ПЯТАЯ СИЛА

Автор: Роберт Гаст (Шпектрум)

Это невообразимо маленький объект — крошечная точка в микромире, как и все другие элементарные частицы. Но призрак, именуемый X17, должен быть в то же время чрезвычайно разборчивым, чрезвычайно застенчивым и удивительно мощным: когда он появляется, он потрясает мир атомных ядер как переносчик пятой, доселе неведанной, силы.

Но существуют ли пятая сила и X17 на самом деле? Один из тех, кто пытается это узнать, сидит передо мной в одном из ведущих физических институтов Венгрии в городе Дебрецен. 66-летний Аттила Краснахоркаи — человек ненавязчивый, застенчивый, скромный и вежливый, больше похожий на библиотекаря, чем на охотника за призраками. Вздохнув, он тихо отвечает: «Мы должны быть очень осторожны».

Для венгерского физика поиск X17 начался 20 лет назад, когда он получил звонок от голландского коллеги Фокке де Бур. Тот с энтузиазмом рассказал Краснахоркаи о новой частице. Будучи в начале скептичен, Краснохоркаи попросил, чтобы ему присылали документы, и тщательно их изучил. После этого он согласился. «Тогда я думал, что дело закончится через неделю».

Сегодня поиск всё ещё идёт, и Краснахоркаи стал своего рода вожаком охоты. На рабочем столе у него в кабинете в научно-исследовательском институте «Атомки» лежат аккуратно скреплённые научные статьи, в то время как лучи полуденного солнца падают сквозь жалюзи. Пальцем Краснохоркаи указывает на небольшой выступ, высотой не больше трех сантиметров, на экспериментальной кривой. Это и есть след X17, полагают Краснахоркаи и его команда. «Это крошечное отклонение».

---

Новые элементарные частицы редко открываются в физике, и когда это происходит, событие непременно регистрируется в учебниках истории. Так было в 2012 году, когда учёные в научном центре ЦЕРН в Женеве выловили легендарную частицу Хиггса. Для этого потребовались 27-километровая пушка атомных ядер (знаменитый Большой адронный коллайдер) и два колоссальных высокотехнологичных детектора, каждый весом в бесчисленные тонны. Тысячи учёных десятилетиями занимались планированием, сбором и оценкой данных.

В Дебрецене всё на несколько размеров меньше. Группа Аттилы Краснахоркаи состоит из десятка человек, среди которых и его сын, также физик. Время от времени талантливые старшеклассники приходят им на помощь. Ускоритель частиц для поиска X17 легко помещается в здании размером со школьный спортзал. А детектор, который играет столь важную роль в поиске, на первый взгляд напоминает колесо фортуны, к которому кто-то подсоединил слишком много кабелей.

С тех пор как в январе 2016 года венгерская группа опубликовала результаты измерений с выступом [1], наблюдатели во всём мире недоумевают: добились ли здесь люди, посторонние по отношению к физике элементарных частиц, исторического прорыва в этой области? Или венгерский эксперимент ошибочен, и X17 — фантазия?

Кто ищет ответы на эти вопросы, тот столкнётся с историей, уходящей корнями в прошлое на десятилетия. Это история об электронах и их запутывающих античастицах — позитронах, о физиках из Дармштадта и Франкфурта, об Аттиле Краснахоркаи и его голландском коллеге Фокке де Бур. Но прежде всего, это история о вихре великого открытия, о границе между желанным и реальностью, и о том, когда эта граница была пересечена.

---

I. СЛЕДЫ ВЕДУЩИЕ В ДРУГОЙ МИР

Наша история начинается там, где человеческое воображение наталкивается на предел: в мире атомных ядер и действующих там сил. Этот мир абстрактный, на первый взгляд доступный только экспертам, но крайне важный для формирования взгляда человека на Вселенную.

В этом мире физики видят работу двух основных кланов элементарных частиц. С одной стороны, есть строительные блоки, из которых сделана окружающая нас материя. Сюда входят кварки, которые болтаются внутри атомных ядер, и — намного дальше от ядра — электроны.

Но если бы были только кварки и электроны, Вселенная была бы статичной, как мир мириад крошечных кубиков ЛЕГО, в котором ничего не движется. А как же электрон может заметить, что рядом с ним находится другая частица?

Здесь появляется другой клан — частицы-переносчики или «бозоны». С точки зрения современной физики, эти бозоны передают силы между частицами. Когда два электрона встречаются, они молниеносно обмениваются бозоном.

