по экспериментам на LHC. Этот комитет был создан несколько лет назад, чтобы оценивать предложения по экспериментам на новом ускорителе – Большом адронном коллайдере. Один из членов комитета – немецкий физик, работающий в эксперименте OPAL на Большом электрон-позитронном коллайдере, новом ускорителе ЦЕРН. Он всегда вежлив и вопросы задает точные; в отличие от других, он не агрессивен по отношению к нам, и ясно, что он на нашей стороне, на стороне молодых физиков, взявшихся за дело, которое все считают невыполнимым. Этого физика зовут Рольф Хойер, и он будет генеральным директором ЦЕРН в момент нашего открытия бозона Хиггса.
В кафетерии я встречаю Карло Руббиа. В жизни ЦЕРН кафетерий занимает очень важное место. Во-первых, тут днем можно пообедать, а во‑вторых, мы заходим сюда в рабочее время, чтобы передохнуть и выпить кофе – или, ближе к вечеру, пива. Здесь всегда оживленно: люди за столиками вечно что‑то обсуждают, делятся идеями, ищут решения. Собеседники из самых разных стран и всех возможных цветов кожи в пылу дискуссий переходят с языка на язык – и потому я полагаю бумажные салфетки одним из важнейших научных инструментов современности. Они тысячами используются для того, чтобы написать уравнения, набросать схему детектора или обсудить фейнмановскую диаграмму; они подобны первым черновикам, на которых маэстро набросал темы всех своих будущих симфоний. Когда обсуждение закончено, салфетки, разумеется, отправляются в мусорную корзину, но если бы кто‑нибудь собирал и хранил их, то на них со временем непременно бы обнаружились следы первых прозрений, приведших в итоге к грандиозным открытиям последних десятилетий.
Около года назад завершился срок пребывания Руббиа на посту директора ЦЕРН, так что он вернулся к своей обычной бешеной научной активности. Он всегда фонтанирует идеями и инициативами. Любопытство – его главное качество. Он знает, что мы сейчас работаем над экспериментом на Компактном мюонном соленоиде, CMS (Compact Muon Solenoid), – детекторе, конструкция которого родилась у нас из идей Мишеля Делла Негра и Джима Вирди, двух учеников Руббиа, молодых людей, работавших с ним в эксперименте UA1 во время открытия W– и Z-бозонов. Я уверен, что Руббиа в подробностях осведомлен о моих научных интересах, а также знает, что в основе всего нашего проекта лежит много новых, совершенно революционных идей.
Когда он со свойственным ему напором говорит мне: “Ну и что вы там, молодежь, намудрили со своим CMS? Не хочешь заглянуть ко мне в кабинет поболтать?” – я уже знаю, что следующий час проведу в аду. И вот я уже стою у доски в кабинете нобелевского лауреата, черчу и пишу на ней формулы, даю объяснения, отвечаю на вопросы, которые становятся все более и более сложными. Руббиа прежде всего движет любопытство, но я хорошо вижу, как он изо всех сил старается загнать меня в угол. Я потею, пытаюсь сохранять спокойствие, спорю, защищаюсь из последних сил. И вдруг он замолкает; на добрых полчаса он перестает меня перебивать и терпеливо следит за тем, что я пишу на доске. Я поясняю: “Так, я думаю, можно будет создать трековую камеру[18], которая выдержит жесткое излучение внутри LHC. Я знаю, что многие технологии еще сырые, но у нас должно получиться”. И добавляю: “Конечно, затраты на сегодня получаются заоблачными, но у нас есть некоторые соображения, как их можно было бы существенно снизить”. И подытоживаю: “Я понимаю, что такая конструкция камеры выглядит чересчур футуристичной, но в случае успеха она позволит нам регистрировать электроны и мюоны с такой точностью, что мы сможем отчетливо идентифицировать бозон Хиггса. С таким детектором мы поймаем его за бороду”. Опуская мел и отворачиваясь от доски, я вижу на лице Руббиа весьма скептическое выражение. Его последние слова не оставляют нам никаких шансов: “Все это писано вилами по воде и работать не будет”.
Выходя из его кабинета, я уже знаю, на чем будут сфокусированы мои усилия в ближайшие годы: доказать, что трековые детекторы на LHC возможны, что с их помощью можно измерять траектории частиц и что даже нобелевские лауреаты иногда ошибаются.
Охота началась
Охота на бозон Хиггса началась далеко не сразу после того, как была выдвинута гипотеза о существовании этой частицы. И определяющая роль, которую она играла в новой теории, тоже стала понятна не сразу. Только в середине 1970‑х годов, когда Стандартная модель была окончательно принята научным сообществом, начались планомерные поиски подтверждения всех ее предсказаний, в том числе и подтверждение существования этого особого бозона.
Статья, привлекшая внимание физиков-экспериментаторов, была опубликована в 1975 году. Сегодня, спустя десятилетия неустанных поисков, любопытно перечитывать выводы авторов того первого исследования – теоретиков Джона Эллиса и Димитрия Нанопулоса. Описав характеристики новой частицы и различные каналы ее распада, они заключают: “Мы приносим извинения физикам-экспериментаторам за то, что не имеем представления ни о массе бозона Хиггса, ни о том, как он взаимодействует с другими частицами, хотя и предполагаем, что это взаимодействие очень слабо. По этим причинам мы не хотим поощрять крупные экспериментальные поиски, но считаем своим долгом проинформировать тех, кто будет проводить эксперименты, потенциально чувствительные к присутствию бозона Хиггса, о том, как эта частица может проявиться в их данных”.
После таких осторожных слов трудно было даже предположить, что очень скоро начнется самая долгая в истории физики и самая дорогая охота на элементарную частицу. Но она началась.
Стандартная модель отводит бозону Хиггса вполне определенную роль и с точностью фиксирует все его характеристики – за исключением одной, самой важной для тех, кто собирается его искать: его массы. Теоретически – это свободный параметр, как говорят в тех случаях, когда речь может идти и о чем‑то легком, как бабочка, и о чем‑то тяжелом, как слон. От массы фантомной частицы зависят многие ее свойства: прежде всего процессы, в которых она может появиться, и вероятность того, что она действительно появится; затем промежуток времени, в течение которого частица реально существует, и, наконец, каналы ее распада на другие частицы.
Тут следует напомнить, что частиц, стабильных в свободном состоянии – как фотон, электрон и протон, – в природе совсем немного. Есть небольшая группа других частиц, таких как нейтроны и мюоны, которые, хотя и не стабильны, живут достаточно долго, чтобы их можно было напрямую зарегистрировать в детекторе. Но подавляющее большинство – это нестабильные частицы: они живут очень коротко и почти сразу же распадаются на другие частицы; бозон Хиггса – в этом смысле не исключение. Не приходится даже думать о том, чтобы зарегистрировать его, непосредственно увидев треки,
