Иэн Сэмпл - В поисках частицы Бога, или Охота на бозон Хиггса

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...

На графике на экране ноутбука Конвея был явственно виден пик, выглядевший, как след частицы Хиггса с весом около 160 ГэВ. Конечно, Конвей понимал, что это может быть всего лишь статистическая флуктуация. Физики, занимающиеся элементарными частицами, уже давно хорошенько усвоили одну очень важную вещь — сигнал, который выглядит таким обнадеживающим сегодня, завтра может исчезнуть. Конвей должен был проверить, какова вероятность того, что пик данного размера мог появиться случайно, в отсутствие частицы Хиггса. У физиков имеется испытанный способ расчета, но он не быстрый. Нужно запустить программу, в которой происходит численное моделирование огромного числа мнимых столкновений при условии, что частиц Хиггса нет, а потом смотреть, как часто пик, похожий на открытие, появляется на графике. Если он возникает довольно часто, кричать “Ура!”, пожалуй, пока не стоит.

Конвей объединил все программы, необходимые для моделирования, и добавил дополнительные команды, позволяющие распределить вычисления между двадцатью различными компьютерами. Нажатием кнопки он ввел команды в компьютеры в вычислительном центре Университета Калифорнии и запустил процесс. Теперь оставалось только ждать — для того, чтобы обработать данные и получить ответ, требовалось несколько дней, даже при параллельной работе компьютеров.

Предстояло сделать и кое-что еще. Конвея пригласили прочитать доклад по последним результатам охоты на бозон Хиггса на конференции в Аспене, которая планировалась на январь следующего года. Таким образом, у него было всего четыре недели до каникул на то, чтобы проверить новые данные, подтвердить их и получить добро на публичное оглашение. Эти процедуры в Фермилабе весьма формализованы и очень основательны. Все должно быть оформлено в письменном виде и проведено через два совещания групп, где докладчика закидывают вопросами с такой интенсивностью, что многие физики сравнивают это испытание со спортивной стрельбой.

Естественно, вероятность того, что группа Конвея нашла частицы Хиггса, была невелика. Скорее всего, это был мощный, но случайный всплеск в данных, который исчез бы, как только команда CDF проанализировала бы большее число столкновений. И тогда пик на графике доставил бы много неприятностей. Конвей надеялся рассказать на конференции в Аспене, что его команда, по крайней мере, исключила определенный интервал масс, которые частица Хиггса не может иметь, и тем самым сузила интервал масс, где она может сидеть. Пик на графике сделал бы выводы гораздо менее определенными. Он означал, что для бозона Хиггса нельзя исключить массу 160 ГэВ.

Конвей вернулся в лабораторию Ферми в понедельник и созвал экстренное совещание со своими коллегами Антоном Анастасовым, Кристобалем Алменаром Куэнком и Амитом Латом. Они провели еще одну проверку данных и порадовались, что не сделали никаких глупых вычислительных ошибок, и пик на графике действительно означал, что это либо случайная флуктуация, либо новая частица. Как раз в это время пришел ответ из Калифорнии, куда Конвей отправил данные для расчета на компьютерах своего университета. Вероятность того, что это была случайная флуктуация, оказалась равной 2 процентам!

Первое заседание группы, известное как “предварительное благословение”, прошло без сучка без задоринки. Вскоре вокруг заговорили, что в группе Конвея получили интересный результат. На втором групповом совещании появилось больше физиков, и они “поджарили” членов команды Конвея, забросав их весьма сложными вопросами. В конце концов группа все-таки получила зеленый свет и окончательное благословение на обсуждение результатов в Аспене, где уже через несколько дней должна была начаться конференция. На конференции Конвей рассказал о поиске бозона Хиггса на детекторе CDF. Он пояснил, что всплеск в данных не позволяет исключить того, что частица Хиггса, если она есть, имеет массу порядка 160 ГэВ, и продемонстрировал тот же самый график, от которого у него зашевелились волосы на голове в ту субботу перед Рождеством в ЦЕРНе. “Это — недоказанный результат, подчеркнул я. Да, у нас есть небольшой пик на графике, и это либо статистическая флуктуация, либо претендент на сигнал от бозона Хиггса, и вы сами, сказал я им, должны решать, какой вариант правдоподобнее”, — вспоминает Конвей.