В настоящее время науке известно четыре фундаментальных силы, каждая из которых передаётся одной или несколькими частицами-переносчиками: фотоны передают электромагнетизм, а гравитоны (предположительно) гравитацию. Глюоны, в свою очередь, являются крестными отцами «сильного» ядерного взаимодействия между кварками, которое скрепляет атомные ядра. Наконец, бозоны W и Z меняют личность атомных ядер — это и есть «слабое» ядерное взаимодействие.

С помощью этого набора частиц и сил физики умеют объяснить почти все явления, происходящие на Земле. Они могут объяснить, почему некоторые атомные ядра распадаются, и также почему светит Солнце. Но этот план микромира, по всей видимости, не полный: когда астрономы смотрят далеко в космос, в пространство между галактиками, они видят следы мира, который, по-видимому, состоит из других частиц и в котором, возможно, действуют другие силы. Учёные говорят о тёмной материи — не имея, однако, ни малейшего представления, что за ней скрывается.

Некоторые учёные думают, что X17 может быть предвкушением этого невидимого мира. На Земле новая частица-переносчик, похоже, каким-то ещё неизвестным образом ведёт тайную жизнь в непосредственной близости от атомных ядер. Но в космических просторах этот призрак может играть бо́льшую роль. Он может метаться взад-вперёд между частицами тёмной материи — если он действительно существует.

---

Одна из особенностей физики заключается в том, что её самые захватывающие вопросы исследуются в самых неприметных местах. Проезжая мимо ворот Института «Атомки» в Дебрецене, человек может подумать, что он попадает на территорию какой-то фирмы-производителя отопительных труб или краскопультов. Стоят, раскинутые вокруг автостоянки, пара выкрашенных в белый цвет коробочных зданий, а рядом — пара елей.

Аттила Краснахоркаи вышел меня встречать. Мужчина высокого роста с тяжёлой походкой, он был одетый в вельветовую куртку и синий шерстяной свитер. Лицо его краснело от спешки. Целенаправленно он повёл меня к одному из зданий. После пыльной мастерской, пахнувшей обугленной резиной, мы вошли в зал, где идёт поиск X17.

Здесь трубы, фланцы и вакуумные насосы блестят под искусственным светом галогенных ламп. В 2015 году институт «Атомки» ввёл в эксплуатацию новый ускоритель элементарных частиц благодаря финансированию со стороны ЕС, Венгерской академии наук и местной атомной электростанции.

Пройдя 20 метров вдоль вакуумной трубки, мимо магнитов, держащих ускоренные атомные ядра на их пути, Краснахоркаи зашёл в дальний угол зала. Там лежал измерительный прибор охотников за X17: шесть длинных спиц из чёрной пластмассы, покрытых серой липкой лентой, к которым подключается бесчисленное количество проводов. «Так как наши измерения довольно сильно критиковали, мы недавно заменили все детали на новые», — сказал Краснахоркаи.

---

В соседнем же здании, наоборот, прошлое хорошо сохранилось. Путь к кабинету Краснахоркаи — 2-й этаж, комната 201 — проходит через качающийся лифт и коридор, покрытый желтовато-оранжевым линолеумом. На одной из стен коридора висит доска со старыми фотографиями: то визит бывшего президента дармштадтского Института тяжёлых ионов (GSI), то сцены с давней конференции, где физики поднимают тост над белой скатертью или сидят в седле на каком-то ранчо.

И вот мужчина, полулысый, со светлыми волосами и в белых брюках, дружелюбно смотрит в камеру. На нескольких фото он находится в центре толпы. Краснахоркаи остановился рядом с одной из фотографий и указал на прикреплённый рядом некролог. «Фокке де Бур умер в 2010 году. Мы продолжаем в память о нём.»

Голландец, который в 2000 году убедил Краснахоркаи начать поиск фантомной частицы, являлся в каком-то смысле ключевой фигурой проекта. Из-за де Бура эксперимент в Дебрецене затрагивает не только вопрос, умеют ли венгры контролировать свое оборудование. Он касается также вопроса, удалось ли Краснахоркаи и его сотрудникам оторваться от идиосинкразического стиля своего коллеги из Амстердама.

