В поисках частицы Бога, или Охота на бозон Хиггса

Сэмпл Иэн

Настроение было подогрето передовицей в “New York Times”, опубликованной в июне 1983 года, на второй день встречи физиков в Вудс-Хоуле, штат Массачусетс. Заголовок был убийственный: “ЕВРОПА — 3, США — ДАЖЕ НЕ Z-НОЛЬ”. Поздравляя ЦЕРН с безусловным подтверждением теории объединения электромагнитных и слабых взаимодействий ¹¹⁹, Киверт продолжал: “Плохие новости состоят в том, что европейцы стали лидерами в гонке по поиску строительных блоков материи”. Автор передовицы признал, что “национальность открытия не имеет большого значения в физике”, поскольку

американцы тоже работают в ЦЕРНе и других европейских лабораториях, но подчеркнул важность конкуренции в процессе познания. Американские ускорители должны быть построены так, чтобы выиграть соревнование, иначе лучше их не строить вообще. Три мяча, забитые Европой, — это были открытия W- и Z-частиц в ЦЕРНе и открытие на немецком ускорителе глюонов (так метко назвали частицы, склеивающие кварки внутри протонов и нейтронов). Статья заканчивалась так: разгромный счет в соревновании с Европой призывает США к “серьезному реваншу”.

Через месяц комиссия Нерар опубликовала свои рекомендации. “Изабель”, Брукхейвенский ускоритель стоимостью 500 миллионов долларов, закрывался. Американским физикам был необходим такой ускоритель, который бы придал мощный им пульс в гонке за частицами, превзошел ЦЕРН в мощности и лидировал в этой области в течение следующих десятилетий. Ускоритель планировали назвать Сверхпроводящим суперколлайдером. В нем будут сталкиваться встречные пучки с ошеломляющими энергиями 40 ТэВ, что примерно в 400 раз больше, чем изначально планировалось в следующем коллайдере ЦЕРНа, который все еще находился в стадии проектирования. Цель этой удивительной новой машины — обнаружение частицы Хиггса и добыча долгожданного доказательства происхождения массы.

В статье о Сверхпроводящем суперколлайдере для американского журнала “Physics Today” Леон Ледерман и Шелдон Глэшоу предупреждали: если США не удастся построить установку, “потери понесет не только наша наука, мы все ощутим их в более широком смысле — пострадает наша национальная гордость, ослабнет уверенность в нашем технологическом превосходстве. Когда мы были детьми, Америка делала большую часть вещей лучше всех в мире. Так должно быть и впредь!”.

Глава 6

Конец Сверхпроводящего суперколлайдера

Элвин Трайвелпис, бывший партнер Леона Ледермана по покеру, стоял за дверьми Зала Кабинета в Западном крыле Белого дома, где проходят совещания министров США. В руках Трайвелпис держал огромный мольберт, на котором были закреплены большие, яркие рисунки ¹²⁰. Формат и цвет были выбраны обдуманно — дело происходило темным, мрачным январским вечером 1987 года, а по слухам зрение у президента Рейгана было уже не тем, что раньше.

Директору Управления по энергетическим исследованиям Трайвелпису предоставили право на пятнадцатиминутую аудиенцию — за эти минуты он должен был уговорить президента и его министров одобрить строительство самого крупного и дорогостоящего коллайдера в мире. Сторонники проекта считали, что, если Белый дом поддержит их и ускоритель будет построен, это обеспечит

США превосходство в физике высоких энергий на десятилетия вперед, причем на самом передовом ее крае. В противном случае лидерство американцев в познании тайн природы останется в прошлом — ученые других стран активно наступали им на пятки.

Название “Сверхпроводящий суперколлайдер” для многих звучало как вид дьявольского оружия, которое суперзлодей (суперзлодейка) из комиксов мог (могла) построить в своем логове и, угрожая им человечеству, требовать больших денег. На самом деле это был первый в мире ускоритель элементарных частиц, специально разработанный для поисков бозонов Хиггса ¹²¹. Позиционируя машину как “орудие охоты за частицами Хиггса”, физики негласно признавали, что эти неуловимые частицы стали наиболее важным и желанным призом в физике высоких энергий.

Суперколлайдер стал машиной мечты американских физиков, но на самом деле в поисках бозонов Хиггса они рассчитывали не только на него. В Фермилабе на ускорителе “Теватрон”, руководимом Ледерманом, где уже начали сталкивать протоны и антипротоны, появились некоторые шансы найти бозоны Хиггса раньше европейцев. “Теватрону” было суждено посоревноваться с Большим электрон-позитронным коллайдером (LEP) ЦЕРНа, который запустили через два года. Долгое время ускорители шли ноздря в ноздрю. Но Сверхпроводящий суперколлайдер должен был обойти их обоих.

Трайвелпис заранее отправился на встречу — опаздывать к президенту не полагается. По дороге он встретил Уильяма Мартина, заместителя министра энергетики. Мартин без излишних реверансов напомнил ему, как много времени и денег было потрачено на организацию этой аудиенции в верхах а потом добавил, что все друзья и коллеги Элвина верят, что он убедит президента в необходимости нового ускорителя. Уходя, Мартин сказал: “Только не надо нервничать”. До этого момента Трайвелпис был совершенно спокоен, а тут вдруг заволновался.

Войдя в Зал Кабинета, Трайвелпис разложил бумаги на столе. Комната тем временем начала заполняться. Когда приехал президент Рейган, Трайвелпис воспользовался возможностью и сфотографировал его, а затем приступил к презентации. Он был достаточно наслышан о том, как принимаются решения вашингтонскими властями, а потому не стал докучать собравшимся политикам сухой лекцией по физике элементарных частиц. Чтобы получить высочайшее одобрение на строительство Сверхпроводящего суперколлайдера, он превратил доклад в игру и обратился к образам, которые, как он надеялся, будут более понятны членам кабинета, — к ружьям и стогам сена.

Обсуждение началось достаточно традиционно. У Трайвелписа были заготовлены рисунки маленьких шаров, изображавших субатомные частицы, сталкивающиеся на огромных скоростях. Он показал и рисунки, на которых схематически было показано строение атома. Трайвелпис объяснил, что, только когда были построены достаточно мощные ускорители. ученые смогли заглянуть в глубь атома, и там они нашли размазанный по пространству электрон, много пустого пространства и твердое центральное ядро, само состоящее из протонов и нейтронов, каждый из которых построен из кварков.