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

В одном из наших разговоров со Стивеном Вайнбергом (когда я приезжал к нему в Университет Остина, штат Техас) он посетовал, что физика элементарных частиц оказалась в ненормальной ситуации: теоретические идеи ушли намного вперед в объяснении того, что экспериментаторы лишь надеются увидеть в своих экспериментах в будущем, и в этом нет ничьей вины. Бозон Хиггса может подсказать выход из тупика, но — не обязательно. “Открытие единственной нейтральной частицы Хиггса не выведет нас из депрессии, а наоборот, еще более усилит наше подавленное состояние, — сказал он. — Мы обнаружим только то, что ожидали увидеть, и не получим ключа к пониманию нового. Для нас было бы лучше, если бы существовало несколько видов частиц Хиггса или их не было вовсе”.

Перспектива остаться с пустыми руками по окончании охоты на бозон Хиггса очень реальна, по крайней мере, так думают некоторые ученые. В декабре 2009 года, всего через несколько дней после того, как на LHC увидели первые пробные столкновения, Тини Вельтман, который разделил в 1970-х годах Нобелевскую премию с Герардом т’ Хоофтом за работы, связанные с механизмом Хиггса, выступил на семинаре в ЦЕРНе. Вельтман высказал предположение, что частицы Хиггса просто могут не существовать и что все частицы обретают массу другим способом 192 192 См. материалы симпозиума ЦЕРНа: “From the Proton Synchroton to the Large Hadron Collider — 50 Years of Nobel Memories in High-Energy Physics”, 3-4 December 2009. Вельтман прочитал лекцию “LHC и бозон Хиггса” на второй день работы симпозиума. Видео и слайды доступны на сайте ЦЕРНа. . Если они, эти неуловимые бозоны, все-таки существуют, то вполне могут быть невидимыми. Это означает, что, едва родившись, они сразу распадаются на такие частицы, которые в современных детекторах увидеть нельзя. Вельтман закончил доклад словами: “Если уже в ближайшем будущем бозон Хиггса найден не будет, то он либо не существует, либо невидим. Сейчас мне кажется более вероятной перспектива, которую можно сформулировать кратко так: “Хиггса не существует”.

Вельтман не единственный, кто сомневается в существовании частицы Хиггса в том виде, в котором большинство ученых склонны ее представлять. В 2009 году два физика, Дэвид Станкато и Джон Тернинг из Калифорнийского университета в Дэвисе, заявили, что бозон Хиггса может быть вовсе не частицей, а тем, что они назвали “нечастица” или “Нехиггс” 193 193 David Stancato and John Terning. The Unhiggs. Journal of High Energy Physics, Number n. 2009. P. 101. .

Эти нечастицы последнее время вызывают огромный интерес. У них много общего с обычными частицами, но и ряд особенностей. Нормальные частицы имеют четко определенные массы, а масса нечастиц размыта и неопределенна. Этот факт сам по себе ставит успех охоты на “Нехиггса” под вопрос. Еще хуже то, считают Станкато и Тернинг, что, если “Нехиггс” родится внутри LHC , его почти невозможно будет обнаружить с помощью детекторов.

Вернувшись в свой кабинет, Джон Эллис объясняет, на какие важнейшие вопросы придется ответить физикам, когда они найдут частицы Хиггса. Так, ученые пока не знают, частицы Хиггса — элементарные или состоят из более мелких частиц. Если они состоят из других частиц, то те могут быть уже известными или совершенно новыми частицами. Скорее всего, поиск ответов займет у физиков многие годы.

Перед моим приездом ночью на Женеву выпал снег, и поля вокруг ЦЕРНа припорошило белой пудрой. Сцена была подготовлена для любимой Эллисом аллегории поля Хиггса. “Представьте себе бесконечное снежное поле, которое заполняет всю Вселенную, — говорит он. — Некоторые частицы могут бежать по снегу, будто на лыжах. Это фотоны — безмассовые частицы, которые не обращают внимания на поле Хиггса и мчатся по нему со скоростью света. Другие частицы, например электрон, ведут себя так, словно у них на ногах снегоступы. Они слегка проваливаются в снег, их движение замедляется, и таким образом они приобретают небольшую массу. Но в природе есть частицы, к примеру истинные ( top ) кварки, которые вообще не обуты. Они проваливаются глубоко в снег и в процессе движения становятся сверхтяжелыми. Поиск бозона Хиггса эквивалентен сбору снежинок с этого космического снежного поля и изучению их под микроскопом”.

Возможно, самое интригующее тут — это почему некоторые частицы увязают в поле Хиггса больше других. Тут — суть вопроса о массе. Наиболее тяжелый из кварков — истинный кварк — примерно в 400 000 раз тяжелее электрона. Поле Хиггса дает кваркам и электронам возможность обрести массу, но ничего не говорит о том, почему они получают именно такие массы. Почему некоторые частицы существенно массивее, чем другие? “К сожалению, — говорит Эллис, — у нас нет теории, объясняющей, почему некоторые частицы носят снегоступы, а другие ходят по снегу босиком”.