Мы приподнимем завесу тайны над тем, как получаются результаты и сообщается об открытиях.

Со всей присущей ему неподражаемой британской серьезностью корреспондент Джон Оливер задавал Уолтеру Вагнеру весьма жесткие вопросы. Дело было в том, что Вагнер подал в суд, решив не допустить ввода в действие Большого адронного коллайдера. Он выдвинул серьезное обвинение – по его мнению, БАК мог создать опасность для самого существования жизни на Земле. Вот выдержка из этого интервью:

Оливер : Итак, по грубым оценкам, каковы шансы того, что мир будет уничтожен? Один на миллион, один на миллиард?

Вагнер : Скажем, в лучшем случае сейчас мы говорим примерно об одном шансе из двух.

Оливер : Подождите, это что же получается? Пятьдесят на пятьдесят?

Вагнер : Да, пятьдесят на пятьдесят. Если у вас есть что-то, что может случиться, и то, что не обязательно произойдет, это либо произойдет, либо не произойдет, и, стало быть, самое правильное предположение – один шанс из двух.

Оливер : Я не уверен, Уолтер, что теория вероятности работает именно так.

Когда БАК запускали в 2008 году, физики старались изо всех сил, рассказывая широкой публике о том, что это машина поможет нам найти бозон Хиггса, а если повезет, в первый раз увидеть суперсимметрию или другие новые интересные и экзотические явления, например темную материю или дополнительные измерения. Но в то же время группа алармистов выдвинула теорию, которую она усиленно внедряла в сознание людей с помощью СМИ, суть которой в том, что БАК – очень опасный эксперимент, поскольку может воссоздать Большой взрыв и уничтожить мир.

Надо сказать, что на первых порах сценарий, по которому безумные ученые выходят из-под контроля, побеждал в пропагандистской войне. И нельзя сказать, что журналисты стремились игнорировать истинное положение вещей и раздувать сенсации ради самих сенсаций. (По крайней мере, не все из них. В Великобритании таблоид Daily Mail напечатал статью под огромным заголовком «Умрем ли мы в следующую среду?», в которой подробно объяснялось, почему этого не случится.) Скорее сценарии катастрофы стали обязательной частью любой новости, наряду с клише «частица Бога». После того, как появился этот образ БАКа-убийцы, готового уничтожить все живое на Земле (даже если для этого имеются лишь исчезающе малые шансы и даже если это могло бы случиться только в далекой перспективе), люди захотели кому-то задать важные вопросы. Подлил масла в огонь Уолтер Вагнер – бывший офицер ядерной безопасности, сутяга, подавший на Гавайях совершенно невообразимый иск против БАКа. После того как тамошний суд отказался рассматривать этот иск на довольно очевидных юридических основаниях, Вагнер обратился в федеральный суд. Наконец, в 2010 году коллегия в составе трех судей прекратила дело на основаниях, изложенных в глубокомысленном заключении:

Согласно принятому решению, предполагаемый вред здоровью и уничтожение Земли ни в коем случае не могут быть приписаны неспособности правительства США подготовить заключение о воздействии на окружающую среду.

ЦЕРН и другие физические организации всегда относились к правилам безопасности очень серьезно. Они профинансировали составление нескольких экспертных отчетов на эту тему, и во всех них утверждалось, что риск катастрофы полностью исключен. Интервью Оливера, позволившего Вагнеру дискредитировать себя с помощью своих собственных высказываний, было одной из очень немногих публикаций, в которых содержался разумный подход к этой проблеме. А позже в популярной передаче Джона Стюарта The Daily Show, показанной на канале Comedy Channel, появилась сатирическая новостная программа. И забавно, что только сатирическая программа оказалась достаточно убедительной – она с блеском показала, каким фарсом была истерика, связанная с запуском БАКа.

