Почему мы существуем? Величайшая из когда-либо рассказанных историй

Однако и сегодня актуальны слова Шелдона Глэшоу: бозон Хиггса напоминает туалет. Он скрывает все некрасивые подробности, о которых мы предпочитаем не говорить. Хиггсовское поле, каким бы элегантным оно ни выглядело в теории, в рамках Стандартной модели, по существу, является ситуативным дополнением. Оно добавлено в теорию, чтобы обеспечить возможности, необходимые для точного моделирования мира нашего опыта. Но само по себе оно не нужно теории. Вселенная могла бы счастливо существовать с дальнодействующим слабым взаимодействием и безмассовыми частицами. Правда, там просто не было бы нас и задавать вопросы тоже было бы некому. Более того, точные физические свойства бозона Хиггса, как мы увидели, не определяются в рамках одной только Стандартной модели. Этот бозон мог оказаться в тридцать раз тяжелее или в сто раз легче.

Почему же тогда частица Хиггса вообще существует? И почему обладает именно такой массой, какой обладает? (Отметим, в который уже раз: когда ученые спрашивают «почему», они на самом деле имеют в виду «каким образом».) Если бы бозона Хиггса не существовало, мира, который мы видим вокруг, не существовало бы тоже, но это, конечно, не объяснение. Или все же объяснение? В конечном итоге понять физику, стоящую за бозоном Хиггса, означает понять, как мы с вами возникли. Вопросу «почему мы существуем?» на фундаментальном уровне вполне соответствует вопрос «почему существует бозон Хиггса?». А Стандартная модель не дает него ответа.

Однако кое-какие намеки все же имеются и исходят из сочетания теории и эксперимента. Вскоре после того, как в 1974 г. была надежно определена фундаментальная структура Стандартной модели, и задолго до того, как ее детали были экспериментально подтверждены на протяжении следующего десятилетия, две группы физиков в Гарварде, где тогда работали и Глэшоу, и Вайнберг, заметили кое-что интересное. Глэшоу, совместно с Говардом Джорджи, занимался тем, что у него получалось лучше всего: отыскивал закономерности среди существующих частиц и сил и искал новые возможности при помощи математической теории групп.

Напомню, что в Стандартной модели слабое и электромагнитное взаимодействия объединены при высоких энергиях, но, когда эта симметрия спонтанно нарушается конденсатом хиггсовского поля, то есть при наблюдаемых энергиях, остаются две отдельные и различные силы, причем слабое взаимодействие становится близкодействующим, а электромагнетизм остается дальнодействующим. Джорджи и Глэшоу попытались расширить эту идею на сильное взаимодействие и обнаружили, что все известные частицы и все три негравитационных взаимодействия в принципе естественным образом укладываются в единую фундаментальную структуру более крупной калибровочной симметрии. Они тогда рассуждали о том, что эта фундаментальная симметрия могла бы спонтанно нарушаться на каких-то сверхвысоких энергиях и малых расстояниях, выходящих далеко за рамки текущих экспериментов, оставляя после себя две отдельные и различные ненарушенные калибровочные симметрии, порождающие сильное и электрослабое взаимодействия. Затем, на более низких энергиях и бóльших расстояниях, нарушалась бы электрослабая симметрия, разделяя единое прежде взаимодействие на два – близкодействующее слабое и дальнодействующее электромагнитное.

Они скромно назвали свою теорию теорией Великого объединения (ТВО).

Примерно в то же время Вайнберг вместе с Джорджи и Хелен Куинн, в продолжение работ Вильчека, Гросса и Политцера, обратили внимание на нечто интересное. Если сильное взаимодействие ослабевало на малых расстояниях, то электромагнитное и слабое взаимодействия, напротив, становились сильнее.

Не нужно было быть гением, чтобы заинтересоваться тем, не сравняются ли по силе все эти три взаимодействия на каком-то достаточно малом масштабе. Проведя расчеты, они обнаружили (с той точностью, с какой в то время измерялись эти взаимодействия), что такое объединение возможно, но только на масштабах расстояний, примерно на пятнадцать порядков меньше размеров протона.

Это было хорошей новостью при условии, что в качестве объединенной теории будет выступать теория, предложенная Джорджи и Глэшоу, поскольку если все частицы, которые мы наблюдаем в природе, будут объединены в эту новую большую калибровочную группу, то должны существовать новые калибровочные бозоны, обеспечивающие переходы между кварками (из которых состоят протоны и нейтроны), электронами и нейтрино. Это означало бы, что протоны могут распадаться на другие, более легкие частицы. Как сказал Глэшоу, «бриллианты не навсегда».