Лоуренс Краусс - Почему мы существуем? Величайшая из когда-либо рассказанных историй

Очень просто. Мы отшлепаем вакуум.

Я имею в виду, что, если мы сможем сфокусировать достаточно энергии в одной точке пространства, мы можем тем самым спровоцировать появление реальных частиц Хиггса, и их можно будет измерить. Это можно представить примерно так. Говоря языком физики элементарных частиц, используя фейнмановские диаграммы, мы можем считать, что виртуальная частица Хиггса появляется из фонового хиггсовского поля, придавая массу другим частицам. Левая диаграмма соответствует рассеянию частиц, таких как кварки и электроны, на виртуальной частице Хиггса; частицы отклоняются от своего маршрута, испытывая, таким образом, сопротивление своему движению вперед. На правой диаграмме представлен тот же эффект для таких частиц, как W и Z.

Эту картинку мы легко можем развернуть.

В этом случае можно представить, что энергичные частицы, такие как W и Z, или кварки и/или антикварки, или электроны и/или позитроны испускают виртуальные частицы Хиггса и испытывают отдачу. Если энергии входящих частиц достаточно велики, то испущенная частица Хиггса может оказаться реальной. Если энергии недостаточно, частица будет виртуальной.

А теперь вспомним, что если частица Хиггса придает другим частицам массу, то сильнее всего она будет взаимодействовать с самыми массивными частицами. Это означает, что легкие частицы, такие как электроны, вероятно, не слишком подходят для непосредственного создания частиц Хиггса на ускорителе. Вместо этого можно представить себе ускоритель с энергией, достаточной для создания тяжелых виртуальных частиц, которые, в свою очередь, будут выплевывать частицы Хиггса – как виртуальные, так и реальные.

Естественными кандидатами на роль инструмента в таком деле являются протоны. Нужно построить ускоритель или коллайдер, который будет начинать с протонов и разгонять их до таких высоких энергий, чтобы образовывалось достаточно тяжелых виртуальных составляющих, способных порождать частицы Хиггса. Эти частицы Хиггса, виртуальные или реальные, будучи тяжелыми, быстро распадутся на более легкие частицы, с которыми бозон Хиггса взаимодействует сильнее всего, – опять же это будут либо истинные или прелестные кварки, либо W- или Z-частицы. Они, в свою очередь, тоже распадутся на другие частицы.

Далее фокус будет состоять в том, чтобы рассмотреть события с наименьшим числом выходящих частиц, которые можно четко засечь, чтобы затем точно определить их энергии и импульсы, и посмотреть, нельзя ли реконструировать серию событий, которая восходила бы к единственной массивной промежуточной частице с предсказанными бозона Хиггса взаимодействиями. Неслабая задачка!

Принципиально это все было понятно уже в 1977 г., еще даже до открытия истинного кварка. (Поскольку прелестный кварк был уже открыт, а все остальные кварки существуют слабыми парами – нижний и верхний, странный и очарованный, – было ясно, что должен существовать еще один кварк, хотя открыть его удалось только в 1995 г. и оказался он в чудовищные 175 раз тяжелее протона.) Однако знать, что необходимо сделать, и на самом деле построить машину, способную это сделать, – две совершенно разные вещи.

Ускорение протонов до достаточно высоких энергий для исследования полного диапазона возможных масс частицы Хиггса далеко выходило за рамки возможностей любой установки в 1978 г., когда были подтверждены все остальные предсказания теории электрослабого взаимодействия, или в 1983 г., когда были открыты W- и Z-частицы. Требовался ускоритель по крайней мере на порядок мощнее самой мощной из существовавших на тот момент установок. Короче говоря, требовался не просто коллайдер, а суперколлайдер.

У Соединенных Штатов, игравших на протяжении всего периода после окончания Второй мировой войны лидирующую роль в науке и технике, была серьезная причина желать построить такую установку. В конце концов, ЦЕРН в Женеве к 1984 г. стал в физике элементарных частиц ведущей лабораторией мира. Американскую гордость так сильно задело то, что и W-, и Z-частицы были открыты в ЦЕРН, что шесть дней спустя после пресс-конференции, на которой объявили об открытии Z-частицы, The New York Times опубликовала редакционную статью под заголовком «Европа – три, США – даже не зеро!» [13] В оригинале: «Europe 3, U. S. Not Even Z-Zero». – Прим. ред.