У настоящих ученых есть одна черта, в данном случае сработавшая против них, – стремление быть во всем точными и честными, часто в ущерб им самим. Опасения, что БАК может уничтожить мир, основывались на довольно серьезных, хотя и очень умозрительных, физических теориях. Если бы гравитация при высоких энергиях, развиваемых при столкновениях частиц в БАКе, оказалась гораздо сильнее обычной, там могли бы образоваться крошечные черные дыры. Все, что мы знаем из физики, говорит о том, что такая черная дыра безвредна и сразу испаряется. Но предположим, что это не так и БАК будет рождать черные дыры, они останутся стабильными и провалятся в Землю, доберутся до ее ядра и будут поедать ее изнутри, что с течением времени приведет к полному уничтожению планеты. Можно рассчитать, сколько времени для этого потребуется; ответ таков: намного больше, чем возраст Вселенной. Конечно, расчеты могут быть неверными. Но ведь и столкновения космических лучей высокой энергии должны производить крошечные черные дыры, причем по всей Вселенной. (БАК ничего не делает такого, что сама Природа не делает постоянно и повсеместно, но только при гораздо более высоких энергиях). И эти черные дыры должны были бы съесть и белые карлики, и нейтронные звезды, а мы в небе видим множество белых карликов и нейтронных звезд, так что и этот аргумент говорит о безопасности БАКа.

Надеюсь, вы уловили суть дела. Можно придумать огромное количество спекулятивных сценариев, кажущихся опасными, но при ближайшем рассмотрении наиболее опасные из них уже оказываются исключенными по другим соображениям. И все-таки, поскольку ученые любят точность, они скрупулезно разобрали множество различных «ужасов», прежде чем успокоить нас и заявить, что все они весьма маловероятны. Каждый раз, когда физики должны были сказать «невозможно», они обычно говорили «скорее всего невозможно, вероятность этого действительно очень малы», а это выражение имеет другую коннотацию.

(Блестящий пример иного – неуклончивого – ответа дал теоретик из ЦЕРНа Джон Эллис, когда ему на передаче The Daily Show был задан вопрос о том, каковы шансы уничтожения Земли БАКом; он ответил просто: «Нулевые».)

Представьте себе, что вы открываете холодильник и достаете банку томатного соуса, собираясь приготовить на ужин пасту. Прежде чем вы откроете банку, ваш друг-алармист хватает вас за руку и кричит: «Подожди! Ты уверен, что, открыв банку, ты не выпустишь мутантный патоген, который быстро распространится по Земле и уничтожит все живое?» Правда в том, вы действительно не можете быть уверены на все 100 %, что этого не случится. Есть всякие нелепые сценарии маловероятных несчастий, которые мы игнорируем в повседневной жизни. В принципе включение БАКа может запустить цепь событий, которые разрушат Землю, но многие события являются в принципе возможными, важно, являются ли они правдоподобными, а в нашем случае ни одно из них не правдоподобно.

Борьба против предсказателей конца света оказалась хорошей школой для физиков. Уровень общественного контроля за поисками бозона Хиггса был беспрецедентным. Ученым, которые умеют общаться с другими учеными, обсуждая абстрактные и весьма технические идеи, пришлось научиться четко и убедительно объяснять свою позицию неспециалистам. В долгосрочной перспективе это только пойдет науке на пользу.

 

Как это все делается

Одно из самых больших и частых заблуждений относительно результатов, получаемых в гигантских экспериментах по физике элементарных частиц, состоит в том, что многие не понимают, какой путь проделывают результаты от момента их получения до представления общественности. Это не простой путь. Традиционный способ обнародования научных результатов состоит в публикации статей в журналах, в которых принято независимое рецензирование. Это, конечно, верно и для статей, выходящих из коллабораций ATLAS и CMS, но сложность экспериментов приводит к тому, что в этом случае практически единственными квалифицированными рецензентами могут быть только сами члены коллаборации. Чтобы как-то исправить такое положение дел, каждая коллаборация создала чрезвычайно жесткую ограничительную процедуру, которую должны пройти новые результаты перед подачей в печать.

Тысячи сотрудников Большого адронного коллайдера в основном не являются штатными сотрудниками ЦЕРНа. Типичный работающий член коллаборации – это студент, профессор, или постдок (что-то среднее между кандидатом наук и старшим преподавателем), который работает в университете или лаборатории в любой стране мира и обычно проводит значительную часть года в Женеве. Чаще всего первым шагом к опубликованию статьи является вопрос, которым задается кто-то из физиков. Это может быть совершенно тривиальный вопрос типа «Существует ли бозон Хиггса?». А может что-то более абстрактное, например: «Действительно ли электрический заряд сохраняется?», «Есть ли еще какие-то поколения фермионов кроме трех известных?», «Могут ли столкновения частиц высоких энергий создать миниатюрные черные дыры?» или «Есть ли дополнительные измерения пространства?». Вопросы возникают, когда появляется новая теоретическая идея, необъяснимые странности в полученных данных или просто у самой машины возникают новые возможности. Экспериментаторы – люди, как правило, прагматичные, по крайней мере когда это касается их научной работы, и поэтому стремятся поставить такие вопросы, на которые надеются ответить, проведя тот или иной эксперимент БАКе.

