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

Стол Эллиса в ЦЕРНе завален грудами бумаг с результатами исследований, такие же кипы бумаг свалены в дальнем углу кабинета. Понимая, что мы не увидим друг друга, если будем переговариваться через стол, Эллис выставляет пару стульев в середину комнаты и садится на один из них. Эллис — автор почти 900 научных статей, он известен во всем мире как невероятно плодовитый и разносторонний физик. В частности, он предсказал, как найти глюон — переносчик сильного взаимодействия. Он же высказал предположение, что самая легкая частица, предсказываемая теорией суперсимметрии — это частичка загадочной “темной материи”, невидимого космического вещества, которое составляет 25 процентов массы Вселенной. И он же подсказал ученым лучший способ поиска частиц Хиггса. Эллис очень похож на толкиеновского гениального мага — Гэндальфа. Он учился в Кембриджском университете в 1960-х годах, когда Поль Дирак читал в последний раз свой курс лекций по квантовой теории, а в ЦЕРН пришел работать в 1973 году.

Когда началась первая охота на частицы Хиггса в 1976 году, Эллис занимал кабинет, расположенный в конце коридора. В том же году он и его коллеги теоретики Мэри Гайар и Димитрий Нанопулос опубликовали подробное описание хиггсовского бозона и вероятное его поведение в экспериментах на коллайдере частиц. “Очень немногие люди в те дни интересовались бозоном Хиггса, — говорит Эллис. — Кто бы мог подумать, что понадобится так много времени на его поиски!”

За годы, прошедшие после выхода той работы Эллиса, ученые, кажется, подошли невероятно близко к открытию неуловимой частицы. Эллис хватает кусок мела и выписывает на доске все, что ученые узнали в течение более десяти лет экспериментов в ЦЕРНе и на ускорителе “Теватрон” в Фермилабе, вблизи Чикаго. На предыдущем церновском ускорителе — коллайдере LEP — было показано, что частицы Хиггса должны весить больше чем 114,4 ГэВ. К июлю 2010 года с помощью коллайдера “Теватрон” был исключен интервал масс между 158 и 175 ГэВ. Сопоставив разные экспериментальные результаты, ученые поняли, что, скорее всего, масса хиггсовской частицы находится в интервале между 115 и 130 ГэВ.

В феврале 2010 года БАК должен был заработать и сделать первый серьезный шаг к открытию того, что ученые здесь скромно называют “новой физикой”. Начальство ЦЕРНа решило, что слишком рискованно сразу запускать машину на полную мощность, так что около двух лет подряд она будет работать только в половину своей мощности, то есть каждый из пучков перед их столкновением внутри детекторов ускорителя будет разгоняться до энергии 3,5 ТэВ. Ближе к концу 2011 года коллайдер закроют на три месяца — до 7 февраля 2012 года, чтобы дать инженерам время провести необходимые ремонтные работы. Кроме того, предполагалось усовершенствовать систему безопасности, которая защитит машину от разрушения в случае, если при работе на более высоких энергиях что-то пойдет не так, как планировалось. Только когда все будет сделано, БАК запустят на полную мощность.

Решение эксплуатировать LHC на половине его проектной энергии далось нелегко, но ЦЕРН не мог позволить себе допустить возможность еще одной разрушительной аварии, подобной той, из-за которой машина закрылась на год в 2008 году. Остановка коллайдера надолго — серьезная проблема: не работает машина — нет столкновений, значит, нет результатов. А значит, останавливается развитие физики и пропадает энтузиазм у перспективных студентов, стремящихся получить докторские степени. Многие физики сегодня считают, что, во всяком случае, в ЦЕРНе бесспорного открытия бозона Хиггса до 2015 года ждать не приходится.

Эллис хватает ноутбук и открывает статью с результатами последних — на февраль 2010-го — экспериментов, проведенных на коллайдере “Теватрон” в лаборатории Ферми 189 189 Незадолго до моего визита в Фермилаб там были опубликованы три статьи про охоту на частицы Хиггса: по одной от каждой из команд детекторов CDF и DZero и третья, которая объединяла результаты обеих групп. Отчет, в котором представлены данные по возможной массе частицы Хиггса, равной 115 ГэВ, принадлежит группе CDF. Более подробную информацию о признаках рождения частиц Хиггса на “Теватроне” при 115 ГэВ см. в Интернете: Tomasso Dorigo. New Tevatron Higgs limits got worse, but the 115 GeV excess is growing! В блоге “A Quantum Diaries Survivor”, 19 November 2009. . Он указывает пальцем на один из графиков, демонстрирующий, насколько результаты, полученные на американском коллайдере, отличаются от того, что могло бы быть при рождении частиц Хиггса с различными массами. “Интересно, что именно подобное мы и ожидали бы увидеть, если бы родился бозон Хиггса с такой массой”, — говорит он, указывая на часть графика, соответствующую кандидату на бозон Хиггса с массой 115 ГэВ. Это та область, где на предыдущем коллайдере ЦЕРНа в 2000 году увидели трек, напоминающий след хиггсовского бозона. “Теоретики громко спорили тогда, — говорит Эллис, — ведь это мог быть он — прямо там. Очень вероятно, что они уже нашли частицу Хиггса”.