В поисках частицы Бога - Иэн Сэмпл

Чтобы это сделать, Альберт Хофманн, опытнейший работник ЦЕРНа, провел долгий и утомительный эксперимент, который продолжался от полуночи до 4-х утра следующего дня. Этот эксперимент и его результат стали одной из легенд ЦЕРНа. В данных, полученных Хофманном, обнаружился след виновника, которого Фишер и заподозрил, — нашего ближайшего небесного соседа, Луны. Каждый школьник знает, что притяжение Солнца и Луны вызывает приливы в морях и океанах. Хотя масса Луны составляет лишь небольшую часть массы Солнца, она больше влияет на приливы, поскольку расположена гораздо ближе. Менее известно то, что Луна и Солнце создают приливы также и в твердой земной коре. Эксперименты Хофманна показали, что, когда Солнце и Луна находятся на одной прямой, на поверхности Земли возникают горбы и впадины. Например, земля в ЦЕРНе вспучивается и уходит вниз примерно на 25 сантиметров. Земля колебалась — в буквальном смысле слова — под ногами ученых¹³³. Когда Земля раздувалась (прилив), кольцо LEP растягивалось примерно на 1 миллиметр. Изменения размеров, незаметные для работающих на ускорителе ученых, меняли расстояние, которое частицы внутри коллайдера пролетали на каждом витке. Эффект был незначительным, но достаточным, чтобы значение энергии частиц изменялось. “Машина была само совершенство, — говорит Эванс. — То, что мы смогли получить столь высокую точность на такой огромной машине, просто поразительно”. В ЦЕРНе между собой шутили — и то была только наполовину шутка, — что ученым нужно купить календарь, чтобы во время проведения экспериментов сверяться с положением Солнца и Луны.

По мере того как продвигалась работа на LEP, становилось ясно, что Солнце и Луна — не единственные факторы, влияющие на работу машины. После того как команда Эванса внесла поправки на приливы в земной коре, обнаружились и еще более тонкие флуктуации энергии пучков. Новый эффект поставил всех в ступор. Каждый день с понедельника по пятницу энергия пучков в LEP изменялась, причем точно в одно и то же время. Она менялась и в выходные дни, но в другие моменты. Время возникновения этого странного эффекта воспроизводилось с такой точностью, что можно было проверять по нему часы.

В мире еще не было научных объединений, коллабораций, с таким большим числом участников из разных стран, как в ЦЕРНе. Двадцать стран принимают непосредственное участие в деятельности центра, кроме того, в работу вовлечены еще и многие другие государства. Эксперименты проводят ученые, приехавшие примерно из шестисот институтов и университетов, разбросанных по всему миру. Многие приезжают и уезжают через Центральный железнодорожный вокзал в Женеве Корнавен, и именно там сотрудники ЦЕРНа обнаружили источник упомянутого загадочного эффекта, мешающего нормальной работе машины.

Если бы вы регулярно пользовались поездами, уходящими и приходящими на этот железнодорожный вокзал, моменты возникновения колебаний энергии в пучках LEP, несомненно, вызвали бы у вас некоторые ассоциации. Скоростной поезд, или TGV, связывающий Женеву с Парижем, — существо на редкость пунктуальное. Оказалось, что возникновение флуктуаций в пучках ускорителя совпадало с точностью до минуты со временем отправления поезда от женевского вокзала. ЦЕРН создал небольшую группу, чтобы разобраться в том, как TGV влияет на коллайдер. LEP обложили датчиками и измерили потребление электрического тока поездами на вокзале Корнавен и других железнодорожных станциях. Затем сопоставили данные и поняли, что происходит. Поезду TGV, чтобы тронуться с места и отправиться в путь, необходима большая мощность, в этот момент возникает всплеск электрического тока. Часть тока через железнодорожные рельсы уходит в землю. Команда ЦЕРНа обнаружила, что эти блуждающие токи перетекают в кольцо LEP, увеличивая магнитное поле в нем, при этом энергия пучка повышается на величину до 12 МэВ.

Неожиданные эффекты, связанные с поездами TGV и фазами Луны, насторожили ученых ЦЕРНа. Они стали внимательнее отслеживать и другие подозрительные сигналы, способные нежелательно отразиться на экспериментах. За все годы работы, до того как LEP навсегда закончил свое существование, он зарегистрировал еще повышение уровня воды в Женевском озере и землетрясение в Турции, находящейся на расстоянии более 2000 километров от ЦЕРНа.

Сразу, как только LEP принялся сталкивать частицы, ученые стали выискивать следы бозона Хиггса. Известно, что он способен родиться различными способами, например, только что возникшая Z-частица может распасться на бозон Хиггса и группу других частиц. По крайней мере, по свежим следам его в этом событии легче всего выследить. Команды, работавшие на четырех детекторах LEP, знали, как должны выглядеть треки этих частиц, но физики знали и то, что, если только частицы Хиггса не окажутся неправдоподобно легкими, могут пройти годы, прежде чем появится сигнал, который наверняка будет свидетельствовать об их появлении. Через несколько месяцев после того, как коллайдер был запущен, Жан-Франсуа Грива, участвовавший в поисках бозона Хиггса, сделал получасовой доклад в аудитории ЦЕРНа. Он перечислил различные реакции, в которых может появиться бозон Хиггса, но ничего особенно интересного не сказал — в конце концов, машина только несколько недель как была запущена, и было слишком рано ожидать значимых результатов. Когда полчаса прошли, Грива поблагодарил аудиторию и предложил задавать вопросы. Одна рука медленно поднялась в воздух. Это был Джек Штейнбергер, физик из ЦЕРНа, который разделил Нобелевскую премию с Леоном Ледерманом за год до того. Прежде чем задать свой вопрос, Штейнбергер извинился. “Я проспал большую часть доклада, — сказал он. — Так все-таки, скажите, вы нашли бозон Хиггса или нет?”¹³⁴ Аудитория разразилась хохотом.

ЦЕРН потратил миллиарды швейцарских франков на строительство LEP в надежде узнать больше о W- и Z-частицах и, конечно, найти частицы Хиггса. Вначале ускоритель пережил некоторые проблемы роста, но не более, чем любой другой амбициозный проект. После завершения строительства и обкатки машина оказалась настолько чувствительной, что рассказала ученым об окружающем мире больше, чем они ожидали. В шутку говорили, что она. во всяком случае, могла измерить количество дождя, пролившегося над Женевским озером и повысившего уровень воды в нем. предсказать, когда следует ожидать следующего полнолуния, и определить, когда отправится последний поезд на Париж.

Дэвид Миллер, высокий худой человек, любит петь баритоном (у него неплохой голос) и рассказывать понятным языком про науку, а иногда делает и то и другое одновременно. Он вспоминает свою группу, одну из самых буйных групп студентов-математиков в Университетском колледже в Лондоне, где в 1960-х годах преподавал Питер Хиггс. “Он совершенно не учил меня математике, — говорит Миллер за кофе в столовой Университетского колледжа, где он является сейчас почетным профессором физики. — И если бы он не преподавал так плохо, мне бы не посчастливилось стать экспериментатором”.