Джим Бэгготт - Бозон Хиггса. От научной идеи до открытия «частицы Бога» Страница 27

Когда в декабре 1979 года Гут изучал широкие следствия начального момента сверхохлаждения, оказалось, что оно предсказывает период необычайного экспоненциального расширения пространства-времени. Сначала Гута не взволновал подобный результат, но он быстро понял, что это взрывное расширение может объяснить некоторые важные свойства наблюдаемой Вселенной, чего не могла сделать общепринятая космологическая теория Большого взрыва. «Я даже не помню, как придумывал название этому необычайному феномену экспоненциального расширения, – позднее писал Гут, – но, судя по моим дневниковым записям, в конце декабря я уже называл его инфляцией»[127].

Инфляционная модель кое в чем изменилась, в основном благодаря дальнейшему исследованию свойств полей Хиггса, которые нарушили симметрию в конце эпохи Великого объединения. Первые теории предсказывали слишком большую однородность, то есть довольно плоскую Вселенную без структуры – ни звезд, ни планет, ни галактик. Космологи начали понимать, что зачатки современной наблюдаемой структуры должны были заложить квантовые флуктуации ранней Вселенной, усиленные инфляцией. Но свойства полей Хиггса, которые требовались для этого, были несовместимы с полями Хиггса в теории Глэшоу – Джорджи.

Так или иначе, результаты экспериментов в начале 1980-х годов подтверждали, что протон более стабилен, чем подразумевала теория Джорджи и Глэшоу[128]. Космологов уже не сдерживали теории физики элементарных частиц, и они свободно занялись подгонкой наблюдаемой Вселенной при помощи дальнейшей настройки хиггсовских полей, которые в совокупности стали называться инфляционным полем, чтобы подчеркнуть его значение. Их предсказания эффектно подтвердились в апреле 1992 года благодаря спутнику Cosmic Background Explorer (COBE), зарегистрировавшему мельчайшие изменения температуры фонового космического излучения – холодные остатки горячего излучения, отделившегося от материи примерно через 400 тысяч лет после Большого взрыва[129].

Браут и Энглер, Хиггс, Гуральник, Хейген и Киббл изобрели поле Хиггса, чтобы объяснить нарушение симметрии в теории поля Янга – Миллса. Вайнберг и Салам показали, что этот же фокус можно применить к нарушению электрослабой симметрии, и с его помощью были верно предсказаны массы W– и Z-частиц. Тот же фокус позднее использовали, чтобы объяснить нарушения симметрии электроядерного взаимодействия. Он имел несколько удивительных последствий, которые привели к открытию инфляционной космологической модели и точному предсказанию крупномасштабной структуры Вселенной.

Полностью теоретические понятия хиггсовского поля и ложного вакуума стали ключевыми как в Стандартной модели физики элементарных частиц, так и в той модели, которая потом оформится как Стандартная космологическая модель Большого взрыва. Существуют ли эти хиггсовские поля на самом деле? Выяснить это можно было только одним способом.

Бозоны Хиггса великих объединяющих хиггсовских полей обладают огромной массой и просто недоступны для земных коллайдеров. Однако, хотя массу первоначального бозона Хиггса электрослабого поля Хиггса оказалось трудно предсказать с какой-либо точностью, в середине 1980-х считалось, что коллайдеры следующего поколения будут на это вполне способны.

Американские физики никак не могли оправиться от того, что их европейские соперники первыми открыли частицы W и Z. Июньская передовица New York Times гласила «Европа: 3, США: даже не Z0» и заявляла, что европейские физики ушли вперед в гонке за новыми фундаментальными элементами природы[130]. Физикам США нужен был реванш. Они твердо решили, что бозон Хиггса будет открыт в Америке.

3 июля 1983 года в Фермилабе заработал ускоритель Тэватрон. Его 6-километровое кольцо достигло расчетной энергии 512 ГэВ всего через 12 часов. Тэватрон обещал энергию столкновений протонов с антипротонами 1 ТэВ. Он обошелся в 120 миллионов долларов. ISABELLE, новый 400-гигаэлектровольтный протон-протонный коллайдер, строившийся в Брукхейвене, считался уже совсем устаревшим. В июле Консультативный комитет по физике высоких энергий Департамента энергетики США закрыл Брукхейвенский проект.

В ЦЕРНе должно было начаться строительство Большого электронно-позитронного коллайдера, который займет 27-километровое кольцо почти в 200 метрах ниже уровня земли под франко-швейцарской границей, которую кольцо пересекало в четырех местах. БЭП должен был стать самым крупным объектом гражданского строительства в Европе. Однако БЭП предназначался для обнаружения частиц W и Z, чтобы лучше разобраться в их природе, а также поиска до сих пор не найденного истинного кварка. Он не собирался охотиться за бозоном Хиггса.