---

II. АНОМАЛИИ БЕЗ ОБЪЯСНЕНИЯ

Фокке де Бур был одним из первых, кто заинтересовался новой частицей типа X17. Как никто другой, он пропагандировал необходимые лабораторные работы, вдохновлял коллег и десятилетиями защищал результаты измерений. Но со временем он настолько увлекался поиском, что он повсюду видел новые элементарные частицы — и в какой-то момент все, даже Аттила Краснахоркаи, перестали ему верить.

Для де Бура мечта о новой частице началась в середине 1980-х годов с экспериментальных данных, поступавших из Дармштадта [2]. Тогда физики стреляли атомные ядра друг в друга с помощью 120-метрового ускорителя под названием UNILAC.

В столкновениях кинетическая энергия преобразуется в массу в соответствии со знаменитой формулой Эйнштейна E = mc². Конкретно это означает, что атомные ядра взрываются, порождая целый ряд других частиц. Физики из Дармштадта использовали, среди прочего, два детектора под названием EPOS и ORANGE, чтобы разглядывать эти обломки. Они наталкнулись на загадочную аномалию: в столкновениях атомных ядер, при определённых энергиях ускорителя, появлялось удивительное количество позитронов.

В микромире положительно заряженные античастицы к электронам на самом деле не являются чем-то необычным. Когда природа желает избавиться от лишней энергии, она иногда создаёт электрон-позитронную пару. Однако некоторые физики считают, что некая, до сих пор неизвестная, элементарная частица, которая после короткого полёта распадается на электрон и позитрон, также может отвечать за избыток позитронов.

В настоящее время остаётся неясным, действительно ли, что такая новая частица скрывается за дармштадтской аномалией. Но в течение многих лет «EPOS peaks» были темой, волновавшей экспертов по всему миру. Некоторые учёные думали, что они были на пути к получению нобелевской премии. Мало кто подозревал, что всё закончится огромным разочарованием.

---

Де Бур, которому тогда было за 40, искал привлекающую внимание удачу. Когда-то считавшийся великим талантом в своем родном городе Амстердам, к концу 1980-х годов уже более десяти лет он переезжал из одного института в другой, от одного временного контракта к другому. В позитронной аномалии де Бур видел возможность сделать себе имя. Увлечённый, он воображал [3], какая частица могла скрываться за ней, и уверенно излагал свои мысли на конференциях.

«У Фокке всегда было много идей», — вспомнил его коллега и близкий друг Йохан ван Клинкен, когда я ему позвонил в Нидерланды. Ван Клинкен работал с де Буром 35 лет, сопровождая его на всех этапах его пути и поддерживая его до конца. Ван Клинкен сказал, что его друга побуждало особое чувство эстетики. Одним из кумиров де Бура был британский нобелевский лауреат Поль Дирак — гениальный одиночка, тот самый, кто предсказал существование позитронов в 1928 году. Дирак считал элегантные формулы более верными, чем громоздкие. Де Бур перенёс эту философию в тяжёлое ремесло ядерной физики. Но там, где иные видят только схему всевозможных распадов атомного ядра с беспорядком линий, чисел и стрелок, де Бур чувствовал красоту творения. «В этом отношении он был похож на художника», — сказал ван Клинкен.

На де Бура произвели впечатление не только данные из Дармштадта, но и результаты из Каира [4], о которых он узнал около 1984 года. Там позитроны от ядерных столкновений также не согласовывались с ожиданиями. И де Бур знал, что дальше делать.

---

Идея де Бура касается особенности атомного ядра. Подобно электронам, которые движутся по орбитам в оболочке, атомное ядро может занимать разные энергетические уровни. Однако оно по-другому справляется с избыточной энергией: оно бешенно раскачивается взад и вперёд с одной из нескольких чётко разграниченных частот.

Что это за частоты, можно выяснить только с помощью тонких технических измерений. Один метод представляет собой мягкий вариант столкновений на больших ускорителях. Физики бомбардируют неподвижную материю пучком протонов, приведённых в движение электрическим полем. Если частицы имеют в точности необходимое количество кинетической энергии, тараненные ядра не будут лопаться. Вместо этого они подхватывают по одному протону, немного подрастают и начинают ёрзать.

Когда пораженные ядра снова успокаиваются, каждое из них выбрасывает пакет радиации. Или, в более редких случаях, электрон-позитронную пару. Улавливая и анализируя эти выбросы, физики могут восстановить энергетические уровни атомных ядер.

