В поисках частицы Бога, или Охота на бозон Хиггса

Сэмпл Иэн

Еще будучи студентами, Джерри Гуральник и Дик Хаген были неразлучны. Гуральник учился в Гарварде, а Хаген — в Массачусетском технологическом институте (MIT), но лекции, которые они слушали, были общими. Оба благоговели перед своим профессором — Джулиусом Швингером, гарвардским физиком, чьи его работы 1940 года внесли большой вклад в формирование квантовой электродинамики. Приходя на лекцию, Швингер начинал писать уравнения в левом верхнем углу доски и продолжал до тех пор, пока не доходил до правого нижнего угла, после чего останавливался и спокойно покидал аудиторию. Понять его лекции было чрезвычайно трудно, но при определенном интеллектуальном усилии в них можно было разглядеть проявление человеческого гения.

В 1964

году Гуральник переехал в Лондон получив стипендию в Имперском колледже, где руководителем группы физиков-теоретиков, ведущих специалистов в области нарушения симметрии был блестящий шестидесятилетний пакистанский физик Абдус Салам. Гуральник и его жена Сьюзен сняли скромную квартиру в Хэмпстеде на севере Лондона Пока Сьюзен проходила аспирантуру по истории Гуральник знакомился с новыми коллегами. Одного из них звали Том Киббл. Это был высокий парень с ангельским лицом и глубочайшим интеллектом. Киббл показал Гуральнику “прелести” столовского обслуживания в Имперском колледже, пригласив его на ланчи из мерзких крутых яиц и десертов, пропитанных чем-то вроде заварного крема.

Гуральник и Киббл, работая вместе, развивали идею о том, что масса частиц может быть результатом нарушения симметрии. Гуральник, уверенный, что работа пошла бы быстрее, если бы в их команде был Хаген, пригласил его в Лондон. Хаген откликнулся на приглашение и поселился у Гуральников, так что в их хэмпстедской квартирке в самом сердце Англии образовался американский дружеский кружок.

Университетская жизнь в Лондоне не сильно отличалась от университетской жизни в Америке, но Гуральник и Хаген были совсем не готовы к общению с миром за пределами их башни из слоновой кости. Атмосфера в Имперском более формальной, чем та, к которой Гуральник привык, так что ему пришлосьотправиться на метро в центр Лондона и приобрести себе новый костюм. Портному Гуральник объяснил, что он хочет, так, как сделал бы это в Америке: “Мне нужен жилет и две пары твидовых штанов”. Эта просьба заставила портного удивленно поднять брови. Лишь потом Гуральник понял, что в Англии его слова означали, что он просит сшить твидовые подштанники.

В хэмпстедской квартире не было отопления, а в Лондоне тот год начался с отчаянных холодов. Чтобы как-то прогреть верхние комнаты, Гуральник купил электрический нагреватель с открытой спиралью и включил его на полную мощность. Однажды Гуральник услышал визг из гостиной. Вбежав туда, он увидел, что Хаген прыгает, держа в руках дымящиеся брюки. Оказалось, Хаген пришел домой промерзший до мозга костей и, чтобы согреться, встал прямо у нагревателя. В тот момент Гуральник понял, почему в метро у многих девушек в мини-юбках красные полосы на ногах. Видно, замерзнув, они, дабы согреться, подходили слишком близко к нагревателям.

Существует такая, правда ныне умирающая, традиция — публиковать возражения на результаты статей на страницах тех же научных журналов, в которых эти статьи опубликованы. Когда ученый публиковал работу, с которой его коллеги были не согласны, они посылали в редакцию письма с критикой и просьбой их напечатать. В свою очередь автор оригинальной статьи получал право на ответ. Это цивилизованный, но не особенно быстрый способ обсуждения научной работы. Весной 1964 года одна из таких дискуссий развернулась на страницах американского журнала “Physical Review Letters”. Годом ранее Филипп Андерсон, физик из “Bell Laboratories”, штат Нью-Джерси, заметил, что проблема безмассовых частиц, которая казалось, потопила теорию Намбу, возможно, вовсе и не проблема. Андерсон, удостоенный Нобелевской премии в 1977 году за работы по электронной структуре магнитных и неупорядоченных систем, проводил аналогию со сверхпроводниками, где безмассовые частицы — фотоны — сразу же становятся тяжелыми в результате взаимодействия. Он полагал, что идея Намбу была правильная, зато построенная на ней теория —