Физики могут обсудить новую идею со своими коллегами и посоветоваться, стоит ли ею заниматься, если такая идея возникла у студента, он проконсультируется со своим научным руководителем, а если идею родил сам профессор, он может предложить студентам поработать над его гипотезой. Идеи, оказывающиеся перспективными, передаются в одну из «рабочих групп», имеющихся в каждой коллаборации. Разные рабочие группы занимаются разными направлениями исследований. Есть группа по «истинным кваркам», группа «Хиггсов» и группа «экзотиков». («Экзотики» изучают частицы, предсказанные некоторыми умозрительными теориями или не предсказанные никем вообще.) Рабочие группы обдумывают идею, после чего «конвинер» – координатор, который руководит группой, решает, стоит ли дальше заниматься данным конкретным вопросом. Экспериментаторы, чтобы предотвратить дублирование расчетов, ведут подробные записи на веб-страницах и описывают там каждый проводимый анализ – для этой цели и была изобретена Всемирная паутина.

Предположим, идея получила одобрение соответствующей рабочей группы и анализ продолжается. Время физика теперь делится между работой за компьютером и участием в совещаниях, как правило, это видеоконференции. Анализ почти никогда не бывает единственным делом экспериментатора: есть также работа с аппаратурой, контроль за отклонениями условий эксперимента от заданных условий, преподавание (или учеба), выступление с докладами, подача заявок на гранты, и, конечно, работа в комитетах и тысяча других академических глупостей, которые являются неотъемлемой частью университетской жизни. Иногда экспериментаторам разрешено побыть со своими семьями или погулять на солнышке, но такое легкомысленное времяпровождение сводится к минимуму.

И вот данные собраны и надежно хранятся на дисках в разных странах. Работа теоретика-аналитика состоит в том, чтобы превратить эти данные в осмысленный физический результат. Это редко делается простым поворотом рукоятки. Нужно отбросить некоторые точки, в которых или слишком большие шумы, или они не имеют отношения к данной проблеме, то есть сделать «обрезания». (Например, вам нужны только те события, в которых образуется две струи с полной энергией больше 40 ГэВ, а углом между струями не менее 300, остальные события вы выбрасываете.) Очень часто, чтобы добиться решения конкретной проблемы, приходится писать специальные компьютерные программы. Но пока нет возможности сравнить данные с разными теоретическими моделями, они, эти данные, еще не очень информативны, и тогда пишутся другие программы – нужно понять, как выглядели бы данные согласно этим моделям. Затем необходимо оценить фоновый шум, который угрожает заглушить ваш драгоценный сигнал, и для этого необходимо все время соотносить свои измерения с расчетами и другими измерениями.

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.

 

Есть ошибки и ошибки

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.

 

Веб 2.0

Еще в 2009 году Томмазо Дориго – физик из коллаборации CMS, блогер A Quantum Diaries Survivor (на сайте ) – 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.

Последней открытой элементарной частицей Стандартной модели до бозона Хиггса был истинный кварк, обнаруженный в лаборатории Ферми на Теватроне в 1995 году. Это произошло примерно в то же время, когда впервые возникло такое понятие, как «блог». Напомним, что слово «интернет-журнал» было придумано в 1997 году. Тогда же, в 1995 году, не было таких понятий, как Facebook и Twitter, а MySpace – ресурс, давно уже считающийся устаревшим, появился только в 2003 году. Физики, работающие на Теватроне, могли посплетничать с другими физиками по поводу особо интересных событий, но вероятность того, что о важном открытии будет объявлено преждевременно, была мала.

С тех пор все изменилось. При нынешней легкости общения в Интернете любой желающий может распространять новости по всему миру, а мы помним, что обе коллаборации ATLAS и CMS включают в себя более 3000 членов каждая. Лидеры групп пытаются держать ситуацию под контролем, но, несмотря на это, вероятность, что кто-нибудь из сотрудников проболтается о крупном открытии, прямо скажем, велика.

