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

Герард ‘т Хоофт снимал квартиру в доме сразу за углом от института. Он приехал в Утрехт после окончания средней школы в 1964 году, том самом, в котором Хиггс и другие физики опубликовали свои работы о природе массы. Молодой голландец выбрал для себя профессию физика очень рано. Когда ему было 8 лет, учитель спросил, кем бы он хотел стать, когда вырастет, и мальчик ответил: “Человеком, который знает все”. Он хотел сказать — профессором, но забыл это слово. В действительности он имел в виду ученого — человека, который стремится понять основные законы природы.

Школьником ‘т Хоофт проявил редкую способность к математике, но его способы решения задач были необычны. Как правило, наиболее одаренные оказывались лучшими в классе, научившись использовать стандартные методы. Герард ‘т Хоофт шел иным путем. Он всегда предпочитал изобретать собственные методы, причем с нуля, — стратегия, известная как расчеты из первых принципов. К примеру, если бы ему нужно было научиться водить автомобиль, он принялся бы сначала его конструировать. Продвигаясь методично, шаг за шагом, ‘т Хоофт преодолевал все трудности, возникающие в его теориях.

Незадолго до этого в институт пришел новый профессор теоретической физики, Мартинус Вельтман — “Тини”. Он был наставником ‘т Хоофта в университете и руководителем его докторской диссертации. Как и у ‘т Хоофта, у Вельтмана был свои собственный взгляд на все, но он был более упрямым и обладал ярко выраженным нонконформистским характером 89 89 Краткая автобиография Вельтмана дана в кн.: The Nobel Prizes. Nobel Foundation, 1999. . Вельтман настороженно относился к любому, кто считал себя экспертом в чем-то, и всегда доверял своему внутреннему голосу больше, чем кому бы то ни было. Когда многие физики утверждали, что квантовая теория поля мертва, Вельтман вопреки советам коллег продолжал ею заниматься.

Вельтман работал над теориями типа теории Вайнберга и был полон решимости доказать, что расходимости им не страшны. Работа шла тяжело, уравнения разрастались, и вскоре в них входило уже около 50 000 членов. Когда стало ясно, что расчеты слишком громоздки, чтобы делать их вручную, Вельтман решил: лучший способ борьбы с громоздкими уравнениями — отдать их решать компьютеру. Через три месяца адской работы он написал необходимую компьютерную программу и приготовился ее запустить.

В те времена данные в компьютеры вводились с помощью перфокарт, а результата приходилось ждать несколько дней. Вельтман в своем портфеле носил сотни перфокарт. Хорошо уже было то, что они были пронумерованы, то есть даже если они падали на пол и перепутывались, компьютер все равно их воспринять. Вельтман дал программе имя “Schoonschip”, что в переводе с голландского означает “Чистый корабль — так в старину моряки, вычистив перед плаванием судно от носа до кормы, называли свой корабль. А еще так в Голландии говорили когда хотели что-то начать с чистого листа.

Первые же расчеты с помощью программы “Schoonschip” показали, что уравнения Вельтмана неправильны. Когда программа выплюнула результат, стало ясно, что проблема расходимостей не исчезла. Вельтман продолжал биться, подправлял уравнения и вставлял их обратно в “Schoonschip”. А в это время ‘т Хоофт делал то, что он умел делать лучше всего, — строил свою теорию из первых принципов. Закончив, он понял, что механизм Хиггса — неотъемлемая часть его теории. Он, в сущности, заново построил теорию Хиггса 90 90 Так описал это Герард ‘т Хоофт в интервью, данном автору в 2009 году. . А когда проверил свои расчеты, то увидел — проблема расходимости решена!

Однажды осенним днем 1970 года Вельтман и ‘т Хоофт прогуливались по дорожке, ведущей от одного здания института к другому. Вельтман жаловался на трудности с расчетами и говорил, что нужно построить всего одну перенормируемую теорию, которая могла бы объяснить массу частиц. “Я знаю, как это сделать”, — сказал ‘т Хоофт. Вельтман в изумлении уставился на него. “Что?!” — воскликнул он. “Ну да, я могу сделать”, — повторил ‘т Хоофт. От неожиданности Вельтман на миг потерял дар речи и чуть не врезался в дерево. “Напишите, мы посмотрим”, — сказал он.

При сравнении их расчетов стало ясно, что Вельтман в своей теории не учел некой важной вещи, а именно — механизма Хиггса. Он думал, что этот механизм — просто некий трюк, и решил его проигнорировать. Когда же он ввел его, вставил соответствующие члены в свои уравнения и прогнал программу через компьютер еще раз, оказалось, что расходимости действительно возникали, но тут же компенсировали друг друга. Таким образом работа, завершенная в 1970 году, не только подвела под теорию Вайнберга твердую основу, но и доказала, что она правильна, именно благодаря механизму Хиггса. Следующим летом Вельтман организовал конференцию по физике элементарных частиц в Амстердаме и на последнем заседании отвел ‘т Хоофту десять минут для сообщения об их открытии. “Мы им всем покажем!” —сказал Вельтман ‘т Хоофту. Физики действительно восприняли их результаты с восторгом. Как изящно выразился теоретик из Гарвардского университета Сидни Коулман, “поцелуй ‘т Хоофта расколдовал лягушку Вайнберга и превратил ее в прекрасную принцессу” 91 91 Burton Feldman. The Nobel Prize: A History of Genius, Controversy and Prestige. Arcade Publishing, 2001. .