В поисках частицы Бога, или Охота на бозон Хиггса

Сэмпл Иэн

Как Фейнман и подозревал, поливода оказалась фикцией. После нескольких лет экспериментальных проверок ученые поняли, что единственное отличие поливоды от нормальной воды — количество содержащихся в ней примесей, в основном собранных со стенок стеклянных капилляров, в которых она хранилась. Вся эта история с поливодой, с момента ажиотажного открытия до довольно застенчивого закрытия, длилась всего десятилетие.

Опасения, что поливода заполимеризует все реки и океаны, быстро улетучились, но страхи по поводу всяческих экзотических трансформаций земных веществ — нет. Через несколько лет после того, как шум с поливодой затих, нобелевский лауреат американский физик китайского происхождения Цзун-Дао Ли и итальянский теоретик Джайан Карло

Вик предположили, что коллайдеры частиц могли бы с такой силой столкнуть атомные ядра, что они образовали бы стабильную и невероятно плотную форму материи. Ли был так увлечен этой идеей, что предложил экспериментаторам проверить его гипотезу. Для этого только требовалось соединить два ускорителя частиц и попробовать создать некоторое количество такого вещества, направив пучки на мишени.

В Лоуренсовской национальной лаборатории (Беркли, Калифорния) решили проверить эту гипотезу и приступили к работе. Инженеры состыковали два ускорителя так, чтобы один впрыскивал атомные ядра в другой, а тот ускорял их до еще больших скоростей и обрушивал на мишени. К середине 1970-х, когда машина была готова к запуску, ученые не знали, смогут ли они создать “аномальную материю” Ли и Вика. Зато они хорошо знали, что, если ее создадут, она может оказаться опасной.

В мае 1979 года, спустя годы после того, как ускоритель “Бевалак” был запущен, но еще до того, как в нем начали разгонять такие тяжелые ионы, как ионы урана, ведущие ученые собрались в лаборатории, чтобы в обстановке секретности обсудить вопрос о том, могла ли в “Бевалаке” появиться аномально плотная материя Ли и Вика и представляет ли она опасность ¹⁴⁵. Снова замаячил на горизонте страшный сценарий льда-9. Если аномальная материя более стабильна, чем обычная, даже крошечное ее количество способно вызвать глобальные бедствия, преобразуя все вещество, с которым она вступит в контакт.

Собравшиеся эксперты, среди которых были Цзун-Дао Ли и Бернард Харви, заместитель директора отделения ядерной физики Лоуренсовской лаборатории, провели полтора дня, обсуждая вероятность катастрофического сценария — ведь если она ненулевая, необходимо срочно прекратить эксперименты на “Бевалаке”. Когда совещание подошло к концу, эксперты сошлись во мнении, что аномальная материя не представляет никакой опасности. Гораздо более сильные соударения происходили на Луне в течение миллиардов лет при бомбардировке лунной поверхности космическими лучами. Если бы при этом образовывалась аномальная материя и она была бы опасной, Луны бы уже не было. Но, поскольку с нашим спутником, кажется, все в порядке, ученые заключили, что нет причин для беспокойства и за Землю.

Исследователи и инженеры, связанные с машиной, должны были учитывать кроме глобального еще и личные риски, хотя большинство, несомненно, не верило в то, что им грозит опасность. С конца 1970-х до середины 1990-х годов США пережили серию странных терактов, направленных против ученых и сотрудников авиакомпаний. Агенты ФБР, расследующие эти взрывы, знали, что подозреваемый, которому они дали кличку Унабомбер, испытывает глубокое отвращение к новым технологиям, несущим человечеству еще неизвестные угрозы.

За год до выключения “Бевалака” два физика, Гэри Уэстфолл из Мичиганского государственного университета и Сабул Дас Гупта из Университета Макгилла в Монреале, написали статью для журнала “Physics Today” о достижениях “Бевалака”. В статье рассказывалось и о том, как “за закрытыми дверьми проводились встречи, на которых ученые обсуждали, был ли риск катастрофы настолько серьезен, чтобы отменить эксперименты по соображениям безопасности”. И авторы добавляли: “Эксперименты в конечном итоге были проведены, и, к счастью, никакой катастрофы не случилось”.

