Поиск - новости науки и техники

Окно в неведомое. Бозон Хиггса укажет физикам путь к познанию тайн Вселенной.

В предыдущем номере “Поиска” мы рассказывали, что команда физиков ЦЕРН стала героем недавней церемонии присуждения премий Fundamental Physics Prize в Женеве. Накануне награждения состоялась встреча корреспондента “Поиска” с Гуидо Тонелли (Guido Tonelli), который в течение ряда лет был руководителем (споксменом) коллаборации ученых эксперимента CMS. Разговор получился эмоциональным – ученый не скрывал своей радости, которая была связана не столько с получением престижной награды, сколько с завершением большого этапа грандиозной научной работы. Но началась беседа с вопроса о роли науки, которой многие годы отдает свои силы ученый. Он ответил так:

– Фундаментальная физика – одна из самых важных инвестиций человечества. Квантовая механика, релятивистская теория – вот лишь некоторые ее разделы… Люди, которые придумали все эти вещи, заложили основы современного мира, фундаментальная физика дала импульс для развития прогресса. Представьте себе, сейчас ни один гаджет не работал бы, не будь законов квантовой механики. Компьютеры, средства связи, медицина, диагностика – все связано с какими-то разделами фундаментальной физики.
– Как вы отнеслись к известию о присуждении вам премии, которая как раз и поощряет достижения в этой области?
– Когда раздался звонок из ЦЕРН, я только что в очень хорошем настроении вернулся с семинара на ускорительном комплексе J-Park (Japan proton accelerator research) в свой токийский отель. Поначалу было не очень понятно, о чем идет речь. Какая-то премия, которая присуждена коллаборации. Я решил, что это некая символическая награда, которой награжден весь коллектив ЦЕРН. Потом выяснилось, что мое имя – в списке награжденных, а размер премии составляет 3 миллиона долларов! Я даже сел, настолько это было неожиданно. Впрочем, мы занимаемся наукой не ради премий, а потому, что рождены для этой работы, она составляет смысл нашей жизни. Мы любим физику, нам доставляет огромное удовольствие разгадывать тайны Вселенной, и лучшая награда для нас – открытие чего-то нового. Тем не менее, когда совершенно неожиданно получаешь премию, чувствуешь себя очень счастливым, и я, конечно, был очень рад оказаться в числе лауреатов. Команда награжденных была выбрана очень грамотно, и мы все вместе расцениваем награду как поощрение всем коллаборациям и всем работающим на Большом адронном коллайдере физикам.
– Как бы вы сами охарактеризовали тот ваш научный вклад, который был оценен?
– Эксперименты и детекторы расположенного в ЦЕРН Большого адронного коллайдера настолько сложные, что ни один человек, ни одна страна мира не могли бы его построить. Они созданы только благодаря слаженным действиям ученых и специалистов из многих государств. В создание установки CMS, на которой работает наша коллаборация, большой вклад внесла группа РДМС – команда ученых России и стран-участниц Объединенного института ядерных исследований в Дубне. В самом начале, когда формулировались основные задачи будущего эксперимента, закладывались основные узлы детектора, эти парни взяли на себя ответственность за разработку и функционирование его ключевых компонентов – мюонной системы, адронной калориметрии.
Что касается меня лично, то в период создания ускорителя я был одним из разработчиков трекерной системы в самом центре CMS. Это была моя идея, одобренная коллаборацией, – она воплощена в “железе” и сейчас успешно работает. Затем я был избран споксменом коллаборации и получил возможность руководить CMS в 2010-2011 годах. В этот период мало кто верил, что удастся открыть бозон Хиггса. Мы же вместе с коллегами не сомневались в успехе, хотя поначалу – из-за того, что машина работала на энергии 7 ТэВ (которая гораздо ниже проектной) и светимость тоже была ниже проектной, казалось, что нам потребуется пять-шесть лет, чтобы совершить открытие. В какой-то момент мы увидели, что детектор