На самом деле это не что иное, как повседневная ядерная физика, которая была реализована уже тысячи раз и исследована до мельчайших деталей. Но де Бур и некоторые другие тогда поняли, что с небольшим изменением эта технология подходит также для поиска новой элементарной частицы. Это потому, что новый бозон дал бы другой способ, которым атомные ядра могут отдавать энергию.

Новая частица не будет стабильной: после короткого полёта она должна распасться на электрон и позитрон. В одном, однако, эти частицы должны отличаться от тех, которые происходят от частицы излучения или выбрасываются непосредственно из ядра: они должны разлетаться под гораздо бо́льшим углом. Тщательно прослеживая, в каких направлениях возбуждённые атомные ядра выбрасывают электроны и позитроны, мы можем получить подсказки о новой частице.

---

III. КРИТИЧЕСКИЕ ФРАНКФУРТОВЦЫ И ЭЙФОРИЧЕСКИЙ ГОЛЛАНДЕЦ

Это была изобретательная идея и, на первый взгляд, не такая уж сложная в реализации. Детектор для измерения углов можно было собрать в мастерской любого научного института за небольшие деньги. Де Бур приступил к работе. То, чего ему не хватало, это подходящий ускоритель протонов, способный выбить новую частицу из атомных ядер. Поэтому в начале 1990-х он позвонил во Франкфурт-на-Майне, в Институт ядерной физики.

Во Франкфурте де Бур дозвонился до Курта Штибинга — серьёзного и добросовестного физика-экспериментатора. Несколькими годами ранее Штибинг участвовал в дармштадтских экспериментах, и пришло время ему начать свой собственный позитронный проект. Но когда де Бур прибыл во Франкфурт с устройством, которое сам спроектировал, Штибинг смог только покачать головой. Среди всего прочего, голландский физик неправильно рассчитал, как детектор будет реагировать на сигналы. Кроме того, шарнирная конструкция, предвиденная де Буром, также была слишком склонна к ошибкам. Штибинг и его аспирант Оливер Фрёлих приступили к постройке более совершенного устройства, которое состояло из восьми постоянно установленных детекторов частиц, указывающих во все направления как спицы колёса. С этой концепцией всё ещё будет работать Аттила Краснахоркаи в слегка изменённом виде 25 лет спустя.

Первые результаты во Франкфурте были получены в 1995 году: казалось, что электрон-позитронные пары действительно разлетались на большие углы немного чаще, чем ожидалось, что можно было интерпретировать как указание на появление нового бозона. По крайней мере так думал Фокке де Бур. Его немецкие коллеги скептически относились к трудно интерпретируемым данным. «Доктор де Бур не желает присоединиться к моему довольно скромному мнению о достигнутой экспериментальной точности», — писал Оливер Фрёлих в своей кандидатской диссертации, позднее ставшей стандартным руководством охотников за X17.

Если сегодня спросить у Курта Штибинга, то он выскажется ещё более чётко. «Я удивлён, что кто-то всё ещё работает с моей схемой детектора», — сказал он, намекая на эксперимент в Дебрецене. Уже тогда, во Франкфурте, было ясно, насколько тонкими были эксперименты с позитронами. «Нужно было обратить внимание на безумное количество источников ошибок». Результат всё равно останется неясным даже если продолжать собирать данные в течение многих лет.

В частности, проблема заключается в том, чтобы отличить редкий сигнал распада новой частицы от электрон-позитронных пар из других источников. Иногда такие пары также разлетаются под большим углом. Это то, чего хочет квантовая физика, в которой происходят время от времени даже самые невероятные события. Кроме этого имеется вездесущий шум микромира: частицы от других распадов, рикошеты от соседних столкновений, космические лучи — полный кошмар для любого физика-экспериментатора.

В конечном итоге голландско-немецкая группа сошлась на компромисс [5] между оптимизмом де Бура и скептицизмом немцев. После этого Фрёлих устроился на работу в частном секторе, а Штибинг взялся за другое направление исследования. «Мне не хотелось гнаться за чем-то, что нельзя было обнаружить с помощью имевшихся инструментов», — сказал он, оглядываясь назад. «В какой-то момент мне всё это надоело.»

---

1990-е годы принесли плохие новости охотникам за частицами и в другом отношении: исчезла дармштадтская позитронная аномалия. Экспериментаторы в США, как и их немецкие коллеги до них, взрывали атомные ядра, но не наблюдали избытка позитронов. По-видимому, в более ранних экспериментах недооценивали, насколько часто частицы образовывались нормальным путём.

