Бозон Хиггса

Инфляционная модель кое в чем изменилась, в основном благодаря дальнейшему исследованию свойств полей Хиггса, которые нарушили симметрию в конце эпохи Великого объединения. Первые теории предсказывали слишком большую однородность, то есть довольно плоскую Вселенную без структуры – ни звезд, ни планет, ни галактик. Космологи начали понимать, что зачатки современной наблюдаемой структуры должны были заложить квантовые флуктуации ранней Вселенной, усиленные инфляцией. Но свойства полей Хиггса, которые требовались для этого, были несовместимы с полями Хиггса в теории Глэшоу – Джорджи.

Так или иначе, результаты экспериментов в начале 1980-х годов подтверждали, что протон более стабилен, чем подразумевала теория Джорджи и Глэшоу[128]. Космологов уже не сдерживали теории физики элементарных частиц, и они свободно занялись подгонкой наблюдаемой Вселенной при помощи дальнейшей настройки хиггсовских полей, которые в совокупности стали называться инфляционным полем, чтобы подчеркнуть его значение. Их предсказания эффектно подтвердились в апреле 1992 года благодаря спутнику Cosmic Background Explorer (COBE), зарегистрировавшему мельчайшие изменения температуры фонового космического излучения – холодные остатки горячего излучения, отделившегося от материи примерно через 400 тысяч лет после Большого взрыва[129].

Браут и Энглер, Хиггс, Гуральник, Хейген и Киббл изобрели поле Хиггса, чтобы объяснить нарушение симметрии в теории поля Янга – Миллса. Вайнберг и Салам показали, что этот же фокус можно применить к нарушению электрослабой симметрии, и с его помощью были верно предсказаны массы W– и Z-частиц. Тот же фокус позднее использовали, чтобы объяснить нарушения симметрии электроядерного взаимодействия. Он имел несколько удивительных последствий, которые привели к открытию инфляционной космологической модели и точному предсказанию крупномасштабной структуры Вселенной.

Полностью теоретические понятия хиггсовского поля и ложного вакуума стали ключевыми как в Стандартной модели физики элементарных частиц, так и в той модели, которая потом оформится как Стандартная космологическая модель Большого взрыва. Существуют ли эти хиггсовские поля на самом деле? Выяснить это можно было только одним способом.

Бозоны Хиггса великих объединяющих хиггсовских полей обладают огромной массой и просто недоступны для земных коллайдеров. Однако, хотя массу первоначального бозона Хиггса электрослабого поля Хиггса оказалось трудно предсказать с какой-либо точностью, в середине 1980-х считалось, что коллайдеры следующего поколения будут на это вполне способны.

Американские физики никак не могли оправиться от того, что их европейские соперники первыми открыли частицы W и Z. Июньская передовица New York Times гласила «Европа: 3, США: даже не Z⁰» и заявляла, что европейские физики ушли вперед в гонке за новыми фундаментальными элементами природы[130]. Физикам США нужен был реванш. Они твердо решили, что бозон Хиггса будет открыт в Америке.

3 июля 1983 года в Фермилабе заработал ускоритель Тэватрон. Его 6-километровое кольцо достигло расчетной энергии 512 ГэВ всего через 12 часов. Тэватрон обещал энергию столкновений протонов с антипротонами 1 ТэВ. Он обошелся в 120 миллионов долларов. ISABELLE, новый 400-гигаэлектровольтный протон-протонный коллайдер, строившийся в Брукхейвене, считался уже совсем устаревшим. В июле Консультативный комитет по физике высоких энергий Департамента энергетики США закрыл Брукхейвенский проект.

В ЦЕРНе должно было начаться строительство Большого электронно-позитронного коллайдера, который займет 27-километровое кольцо почти в 200 метрах ниже уровня земли под франко-швейцарской границей, которую кольцо пересекало в четырех местах. БЭП должен был стать самым крупным объектом гражданского строительства в Европе. Однако БЭП предназначался для обнаружения частиц W и Z, чтобы лучше разобраться в их природе, а также поиска до сих пор не найденного истинного кварка. Он не собирался охотиться за бозоном Хиггса.

Тэватрон, пожалуй, обладал возможностями, чтобы заметить бозон Хиггса, но никто не мог дать гарантий. Пришло время мыслить широко. Ледерман уже раньше предлагал совершить гигантский скачок вперед – построить супермассивный протон-протонный коллайдер с использованием сверхпроводящих магнитов, способный достигать энергии столкновения до 40 ТэВ. Он назвал его Дезертроном[131], потому что его предполагалось построить среди широкой пустынной равнины и потому что он единственный мог пересечь «энергетическую пустыню» – энергетическую пропасть, которая, как предсказывали теории Великого объединения, будет лишена интересной новой физики. Дезертрон превратился в Очень большой ускоритель (Very Big Accelerator, VBA). Закрыв проект ISABELLE, Консультативный комитет по физике высоких энергий настаивал на приоритетном строительстве VBA, который вскоре переименовали в Сверхпроводящий суперколлайдер (ССК).