Шон Кэрролл - Частица на краю Вселенной. Как охота на бозон Хиггса ведет нас к границам нового мира

С тех пор все изменилось. При нынешней легкости общения в Интернете любой желающий может распространять новости по всему миру, а мы помним, что обе коллаборации ATLAS и CMS включают в себя более 3000 членов каждая. Лидеры групп пытаются держать ситуацию под контролем, но, несмотря на это, вероятность, что кто-нибудь из сотрудников проболтается о крупном открытии, прямо скажем, велика.

Признаться, я являюсь восторженным поклонником блогов, хотя и стараюсь не распространять слухи, которые люди хотели бы удержать в секрете. Я начал вести свой блог еще в 2004 году на личном сайте под названием Preposterous Universe, а в 2005 году стал писать свои тексты в групповом блоге Cosmic Variance, который теперь можно читать на сайте журнала Discover. Самое замечательное в блогах – это то, что их можно использовать для любых целей по выбору автора, и множество людей в полной мере пользуется этой свободой. Только в пределах крошечного сегмента блогов, ведущихся учеными и научными писателями, вы встретите совершенно разные тексты – от неофициальных до строго научных и математических, от новостей до сатиры и внутренних сплетен. Наша цель ведения блога Cosmic Variance – поделиться интересными идеями и открытиями в области науки с широким кругом читателей, в то же время позволяя себе поразмышлять на темы, возбуждающие наше воображение. Некоторые из наших самых популярных постов были посвящены БАКу, а во время его запуска в 2008 году и семинара 2012 года группа блогеров даже вела блог в реальном времени.

Одним из моих коллег-блогеров является Джон Конвей – профессор физики в Университете Калифорнии в Дэвисе и по совместительству физик-экспериментатор, работающий на CMS. (Джоан Хьюэтт – тоже активный блогер). Самый первый блог Конвея назывался «Охота за шишками» – это был поучительный рассказ о физике элементарных частиц, о том, как полученные данные могут удивить нас и как трудно порой отличить открытие, которое перевернет мир, от обычной статистической флуктуации.

В частности, Конвей рассказал про свое участие в поисках бозона Хиггса в лаборатории Ферми (БАК тогда еще не был запущен). Тогда он анализировал данные по своему любимому каналу распада – тому, в котором рождается тау-лептон. Конвей с коллегами уже сделали слепой анализ данных эксперимента CDF на Теватроне, и наконец наступил момент, когда вот-вот откроют «окно» и обнаружат то, что там скрывается. И… действительно там что-то было! Небольшое, но очевидное увеличение вероятности рождения двух тау-лептонов – событие, которое могло быть объяснено распадом бозона Хиггса с массой 160 Гэв. Статистическая значимость этой выпуклости была всего 2,5σ, но и она заслуживала внимания. Большинство небольших выпуклостей со временем исчезает, но каждое настоящее открытие начинается с обнаружения небольшой шишки, так что у любого в такой ситуации, естественно, перехватило бы дыхание. Как вспоминал Конвей, у всех буквально «волосы встали дыбом на голове».

В следующем блоге Конвей рассказал о повторном анализе и о том, что узнал только позже: его коллеги из дружественной коллаборации D Zero в том же Фермилабе увидели недостаток событий там, где CDF наблюдал их избыток. И надежды на то, что в этой области скрывается новая частица, стали таять – более поздние данные не подтвердили этого наблюдения. Но эта история была наглядным примером того, что жизнь ученого-экспериментатора по остроте ощущений и накалу страстей иногда напоминает езду по американским горкам.

К сожалению, не все читатели первого блога прочитали его правильно. У многих из них сложилось впечатление, что Фермилаб фактически уже обнаружил бозон Хиггса или что-то вроде него, а Конвей решил рассказать об этой новости в нашем скромном блоге, а не писать научную статью или, например, проводить пресс-конференцию. И это неправильное впечатление создалось не только у чрезмерно восторженных комментаторов нашего сайта – несколько журналистов обратили внимание на значимость возможного события и опубликовали статьи в The Economist, New Scientist и других изданиях. Так физики получили еще один полезный урок. Люди очень хотят узнать все подробности поисков бозона Хиггса, и нужно быть предельно аккуратным, рассказывая о научных результатах, дабы не создавать ненужных иллюзий.

Искать новую физику можно не только на гигантских ускорителях частиц. Например, интересный эксперимент проводится в рамках итальянской PAMELA (Программа по астрофизике легких ядер и исследованию антивещества). Аппарат PAMELA размещен на российском (невоенном) спутнике, вращающемся на низкой околоземной орбите. Одна из его основных задач – поиск частиц антиматерии в космических лучах, в первую очередь позитронов и антипротонов. В космических лучах всегда присутствует определенное количество частиц антивещества – во Вселенной некоторые процессы идут при высоких энергиях, и иногда рождаются античастицы ровно так же как на БАКе. Но PAMELA регистрирует значительно больше позитронов, чем ожидалось, что вызывает удивление. Это может быть свидетельством каких-то неизвестных нам сейчас астрофизических процессов, например новых явлений в оболочках нейтронных звезд, или же признаком существования физики за пределами Стандартной модели, например аннигиляции частиц темной материи с образованием избытка позитронов. Ученые проверяют различные возможности, хотя с течением времени астрофизический вариант кажется более вероятным.