Когда статья была опубликована, в ФБР стали опасаться, что Уэстфолл и Дас Гупта могут стать следующей мишенью для Унабомбера. Оба были включены в список потенциальных мишеней.

Уэстфолл дал свое согласие на то, чтобы его почту проверяли на наличие взрывчатки. Дас Гупта от этого отказался, доверив обеспечение своей безопасности канадской почтовой службе и секретарю университета. Взрывчатку ученым так никто и не послал.

Унабомбер был арестован примерно через год. Им оказался Теодор Качинский, математик, окончивший Гарвард, позже — профессор Университета Беркли в Калифорнии. В то время он уже жил отшельником в лачуге в штате Монтана и оттуда организовывал взрывы. Его арестовали после того, как брат Качинского обнаружил знакомые стилистические особенности в восьмистраничном манифесте, опубликованном двумя крупными газетами. В этом манифесте Унабомбер задавался вопросом о том, какая мотивация была у Эдварда Теллера при разработке водородной бомбы, и предупреждал: “Технофилы совершенно безответственно отправляют нас всех в путешествие в неизвестное”.

К тому времени, как коллайдер РИК в Брукхейвенской лаборатории был готов к запуску, паника по поводу аномальной материи Ли и Вика уже прошла. Но статья Вильчека в “Scientific American” уверила людей, что теперь роль чудовища, угрожающего миру уничтожением, готовы взять на себя ненасытные мародеры-странглеты. Ученым пришла в голову идея о странглетах, когда они размышляли о том, что произойдет, если протоны и нейтроны внутри атомных ядер сдавить экстремально большим давлением. Такое могло бы случиться в природе — к примеру, в центре нейтронных звезд, которые образуются, когда обычные звезды взрываются и коллапсируют под действием собственной гравитации. Нейтронные звезды — поразительно плотные объекты: чайная ложка вещества, взятого из ядра такой звезды, может весить около 100 миллионов тонн.

Нормальные протоны и нейтроны состоят из двух видов кварков, называемых верхними и нижними кварками, но ученые подозревают, что некоторые из них при высоком давлении могут перейти в третий вид — странные кварки. Образующаяся смесь кварков называется странглетом. В 1984 году Эд Виттен, физик из Института перспективных исследований в Принстоне, которого многие полагали преемником Эйнштейна, рассчитал, что, если только странглеты будут созданы, они останутся стабильными, даже если убрать огромное давление, необходимое для их образования. Своей статьей он заронил опасения в душах читателей: окажись странглеты более стабильными, чем обычная материя, они смогут запустить сценарий типа льда-9, описанный Вильчеком!

Комиссия по безопасности в Брукхейвенской лаборатории и ЦЕРНе обнародовала подробные теоретические обоснования того, почему ни на одном коллайдере не нужно бояться образования странглетов ¹⁴⁶. Аргументы приводились следующие: если странглеты вообще могут существовать, их трудно создать, а если их все-таки получат, то они будут нестабильны. А если им удалось бы задержаться в этом мире дольше, чем ожидалось, они почти наверняка были бы положительно заряжены и потому не смогли бы притянуть атомные ядра и поглотить их.

До сих пор от ученых поступали уверения в безопасности ускорителей, основанные только на теоретических расчетах. Гарвардские физики Шелдон Глэшоу и Ричард Уилсон сформулировали общую неудовлетворенность этим положением вещей в статье, опубликованной в “Nature” в декабре 1999 года: “Если странглеты существуют (что вполне вероятно), и если они образуют достаточно стабильные кластеры (что вряд ли), и если они заряжены отрицательно (опять вряд ли — все теории уверенно предсказывают, что их заряд положителен), и если крошечный странглет будет создан на RHIC (что чрезвычайно маловероятно), то тут как раз мы и столкнемся с серьезной проблемой. Новорожденные странглеты могут поглотить атомные ядра, начать бесконтрольно расти и в конечном счете сожрать Землю. Одних слов “вряд ли”, хоть и многократно повторенных, все равно недостаточно, чтобы умерить наши страхи перед этим вселенским бедствием”.