В поисках частицы Бога, или Охота на бозон Хиггса

Поле Хиггса определило структуру Вселенной и ее способность поддерживать жизнь в том виде, в котором она существует. Без поля элементарные частицы, строительные блоки материи, вели бы себя как фотоны — кванты света. Частицы бы не собирались в атомы, которые мы наблюдаем сейчас. Не возникли бы химические элементы¹⁹. Не появились бы звезды и планеты, и наша Солнечная система, как и другие уголки Вселенной, осталась бы навсегда безжизненной пустыней.

В основе теории Хиггса — частица, связанная с этим массообразующим полем. Так называемый бозон Хиггса в определенном смысле есть часть поля, оставшаяся после того, как оно наделило частицы массами²⁰. Самая большая мечта ученых сегодня — показать, что эта частица существует, и тем самым доказать теорию Хиггса.

Вскоре после того, как Хиггс разослал ученым свою статью, в его офис в Чапел-Хилле пришел первый отклик — от Фримена Дайсона. (Во время Второй мировой войны англичанин Дайсон служил в команде бомбардировщиков Королевских ВВС. Он пересек Атлантику в возрасте 23 лет, сжимая в руке письмо, в котором было написано, что он признан лучшим математиком Англии. За истекшее время он стал знаменитым ученым и профессором принстонского Института перспективных исследований.)

Послание было дружественным и более чем лестным. Дайсон говорил, что получил огромное удовольствие от последней работы Хиггса — она прояснила ему вопросы, над которыми он ломал голову последнее время. Он попросил Хиггса провести весной семинар в институте и на нем рассказать про свою теорию. Хиггс был ошарашен и принял предложение не раздумывая.

Восторги Дайсона по поводу статьи Хиггса не означали, что того ждала легкая поездка. В Институте перспективных исследований в то время работали, пожалуй, лучшие физики в мире. Этот знаменитый научный центр основал в 1930-х годах известный американский филантроп Луис Бамбергер. Самый известный сотрудник института, Альберт Эйнштейн, проработал там последние двадцать пять лет своей жизни, пытаясь объяснить, как возникли силы, существующие в природе. Работал там и австро-американский логик Курт Гёдель — пересматривал пределы человеческого познания. Он часто досаждал Эйнштейну, заявляя, что его знаменитая теория допускает путешествия во времени²¹. Отец современных компьютерных наук Джон фон Нейман в этом институте занимался переносом математической стратегии игры в покер на политическую стратегию, которая должна была помочь выиграть холодную войну²².

Но ключевой фигурой в институте был Роберт Оппенгеймер, возглавлявший Манхэттенский пронкт по созданию атомной бомбы. Он стал главой института в 1946 году и тоже внес свой вклад в фантастическую ауру этого места. Оппенгеймер славился своим вспыльчивым характером и острым языком и мог проявить себя не лучшим образом, случись ему появиться на еженедельном институтском семинаре. Нередко он запугивал не слишком уверенных в себе докладчиков, жестоко высмеивая их, непрерывно поправляя и не давая возможности ответить. За это Дайсон его не любил, и время от времени между двумя учеными после окончания семинаров возникали перебранки. Дайсон сказал мне однажды: “Оппенгеймер всегда старался мне объяснить, что бы я сказал, если бы был так же умен, как он”²³.

Хиггс вел машину дальше, думая о своем докладе на завтрашнем семинаре. Пожалуй, аудитория будет сильно отличаться от тех, перед которыми он выступал раньше²⁴. Погрузившись в свои мысли, он почти забыл о том, что ведет машину! Хиггс съехал на обочину, сделал несколько глубоких вдохов и попытался успокоиться. Какое счастье — впереди ученый увидел дорожный знак. Поворот на Принстон был уже через милю. Он почти у цели.

