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

В тот самый год, когда человечество получило представление о том, каким может быть конец света, ЦЕРН решил рискнуть. К 1999 году коллайдер LEP уже проработал десять лет. Кончились все отведенные ему сроки. Оставался лишь год до окончательного закрытия ускорителя, и руководители ЦЕРНа разрешили гонять машину в самом форсированном режиме, на который она только способна. У всех перед глазами маячила одна цель — поймать бозон Хиггса, пока не выключили рубильник.

Коллайдер уже один раз переделывали для работы на энергиях вдвое больших, чем та, на которую он был рассчитан, но и в усовершенствованном ускорителе ни в одном столкновении не обнаружилось ничего похожего на частицу Хиггса. Теперь все, что можно было сделать, — это выжимать максимум энергии из дряхлеющей машины и ждать. Если удача все-таки улыбнется ученым, то они увидят неуловимый бозон, полагали руководители ЦЕРНа.

Выжимание еще большей энергии из коллайдера, который уже и так работает на полную мощность, требует творческого подхода. При этом набор средств невелик. Имея дело с такой уникальной машиной, как LEP, нельзя просто повернуть большой переключатель в следующее положение или позвонить в энергетическую компанию и попросить, чтобы вам добавили чуточку мощности. Опять же, для таких машин не написано руководство для пользователей, полистав которое вы легко выполните нужную операцию.

Руководил работами по выведению коллайдера за конструктивный предел Патрик Жано — французский экспериментатор, поступивший на работу в ЦЕРН в 1987 году. Если в Голливуде когда-нибудь захотят снять фильм об охоте на бозон Хиггса (а о ЦЕРНе уже сняли несколько фильмов, правда весьма сомнительного качества), Жано будет находкой для киношников. Ему около сорока пяти лет, и у него есть все необходимое для супергероя — прекрасная внешность и блестящий ум. Но еще более важна его жизненная позиция. Жано — человек бескомпромиссный и страстный, и не скрывает этого.

Прежде чем попытаться увеличить мощность крупнейшей в мире машины, вы должны знать, что происходит “под капотом”. В 1999 году тем местом, куда можно было пойти и расспросить об устройстве LEP, было строение номер 874, через дорогу от главного кампуса ЦЕРНа. Там располагался мозг коллайдера — центр управления LEP. Отсюда к каждому блоку машины под землей было протянуто оптическое волокно общей длиной более 3000 километров. По нему шли сигналы к машине и обратно в диспетчерскую, где посменно дежурили бригады техников — они неотрывно наблюдали за причудливым танцем сотен тысяч сигналов, непрерывно возникавших на экранах компьютеров.

Жано провел немалую часть 1999 года в диспетчерской. Он беседовал с операторами, слушал их обсуждения, наблюдал, как они работают. Он проник в самые глубинные тайны машины. “Я собрал все сведения, какие смог, чтобы понять, как улучшить работу машины и в конце концов попробовать это сделать, — вспоминал однажды Жано в беседе, происходившей в столовой ЦЕРНа. — Директор по исследованиям поставил передо мной вполне определенную задачу: ввести LEP в режим, в котором мы могли бы обнаружить бозон Хиггса, конечно, если он там был”.

Бозон Хиггса — хитрый зверь, его трудно поймать в ловушку. Частица так неустойчива, живет она всего в 10 -16секунды. Это означает, что, даже если эти бозоны появятся в LEP, они исчезнут в мгновение ока. Физики, специалисты по элементарным частицам, говорят, что частица Хиггса не умеет летать, то есть время ее жизни столь коротко, что нет никакой надежды увидеть ее саму в детекторе. Едва родившись, она сразу распадется на другие, менее интересные для физиков частицы, издав метафорическое шипение. Осложняющим фактором является то, что бозоны Хиггса скорее всего никогда не возникают поодиночке. По-видимому, они рождаются вместе с Z-частицами, которые, в свою очередь, распадаются на кучу других частиц. Чтобы найти бозон Хиггса, вы должны идентифицировать треки всех частиц, образованные ими в детекторе, а затем “отмотать пленку” назад и проверить, а не родилась ли какая-либо из этих частиц из неуловимого бозона Хиггса.

Дело это очень непростое. Другие частицы, рожденные в машине, могли подавать сигналы, похожие на сигналы от бозона Хиггса. Например, как только на ускорителе LEP была достигнута энергия 182 ГэВ, что произошло в конце 1997 года, в столкновениях уже выделялось достаточно энергии для рождения двух Z-частиц. Каждая из них может распадаться на два кварка, производя в сумме четыре частицы. Если вместе с Z-частицей родился бы бозон Хиггса, и та и другая частицы распались бы на кварки, и в обоих случаях картины треков были бы похожи.