Вся физика в 15 уравнениях

Самое главное, что теория сформулировала ряд неожиданных предсказаний, проверить которые на ускорителях частиц можно будет или сейчас, или в будущем. Говорилось, что предполагается обнаружить частицу под названием Z⁰, похожую на фотон, но с очень большой массой (по тем временам), примерно в 100 раз больше массы протона. Кроме того, это новое поле проявилось в виде еще одной новой частицы, которая довольно быстро стала известна под названием «бозон Хиггса».

Таким образом, было устранено основное препятствие, и построена Стандартная модель вслед за эволюцией ускорителей частиц: некоторые уже известные частицы были гармонично включены в эту структуру (мюоны, нейтрино). Следом последовало открытие других частиц, таких как кварки, из которых состоят протоны и нейтроны, а затем еще несколько новых типов кварков, которые каждый раз красиво находили свое место в структуре модели. В 1984 г. частицу Z⁰ обнаружили в ЦЕРНе, а в 1995 г. последний и самый массивный кварк Стандартной модели был идентифицирован в лаборатории Ферми неподалеку от Чикаго.

Охота на Хиггса

Но где же бозон Хиггса? Стандартная модель описывала все его свойства… кроме самого важного с экспериментальной точки зрения — его массы. С большим трудом удалось нащупать диапазон возможных масс с самым высоким значением далеко за пределами досягаемости ускорителей 1970-х гг. Поэтому каждый раз, когда новый ускоритель вступал в действие, физики охотились за Хиггсом, но как-то бессистемно, так как они не знали, хватит ли энергии, чтобы произошло его рождение в эксперименте. В 1989 г. (14 июля — легко запоминающаяся дата для французов[64]!) ЦЕРН запустил в эксплуатацию LEP, огромный электронно-позитронный коллайдер диаметром 8,6 км. До 2000 г. LEP достиг впечатляющего количества измерений, которые завершили и усовершенствовали Стандартную модель, однако Хиггс оставался вне досягаемости.

Уже в 1984 г. несколько десятков физиков провели семинар в Лозанне, чтобы обсудить nocт-LEP-эру: почему бы не смонтировать в том же туннеле протон-протонный коллайдер, БАК, который и заменит LEP, и сможет позволить достичь гораздо более высоких энергий? Пусть даже ускоритель LEP и откроет Хиггса, все равно БАК поможет лучше изучить его свойства в Стандартной модели. Если этого и не произойдет, то БАК, обладая достаточной энергией, чтобы охватить весь возможный диапазон масс, почти наверняка позволит обнаружить бозон Хиггса, если тот действительно существует.

Так как я являлся аспирантом (в 1984 г. защищал диссертацию), то смог присутствовать на том самом семинаре. Атмосфера действительно была восторженной и творческой, но я не могу сказать, что мы по-настоящему верили, что БАК будет построен… Мы тогда только начинали осознавать огромные проблемы, связанные с разработкой и реализацией столь мощного проекта. Как на стороне ускорителя, так и на стороне детекторов, которые будут построены для наблюдения этих столкновений, технологии должны были стать намного совершеннее, чем ноу-хау того времени. От магнитного поля и точности детекторов к скорости электроники и количеству данных, что необходимо обрабатывать, и т. д. Нами было сделано всего лишь несколько предварительных оценок нерешенных на тот момент проблем, и каждый раз результат выглядел ужасающим. Однако если присмотреться повнимательнее и учесть вполне предсказуемый технологический прогресс, то почему бы и нет?

Яркое подтверждение

Остальное уже хорошо известно: десятилетие инженерного проектирования и дипломатии, чтобы убедить глав государств — членов ЦЕРНа и некоторых других стран; затем еще одно десятилетие строительства в ЦЕРНе и в большом количестве лабораторий во всем мире. И вот в 2008 г. на ускорителе БАК был наконец-то получен первый пучок. А в 2011 и 2012 гг. после столь суматошного запуска ускоритель и эксперименты на нем достигли высокого уровня производительности. У команд появилась возможность для активных поисков бозона Хиггса при многочисленных столкновениях протонов.

4 июля 2012 г. (важная дата для США[65]!), после более чем 20-летней подготовительной и всего лишь 2-летней работы БАКа, директора ЦЕРНа призвали к проведению внеочередного семинара в Большом зале под названием «Поиск бозона Хиггса на БАКе в экспериментах ATLAS и CMS». ATLAS и CMS — это две большие коллаборации (каждая включает около 3000 физиков), которые используют два огромных детектора, расположенных в двух противоположных точках вдоль кольца БАКа и в которых, собственно, и происходят столкновения протонов. Их сотрудники независимы и даже являются конкурентами, а полученные ими предварительные результаты держатся в строгом секрете.