ошибочна. Дискуссия началась, когда Бен Ли и Авраам Клейн, физики из Пенсильвании, опубликовали некоторые свои идеи в журнале — они думали, что смогут исправить теорию Намбу. За этой статьей быстро последовало письмо от другого физика, Уолли Гилберта из Гарварда, который забраковал их идеи ⁷¹. Читая письмо Гилберта, Хиггс расстроился — он понял, что его собственная работа тоже неправильна.

Впереди светили грустные выходные, но вдруг Хиггсу показалось, что Гилберт пропустил нечто очень важное. Хиггс вспомнил математический прием, использованный Джулиусом Швингером в квантовой электродинамике, — он, этот прием, позволял решить проблему, замеченную Гилбертом, и показать, как частицы могут стать тяжелыми, то есть исправить недостаток теории Намбу.

В июле 1964 года, утром в понедельник, Хиггс приехал в офис и приступил к работе. В семьдесят девять строчек уравнений и сопровождающего их текста он уложил обоснование ошибочности аргументов Гилберта. Потом он все это послал в ЦЕРН, где помещалась редакция журнала “Physics Letters”. Его письмо прибыло в конце июля.

Хиггс был страшно возбужден. Он уже думал о большой статье, в которой детально опишет свою теорию. Но тут пришлось подождать.

Он и Джоди поженились в Эдинбурге ровно год назад, и Питер согласился провести выходные вместе с женой, путешествуя по горам Западной Шотландии. Угадать с погодой в Шотландии всегда трудно, но подруга Хиггсов порекомендовала им отличное место — она где-то прочитала, что там выпадает меньше дождей, чем в других районах страны.

В этот вечер Питеру и Джоди повезло, и они нашли убежище в кемпинге, недалеко от маленького городка, где предлагались ночлег и завтрак. Они приехали на место днем, во время ливня, и, пока ставили палатку, взятую напрокат, порвали ее. На следующий день они признали свое поражение и уехали. Питер не расстроился. Это был идеальный предлог, чтобы вернуться в Эдинбург к работе. Когда перепачканные Хиггсы прибыли домой и рассказали об ужасной погоде своей подруге, та смущенно призналась, что невнимательно прочитала статью: на самом деле место, которое она им расхваливала, считалось самым дождливым в Шотландии.

Вскоре после того, как Хиггс послал свою первую работу в редакцию, ему пришло письмо из Америки. Оно было от Уолли Гилберта, прочитавшего препринт статьи. Письмо было вежливым, но в нем утверждалось, что Хиггс сделал неправильные выводы. Хиггс так и не собрался ему ответить, и только десять лет спустя его осенило, что Гилберт не понял его теории из-за небольшой ошибки в работе “Я тогда не заметил ошибки. Я был так возбужден и записал очень быстро то, что было уже сделано. Слишком быстро”, — говорил он мне.

Хиггс завершил свою вторую статью через неделю после того кошмарного похода и отправил ее в ЦЕРН. Как это принято в большинстве журналов, редакторы “Physics Letters” попросили независимых рецензентов прочитать и оценить его работу. Вскоре пришло письмо из ЦЕРНа. Редактор журнала, Жак Прентки, написал Хиггсу, что тот должен доработать свою теорию и представить ее в другой журнал — итальянский, — где нет рецензирования. Позднее Хиггс узнал: Прентки посчитал, что его статья “не имеет отношения к физике элементарных частиц” ⁷².

Хиггс пришел в смятение, но и возмутился. Он понял, что, должно быть, недостаточно разъяснил важность своей работы. Перечитав статью, он в конце добавил несколько новых абзацев. В предпоследнем предложении Хиггс отметил, что в его теории имеется присущая только ей особенность — новая частица. Это предложение и породило бозон Хиггса. Хиггс последовал совету Прентки и послал свою переписанную статью в другой журнал, но не в Италию, а в редакцию американского Physical Review Letters”, главного конкурента церновского журнала.