Когда у тебя 7 ТэВ и 5 fb-1, все намного сложнее. Ни один канал распада бозона Хиггса не даст сам по себе достаточно надежных сигналов. Не остается другого пути, кроме как сочетать сигналы как можно бóльшего числа каналов распада. Но это требует привлечения к работе сотни сотрудников. Да и этого окажется недостаточно в самом нижнем диапазоне масс, от 115 до 150 ГэВ, который мы считаем наиболее вероятным, исходя из всего того, что нам известно благодаря точным количественным проверкам Стандартной модели. Тут, чтобы была хоть какая‑то надежда, придется приложить исключительные усилия. Придется начинать все сначала, совершенствуя и уточняя свой анализ; придется изобретать новые методы отбора интересующих нас сигналов и сдавать в утиль все проведенные к настоящему моменту исследования – чтобы проделать все заново, прибегнув к более подробному анализу и более точной калибровке.
Летом, пока проводились численные эксперименты, которые должны были использоваться для официальной смены стратегии, началось бурное обсуждение того, как интенсифицировать работы. Нам предстояло убедить сотни исследователей еще раз поменять свои планы и пуститься в предприятие, которое вполне могло оказаться безнадежным. Чтобы рассчитывать на успех, надо было собрать лучшие силы коллаборации, привлечь самые сильные университеты и самых блестящих молодых ученых.
На протяжении нескольких недель я встречался с десятками групп, по одной за раз. До сих пор помню, как трудно было убеждать моих коллег-профессоров, руководивших исследовательскими коллективами. Они решительно не хотели менять темы уже наполовину написанных диссертаций и отказываться от проектов, на подготовку которых люди потратили годы жизни. Но чем больше я говорил, что предприятие сложное, чем больше подчеркивал необходимость изобрести новые методы анализа, тем чаще видел огонек интереса, зажигавшийся в глазах самых молодых участников встреч. И в итоге нам удалось мобилизовать лучшие молодые умы нашей многотысячной коллаборации.
На протяжении нескольких следующих месяцев десятки групп и сотни блестящих ученых упорно объединяли свои усилия. И в 2011‑м, спустя год после неформальной встречи в Париже, выяснится, что в группе, занимающейся бозоном Хиггса в CMS, уже больше пятисот человек. Сотни юношей и девушек примутся изучать инновационные методы, чтобы пуститься в погоню за ускользающим бозоном. И если сегодня весь мир празднует достижение крупного научного успеха, то заслуга в этом прежде всего их – ребят, ответивших на брошенный им вызов с пылким энтузиазмом, на какой способны только очень молодые люди, готовые взять на себя ответственность и благодарные за оказанное им доверие.
Жестокие схватки с ATLAS
Когда начались эксперименты при энергиях в 7 ТэВ, CMS стал выдавать результаты значительно быстрее, чем ATLAS. И мы это предвидели: наше оборудование было значительно проще калибровать и юстировать; более того: сильное магнитное поле и комбинация трековых детекторов с мюонными обеспечивали превосходную производительность. За несколько месяцев CMS опубликовал целый ряд впечатляющих статей. Когда прослеживаются процессы рождения и распада более массивных объектов, вроде топ-кварка, и представляются описания очень редких событий, вроде рождения пар W-бозонов, все понимают, что исследователи готовы к большой охоте. ATLAS тоже выдавал отличные результаты, но все видели, сколько труда это ему стоило. Он всегда отставал – на недели или на месяцы, а его статьи уступали в полноте и методической новизне статьям CMS. Состязание становилось все более жестким.
Выбор двух независимых экспериментов в LHC – стратегический ход ЦЕРН. Повторяется сценарий, который применялся еще во времена UA1 и UA2. Та же формула была принята и на Тэватроне, где состязаются / сотрудничают два эксперимента – CDF и D0. Поиски бозона Хиггса или следов Новой физики – исключительно сложная операция. Надо регистрировать очень слабые и редкие сигналы, которые часто прячутся среди сигналов, весьма похожих на те, что мы хотим изучать. Современные эксперименты используют сложнейшие технологии, полные разнообразных тонкостей и чреватые возможными неисправностями. Софт, используемый для идентификации интересных событий в целях их реконструкции и изучения, содержит миллионы строк компьютерного кода. В этих условиях любой может совершить промах или недооценить определенный источник систематических ошибок. Страх – самый верный спутник в нашем путешествии. Упустив какую‑то деталь, ты убеждаешь себя в том, что сделал великое открытие, а потом обнаруживаешь, что все провалено из‑за банальнейшей ошибки, – вот кошмар, преследующий нас по ночам. В таком случае доверие к нам было бы подорвано основательно и надолго, а оно – самая большая наша ценность, и рисковать ею мы не можем.