Признаться, я являюсь восторженным поклонником блогов, хотя и стараюсь не распространять слухи, которые люди хотели бы удержать в секрете. Я начал вести свой блог еще в 2004 году на личном сайте под названием Preposterous Universe, а в 2005 году стал писать свои тексты в групповом блоге Cosmic Variance, который теперь можно читать на сайте журнала Discover. Самое замечательное в блогах – это то, что их можно использовать для любых целей по выбору автора, и множество людей в полной мере пользуется этой свободой. Только в пределах крошечного сегмента блогов, ведущихся учеными и научными писателями, вы встретите совершенно разные тексты – от неофициальных до строго научных и математических, от новостей до сатиры и внутренних сплетен. Наша цель ведения блога Cosmic Variance – поделиться интересными идеями и открытиями в области науки с широким кругом читателей, в то же время позволяя себе поразмышлять на темы, возбуждающие наше воображение. Некоторые из наших самых популярных постов были посвящены БАКу, а во время его запуска в 2008 году и семинара 2012 года группа блогеров даже вела блог в реальном времени.

Одним из моих коллег-блогеров является Джон Конвей – профессор физики в Университете Калифорнии в Дэвисе и по совместительству физик-экспериментатор, работающий на CMS. (Джоан Хьюэтт – тоже активный блогер). Самый первый блог Конвея назывался «Охота за шишками» – это был поучительный рассказ о физике элементарных частиц, о том, как полученные данные могут удивить нас и как трудно порой отличить открытие, которое перевернет мир, от обычной статистической флуктуации.

В частности, Конвей рассказал про свое участие в поисках бозона Хиггса в лаборатории Ферми (БАК тогда еще не был запущен). Тогда он анализировал данные по своему любимому каналу распада – тому, в котором рождается тау-лептон. Конвей с коллегами уже сделали слепой анализ данных эксперимента CDF на Теватроне, и наконец наступил момент, когда вот-вот откроют «окно» и обнаружат то, что там скрывается. И… действительно там что-то было! Небольшое, но очевидное увеличение вероятности рождения двух тау-лептонов – событие, которое могло быть объяснено распадом бозона Хиггса с массой 160 Гэв. Статистическая значимость этой выпуклости была всего 2,5σ, но и она заслуживала внимания. Большинство небольших выпуклостей со временем исчезает, но каждое настоящее открытие начинается с обнаружения небольшой шишки, так что у любого в такой ситуации, естественно, перехватило бы дыхание. Как вспоминал Конвей, у всех буквально «волосы встали дыбом на голове».

В следующем блоге Конвей рассказал о повторном анализе и о том, что узнал только позже: его коллеги из дружественной коллаборации D Zero в том же Фермилабе увидели недостаток событий там, где CDF наблюдал их избыток. И надежды на то, что в этой области скрывается новая частица, стали таять – более поздние данные не подтвердили этого наблюдения. Но эта история была наглядным примером того, что жизнь ученого-экспериментатора по остроте ощущений и накалу страстей иногда напоминает езду по американским горкам.

К сожалению, не все читатели первого блога прочитали его правильно. У многих из них сложилось впечатление, что Фермилаб фактически уже обнаружил бозон Хиггса или что-то вроде него, а Конвей решил рассказать об этой новости в нашем скромном блоге, а не писать научную статью или, например, проводить пресс-конференцию. И это неправильное впечатление создалось не только у чрезмерно восторженных комментаторов нашего сайта – несколько журналистов обратили внимание на значимость возможного события и опубликовали статьи в The Economist, New Scientist и других изданиях. Так физики получили еще один полезный урок. Люди очень хотят узнать все подробности поисков бозона Хиггса, и нужно быть предельно аккуратным, рассказывая о научных результатах, дабы не создавать ненужных иллюзий.

 

Физические папарацци

Искать новую физику можно не только на гигантских ускорителях частиц. Например, интересный эксперимент проводится в рамках итальянской PAMELA (Программа по астрофизике легких ядер и исследованию антивещества). Аппарат PAMELA размещен на российском (невоенном) спутнике, вращающемся на низкой околоземной орбите. Одна из его основных задач – поиск частиц антиматерии в космических лучах, в первую очередь позитронов и антипротонов. В космических лучах всегда присутствует определенное количество частиц антивещества – во Вселенной некоторые процессы идут при высоких энергиях, и иногда рождаются античастицы ровно так же как на БАКе. Но PAMELA регистрирует значительно больше позитронов, чем ожидалось, что вызывает удивление. Это может быть свидетельством каких-то неизвестных нам сейчас астрофизических процессов, например новых явлений в оболочках нейтронных звезд, или же признаком существования физики за пределами Стандартной модели, например аннигиляции частиц темной материи с образованием избытка позитронов. Ученые проверяют различные возможности, хотя с течением времени астрофизический вариант кажется более вероятным.

