Альфред Нобель пришел в восторг от атомов, но успел умереть до рождения физики элементарных частиц. Он не дожил до революционной квантовой физики, Альберта Эйнштейна и теории относительности. Притяжение между атомами Альфред Нобель объяснял «магической силой» метафизического характера, вероятно, потому что ни электроны, ни химические связи в годы его жизни еще не были известны. От описания молекулы ДНК 1953 года он, наверное, лишился бы дара речи, да и от расщепления атома тоже. А последнюю сенсацию в физике, удостоенную Нобелевской премии, открытие в 2012 году бозона Хиггса, он вообще вряд ли бы понял.
В конце XIX века передовые ученые считали, что почти познали и описали мир. Как же они ошибались!
Саре Страндберг 41 год, она исследователь в области физики элементарных частиц в Стокгольмском университете. Сара может похвастаться, что «почти получила одну шеститысячную Нобелевской премии». Дело в том, что она стала одним из исследователей лаборатории ЦЕРН[51] в Швейцарии, где занимались поисками бозона Хиггса. Мы встречаемся в Стокгольме майским днем 2019 года, в круглой башне физического факультета Стокгольмского университета, на крыше которой пристроился оптический телескоп. На доске объявлений висит знаменитое изображение черной дыры в космосе, только что потрясшее мир.
«Думаю, Альфреда Нобеля поразило бы все то, что произошло с тех пор, как он жил», – говорит Сара Страндберг, пока мы поднимаемся по лестнице в ее кабинет.
Я попросила Сару как можно проще изложить мне историю физики элементарных частиц с конца XIX века до открытия бозона Хиггса в ЦЕРН, удостоенного Нобелевской премии. Такая задача далеко не всякому по плечу. Сара начинает с грустной истины: Альфред Нобель умер за год до того, как началось самое интересное. Он так и не узнал, что можно проникнуть внутрь «неделимого» атома и найти там еще более мелкие частицы. Не дожил он и до сенсационного открытия электрона в 1897 году, не увидел, как десятью годами позднее обнаружили ядро атома.
В начале 1930-х годов наука совершила еще один рывок, когда физики выяснили: атомное ядро тоже не предел. Внутри оказались еще более мелкие частицы – протоны и нейтроны.
«Если бы мы могли совершить путешествие во времени и вернуться в тридцатые годы, думаю, они сказали бы, что разгадали все загадки. Они создали идеальную модель. Атомы состоят из электронов, протонов и нейтронов. Точка», – говорит Сара.
Как же они ошибались! Несколько лет спустя все снова перевернулось. Другие физики, изучая космические излучения, открыли мюон. «Кто это заказал?» – выпалил будущий нобелевский лауреат Айзек Раби.
«Мюон совсем не вписывался в общую схему. Эта частица вызвала шок. С нее началось совершенно новое направление в физике элементарных частиц», – рассказывает Сара Страндберг.
С открытием мюона физики осознали, что существуют другие элементарные частицы, помимо тех, из которых состоят атомы и обычная материя. Многие из этих частиц существуют столь краткий период, могут распадаться за миллионную долю секунды, что ученым пришлось пойти иным путем: создавать их, чтобы изучить. В 1950–1960-х годах физики строили огромные ускорители заряженных частиц. Там различные частицы сталкивали друг с другом, чтобы создавать и таким образом идентифицировать новые частицы, доселе неизвестные миру.
«Их обнаружили огромное количество, как говорится, целый зоопарк частиц. Вдруг оказалось, что все так сложно – это большой стресс для физика, который хочет сделать мир проще и понятнее», – смеется Сара.
Потом, когда физики научились объяснять свойства частиц как различные комбинации небольшого количества составляющих, все же удалось навести порядок. Этим почти неизмеримым микроскопическим частицам дали название «кварк» – по выражению из романа Джеймса Джойса «Поминки по Финнегану». Кварки такие маленькие, что до сих пор технически невозможно узнать, состоят ли они, в свою очередь, из еще более мелких частиц.