Тэватрон, пожалуй, обладал возможностями, чтобы заметить бозон Хиггса, но никто не мог дать гарантий. Пришло время мыслить широко. Ледерман уже раньше предлагал совершить гигантский скачок вперед – построить супермассивный протон-протонный коллайдер с использованием сверхпроводящих магнитов, способный достигать энергии столкновения до 40 ТэВ. Он назвал его Дезертроном[131], потому что его предполагалось построить среди широкой пустынной равнины и потому что он единственный мог пересечь «энергетическую пустыню» – энергетическую пропасть, которая, как предсказывали теории Великого объединения, будет лишена интересной новой физики. Дезертрон превратился в Очень большой ускоритель (Very Big Accelerator, VBA). Закрыв проект ISABELLE, Консультативный комитет по физике высоких энергий настаивал на приоритетном строительстве VBA, который вскоре переименовали в Сверхпроводящий суперколлайдер (ССК).

Проектная разработка ССК была закончена к концу 1986 года. Затраты на строительство оценили в 4,4 миллиарда долларов, что сразу же перенесло его в разряд крупных научных проектов, которые требовали одобрения президентом. Ледермана попросили сделать короткую десятиминутную видеопрезентацию проекта, чтобы показать ее президенту Рональду Рейгану. Ледерман воспользовался шансом и воззвал к первопроходческому духу Рейгана, проведя прямую аналогию между исследованием белых пятен в физике элементарных частиц и освоением американского Запада.

Официально проект ССК был представлен Рейгану и его администрации в Белом доме в январе 1987 года. Последовал обмен доводами за и против вложения средств.

Руководитель Административно-бюджетного управления при президенте утверждал, что одобрение проекта ничего не даст, разве что порадует нескольких физиков. Рейган ответил, что, пожалуй, это как раз стоит принять в внимание, потому что он в свое время совсем не радовал школьных учителей физики.

Когда споры улеглись, все взгляды обратились к Рейгану, который и должен был принять окончательное решение. Рейган процитировал отрывок из Джека Лондона: «Лучше пусть я буду пеплом, чем пылью. Пусть лучше иссякнет моя искра в ослепительной вспышке, чем плесень задушит ее»[132]. Он объяснил, что эти слова когда-то сказали квотербеку Кену Стэблеру по прозвищу Змея. Стэблер привел «Окленд Рейдерз» к победе на Суперкубке по американскому футболу 1977 года. Он прославился благодаря точным пасам и особенно 38-метровому пасу Дейву Касперу (по прозвищу Привидение), который сравнял счет в последние секунды матча плей-офф с «Балтимор Кольтс». Из-за равного счета судьи назначили овертайм, и в конце концов «Рейдерс» вышли победителями.

Стэблер понимал цитату Джека Лондона с точки зрения собственного подхода к американскому футболу. «Делай глубокий пас», – сказал Стэблер[133]. В трудную минуту лучше рискнуть и сгореть яркой вспышкой.

Рейган, столп второсортных голливудских фильмов перед тем, как пришел в политику в 1964 году, получил прозвище Гиппер, после того как снялся в роли студентафутболиста Джорджа Гиппа (Гиппера) в фильме 1940 года «Кнут Рокне – стопроцентный американец». Гипп умер от инфекции горла в возрасте 25 лет, и в фильме звучат его знаменитые слова: «И последнее, что сказал мне Джордж: «Рок, – сказал он мне, – если вдруг ребятам придется туго и они будут проигрывать, скажи им, пусть выйдут и покажут все, что они могут, и хоть разок выиграют ради Гиппера»[134].

Можно не сомневаться, что концепция ССК вызвала в душе Рейгана глубокий отклик. Уже околдованный обещанием ученых дать Америке оборонительный рубеж в виде Стратегической оборонной инициативы (СОИ, прозванной «Звездными войнами»), он сгорал от желания выйти и показать все, что они могут, ради научного превосходства США. Гиппер был готов сделать глубокий пас.

Проект получил президентское одобрение, но все же вызывал много сомнений. В своем докладе представитель Департамента энергетики объяснял, что ССК станет международным предприятием при финансовой поддержке других стран. Но заявления американских физиков сорвали ему всю игру. С какой стати другие страны будут поддерживать проект, который явно задуман для того, чтобы вернуть американцам лидерство в физике высоких энергий? У Европы, во всяком случае, были твердые обязательства перед ЦЕРНом. Неудивительно, что ССК не привлек особого внимания за океаном.