работает очень хорошо и можно стремиться к тому, чтобы открыть бозон Хиггса даже при низкой энергии и светимости. Эта идея была идеей энтузиастов, в частности молодых ученых. Я помню, что, когда мы обсуждали эту возможность, их глаза загорались. Это естественно: молодежь всегда стремится сделать что-то яркое, чего не делал никто прежде. И теперь, когда открытие уже совершено, я могу сказать, что первые ясные указания на него физики увидели в декабре 2011 года. Тогда ученые двух экспериментов – CMS и ATLAS – в ходе специального семинара показали, что было невозможно исключить бозон Хиггса Стандартной модели в диапазоне масс 115-127 ГэВ, но пик был в районе 125 ГэВ.
Это было первое после обработки доступных к тому моменту данных свидетельство, что есть некоторое превышение над фоном, намекающее на существование новой частицы в определенном массовом диапазоне. При дальнейшем увеличении статистики она оказалась бозоном Хиггса. Открытие хиггсовского бозона можно сравнить с рождением ребенка. Сначала в утробе матери зарождается будущий человечек, а через некоторое время он становится ребенком и ты готов объявить миру о его существовании. Я до сих пор чувствую радость открытия, до сих пор свежи те воспоминания!
– Правда ли, что вы были первым, кто увидел этот пик, указывающий на существование бозона Хиггса?
– Я не люблю говорить, что был первым – мне больше нравится, если об этом говорят другие. Но, по правде сказать, я действительно был в числе первооткрывателей. Хорошо помню, что уверенность в том, что мы имеем дело с бозоном Хиггса, появилась у меня в день моего рождения – 8 ноября 2011 года.
– То есть больше чем за месяц до знаменательного декабрьского семинара?
– Получается, что так. Споксмен эксперимента ежедневно участвует в анализе ситуации, находится в гуще событий, следит за работой студентов, исследователей. Почему я запомнил этот день? В нем было несколько ярких моментов. Во-первых, во время обсуждения с одной группой коллег мне показали, что в канале распада на два гамма-кванта H – gamma, gamma, наблюдается небольшая группировка событий около отметки 125 ГэВ. Их было очень немного, но зародилась надежда, что здесь может что-то существовать. Не успело закончиться это совещание, как состоялся разговор с коллегами из другой группы, в ходе которого мне показали первые графики, где в канале распада на два Z-бозона (H-ZZ) тоже был совсем небольшой пик на значении 125 ГэВ. Другими словами, 8 ноября 2011 года в двух каналах, наиболее приспособленных для идентификации бозона Хиггса, были получены первые указания на его существование. Для меня это было указанием на открытие!
Тем не менее это было лишь предчувствие, которое необходимо было тщательно проверить. Я чувствовал себя охотником, который предполагает, что здесь что-то есть, но до конца не уверен. В последующие несколько недель мы сравнили всевозможные кросс-тесты. Потом попытались “убить” этот сигнал. Но, несмотря на все усилия, это не удавалось.
Тогда мы решили обсудить наши результаты с директором ЦЕРН. 28 ноября было организовано совместное совещание с участием руководителя коллаборации ATLAS Фабиолы Джанотти, CMS на нем представлял я. До этой встречи мне было не известно, каковы результаты у коллег из ATLAS, а вот наши результаты казались по меньшей мере интригующими. Сначала директор попросил меня представить наши соображения, показать, что у нас получается. Я открыл свой ноутбук и в течение 10 минут рассказывал, к чему мы пришли: нельзя исключить присутствия бозона Хиггса, потому что что-то происходит в указанном диапазоне низких масс и в канале H – gamma, gamma, и в канале H-ZZ. И хотя пока преждевременно говорить об открытии из-за недостатка статистики, все указывает на что-то реально существующее.
