В поисках частицы Бога, или Охота на бозон Хиггса

За годы, прошедшие после выхода той работы Эллиса, ученые, кажется, подошли невероятно близко к открытию неуловимой частицы. Эллис хватает кусок мела и выписывает на доске все, что ученые узнали в течение более десяти лет экспериментов в ЦЕРНе и на ускорителе “Теватрон” в Фермилабе, вблизи Чикаго. На предыдущем церновском ускорителе — коллайдере LEP — было показано, что частицы Хиггса должны весить больше чем 114,4 ГэВ. К июлю 2010 года с помощью коллайдера “Теватрон” был исключен интервал масс между 158 и 175 ГэВ. Сопоставив разные экспериментальные результаты, ученые поняли, что, скорее всего, масса хиггсовской частицы находится в интервале между 115 и 130 ГэВ.

В феврале 2010 года БАК должен был заработать и сделать первый серьезный шаг к открытию того, что ученые здесь скромно называют “новой физикой”. Начальство ЦЕРНа решило, что слишком рискованно сразу запускать машину на полную мощность, так что около двух лет подряд она будет работать только в половину своей мощности, то есть каждый из пучков перед их столкновением внутри детекторов ускорителя будет разгоняться до энергии 3,5 ТэВ. Ближе к концу 2011 года коллайдер закроют на три месяца — до 7 февраля 2012 года, чтобы дать инженерам время провести необходимые ремонтные работы. Кроме того, предполагалось усовершенствовать систему безопасности, которая защитит машину от разрушения в случае, если при работе на более высоких энергиях что-то пойдет не так, как планировалось. Только когда все будет сделано, БАК запустят на полную мощность.

Решение эксплуатировать LHC на половине его проектной энергии далось нелегко, но ЦЕРН не мог позволить себе допустить возможность еще одной разрушительной аварии, подобной той, из-за которой машина закрылась на год в 2008 году. Остановка коллайдера надолго — серьезная проблема: не работает машина — нет столкновений, значит, нет результатов. А значит, останавливается развитие физики и пропадает энтузиазм у перспективных студентов, стремящихся получить докторские степени. Многие физики сегодня считают, что, во всяком случае, в ЦЕРНе бесспорного открытия бозона Хиггса до 2015 года ждать не приходится.

Эллис хватает ноутбук и открывает статью с результатами последних — на февраль 2010-го — экспериментов, проведенных на коллайдере “Теватрон” в лаборатории Ферми ¹⁸⁹. Он указывает пальцем на один из графиков, демонстрирующий, насколько результаты, полученные на американском коллайдере, отличаются от того, что могло бы быть при рождении частиц Хиггса с различными массами. “Интересно, что именно подобное мы и ожидали бы увидеть, если бы родился бозон Хиггса с такой массой”, — говорит он, указывая на часть графика, соответствующую кандидату на бозон Хиггса с массой 115 ГэВ. Это та область, где на предыдущем коллайдере ЦЕРНа в 2000 году увидели трек, напоминающий след хиггсовского бозона. “Теоретики громко спорили тогда, — говорит Эллис, — ведь это мог быть он — прямо там. Очень вероятно, что они уже нашли частицу Хиггса”.

Существует большая разница между “кандидатом на открытие” и настоящим открытием. По состоянию на начало 2010 года правительство США планировало прекратить работу коллайдера “Теватрон” в конце 2011 года, примерно тогда же, когда LHC закроют на переделку ¹⁹⁰. Большинство физиков считает, что им отпущено слишком мало времени, чтобы устранить сомнения в обнаружении частицы Хиггса. Лучшее, на что ученые с “Теватрона”, по их словам, могли надеяться, — это увидеть намек на рождение частицы Хиггса, похожий на то, что увидели в ЦЕРНе за несколько месяцев до окончательного закрытия коллайдера LEP в 2000 году и что едва не привело в состояние помешательства всю команду ЦЕРНа. “Физики Фермилаба предпринимают невероятные усилия, чтобы сделать это чертово открытие — гораздо большие, чем кто-либо может себе представить. Но они не волшебники, а потому просто не наберут достаточно столкновений за это время, — говорит Эллис. — Даже если им очень повезет, они смогут лишь претендовать на получение некоторых свидетельств, но — не на открытие”.

Однако этот прогноз, возможно, был преждевременным. В сентябре 2010 года директор Фермилаба — Пьер Оддон — во всеуслышание заявил о намерении продлить работу “Теватрона” до 2014 года. Принятия окончательного решения ожидали в начале 2011 года ¹⁹¹.