Глава 8Тайна Вселенной
Мадонна и темная материя
Верделло (Бергамо),
29 октября 2012 г.
В пригородах Бергамо, вокруг промышленных зон Дальмине, царит урбанистический хаос. Автострады, торговые центры, производственные ангары и старые жилые районы чередуются и громоздятся друг на друге в невообразимом беспорядке: кажется, что местные власти соревнуются в том, кому из них удастся устроить у себя больший сумбур. В этом извращенном хитросплетении способно заблудиться не только человеческое существо – здесь сбивается с дороги даже спутниковый навигатор. Он старательно пытается убедить водителя повернуть направо, туда, где извивается канал, полный грязной воды.
После бесчисленных тупиков и пары разворотов я наконец добираюсь до полей фермы “Джермольо” в Верделло, цели моих поисков. Внезапно все вокруг делается красивым и каким‑то упорядоченным, словно я въехал на территорию одной из фабрик диснеевского мультфильма. Постриженные кусты и газоны, мирно пасущиеся коровы. Вот тут у них вольеры для кур и кроликов, вон там, за изгородью, – лошади. А еще есть ручной сокол, нарезающий сейчас высоко в небе широкие круги. Завидев нас, Пьеро Луккини подзывает его затейливым свистом, чтобы мы смогли им полюбоваться, и хищник быстро опускается на его правую руку, защищенную толстой кожаной перчаткой. “Джермольо” – это место для ретритов, где проходят лечение и реабилитацию люди, страдающие ментальными расстройствами, а Пьеро – здешний управляющий. В Бергамо его знают все. Благодаря ему тут появилось терапевтическое отделение, были построены дома семейного проживания для менее тяжелых пациентов и создана вот эта самая ферма, где десятки человек обучаются уходу за животными и работе в поле. На ферме делают вино, колбасы и сыр – все строго органическое; ее продукцию можно продегустировать в соседнем ресторане, предлагающем лучшую пасту в округе. Тут есть и театр – единственный в Италии, в котором совместно выступают профессиональные актеры, пациенты и дрессированные лошади; это производит очень сильное впечатление.
Требуется колоссальное мужество, чтобы руководить такой коммуной, ибо в итальянских бюрократических джунглях таится множество коварных ловушек. “Джермольо” получает небольшую государственную поддержку, но в основном существует благодаря частным пожертвованиям и помощи церкви. Пьеро Луккини – крутой парень, ему достает и храбрости, и упрямства – ровно тех качеств, которыми славятся уроженцы Бергамо. Немудрено, что среди 1 089 краснорубашечников, пошедших за Гарибальди, было 160 бергамцев: горячие головы, преимущественно заводские рабочие, пекари и сапожники, но еще и один адвокат и один цирюльник. Пьеро как‑то сказал мне: “Все знают, что в «Джермольо» живут психи, но мало кто знает, что главный псих тут – я”. Да уж, вряд ли можно назвать здравомыслящим человека, который поведет конную группу пациентов в Мантую, следуя по старому пути погонщиков мулов. Или усадит своих подопечных на велосипеды и отправится с ними в Рим; путешествие, полное приключений, продлится неделю и завершится встречей с папой.
Несколькими месяцами ранее Пьеро с группой врачей и пациентов побывал на экскурсии в ЦЕРН, и я пообещал ему навестить коммуну. Это была особенная экскурсия; широко распахнутые от удивления глаза при виде CMS и приглашение, полученное мною, когда мы прощались: “Было бы здорово продолжить наш разговор в «Джермольо»!” Я долго потом вспоминал Пьеро и вот наконец решил приехать к нему. Мне бывает хорошо с теми, кому приходится ежедневно вести собственную битву.
После посещения фермы состоялась встреча с пациентами и врачами. На меня обрушился вихрь вопросов о бозоне Хиггса, о происхождении Вселенной и о ее будущем. Мы сидели кружком в большом помещении. На измученных болезнью лицах читались любопытство и признательность. Когда мы все стали фотографироваться (я – как гость – в центре), я машинально положил руки на плечи юношам, что стояли по бокам от меня. И ладонями ощутил, как они задрожали от волнения. А под конец один из пациентов, не задававший никаких вопросов, но внимательно следивший за дискуссией, подошел ко мне и спросил тихо, чтобы больше никому не было слышно: “Вы, ученые, видите вокруг темную материю, которую никто, кроме вас, не видит, и все вам верят. А мне иногда случается поговорить с Девой Марией. Почему же мне никто не верит?”
А это точно бозон Хиггса?
Открытие новой элементарной частицы вызвало резонанс планетарного масштаба. Не было газеты, которая не написала бы об этом, а статьи, опубликованные командами ATLAS и CMS, немедленно набирали сотни цитирований. Но ЦЕРН, не вовлекаясь во всю эту суету, продолжал свою работу по уточнению и проверкам. Новый бозон найден, однако уверены ли мы, что это тот самый бозон?