Еще более интересно, пожалуй, то, как произошла утечка информации об этом интригующем результате PAMELA. Часто бывает, что коллаборация получает предварительные результаты, не совсем еще готовые к опубликованию, но достаточно надежные, чтобы продемонстрировать их коллегам в докладе на конференции. Как раз такая ситуация в сентябре 2008 года была с результатами PAMELA, доложенными на Международной конференции по физике высоких энергий в Филадельфии. Докладчик от коллаборации PAMELA Мирко Боэзи лишь на мгновение задержался на слайде, на котором был виден избыток позитронов, но и мгновения хватило. Молодой теоретик по имени Марко Сирелли, сидевший в аудитории, быстро сфотографировал картинку. Вернувшись домой, он в соавторстве с коллегой Алессандро Струмиа написал статью, предложив новую модель темной материи, которая могла бы объяснить избыток позитронов, и отправил ее на сайт с архивом публикаций по точным наукам , откуда она моментально разошлась по всему миру. В этой работе Боэзи и Струмиа привели рисунки, на которых сравнивали теоретические предсказания своей модели с данными, взятыми со слайда, показанного в докладе на конференции, снабдив их примечанием: «В соответствии с требованиями законодательства в области публикаций, сообщаем, что предварительные экспериментальные данные для потоков позитронов и антипротонов, изображенные на наших рисунках, взяты с фотографии слайда, сделанной во время доклада».

Добро пожаловать в новый мир! И в нем пока нет четко установленных границ между дозволенным и недозволенным. Член коллаборации может сказать, что данные, которые еще не подготовлены к публикации, нельзя использовать в теоретическом анализе. Но и слушатели могут сказать, что сырые данные не следует показывать в публичных выступлениях. Пьерджорджио Пикоцца – итальянский физик, руководитель коллаборации – «очень, очень расстроился», что их данные были присвоены и использованы таким образом. Но Сирелли настаивает, что он получил разрешение от физиков PAMELA, присутствовавших на конференции: «Мы спросили физиков с PAMELA [на конференции], и они сказали, что это [их использование] – не проблема».

Как давно поняли подростки, в век Facebook в современном мире любой секрет, которым вы поделитесь с кем-то, узнают все. Благодаря новым технологиям, обмен информацией – независимо от того, насколько она официальна или надежна, – теперь не требует никаких усилий. Как сказал Джо Ликкен в связи с еще одним подобным слухом, «в мире, в котором еще не было блогов, слухи могли распространиться разве что среди нескольких десятков физиков. Теперь, с появлением блогов, теоретики, специалисты по струнам, которые даже не знают, как пишется имя Хиггс, сразу узнают инсайдерскую информацию об этих данных».

 

Слухи

Слухи не всегда безобидны. В апреле 2011 года анонимный комментатор на блоге Питера Войта Not even wrong («Даже не заблуждение») разместил текст служебной записки висконсинской команды ATLAS, возглавляемой Сау Лан Ву. Записка предназначалась для внутреннего пользования. Если бы ее содержание подтвердилось, оно произвело бы сенсацию – там содержались на первый взгляд убедительные свидетельства того, что частица, похожая на хиггсовский бозон, распадается на два фотона. Но новость была слишком хороша, чтобы быть правдой: для получения такого большого сигнала при относительно небольшом количестве имевшихся тогда данных вероятность распадов бозонов Хиггса должна быть в 30 раз больше, чем предсказывает Стандартная модель. Возможно, но маловероятно. А потому никто не удивился, когда при повторной проверке сигнал ушел.

Этот случай демонстрирует оборотную сторону Интернета. Обмен внутренними записками внутри большой коллаборации – как работа кровеносной системы; они пишутся все время, это часть анализа данных и превращения их в надежные результаты. Сами авторы записок не обязательно полностью верят в то, что пишут, – они просто указывают на что-то, заслуживающее более внимательного изучения. Это полезно до тех пор, пока информация остается внутри коллаборации. Если же она выйдет наружу прежде, чем результаты проверят, есть серьезная опасность, что они будут неправильно поняты, а это может в конечном итоге привести к подрыву доверия людей к полученным учеными результатам. В том случае сама Ву была в ярости: «Такая утечка со стороны лица, допустившего ее, была очень неэтичным и безответственным поступком… Утечка нанесла удар по свободе перемещения внутренних результатов в письменной форме между сотрудниками. На мой взгляд, это крайне печальная история».

