В поисках частицы Бога, или Охота на бозон Хиггса

В Брукхейвене же коллайдер “Изабель” столкнулся с серьезными трудностями. Оказалось, сконструировать сверхпроводящие магниты не так просто, как думали американские инженеры. В то время как в ЦЕРНе физики уже начали с помощью своего модернизированного ускорителя поиски новых частиц, инженеры в Брукхейвенской лаборатории еще только работали с масштабными моделями. До настоящих испытаний коллайдера оставалось еще несколько лет.

Поскольку Фермилаб, а теперь и Брукхейвенская лаборатория выпали из гонки за право первыми обнаружить W- и Z-частицы, между собой соревновались две команды ЦЕРНа. Хотя оба — Карло Руббиа и Пьер Дарьюла — работали в одной и той же лаборатории, они возглавляли две независимые группы физиков и курировали два разных детектора. Правила игры в ЦЕРНе были таковы: группы, работающие на различных детекторах, не показы вали сразу свои данные друг другу. Это обеспечивало уверенность в правильности результата: если одна команда делает открытие, другая его проверяет и либо подтверждает, либо опровергает. Кроме того, это обеспечивало лояльность команд и заставляло их соревноваться друг с другом.

В августе 1982 года всем руководителям ЦЕРНа объявили, что они должны подготовиться к приему важного гостя. Имя держалось в секрете, но было строго приказано обеспечить безопасность гостя, и физики провели тщательный осмотр установки на случай, если кто-то спрятал там бомбу. Важным гостем оказалась Маргарет Тэтчер, тогдашний премьер-министр Великобритании. Ей организовали частный визит в лабораторию. Он пришелся на период свертывания боевых действий в войне за Фолклендские острова. Тэтчер, химик по образованию, закончила Оксфордский университет, и, попав в лабораторию, она настаивала, чтобы с ней общались как с коллегой. Физики рассказали миссис Тэтчер про охоту на W- и Z-частицы и про то, как в случае их обнаружения будет доказана теория электрослабого взаимодействия, то есть объединения электромагнетизма и слабого взаимодействия. По ходу экскурсии ученый из команды Карло Руббиа Алан Астбери сделал краткую презентацию и сказал: “Если нам повезет и Дед Мороз существует, мы увидим W-частицы до конца года”. Услышав это, Тэтчер наставила палец на Астбери и сказала: “Отлично, я позвоню вам в январе — узнать, нашли ли вы эти таинственные частицы”. Она не уточнила, что будет делать, если физикам не удастся их найти. Перед отъездом Тэтчер взяла с генерального директора ЦЕРНа Хервига Шоппера обещание связаться с ней лично, как только частицы обнаружат¹¹³. Ей хотелось узнать об этом не из газет”, — вспоминал Шоппер.

К ноябрю коллайдер частиц в ЦЕРНе уже заработал и развил энергию достаточно высокую для того, чтобы из нее могли родиться W-частицы (если, конечно, они действительно существовали). Из миллиардов зарегистрированных столкновений Руббиа и Дарьюла отобрали миллион для детального анализа. Сама W-частица столь неустойчива, что исчезает почти сразу, как только рождается, поэтому церновские команды искали не ее саму, а продукты ее распада — электроны (или их антиподы в мире антиматерии позитроны) и нейтрино. Поскольку нейтрино пролетают через детекторы, не оставляя следа, ученые определяют их присутствие по потере энергии в столкновениях с другими частицами — вылетая, нейтрино уносят энергию с собой.

До конца года команда ЦЕРНа зарегистрировала несколько столкновений, которые выглядели так, будто в них рождались W-частицы. Все необходимые проверки и сбор доказательств могли занять несколько месяцев. Поскольку приближалось Рождество, Хервиг Шоппер отправил поздравление Маргарет Тэтчер на Даунинг-стрит, 10. Напомнив премьер-министру об обещании связаться с ней, как только W- и Z-частицы будут обнаружены, он писал: “Мне хотелось бы к рождественским поздравлениям прибавить сообщение о том, что открытие действительно сделано, и, хотя неопровержимых доказательств еще нет, я тем не менее рад сообщить Вам строго конфиденциально, что недавно полученные результаты указывают на его неизбежность”. Он подписался, заверив Тэтчер, что свяжется с ней сразу же, как только “будут получены окончательные и неопровержимые доказательства”.