Официальное объявление было сделано в самых сдержанных тонах: в нем говорилось о бозоне хиггсовского типа; то есть подразумевалось, что он очень похож на бозон Хиггса. Эта сдержанность была более чем оправданна. Напоминаю: у бозона Хиггса, как и у всякого другого бозона, целый спин. Но у этой столь разыскиваемой частицы спин должен быть равен нулю – это одна из принципиальных ее характеристик, выражаемых словом скалярная. Наши данные, собранные к июлю 2012 года, не позволяли определить спин частицы, и поэтому нам приходилось соблюдать осторожность. Если выяснится, что спин у нашей частицы 1 или даже 2, то нам придется иметь дело с каким‑то самозванцем, который, хотя и похож на бозон Хиггса, все же им не является. А до тех пор, пока спин не известен, мы не можем сказать ничего определенного.
Вдобавок была еще проблема потенциальных аномалий. Открытие осуществилось преимущественно при использовании бозонных каналов распада; ни ATLAS, ни CMS не показали каких‑либо убедительных признаков распада новой частицы на b-кварки или на тау-лептоны. И предстояло разобраться: мы не видели этих распадов, потому что так и не достигли нужной чувствительности, или же механизм образования массы у фермионов отличается от описанного Браутом, Англером и Хиггсом? Если верно второе, то нам придется принять во внимание гипотезу, что открытая частица отлична от бозона Хиггса, предсказываемого Стандартной моделью.
Наконец, многие эксперты обратили внимание на то, что оба эксперимента в канале распада на два фотона зарегистрировали значительно больше (примерно на 50 %) событий, чем предсказывает теория. Разумеется, аномалия такого рода может объясняться статистической случайностью, которая должна исчезнуть по мере накопления новых данных. Но этот тип реакций всегда был под особым наблюдением, потому что они очень чувствительны к присутствию Новой физики. Если тут задействованы какие‑то более массивные частицы, пока еще не открытые, их присутствие может обнаруживать себя косвенным образом, например, изменяя вероятность этого процесса.
Все это занимало очень многих, но с особенным трепетом следили за происходящим два пожилых господина – Питер Хиггс и Франсуа Англер. Оба прекрасно знали, что звонок из Стокгольма, которого они ждали так много лет, раздастся лишь после того, как ATLAS и CMS выскажутся совершенно определенно и вместо слов “хиггсовского типа”, использовавшихся в статьях и официальных сообщениях, появится единственное слово: “Хиггса”. То, к чему они интуитивно пришли в 64‑м, признают верным лишь в том случае, если частица, открытая в 2012‑м, будет обладать всеми теми характеристиками, которые предсказывала для бозона Хиггса Стандартная модель.
На протяжении всего года LHC продолжал сталкивать протоны с большой производительностью, и вскоре мы с запасом прошли рубеж в 20 fb-1. Теперь у нас было достаточно данных, чтобы приняться за проверки всех этих аномалий. Обладая данными, вчетверо превосходящими по объему данные на предыдущем цикле, мы получили сигнал значительно более сильный и значительно более ясный. Да и в каналах, где на момент открытия у нас было лишь по горстке событий, их в итоге накопилось достаточно, чтобы провести более подробные исследования и поискать возможные аномалии.
Прежде всего следовало сосредоточиться на измерении спина. Механизм тут прост и не раз использовался в прошлом. Для измерения этой характеристики у неустойчивой частицы, вроде бозона Хиггса, измеряется угловое распределение продуктов ее распада. Вид кривых, описывающих пространственное распределение электронов, мюонов и других частиц-осколков после распада материнской частицы, говорит о многом. Эти кривые будут принципиально различаться в зависимости от того, был ли у распавшейся материнской частицы спин 0, 1 или 2. И что же выяснилось? Из всех гипотез та, что новая частица была скалярной в соответствии с предсказанием теории Браута, Хиггса и Англера, значительно обгоняла в правдоподобии любую другую.
Затем начались измерения в каналах распада бозона на b-кварки и тау-лептоны. Пришлось использовать все собранные данные и значительно увеличить чувствительность их анализа, чтобы увидеть в этих столь важных каналах первые слабые признаки. Бозон Хиггса должен сцепляться с b-кварками и с тау-лептонами для придания им массы и потому с неизбежностью обязан распадаться на эти легкие частицы[46]. Не будь этого, под всю теорию оказалась бы заложена страшная бомба: пришлось бы допустить существование какой‑то другой частицы, отличной от бозона Хиггса, которая отвечала бы за появление массы у легких элементарных частиц. Для Стандартной модели в том виде, как она существовала, это означало бы полный крах.
Но в итоге зародившиеся было сомнения рассеялись. С появлением полной статистики и ATLAS, и CMS показали очевидные сигналы, что никаких аномалий в сцеплении бозона Хиггса с b-кварками и тау-лептонами нет. На графиках, обобщающих полученные результаты, появилась та самая впечатляющая пропорциональность констант связи массе, которую предсказывала теория 64‑го года.