Институт перспективных исследований находится на расстоянии мили от Принстона, а его территория представляет собой сад, раскинувшийся на 800 акров. Вместо того чтобы поехать прямо в институт, Хиггс сделал круг по городу, а потом припарковался у почты. Зайдя, он перекинулся парой слов со служащим, и тот вынул из конторки конверт с выпущенной в честь дня рождения Эйнштейна 8-центовой маркой (Эйнштейн родился как раз в этот день, только в 1879 году) и проштемпелевал его. На марке была фотография великого физика, сделанная 20 лет назад Филиппом Халсманом, другом семьи Эйнштейна. (Халсман провел некоторое время в австрийской тюрьме по подозрению в убийстве своего отца во время прогулки в Альпах. На самом деле Халсман-старший сам упал в пропасть, это была трагическая случайность, но свидетелей не было, и Филипп попал в тюрьму. Позже его освободили благодаря вмешательству Эйнштейна.) Хиггс, увидев марку, возмутился — там было написано, что Эйнштейн — “известный американец”. Хотя Эйнштейн и принял американское гражданство в 1940 году, Хиггс считал его по духу европейцем. Тем не менее он подумал, что марка с Эйнштейном понравится Николасу Кеммеру, его другу и наставнику из Эдинбургского университета, и отправил конверт в Шотландию.

Уже приближался вечер, когда Хиггс подъехал к институту и встретился с Фрименом Дайсоном. Вскоре, беседуя с новым другом, Хиггс забыл о страшном волнении, пережитом по дороге в Принстон. А потом Хиггсы отправились в приготовленную для них квартиру и, уставшие, упав на кровать, сразу провалились в столь необходимый им в тот вечер сон.

Доклад Хиггса был запланирован на 4.15 вечера следующего дня. Войдя в аудиторию, Питер увидел Дайсона, стоящего у кафедры, — его доклад был первым. Дайсон собирался говорить об очень серьезных вещах — про устойчивость материи, про то, почему предметы вокруг нас остаются цельными, несмотря на то что содержат бесчисленное количество частиц. Он рассказывал собравшимся о чрезвычайно мощных, но тонко сбалансированных силах, благодаря которым, к примеру, книга у вас в руках, учитывая огромное количество энергии, заключенной в ее атомах, не разрывается на части, а наша одежда самопроизвольно не взрывается и не обращается в миллион субатомных фрагментов.

Закончив доклад, Дайсон предложил задавать вопросы. Как и следовало ожидать, они оказались весьма острыми. Темпераментные дискуссии были в традициях института, недаром еженедельные семинары заработали интригующее название “беспорядочные семинары”²⁵. Они проводились каждую неделю, но вместо того, чтобы объявить докладчика и тему заранее, аудитория — и сам докладчик — узнавали обо всем в день семинара. Организовано это было таким образом: когда участники семинара собирались в зале, по рукам пускали шляпу с бумажками, и каждый вытягивал свою. Тому, кому доставалась последняя бумажка, и предоставлялась честь выступить перед благородным собранием. Идея заключалась в том, чтобы заставить всех находиться в тонусе и быть готовыми либо сделать свой доклад, либо “поджарить на гриле” того, кто выйдет на трибуну.

Когда вопросы были исчерпаны, Дайсон объявил перерыв на чай и сказал, что их гость, Питер Хиггс, будет следующим докладчиком. Хиггс последовал за толпой в столовую и за чашкой чая разговорился с немецким физиком Клаусом Хеппом. Они уже встречались однажды на летней школе в Шотландии в 1960 году. Во время беседы Хепп упомянул работу трех очень уважаемых ученых, которая должна вот-вот быть опубликована²⁶. “Она нанесет сокрушительный удар по вашей теории, — заявил он. — В ней все правильно, а вот у вас что-то не так”.

Хорошо, по крайней мере, что на том семинаре не было Оппенгеймера. Хиггс понятия не имел, что грозный директор института болен раком и спустя три месяца после семинара официально подаст в отставку²⁷. Но вот кончился перерыв, и Питер начал доклад, шаг за шагом объясняя суть своей теории. Дайсон внимательно слушал — он сразу понял, что работа Хиггса красива²⁸. Как только гость закончил говорить, тут же взлетели вверх несколько рук.

Хотя Хиггс волновался перед семинаром, в его манере говорить ощущалась несомненная уверенность. Он прекрасно знал уравнения, на которых строилась его теория, чувствовал их глубинный смысл. Он понимал, что выдвинутые им идеи затрагивали самую сущность бытия. Это не означало, конечно, что они верны. Многие вещи, которые теоретически возможны, не реализуются в природе. Но если его теория не содержала ошибок, она, по крайней мере, могла претендовать на описание происхождения массы.