Скоро после этого наступил исторический перелом: многие физики перешли на более крупные ускорители, где ядра разбиваются с такой силой, что становятся видимыми даже их мельчайшие компоненты. Физики-ядерщики стали физиками элементарных частиц. Эксперименты с целыми атомными ядрами и те, касавшиеся позитронов, вышли из моды — и с тех пор многие физики смотрят на них не без оговорок.

Но Фокке де Бур не пал духом. Вновь и вновь он публиковал статьи с изобретательными интерпретациями франкфуртских данных. «Что-то здесь есть, что-то здесь есть», — говорил он коллегам. Весной 2000 года, когда стало ясно, что эксперименты на Майне не будут продолжаться, он позвонил Аттиле Краснахоркаи, тогда находившемуся в командировке в Японии. В Дебрецене — родном городе венгра — был подходящий ускоритель.

В то время Краснахоркаи уже заработал репутацию способного экспериментатора в хорошо развитой области «гигантских резонансов» при столкновении ядер. Звонок от де Бура обещал небольшое научное приключение в экзотической тематике. Краснахоркаи согласился после некоторого времени. Вскоре Курт Штибинг привёз в Венгрию свой прибор для измерения углов. Итак, охота продолжалась — поначалу с многообещающими результатами.

---

IV. ДЕБРЕЦЕН

В Дебрецене Краснахоркаи и де Бур в начале работали с ядрами кислорода. Правильно возбуждённые, эти ядра, казалось, испускали какой-то бозон. Согласно измерениям, этот бозон должен был иметь массу в 9 мегаэлектронвольт (МэВ) [6], что примерно в 18 раз больше массы электрона. Ещё, при 12 МэВ [7] что-то показалось в экспериментах с бериллием. Масса бозона была больше значения 1,6 МэВ, которое де Бур предполагал в начале 1990-х годов, и немного меньше современного значения 17 МэВ.

У де Бура работа в Дебрецене требовала сверхчеловеческих усилий. Каждую неделю он туда ездил из Нидерландов, где жила его жена с дочерью. Иногда он и Йохан ван Клинкен преодолевали 1600 километров на машине. Де Бур в то время не имел постоянной работы: его судебный иск против своего института в Амстердаме был отвергнут.

Не смотря на всё это, голландский физик верил, что шёл в правильном направлении. Поразмыслив над результатами из Франкфурта и Дебрецена, он заключил, что их можно объяснить с помощью восьми новых бозонов [8]. И разразился острый спор. Так же, как Курт Штибинг до него, Аттила Краснахоркаи критически относился к интерпретации де Бура. С его точки зрения, данных не было достаточно даже на одну новую частицу, не говоря уже о восьми. После этого, отношения между Краснахоркаи и де Буром значительно охладились.

В конце концов врачи диагностировали у Фокке де Бура рак лёгких. «Йохан, люди мне не верят», — пожаловался он ван Клинкену за год до смерти. Де Бур умер в июле 2010 года. Его 17-летняя дочь напечатала на траурной открытке схему со всеми бозонами, в которые верил её отец.

---

Аттила Краснахоркаи не поехал в Амстердам на похороны. Но он повесил большой плакат в коридоре института «Атомки» в Дебрецене в память о «нашем незабываемом друге и коллеге». В одной публикации с 2015-го года он и его группа также щедро поблагодарили де Бура: «Мы ему глубоко обязаны».

Нелегко всё это согласовать с теперешними высказываниями Краснахоркаи. В целом они содержат мало лестного по отношению к де Буру. «Он был мечтателем и вёл себя очень странно», — сказал как-то Краснахоркаи.

Но тогда почему он и его группа работали с голландским физиком все эти годы и чествовали его снова и снова после его смерти? И почему Краснахоркаи опубликовал материалы конференций в 2006 и 2008 годах вместе с де Буром, в которых они объясняли данные, полученные в Дебрецене, с помощью нового бозона?

Когда я задал ему эти вопросы, Краснахоркаи немного погрузился в себя. Потом ответил, тихо и немножко смущённо: «Бедняга он, этот Фокке! Все были против него». Поэтому он, дескать, и хотел поддержать своего коллегу — ведь он сам часто чувствует себя чужим.

