кто-либо другой. У него польско-итальянские корни, но сам он родился и вырос в Квинсе, в районе Нью-Йорка, в 1971-м поступил в Принстонский университет, а затем закончил там же аспирантуру. Работа, которую он начал в Принстоне в достаточно юном возрасте — ему тогда было всего 21 год, — спустя более тридцати лет принесла ему Нобелевскую премию. Вместе с двумя другими физиками он получил эту престижнейшую награду за открытие некоего любопытного эффекта, касающегося кварков, из которых состоят протоны и нейтроны. Вильчек показал, что чем дальше кварки отодвинуть друг от друга, тем сильнее они притягиваются друг к другу; и наоборот, когда они очень близко друг к другу, то ведут себя почти как свободные частицы — словно они связаны эластичными нитями. Как правило, силы не действуют таким образом — они обычно уменьшаются с расстоянием. Полученные Вильчеком результаты легли в основу Стандартной модели — свода правил, регулирующих поведение элементарных частиц в природе.

Работы Вильчека имеют далеко идущие последствия, особенно в понимании того, откуда берется масса. Хотя поле Хиггса, как полагают, отвечает за образование массы кварков и электронов, массы этих отдельных субатомных блоков дают лишь мизерный вклад в массу атома — почти вся она определяется не суммой весов входящих в атом кварков и электронов, а энергией, запасенной в перемещающихся кварках, и в поле, которое связывает их друг с другом.

На первый взгляд работа Вильчека заставляла засомневаться, а действительно ли бозон Хиггса заслуживает того, чтобы считать его ответственным за происхождение массы. Ответ — да, несомненно заслуживает, но есть маленькая тонкость, которую часто упускают в популярных описаниях. Поле Хиггса ответственно за приобретение кварками, электронами и другими частицами начальных масс. И если бы у них не было этих масс, пусть и незначительных, они никогда бы не образовали атомов. Но те большие массы кварков, которые, как мы знаем, у них есть, появляются только тогда, когда они собираются вместе, образуя протоны и нейтроны.

Вильчек помог опровергнуть бытовавший в СМИ популярный миф о том, что частицы Хиггса непосредственно ответственны за массы всего существующего в нашем мире, разъяснив, что они вносят лишь крошечный, но принципиально важный начальный вклад в массу.