Книга Частица на краю Вселенной. Как охота на бозон Хиггса ведет нас к границам нового мира - Шон Кэрролл
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
На протяжении всего процесса в рабочую группу, курирующую данный эксперимент, предоставляются регулярные обновления как в виде письменной документации, так и посредством презентаций видеоконференций.
И вот наконец получен результат. Следующая задача – убедить остальную часть коллаборации в его правильности, при том, что ничто так не радует толпу злобствующих физиков, как ошибка, найденная в чужом анализе. Каждый проект должен сначала получить «предварительное одобрение» рабочей группы, а уже после этого – всей коллаборации как целого. Существует комитет, единственной задачей которого является проверка правильности статистических расчетов. Конечная цель – публикация статьи в рецензируемом журнале, но прежде чем ее «благословит» издательский комитет, уже написанная статья должна быть прочитана всей коллаборацией. Только после этого она уходит в журнал.
Человек, не связанный с наукой, полагает, что автор статьи – тот, кто ее написал. Конечно, это так, но в список авторов включен еще и каждый, кто внес важный вклад в работу, описанную в статье. В физике экспериментальной частиц по традиции автором статьи, представленной коллаборацией, становится каждый ее член. Вы правильно поняли: любая статья, исходящая из коллабораций CMS или ATLAS, имеет более 3000 авторов. Более того, авторы перечислены в алфавитном порядке, так что постороннему человеку совершенно невозможно определить, кто делал анализ, а кто писал текст статьи. Это небесспорный принцип, но он способствует укреплению отношений в коллективе и повышает ответственность каждого за все опубликованные результаты.
Как правило, результаты анализа обнародываются только после того, как статья готова, и участвовавшим в эксперименте физикам разрешается обсуждать эти вопросы. Поиск бозона Хиггса – это, конечно, особый случай. Все знали много лет, что он – одна из основных целей для обеих коллабораций, и большая часть предварительной работы была выполнена заблаговременно, что позволило максимально быстро перейти от получения данных к объявлению об открытии. Тем не менее делалось все возможное, чтобы сохранить результаты в тайне, пока коллаборации не подтвердили, что данные проанализированы правильно.
Я спросил одного физика, были ли результаты, полученные на ATLAS, известны в CMS, и наоборот. «Ты шутишь, – ответил он со смехом – половина ATLAS спит с половиной CMS. Конечно, они знали!» Несмотря на сверхчеловеческую преданность своему делу, физики остаются людьми.
Кроме декабрьских семинаров с докладами Фабиолы Джанотти и Гвидо Тонелли о новостях в поисках хиггсовского бозона в ЦЕРНе в 2011 году состоялся еще один семинар, привлекший к себе внимание общественности. В сентябре того же года итальянский физик Дарио Аутьеро объявил результат, который в конечном счете обернулся позором, а не великим открытием. Речь шла о нейтрино, которые, как показалось экспериментаторам, движутся быстрее света. Измерения проводились коллаборацией OPERA, которая изучает нейтрино, рожденные в ВАКе и проделавшие под землей путь в 730 км до детектора, расположенного в Италии. Поскольку нейтрино очень слабо взаимодействуют с веществом, они могут пройти сквозь многие километры твердых пород с мизерными потерями, что делает эту систему организации эксперимента очень эффективной для изучения их свойств.
Проблема была очевидна: результат итальянских физиков противоречил одному из основополагающих принципов современной физики: ничто не может двигаться быстрее света. Эйнштейн первым сформулировал этот принцип в 1905 году, после чего он был с большой точностью подтвержден бесчисленными экспериментами. Его опровержение стало бы самым важным открытием в физике со времен квантовой механики. Нам не потребовалось бы переписывать физику с чистого листа, но совершенно очевидно – появились бы другие законы природы. Одним из самых невероятных следствий способности двигаться быстрее света стала бы возможность путешествовать назад во времени.
Большинство физиков немедленно преисполнились скепсиса по поводу работ команды Аутьеро. На сайте Cosmic Variance я написал: «Вы должны знать об этом две вещи:
1. Это чрезвычайно интересно, если результат правильный.
2. Он, скорее всего, не правильный». Даже сами члены коллаборации OPERA, казалось, сомневались в своих результатах и просили физическое сообщество помочь им понять, где здесь может скрываться ошибка. Конечно, даже самая признанная теория должна отступить перед безупречными экспериментальными результатами. Вопрос лишь в том, насколько они безупречны.
Полученный в эксперименте OPERA результат имел чрезвычайно высокую статистическую значимость. Расхождение между теорией и экспериментальными данными составляло больше 6σ – больше чем достаточно, чтобы объявить об открытии. Тем не менее нашлись скептики. И скептики оказались правы. В марте 2012 года был проведен повторный эксперимент, названный ICARUS, в котором попытались повторить результаты эксперимента OPERA, и он закончился совсем другим результатом, а именно подтверждением того, что скорость нейтрино не превышает скорости света.
Был ли это один из тех случаев, когда нам просто ужасно (не) повезло с аномальными выборками маловероятных событий, устроившими заговор с целью сбить нас с пути? Вовсе нет. Коллаборация OPERA в конце концов нашла источник ошибки в своем первоначальном эксперименте: им оказался плохой контакт кабеля, связывающего эталонные часы с приемником GPS. Неисправность кабеля привела к задержке отсчетов времени на детекторе, и этого оказалось более чем достаточно для объяснения найденной аномалии. Как только дефект был устранен, эффект исчез.
Основная мораль этой истории состоит в том, что нужные сигма – не панацея. Статистика может помочь решить, какова вероятность того, что ваши данные согласуются с нулевой гипотезой, но главное – чтобы они были надежными. Ученые говорят о «статистических ошибках» (из-за того, что нет достаточного количества данных или в измерениях присутствует неустранимая, но случайная неопределенность), а также о «систематических ошибках» (из-за какого-то неизвестного эффекта, который сдвигает данные равномерно в некотором направлении). Статистически значимый результат не всегда правильный. Физики, занятые поисками бозона Хиггса на БАКе, к этому уроку отнеслись очень серьезно.
И еще один спорный вопрос: были ли физики коллаборации OPERA правы, когда рассказали о своих результатах всем и даже созвали пресс-конференцию в ЦЕРНе по этому поводу? Уже когда они первый раз объявили результаты, аргументы в пользу широкого обсуждения и против огласки посыпались с разных сторон. С одной стороны, лидеры OPERA, прекрасно понимая, что их результат странный, решили, что лучше рассказать о нем научной общественности, чтобы другие ученые помогли понять, в чем ошибка. С другой стороны, многие люди считали, что из-за этой истории пострадал имидж науки. Однако в эпоху глобализации, когда новости распространяются очень быстро, интересные научные результаты, полученные большими коллективами людей, утаить просто невозможно.
Еще в 2009 году Томмазо Дориго – физик из коллаборации CMS, блогер A Quantum Diaries Survivor (на сайте science20.com) – в своем докладе на Всемирной конференции научных журналистов сделал забавное предсказание. Он сказал, что мир впервые узнает об окончательном открытии бозона Хиггса из анонимного комментария в Интернете. Сейчас мы знаем, что он почти угадал, хотя и не совсем.