В январе следующего, 1983 года на конференции в Риме Дарьюла и Руббиа впервые представили свои последние результаты. Руббиа описал пять столкновений, похожих на рождение W-частицы, но подчеркнул, что результаты “очень предварительные”. Один слайд в докладе Руббиа был подписан так: “Si sono rose, fioriranno”, что означает: “Если это розы, они обязательно будут цвести”¹¹⁴. Дарьюла выступал после Руббиа. Он также был весьма осторожным и выделил четыре столкновения, которые, казалось, демонстрируют рождение W-частиц. Так случилось, что Леон Ледерман должен был выступить на этой конференции с заключительным словом. Открытие W- и Z-частиц кажется неизбежным, сказал он, но призвал своих коллег-физиков развивать в себе здоровый скептицизм до тех пор, пока результаты не станут более убедительными¹¹⁵.

Через неделю Руббиа и физик из команды Дюрьюла по имени Луиджи ди Лелла докладывали результаты, полученные обеими командами, перед учеными ЦЕРНа в аудитории центра. Руббиа выступал в первый день. Он подчеркнул, что решающее значение для соревнующихся команд имеет согласованность их действий на пути к важнейшему открытию. Ди Лелла выступил на следующий день. Он сказал, что его команде еще необходимо подтвердить их результаты, прежде чем можно было бы с уверенностью утверждать, что открытие сделано Сразу после выступления ди Лелла Руббиа созвал свою команду. Он считал, что пришло время публиковаться. Руббиа вытащил черновик статьи с описанием данных, полученных к тому времени, и сказал, что любой, кто хочет внести изменения, должен сделать это до конца дня. В статье не утверждалось, что W-частицы обнаружены, но были представлены имевшиеся к тому времени свидетельства их рождения. Рукопись передали в редакцию “Physics Letters”, работавшую тут же, в ЦЕРНе.

Следующий день был суббота, но в ЦЕРНе жизнь кипела как обычно. Утром Карло Руббиа по пути в столовую столкнулся с ди Лелла, и они немножко поболтали. Руббиа сказал, что обе команды должны помнить о риске, на который идут, публикуя результаты раньше времени. “Если вы хотите публиковать сейчас — ваше дело, но если зарегистрированные события не рождение W-частиц, а что-то еще, ваша карьера на этом и закончится”, — предупредил он. “Нет, мой Бог, нет! — воскликнул ди Лелла. — Мы же не сумасшедшие, спешить не будем. Мы обязательно все как следует обдумаем”. А статья Руббиа тем временем была уже на столе рецензента.

В понедельник утром Руббиа получил известие, что публикация статьи одобрена. Сразу же один из членов его команды вылетел в Амстердам со статьей, чтобы передать ее в руки издателя. Хервиг Шоппер тогда был в командировке в Японии, там он и получил телекс, в котором сообщалось, что статья принята. Он тут же отправил факс Маргарет Тэтчер, в котором говорилось, что W-частицы обнаружены, и полетел обратно в ЦЕРН. На следующий день Шоппер созвал пресс-конференцию с Руббиа и ван дер Меером с одной стороны и Дарьюла с другой. В пресс-релизе, выпущенном в тот же день, сообщалось, что в статье Руббиа подтверждено открытие W-частиц. На следующий день эта новость украсила первую страницу газеты “New-York Times”. Статья Дарьюла была опубликована через три недели после статьи Руббиа.

Описывая эту гонку в 2004 году, Дарьюла сказал, что у него нет никакой обиды на коллег, и похвалил осторожность, проявленную его командой. “Я горжусь тем, что мы сопротивлялись оказываемому на нас давлению, направленному на то, чтобы мы публиковали данные быстрее, чем считали правильным. Уступить было бы глупостью и ребячеством, проявлением неуважения к науке. ...Мы должны были не просто предположить, что обнаружили W-частицы, но вести себя так, как будто никто, кроме нас, их не искал”.

Летом 1983 года, через шесть месяцев после открытия W-частиц, ЦЕРН объявил, что команда Руббиа обнаружила также и Z-частицу, характерной чертой которой был ее распад на электрон и позитрон, разлетавшиеся друг от друга с огромной скоростью. Команда Дарьюла спустя некоторое время опять подтвердила открытие Руббиа. Поиски завершились впечатляющим хет-триком¹¹⁶ ЦЕРНа, и последние сомнения относительно того, что ЦЕРН — основной игрок на мировой арене, развеялись.