В июне 2012 года ученые коллабораций CMS и ATLAS начали внимательно изучать собранные за год данные. Из докладов на декабрьских семинарах 2011 года все знали, что при 125 ГэВ наблюдался намек на бозон Хиггса. Внимание всех было приковано к этому пику. Как только начался анализ, поползли слухи. Заранее утвержденный план состоял в том, чтобы в июле 2012 года рассказать о новостях в поисках бозона на традиционной конференции ICHEP в Мельбурне, в Австралии. Любопытство блогеров разгорелось еще больше, когда ЦЕРН объявил, что не собирается ждать Мельбурна, а проведет специальные семинары в Женеве непосредственно перед конференцией. Зачем это все, если ученые не собираются объявить о каком-то крупном открытии?

В конце концов этот ажиотаж в Интернете стал так мешать, что Фабиола Джанотти отправила репортеру Деннису Овербаю из The New York Times имейл, умоляя: «Пожалуйста, не верьте блогам». Но справедливости ради скажем, что блогеры тоже бывают разные, и некоторые пытались пригасить возбуждение, а не усилить его. Майкл Шмитт, физик из Северозападного университета и член CMS-коллаборации, написал от себя на блоге Collider Blog:

Я не подведу свою коллаборацию: людей, которые работают прямо сейчас, проводя анализ и проверку результатов, а также руководителей, которые должны сейчас выбрать дальнейшую стратегию и принять трудные решения. Небольшая сенсация в блоге не стоит того волнения, которое она может вызвать у всех этих людей.

Нет сомнений, однако, что когда инсайдерами являются 6000 членов двух коллабораций, кто-то обязательно поддастся искушению и проболтается – еще до того, как все результаты будут собраны и проанализированы. Одна из наиболее частых жалоб на блогеров состояла не в том, что о результатах разболтано раньше времени, а в том, что часто пишут о результатах, которых даже еще не существует. Для анализа нужно время, и часто его не хватает – теоретики лихорадочно обсчитывают данные иногда до самого последнего момента, когда уже нужно выступать с докладом или отправлять в редакцию статью.

Между тем другие люди заражаются волнением и превращают его в возможность немного поразвлечься. 20 июня пользователи Twitter начали пересылать друг другу сатирические твиты о бозоне Хиггса. HiggsRumors («Олухи о бозоне Хиггса») даже стали на короткое время «трендовой темой» – честь, которой, как правило, удостаиваются новости о сериале Jersey Shore или скандалы, связанные с Леди Гага. Дженнифер Аутлетте – научный писатель и блогер (а по совместительству моя жена), собрала некоторые лучшие образцы таких твитов.

@ drskyskull: Я слышал, бозон Хиггса однажды выстрелил в человека, чтобы посмотреть, как тот будет умирать… # HiggsRumors

@ StephenSerjeant: Чак Норрис избил ATLAS и CMS до такой степени, что те наконец нашли бозон Хиггса # HiggsRumors

@ treelobsters: В день летнего солнцестояния вы можете заставить хиггсовский бозон балансировать на вершине. # HiggsRumors

@ tomroud: Частица Бога оказалась на проверку атеистом # HiggsRumors

А вот лучший пост, который я нашел тогда: «Маленький Майки из рекламных роликов каши LIFE умер, объевшись хиггсовских бозонов и запив их содовой. # HiggsRumors». Вероятно, то, что мне нравится этот текст, говорит больше о моем чувстве юмора (и моем возрасте), чем о чем-то еще.

 

Любители физики из Голливуда

Лос-Анджелес – город индустриальный, и главная его индустрия – это индустрия развлечений. В начале 2007 года, вскоре после того как я впервые приехал сюда, у меня дома раздался необычный телефонный звонок. Звонили из Imagine Entertainment – кинокомпании, возглавляемой Роном Ховардом и Брайаном Грейзером («Аполлон-13», «Игры разума», «Код да Винчи»). Создатели фильма тогда только собирались снимать «Ангелов и Демонов» по роману Дэна Брауна, в которой важные сцены разворачиваются в ЦЕРНе. Они спросили, не соглашусь ли я заехать в их офис в Беверли-Хиллз и поговорить о физике элементарных частиц?

