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

Работы Вильчека имеют далеко идущие последствия, особенно в понимании того, откуда берется масса. Хотя поле Хиггса, как полагают, отвечает за образование массы кварков и электронов, массы этих отдельных субатомных блоков дают лишь мизерный вклад в массу атома — почти вся она определяется не суммой весов входящих в атом кварков и электронов, а энергией, запасенной в перемещающихся кварках, и в поле, которое связывает их друг с другом.

На первый взгляд работа Вильчека заставляла засомневаться, а действительно ли бозон Хиггса заслуживает того, чтобы считать его ответственным за происхождение массы. Ответ — да, несомненно заслуживает, но есть маленькая тонкость, которую часто упускают в популярных описаниях. Поле Хиггса ответственно за приобретение кварками, электронами и другими частицами начальных масс. И если бы у них не было этих масс, пусть и незначительных, они никогда бы не образовали атомов. Но те большие массы кварков, которые, как мы знаем, у них есть, появляются только тогда, когда они собираются вместе, образуя протоны и нейтроны.

Вильчек помог опровергнуть бытовавший в СМИ популярный миф о том, что частицы Хиггса непосредственно ответственны за массы всего существующего в нашем мире, разъяснив, что они вносят лишь крошечный, но принципиально важный начальный вклад в массу.

Если идти от офиса Вильчека по коридору физического факультета Массачусетского технологического института, можно попасть в расположенный на небольшом расстоянии от него офис Алана Гута. Если Вильчек исследовал процессы, происходящие в глубине атома, то Гут занимался изучением прошлого Вселенной, историей возникновения Космоса. Он обнаружил, что в самом начале что-то очень похожее на поле Хиггса привело к намного более важным событиям, чем придание частицам массы.

Гут — коренастый человек с мальчишеской копной волос и сильным нью-джерсийским акцентом. Он говорит о рождении Вселенной с такой страстью, c какой другие говорят о футбольных матчах. Гут знает все теории: как они появились, насколько хорошо описывают различные ситуации, а также кто является автором каждой из них. Когда он рассказывает обо всем этом, трудно не поразиться, как физики могут знать что-либо о состоянии, в котором Космос пребывал четырнадцать миллиардов лет назад. Однако Гут так детально описывает, какой Вселенная была через одну триллионную от одной триллионной от одной триллионной доли секунды после Большого взрыва, как если бы был свидетелем тех революционных процессов, видел все своими собственными глазами. “Такого рода идеи, — правда, признает он улыбаясь, — обычно всем кажутся безумными, и я тут не исключение”.

История открытия Гута началась в Корнеллском университете. В 1978 году ученые работали над так называемыми Теориями Великого Объединения (GUTs), которые должны были стать следующим большим прорывом в физике. GUTs ставили своей целью объединить все известные силы в природе, за исключением гравитационных. Это означало поиск единой теории, описывающей электромагнетизм, слабое взаимодействие, а также сильное взаимодействие внутри атомных ядер.

Однажды Генри Тай, друг Гута, тоже работавший в Корнеллском университете, обратился к нему за помощью. Он хотел бы знать, предсказывают ли GUTs существование гипотетической частицы, существование которой Поль Дирак предложил в 1930 году. Частица была по меньшей мере странной — такой микроскопический магнит, но с одним полюсом. (У нормального магнита всегда два полюса — один северный, а другой — южный.) Из-за этого удивительного свойства таинственные частицы назвали магнитными монополями.

Расчеты Гута показали, что теории GUTs действительно предсказывают существование магнитных монополей, но при этом возникало новое неразрешимое противоречие. “Я сказал Генри, что он может забыть о монополях. Никто никогда не сумеет создать их в ускорителе элементарных частиц, так как они невероятно тяжелые. Для меня они были просто еще одной непроверяемой гипотезой GUTs”, — вспоминает Гут. Говоря “невероятно тяжелые”, он имел в виду, что масса гипотетического монополя примерно равна массе амебы.

Тай не удовлетворился ответом. Он вернулся к проблеме и предложил вместе посчитать, сколько этих странных магнитных частиц было создано в результате Большого взрыва. “Это была действительно сумасшедшая идея, и я перестал этим заниматься”, — говорит Гут. Он переключился на другие темы, а Тай все никак не успокаивался, надеясь, что друг все-таки поможет ему разобраться с монополями.