Затем наступила очередь Фабиолы, она открыла свой ноутбук и сказала: ATLAS видит то же самое. И это был миг, когда я понял: мы на пороге открытия. Затем был проведен семинар, о котором все знают (13 декабря), где показали полученные результаты и говорили о том, что они очень интересные, но с выводами нужно подождать. Потом в течение нескольких месяцев мы собирали новую порцию данных и в июле сделали официальное заявление для прессы.
Я вспоминаю эти несколько месяцев, как самое счастливое время. Только представьте: мы работали более 20 лет ради достижения этой цели. Прошли через взлеты и падения, кризисы, аварии, надежды, успех – и вдруг все пришло к логическому завершению…
– Вы выглядите не менее счастливым и сейчас, хотя с того дня, как у вас зародился огонек надежды, прошло полтора года.
– Вы правы, даже сейчас я иногда просыпаюсь и спрашиваю себя: неужели мы действительно открыли бозон Хиггса? Ведь в чем важность этого открытия? Она до сих пор не до конца понята. Мы тоже знаем не все, поэтому продолжаем работать и без конца задаем друг другу вопросы. Если эта частица – бозон Хиггса Стандартной модели, то у нас в руках нечто особенное, дающее массу всему. Эта частица воздействует на любую частицу Вселенной, включая те, что еще не открыты. Возможно, они легче или не имеют хорошего сигнала, поэтому мы не можем определить их сейчас. Но если мы изучим свойства бозона Хиггса, нам удастся увидеть следы новых частиц, не известных ранее. Таким образом, у нас будто бы появилось окно в ту часть Вселенной, которая пока остается terra incognita. Это интереснейшее направление исследований.
Но есть и другие аспекты, даже более интригующие. Мы знаем, что вначале был Большой взрыв, за которым последовало экспоненциальное расширение (инфляция) пространства. В считаные секунды образовалась Вселенная, которая была меньше той, что мы имеем сегодня, но не намного, примерно в тысячу раз. Есть теории, согласно которым источником инфляции мог быть бозон Хиггса, который является носителем скалярного поля, отвечающего за темную энергию, составляющую примерно 74% всей энергии Вселенной. Разобраться в этом – еще одна грандиозная задача науки. Другими словами, необходимо ответить на вопрос: правда ли, что мы открыли частицу, которая является прообразом нашей Вселенной? что ее роль – более важная, чем давать массу другим частицам? Вот почему, на мой взгляд, это открытие будет иметь продолжение. И вот почему я такой счастливый.
– Поиск бозона Хиггса был четкой целью, к которой вы шли долгие годы. Есть ли сейчас у физиков столь же конкретная цель?
– Конечно. Мы должны найти что-то, что могло бы объяснить существование темной материи, следы суперсимметрии. Это загадки того же уровня. Мы когда-нибудь сделаем это, тем более что Большой адронный коллайдер скоро выйдет на проектную мощность в 14 ТэВ. В то же время его детекторы очень хорошо сфокусированы для обнаружения суперсимметрии. Если она существует, мы ее обнаружим – у нас все для этого есть. Ответ на этот вопрос будет дан примерно в 2015-2017 годах.
– Вы уже придумали, на что потратить премию?
– Я считаю, что премия будет полезна для того, чтобы сохранить будущее физики высоких энергий. Нам необходимо удержать молодежь, которая его олицетворяет. Сейчас многие рассуждают так: если экономика не в лучшем состоянии, зачем вкладывать деньги в науку? В этом случае мы, как лауреаты, должны внести свой посильный вклад в развитие физики. Мы обсуждаем этот вопрос с коллегами – возможно, учредим фонд, который будет выделять стипендии студентам, спонсировать стажировки, визиты молодых ученых или поможет наладить сотрудничество со странами третьего мира, только начинающими развивать физику. Главное, чтобы продолжалось то дело, которому мы служим.
– А как же собственные нужды?
– Я советовался по этому поводу с семьей, которая не относится к богатым слоям – в моей родне в основном представители рабочего класса. Мне первому удалось выучиться и получить научную степень, поэтому я знаю, как важны деньги. Но сейчас у меня есть шанс послужить обществу. Я считаю, что это мой долг.

Светлана Беляева

Фото автора и Андрея Линде

Нет комментариев