Я важно ответил, что, вероятно, постараюсь в своем расписании найти окно для этого визита. Так я впервые узнал о малоизвестном факте: Голливуд любит науку.

Это не соответствует устоявшемуся стереотипу, согласно которому продюсеры и режиссеры фильмов и ТВ-шоу регулярно впаривают нам продукцию, полную грубейших научных ошибок, а ученых в них обычно изображают либо как асоциальных яйцеголовых, либо как безумных гениев, стремящихся управлять миром. Там действительно есть и такое, но, с другой стороны, многие сценаристы и режиссеры испытывают неподдельное желание сделать свои фильмы более интересными с помощью настоящей науки. Говард и Грейзер искренне интересовались космологией, антиматерией и бозоном Хиггса, и во время завтрака мы устроили мозговой штурм, пытаясь понять, как включить физику в их фильм. Позже моя жена Дженнифер стала первым директором проекта «Взаимодействие науки и индустрии развлечений», созданного усилиями Национальной академии наук США. Цель проекта состояла в налаживании контакта между учеными и Голливудом. Благодаря этому проекту мне довелось познакомиться с такими известными кинорежиссерами и продюсерами, как Ридли Скотт, Майкл Манн и Кеннет Брана, каждый из которых хотел услышать больше о дополнительных измерениях, путешествиях во времени и Большом взрыве. Конечно, высокобюджетные голливудские фильмы не могут и не должны быть ни документальными, ни научно-популярными – в этих фильмах на первом месте сюжет, и советы ученых не всегда учитываются. Но многие уважаемые профессионалы, фильмы которых показываются в кинотеатрах, способны оценить великое чудо научного открытия.

Со своей стороны, наука не прочь пойти в Голливуд, чтобы помочь себе самой. Научная писательница Кейт Макалпайн, которая провела какое-то время в ЦЕРНе, работая на ATLAS, в 2008 году запустила видеоролик на YouTube под названием «Рэп с Большого адронного коллайдера» , в котором физики пританцовывают перед детекторами БАКа, в то время как сама Макалпайн под ритмичный аккомпанемент изображает рэп на физическую тематику:

Этот ролик посмотрело семь миллионов пользователей! На YouTube нет недостатка в прикольных видеосюжетах на любую тему, но по некоторым причинам этот смог выделиться среди других, то есть заинтересовать людей можно даже самыми абстрактными научными идеями, если, конечно, представить их в увлекательной форме.

Наиболее амбициозный проект подобного рода был разработан Дэвидом Капланом – физиком-теоретиком элементарных частиц из Университета Джона Хопкинса. Основная работа Каплана состоит в построении моделей, которые можно проверить в экспериментах на БАКе и на других ускорителях. У него имеется давнишний интерес к созданию кино. Как он вспоминает, в школе наука его совершенно не интересовала, и он даже не собирался поступать в колледж, но его сестра втайне от него направила заявление от его имени в Чепменский университет в Южной Калифорнии. Ко всеобщему удивлению Дэвид был принят и в течение года учился там снимать кино. Это ему пришлось не по вкусу, и он в конечном итоге перешел в Университет Беркли и стал учиться физике. Каплан не сразу поступил в аспирантуру – его оценки в Беркли были столь плохи, что он не рассчитывал, что кто-нибудь даст ему рекомендательное письмо. Вместо этого Каплан переехал в Сиэтл и подрабатывал там репетиторством – учил студентов-физиков из Университета Вашингтона. После того как несколько студентов убедили его в том, что он не хуже, а может быть и лучше аспирантов Университета Вашингтона, он, наконец, поступил туда в аспирантуру и начал работать над диссертацией. Все хорошо, что хорошо кончается, и сейчас он – один из лидеров молодых физиков-теоретиков нового поколения, пытающихся вывести физику за пределы Стандартной модели.