Всякий, кто хоть раз общался с добродушным венгром, будет готов перенять у него эту версию истории. С другой стороны, его рассказ поднимает новые вопросы. Йохан ван Клинкен помнит период, когда Краснахоркаи также поддерживал трактовку данных, базирующуюся на новой частице, не только из сочувствия, но и из убеждения. Не значит ли, что Краснахоркаи пытается держать расстояние от своего проблематичного коллеги, чтобы спасти престиж своей группы? Венгерский физик это отрицает: «Это расстояние всегда было».

В то же время, остается неясным, почему группа Краснахоркаи после смерти де Бура никогда публично не разъяснила, что было неправильно с предыдущими экспериментами. В науке исправление прошлых ошибок считается хорошим тоном. Тот факт, что этот шаг не был предпринят по отношению к измерениям, сделанным в первом десятилетии 21-го века, вызвал много критики. Оглядываясь назад, Краснахоркаи оправдывал это нехваткой времени: поиск бозона был для него лишь побочным, второстепенным проектом, и ему срочно нужно было писать другие работы, чтобы двигаться вперёд в науке.

---

Все это не имело бы большого значения, если бы охота за новым бозоном прекратилась со смертью де Бура. Но она продолжалась: в 2010 году Краснахоркаи и сотрудники возобновили измерения, чтобы раз и навсегда покончить с вопросом. На этот раз они не увидели частицы с энергией 9 или 12 МэВ. Вместо этого они обнаружили новую аномалию на 13,5 МэВ.

Когда Краснахоркаи представил эти данные на конференции в Италии в 2012 году, его удивил интерес международного научного сообщества. В то время физики обсуждали «тёмные фотоны» как возможную составную часть темной материи. Новый бозон, на существование которого намекал венгерский эксперимент, был похож по профилю на тёмный фотон.

В последующие годы сигнал в Дебрецене стал более чётким, возможно из-за того, что группа использовала новое, гораздо более чувствительное оборудование [9]. Если раньше избыточные электрон-позитронные пары появлялись под всевозможными углами, то теперь они накапливались под углом 140 градусов как заметный выступ на графике. Однако это снова изменило массу предполагаемой частицы, которая вместо 13,5 МэВ стала больше похожа на 17 МэВ. Родилась частица X17. «Данные уже тогда были правильными, но наша интерпретация поначалу была не совсем правильной», — сказал Краснахоркаи.

В 2016 году «Physical Review Letters» — самый престижный из всех журналов в физике — принял статью группы на публикацию [1]. И вскоре после этого, другая группа из Калифорнийского университета в Ирвайне предложила трактовку [10], которая вызвала большое внимание физиков элементарных частиц во всем мире: X17 может быть очень разборчивым бозоном, который реагирует только на нейтроны в атомных ядрах, но не обращает никакого внимания на протоны.

В микромире уже есть прецедент подобного снобизма: бозон Z слабого взаимодействия ведёт себя аналогично. «Частицу, подобную X17, не предсказывает никакая из существующих теорий», — признался Тим ​​Тэйт из группы в Ирвайне. «Но, может быть, природа немного более странная, чем мы её представляли до сих пор».

Мы знаем, что X17 должна быть такой разборчивой, по простой причине: только таким образом её существование может согласоваться с другими экспериментами. На протяжении многих лет учёные упорно ищут новые частицы, используя всё более мощные ускорители. Энергия, выделяющаяся при столкновениях, должна быть достаточна для создания частицы X17, если она действительно является одним из строительных блоков природы. Но она не оставила следов ни в подходящем для такого поиска детекторе NA64 в ЦЕРНе, ни в китайском спектрометре BESIII.

Это совсем не значит, что такой частицы не существует. Некоторые физики считают, что X17 может быть обнаружена среди обломков взрывающихся ядер только если мы будем изучать эти обломки тщательнее, чем это делалось до сих пор. Возможно, что новая частица обладает какими-то неизвестными свойствами, которые объяснят, почему она появляется в экспериментах Аттилы Краснахоркаи, но больше нигде.

---

Один детектор поставляет бросающие в глаза сигналы, а другие нет: такая ситуация часто встречается в физике. Почти всегда в таких случаях есть какая-то ошибка. Физики в своём большинстве полагают, что дело так и обстоит с X17, и, соответственно, не горят особым энтузиазмом проверять венгерские результаты.

«Несомненно, десять лабораторий в мире могли бы воспроизвести эксперимент Атомки», — сказал Андреас Цильгес из Кёльнского университета. «Мы сами могли бы сделать это здесь, в подвале нашего института, за полгода». Но он и многие его коллеги просто не верят, что венгры нашли следы реального явления — соответственно, долгое время никто к этому усилий не прилагал.

