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

4 июля я был на физическом семинаре в Аспене (штат Колорадо). Учитывая важность предстоящего заявления, физическое сообщество организовало там экран для удаленной презентации в онлайн-режиме, так что в час ночи мы все могли усесться перед экраном и наблюдать, как творится история. В темном зале Аспенского центра собрались около пятнадцати человек – по большей части физики, хотя было там и несколько журналистов, включая и Денниса Овербая из The New York Times ; он знал, что ему предстоит ночная работа. Как оказалось, ночная работа предстояла и мне. Times заказал мне очерк для следующего выпуска еженедельной научной рубрики, если все пойдет, как ожидалось.

Затем началось шоу, и следующие примерно сорок пять минут докладчики от коллабораций представляли данные с обоих больших детекторов, убедительно демонстрировавшие существование новой элементарной частицы с массой около 125 масс протона. После первоначальной аварии в 2009 г. БАК и оба детектора работали безукоризненно. В первые месяцы меня и многих моих коллег поражали безупречно чистые результаты, которые выдавали детекторы по известным фоновым процессам. Так что нас не удивило, что при появлении в картине чего-то нового эти детекторы смогли это новое обнаружить, несмотря на невероятно сложную среду, в которой им приходилось работать.

Но этого мало. Новая частица была обнаружена именно в тех каналах распада, которые предсказывались для бозона Хиггса из Стандартной модели. Соотношение распадов с образованием фотонов (через промежуточные истинные кварки или W-частицы) и распадов с образованием частиц, таких как электроны (через промежуточные Z-бозоны), тоже более или менее соответствовало предсказанному, как и доля событий с образованием новой частицы в протон-протонных столкновениях. Среди миллиардов и миллиардов столкновений, проанализированных двумя детекторными коллаборациями на тот момент, было обнаружено около пятидесяти потенциальных кандидатов в бозоны Хиггса. Для более уверенной идентификации предстояло провести еще немало тестов, но, с другой стороны, если эта штука крякает, как бозон Хиггса, и плавает, как бозон Хиггса, то это, вероятно, бозон Хиггса и есть. Свидетельств в пользу этого оказалось достаточно, чтобы в октябре 2013 г. – в первый же год после официального объявления об открытии – Франсуа Энглер и Питер Хиггс были удостоены Нобелевской премии.

В феврале 2013 г. БАК закрыли, чтобы доработать установку и запустить ее, наконец, на расчетной энергии и интенсивности пучка. К последним неделям перед выключением в накопителях ЦЕРН хранилось свыше ста петабайт данных – больше информации, чем можно записать на 100 млн CD-дисков. Новые результаты продолжали поступать из анализа данных, которые не были полностью обработаны до первого официального объявления (включая и соблазнительные намеки на обнаружение возможной новой и неожиданной тяжелой частицы, в шесть раз тяжелее бозона Хиггса; эти намеки исчезли как раз ко времени отправки этой книги в печать).

Когда речь идет о настоящем открытии, чем больше у вас данных, тем лучше выглядят результаты, тогда как аномальные результаты, как правило, исчезают со временем. На этот раз все выглядело так хорошо, что было даже немного неловко. При сравнении с результатами наблюдений пяти различных предсказанных каналов распада бозона Хиггса на фотоны, Z-частицы, W-частицы, тау-частицы (самый тяжелый из известных родичей электрона) и частицы, содержащие b-кварки, предсказания Стандартной модели в отношении частицы Хиггса, без всяких дополнительных подгонок, демонстрировали поразительно хорошее совпадение.

Из распределения по углам и энергиям продуктов распада с новым, более обширным набором кандидатов на роль бозона Хиггса детекторы БАКа уже могли разобраться, действительно ли эти частицы являются скалярными; если так, они стали бы первыми замеченными в природе фундаментальными скалярными частицами. 26 марта 2015 г. группа детектора ATLAS огласила в ЦЕРН результаты, показавшие с более чем 99 %-ной достоверностью, что новая частица имеет нулевой спин и в точности нужное значение четности, чтобы быть хиггсовским скаляром. Природа показала, что не гнушается скалярными полями типа хиггсовского поля, как я, к примеру, считал. Существование столь фундаментального скаляра многое меняет в наших представлениях о том, что в природе возможно, а что нет, и ученые, включая и меня, начинают рассматривать сценарии, на которые прежде не обратили бы никакого внимания.