Когда наступила эра Большого адронного коллайдера, Каплан сразу понял уникальность момента. С его точки зрения, то был переломный момент в истории науки, если не в интеллектуальном развитии человечества вообще. Если БАК найдет что-то интересное, это откроет путь к новым открытиям. А если такого не произойдет, это будет означать, что из-за высокой стоимости исследований в современной физике частиц БАК будет последним крупным ускорителем из всех когда-либо построенных. Каплан был убежден, что сия высокая драма должна быть достойно описана и задокументирована. Он решил взять интервью у коллег-физиков, уже сделавших карьеру на своих идеях об устройстве природы, и проследить, подтвердятся они или будут выброшены как ненужные. Затем он задумал проинтервьюировать и молодых ученых, которым придется разбираться с тем, что БАК обнаружит, и решать, что с этим делать. Каплан хотел все эти интервью собрать вместе и издать в виде книги.

Но проблема была в том, что Каплану даже написание научной статьи дается тяжело. Решение лежало на поверхности: вместо книги он сделает кино! Так родилась идея фильма «Страсти по частице» (Particle Fever).

В качестве нового члена факультета Каплан получил небольшую стипендию от Фонда Альфреда Слоуна. Обычно такие стипендии используются для покупки компьютеров, оплаты командировок или небольшой поддержки аспирантов. Вместо этого Каплан нанял режиссера телевидения, заинтересовав его своей идеей, и они вдвоем на эти деньги сняли пятиминутный клип, который затем использовали для получения уже серьезных денег, необходимых для создания полнометражного документального фильма. Их первоначальный бюджет составлял $750 000 (правда, потом он вырос), и началась реальная работа: поиск денег, отбор операторов и сценаристов, опять поиск денег, запись интервью с физиками и снова поиск денег. Они раздали маленькие кинокамеры физикам в ЦЕРНе, чтобы те зафиксировали важнейшие события, такие как запуск коллайдера в 2008 году и авария, последовавшая вскоре после этого. Сам Каплан потратил огромное количество времени на проект. Он не получал зарплату, и в какой-то момент, чтобы проект не умер, его семье пришлось дать ему кредит в размере пятидесяти тысяч долларов.

Но интерес к будущему фильму был огромным. Отдел разработок в Университете Джона Хопкинса показал клип совету директоров университета, и один из директоров тут же решил инвестировать некие средства в проект. Национальный научный фонд, который поддерживает большую часть фундаментальных исследований в США и постоянно призывает ученых заниматься более активно просветительской деятельностью, пришел в восторг, узнав, что один из ученых серьезно занялся просветительством, и предложил существенную поддержку проекту. Уолтер Марч, уважаемый голливудский оператор, работавший с Джорджем Лукасом и Фрэнсисом Фордом Копполой и завоевавший множество перстижных наград, тоже воодушевился идеей фильма и предложил свои услуги, причем запросил за них намного меньший гонорар, чем обычно.

Главное, чего хотел добиться Каплан своим фильмом, – это хоть немного передать тот дух бескорыстного служения науке, который побуждает ученых пытаться разобраться в устройстве Вселенной как можно глубже. Эмоциональные риски высоки: физика – наука экспериментальная, и самая блестящая теория в мире не получит признания, если окажется, что Природа выбрала другой путь. Каплан говорит:

В общем и целом это невероятно героическая история. И в ней высвечиваются самые разные свойства человечесой породы – и эгоизм, и проницательность, и самоуверенность. Но вдруг вы понимаете, что ученые обманывают себя – они создают несуществующий мир в своих головах, подстегивая себя и заставляя работать с невероятной напряженностью, зная, что все это может кончиться полным провалом. И тогда всю их жизнь можно будет просто выбросить на помойку, поскольку все, что они делали, оказалось бессмыслицей.

Сейчас (в середине 2012 года, когда я пишу книгу) фильм Particle Fever близок к завершению, и команда надеется, что его отберут для участия в кинофестивале Sundance в январе 2013 года. Конечно, Каплан и его друзья дико амбициозны – они надеются на возможность широкого проката в кинотеатрах. Их мечта – познакомить массового зрителя с работой Большого адронного коллайдера. Произойдет это или нет, в любом случае они, безусловно, создали уникальный документ, который станет свидетельством необыкновенного душевного подъема, охватившего физическое сообщество в начале эры БАКа.

Давид Каплан теперь сможет вернуться к физике и посвятить ей все свое время. Каким бы интересным и непривычным процесс съемки фильма ни был, в ближайшее время Каплану точно не захочется еще раз заняться чем-то похожим. «Создание фильма – кошмарное дело, – признается он. – Все так иррационально, приходится иметь дело с различными эго, люди доказывают что-то, что просто не имеет никакого смысла. Я ненавижу это… Я люблю физику».