Вот почему в таких больших коллаборациях, как CMS, постоянно задействованы механизмы контроля и верификации, которые должны защищать нас хотя бы от наиболее грубых ошибок. Но мы понимаем, что не всегда все работает наилучшим образом. И потому иметь два эксперимента – это своего рода страховка и для нас самих, и для результатов, которые мы бы хотели получить. Две независимые группы исследователей, использующие разные технологии и несовместимый софт, ловят одни и те же сигналы. Если первая группа делает открытие, у второй появляется шанс его верифицировать. Только когда обе группы получают схожие результаты, появляются резонные основания поверить в их справедливость.
Такой механизм подразумевает яростную конкуренцию. Все знают, что коллеги из другого эксперимента в любой момент могут объявить об открытии чего‑то важного. Это создает непрерывное напряжение внутри коллабораций, состоящих из ученых, которые всю свою жизнь мечтают когда‑нибудь выявить новое состояние материи. Дух соревнования заставляет в поисках небывалых идей заглянуть под каждый камень и пройти по каждой тропинке – в надежде первыми достичь финиша.
Но это соревнование, каким бы яростным оно ни было, проходит в особых формах, не понятных, например, тем, кто занят разработкой нового микропроцессора или поисками химической формулы нового медицинского препарата – одним словом, чего‑то, имеющего значительный коммерческий эффект. В таких областях между конкурирующими коллективами царит строжайшая конфиденциальность: зачастую идеями не обмениваются даже исследовательские группы одной и той же компании.
У нас не так. Все технологии, используемые обоими экспериментами, хорошо известны и полностью опубликованы. То же справедливо и в отношении софта. Секретов нет, не скрывается даже информация, которая могла бы повредить другой коллаборации. Если в одном эксперименте случается авария и он не может собирать данные на протяжении недель, второй эксперимент тоже должен остановиться и ждать, пока не перезапустится первый. Даже в условиях конкуренции, остающейся весьма напряженной, эксперименты непрерывно в чем‑то помогают друг другу. Каждая из двух групп хочет быть первой, но добиваться этого нечестными путями для всех нас неприемлемо.
Вот почему у меня с Фабиолой, несмотря на то, что мы то и дело обмениваемся жестокими ударами научного соперничества, сохраняются отношения искренней дружбы. Мы часто организуем совместные вечера, на которых бывает и моя жена Лучана, и наши общие друзья. И тогда мы обсуждаем все на свете. Фабиола интересуется делами моей дочери Джулии, балерины Оперного театра Цюриха, завсегдатаем которого она была в юности; я же рекомендую ей хотя бы изредка отдыхать, поскольку мне кажется, что вид у нее утомленный, а это наверняка связано с недостатком сна. Излишне говорить, что темы, связанные с бозоном Хиггса, в наших частных беседах под запретом. Оба эксперимента публично продемонстрировали, что они собираются делать: какие каналы распады будут анализироваться и какая техника для этого будет использоваться. Состязание началось, так пусть победит сильнейший.
И все же при нашем обмене ударами первое очко заработал CMS. Сразу после парижской конференции 2010 года мне сообщили, что одна из наших аналитических групп получила нечто неожиданное. Мы встретились первого августа, и находка действительно оказалась интересной. Она не имела никакого отношения ни к бозону Хиггса, ни к Новой физике, и все же полученный эффект заинтриговывал. В наших столкновениях протонов наблюдалось слабозаметное явление, которое до этого наблюдалось только в столкновениях тяжелых ионов. Каждый год его изучению посвящался месяц сбора данных, чаще всего – перед рождественскими каникулами.
Когда с высокими энергиями сталкиваются ионы свинца, ядерная материя словно бы расплавляется, образуя своего рода идеальную жидкость из кварков и глюонов. Ее свойства изучены во всех подробностях; считается, что в этом состоянии в первые моменты после Большого взрыва пребывала вся материя нашей Вселенной. Фотографии столкновений очень выразительны: треки заряженных частиц и выбросы энергии создают весьма характерную картину. ATLAS и CMS воспользовались этими данными, чтобы произвести интересные измерения, но в таких экспериментах ведущая роль была у эксперимента ALICE[32], так как в их распоряжении находилось устройство, предназначенное для такого рода исследований.
Феномен, наблюдавшийся на CMS, был очень интересен, так как никто не ожидал, что нечто подобное может происходить в столкновениях протонов. Мы зарегистрировали странное распределение сотен частиц, образовывавшихся в результате столкновений; все, казалось, указывало на то, что эффект рождается из крошечной капельки этой самой магической кварк-глюонной жидкости. Это был удобный случай, чтобы протестировать наши внутренние системы контроля.
Когда после недель жарких споров результат подтвердился, нам оставалось только вынести его на суд научного сообщества (внешнего по отношению к CMS), представив наши данные на семинаре ЦЕРН и опубликовав статью на эту тему. Ни у ATLAS, ни у ALICE не было в активе подобных результатов, так что пальма первенства досталась CMS.