Дело не в том, что специалисты, подобные Цильгесу, в принципе не доверяют восточноевропейской группе. Цильгес считает Краснахоркаи и его сотрудников честными и компетентными людьми. Эту оценку разделяют и другие эксперты, с которыми «Шпектрум» проконсультировался при подготовке настоящей статьи. «Но это не означает, что они никогда не совершают ошибок», — говорит Цильгес. Тем более, что эксперимент, который они проводят, просто чрезвычайно сложен.

По сей день Краснахоркаи и его группа борются с теми же проблемами, что и Курт Штибинг 25 лет назад во Франкфурте: очень трудно отфильтровать следы гипотетической частицы из какофонии микромира. Невозможно точно посчитать, а можно только оценить, сколько электронов и позитронов там летает и как на них реагирует детектор. Физики полагаются на некую компьютерную программу ЦЕРНа под названием GEANT, в которой важна каждая маленькая деталь. Если сделанные предположения лишь чуть-чуть отклоняются от реальности, оценка данных искажается.

Краснахоркаи сказал, что в последние годы он и его сотрудники тратят много времени на то, чтобы исключить эти и другие возможные источники ошибок. Но в их данных ничего от этого не изменилось. Напротив, следы от частицы сейчас более видны, чем когда-либо: как они сообщили осенью 2019 года, от возбуждённых ядер гелия электроны и позитроны также разлетаются под большими углами несколько чаще, чем ожидается [11]. На этот раз, однако, «Physical Review Letters» попросили авторов внести многочисленные улучшения, но в конце концов всё-таки отвергли статью.

---

V. КОНЕЦ И НАЧАЛО

Однако новые результаты группы вызвали оживление в поиске X17. По крайней мере, одна лаборатория — проект «New JEDI» в Орсе во Франции — собирается повторять эксперименты из Дебрецена. А с помощью экспериментальных установок PADME во Фраскати в Италии и «DarkLight Experiment» в США, исследователи хотят в ближайшие несколько лет искать именно тёмные фотоны. Есть надежда, что следы частицы X17 там будут появляться.

Тем временем, благодаря охоте за бозонами Аттила Краснахоркаи стал знаменитостью. Он появлялся на венгерском телевидении, а в конце 2019 года родной город Дебрецен даже выбрал его человеком года. Но для него зенитом была лекция в Будапеште перед сотнями студентов. «Нам очень сложно найти потомков», — вздохнул он. «Молодые люди в этой стране предпочитают работать в частном секторе».

В завершение моего визита венгерский физик ещё раз провёл экскурсию по экспериментальному залу института «Атомки». Был конец рабочего дня, жужжание вакуумных насосов прекратилось, один техник уже выключал свет. Краснахоркаи остановился перед прибором своей группы и нежно положил на него руку. Вы всё проверили? Высокий физик вдруг задумался. «Есть ещё несколько вещей, которые мы хотим проверить», — наконец он произнёс. «По существу, это только начало».

И, таким образом, сегодня, после десятилетий поиска, история X17 всё ещё имеет два возможных исхода. Может быть, новая частица действительно прячется там, где никто тщательно не искал. В этом случае Фокке де Бур войдёт в историю как трагический герой науки, а Аттила Краснахоркаи, вероятно, получит нобелевскую премию. И многие наблюдатели зададут себе вопрос, не относились ли они к венгерскому физику слишком предвзято.

Но более вероятен другой исход: никакая другая лаборатория не подтвердит существование X17, и она станет сноской в истории физики элементарных частиц. Следуя ложной тропинкой, физики слишком оптимистично интерпретировали результаты измерений. В этом сценарии Аттила Краснахоркаи наверняка поймёт, что он ошибся, и обратится к другому вопросу ядерной физики. «Я не хочу застревать в одном вопросе и в конечном итоге из-за этого страдать, как Фокке», — сказал он.

[1] journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.116.042501
[2] inspirehep.net/literature/198158
[3] journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.61.1274
[4] journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.52.1971
[5] inspirehep.net/literature/1460488
[6] inspirehep.net/literature/712001
[7] inspirehep.net/literature/807795
[8] arxiv.org/abs/hep-ph/0511049
[9] arxiv.org/abs/1504.00489
[10] arxiv.org/abs/1608.03591
[11] arxiv.org/abs/1910.10459

(Оригинал на немецком: reportage.spektrum.de/x17)