Принцип эксперимента. 12 главных открытий физики элементарных частиц - Сьюзи Шихи

чувства изолированности. Я научилась просить то, что мне было нужно, что придало мне смелости приходить прямо в офис лидеров в моей области и просить их поддержать мои исследования – однажды я даже попросила открыть для себя вакансию. Это окупилось. Я решила работать над тем, что мне нравилось: например, над вовлечением общественности и улучшением исследовательской культуры, наряду с моими исследованиями, даже если это означало противодействие системе, которая говорила, что я не должна «тратить на это время». Я не взяла на себя миссию единолично «изменить физику» – это было бы глупой затеей, но я работала над созданием среды, в которой чувствовала себя продуктивной, желанной и довольной. И я знала, что, если у меня ничего не получится, я с радостью уйду.

В конце концов я осталась. Вместе со своими коллегами я с нуля построила новую лабораторию для небольшого эксперимента, в котором для имитации ускорителей частиц используется ионная ловушка. Я пыталась понять, как будут вести себя пучки частиц в будущих коллайдерах. Я взяла на работу своего первого аспиранта, и мы ввели оборудование в эксплуатацию. Я никогда раньше не строила оборудование для эксперимента с нуля, и это оказался невероятный опыт. Я не могла поверить, сколько всего может пойти не так и сколько времени уйдет на реализацию некоторых деталей. Однажды утром, через два года после того, как я решила остаться, мы решали некоторые проблемы с электронным шумом и заземлением – и впервые увидели небольшую вспышку на экране осциллографа. Мы ловили и извлекали ионы: наша первая важная веха. В конце дня я получила разрешение открыть шампанское в лаборатории, и мы пили его из пластиковых стаканчиков. Это было не совсем достижение уровня бозона Хиггса, но я все еще с трудом могла поверить в случившееся. Наш эксперимент удался.

Оглядываясь на это время, я больше всего поражаюсь тому, насколько мне повезло с замечательными людьми, которые меня окружают, и не только в трудное время в моей карьере, но и на протяжении всего пути: от моих первых учителей и наставников до непоколебимой поддержки моего научного руководителя, коллег и людей, которые, как я позже узнала, отстаивали меня даже без моего ведома. Я поняла, что физика – это гораздо больше, чем поиск того, как устроена Вселенная и все, что в ней есть. Это просто вопрос, вокруг которого мы объединяемся. Физика – это о людях. Звучит очевидно, когда я так говорю, не так ли?

Нигде это не проявляется так явно, как в невероятной истории БАКа, в которой более 10 тысяч ученых научились работать вместе для достижения общей цели, основанной на чистом любопытстве. Один только этот подвиг более чем стоит вложений. Но, конечно, эта история не заканчивается бозоном Хиггса. Физики БАКа по-прежнему усердно работают каждый день – как и все мы, – потому что с новыми данными, новыми идеями и новыми экспериментами, большими или малыми, мы можем задавать новые вопросы, становясь немного ближе к ответам и продолжая добиваться прогресса в нашем стремлении понять все.

БАК дал много интересных, заставляющих задуматься результатов, хотя и не таких значительных, как обнаружение бозона Хиггса. Новые результаты появляются каждый день: за последние 10 лет БАК обнаружил более 5 млн новых адронов – частиц, состоящих из кварков, – которые подкрепляют наши знания о сильном взаимодействии. Некоторые из них были даже предсказаны в теориях Гелл-Манна, но до недавнего времени были недостижимы. Физики БАКа также обнаружили много частиц, состоящих из четырех кварков (тетракварки) или пяти кварков (пентакварки), и все еще выясняют детали того, как они работают. Природа продолжает в изобилии предоставлять новые частицы, но все они описаны в Стандартной модели физики элементарных частиц.

Хотя у этих новых частиц есть особенности, которые помогают усовершенствовать Стандартную модель, большие надежды на новые экзотические частицы в диапазоне энергий БАКа до сих пор не оправдались. В чем-то это хорошо: мы исключаем теории со скоростью, возможно, невиданной ранее в истории физики. Это открывает потенциал для новых творческих идей и дает новые направления деятельности. Когда я спрашиваю своих коллег по экспериментальной физике элементарных частиц, разочарованы ли они этим – потому что многие так надеялись найти новые экзотические частицы, которые, по прогнозам теоретиков, лежат за пределами Стандартной модели, – большинство из них на удивление оптимистичны. В конце концов, они ищут то, что реально, независимо от их излюбленных теорий. Их тяжелая работа сейчас заключается в том, чтобы просеять огромное количество данных, полученных на БАКе, и увидеть, какие еще секреты хранит природа.

Однако не думайте, что мы просто углубляемся в детали и что путешествие физики почти подошло к концу и все важные явления уже открыты. Несомненно, до этого еще далеко. Еще раз – мы должны обратить внимание на пробелы в наших знаниях. Несмотря на невероятный успех Стандартной модели, наши уравнения не могут согласовать гравитацию со всеми другими силами. Мы не знаем, существует ли одна Вселенная или мы живем в так называемой мультивселенной. Известно, что нейтрино имеют массу и могут менять форму, но никто не знает, почему[286]. Мы не знаем, почему нас окружает вещество, а не антивещество. Мы не знаем природы темной материи, которая пронизывает нашу Вселенную. Во многих отношениях бозон Хиггса – это только начало.

Глава 13

Будущие эксперименты

Каждый год около 1500 физиков и инженеров собираются на Международной конференции по ускорителям частиц, чтобы поделиться своей работой. Их проекты варьируют от коллайдеров длиной 100 км до мельчайших промышленных ускорителей. Каждый год выбирается новое место проведения конференции: Азия, Северная и Южная Америка или Европа, – но в мае 2019 года она впервые была проведена в Мельбурне, Австралия. Я имела честь представить вступительный доклад на пленарном заседании.

Перед конференцией я долго не могла придумать, что сказать. Дело было не в размере аудитории: я выступала и перед большими группами и знала, как справиться с нервами. Скорее, меня пугал внушающий опыт аудитории. Это был, безусловно, самый важный доклад, с которым меня когда-либо просили выступить в моей собственной области. Я могла бы последовать примеру того, как выступали другие, и представить экспертный обзор состояния нашей области с большим количеством технических подробностей об ускорителях частиц. И все же каким-то образом, когда я села писать речь, получилось нечто совершенно иное.

Сначала я начала писать просто для того, чтобы выбросить мысли из головы. Я писала не о физике как таковой, а о более человеческих аспектах нашей области: о совместной работе, о том, как