Читать книгу "Гонка за Нобелем - Брайан Китинг"

Но он не отступал. Мы подошли к самолету, который уже включил свои четыре мощных двигателя. Как нельзя было остановить эти ревущие турбины, так и Джейми не мог остановиться.

«Ты должен решить, в какой ты команде!» — прокричал он сквозь рев двигателей.

Я испытывал смесь замешательства, обиды и гнева. Как он мог сомневаться в моей преданности моему же собственному экспериментальному детищу? И как он мог говорить об этом в такой момент, зная, что моему отцу диагностировали четвертую стадию рака? Мое сердце бешено колотилось, я не мог вымолвить ни слова. От нашей дружбы, зародившейся пять лет назад на теннисном корте в Калтехе, не осталось и следа. Из друга и единомышленника Джейми превратился в непримиримого конкурента, не знающего пощады к своим противникам. Последние несколько минут мы простояли в неловком молчании, пока я пытался осмыслить произошедшее. Наконец, каргомастер крикнул мне, что пора. Я махнул Джейми и поднялся на борт, задыхаясь от разреженного воздуха и гнева.

На борту самолета, предназначавшегося для перевозки 50 парашютистов, сейчас находилось всего двое из «мензурок». Пилоты разрешили нам разместиться в кабине, и я, не отрываясь, смотрел через иллюминатор на простиравшееся под нами бескрайнее полярное плато. Вся эта история вокруг BICEP, мой вынужденный отъезд, разговор с Джейми казались банальными по сравнению с той человеческой драмой, которая разыгралась здесь 100 лет назад. Каково было Скотту в последние минуты жизни, когда он замерзал посреди безжалостной ледяной пустыни там, внизу?

Глядя, как солнечный свет отражается от ледяного плато, я размышлял о том, что случилось за несколько последних недель. Меня переполняли противоречивые эмоции — от гордости и удовлетворения до гнева, обиды и страха. Больше всего я переживал за отца. Мне нужно было успеть вернуться в Лос-Анджелес, прежде чем ему начнут проводить химиотерапию. Прошло меньше недели, как я узнал о его болезни. Через полтора дня после отлета с Южного полюса я приземлился в зеленом, цветущем Крайстчерче.

Шел проливной дождь. У меня не было даже куртки.

Человеку свойственно ошибаться… а не калибровать

Начало работы BICEP обеспечило нам комфортное лидерство в этой области. У нас не было конкурентов, никто не пытался нас опередить. Обладая монополией на поиск В-мод, мы были полны оптимизма. С самого начала эксперимент, казалось, был обречен на успех. Ежедневно BICEP поставлял нам гигабайты данных, и четыре талантливых аспиранта, написавших диссертации на основе этого эксперимента, — Эван Бирман, Синтия Чан, Ки Вон Юн и Юки Такахаси — анализировали эти данные почти в режиме реального времени. Телескоп работал отлично. Мы были уверены, что в скором времени раскроем тайну инфляции — космической, разумеется.

Хотя мы помнили о ложноотрицательной ошибке, которая стоила Эду Ому Нобелевской премии, гораздо больше мы боялись совершить ложноположительную ошибку — увидеть сигнал, которого не было. К сожалению, в космосе не было недостатка в ложных сигналах, которые имитировали признаки инфляции, но исходили вовсе не от первичных гравитационных волн, а из куда более банальных источников.

Мой аспирант Эван Бирман занимался поисками источников космического загрязнения. Мы с ним часами обсуждали физику межзвездной пыли и магнитных полей в Млечном Пути. Вычислить их влияние казалось безнадежно сложным делом. Пыль, которая нас волновала, и близко не напоминала «железные волоски» Хойла с их предсказуемыми характеристиками. Существование такой пыли, которая, согласно теории Хойла, заполняла все пространство между галактиками и преобразовывала звездный свет в микроволновое фоновое излучение, было опровергнуто экспериментальными данными DASI, показавшими незначительный уровень поляризации реликта так называемого E-типа (этот вид поляризации отражает возмущения в плотности ранней Вселенной, а не воздействие первичных гравитационных волн, следы которых должны были остаться в форме B-мод). Нас интересовала та пыль, которая присутствовала непосредственно в нашей Галактике. Если ее частицы обладали даже самыми слабыми магнитными свойствами, сложные магнитные поля, пронизывающие галактику Млечный Путь, могли выстроить их неким упорядоченным образом{5}. Эти упорядоченные облака пыли могли сгенерировать B-моды поляризации, очень похожие на те, которые предположительно могли возникнуть под воздействием инфляционных гравитационных волн в первичной плазме.

После второго сезона наблюдений мы с Эваном отправились на Южный полюс, чтобы установить на BICEP дополнительные детекторы, работающие исключительно на частоте 220 ГГц. На этой частоте сигнал поляризованного теплового излучения пыли Млечного Пути был наиболее сильным, так что нам было проще его обнаружить и исключить из данных BICEP. Это были первые детекторы такого рода, которые позволяли уловить поляризованное излучение пыли и зарегистрировать в нем похожие B-моды, хотя эффективность этих детекторов была ограничена только пыльным диском Млечного Пути. В своей диссертации Эван показал, что нельзя с уверенностью экстраполировать поляризационные данные, полученные для галактического диска, на удаленные от него регионы, т. е. именно на те, где мы искали инфляционные B-моды{6}. Но экстраполяция была единственным, что мы могли сделать; никаких других данных о поляризованном излучении пыли у нас не было.

Задолго до того как мы опубликовали наши результаты, я осознал две вещи. Как и в игре в теннис, с которой начался BICEP, в научном эксперименте можно совершить два типа ошибок: вынужденные ошибки и невынужденные ошибки.

Невынужденных ошибок было множество. Проведенный Эваном анализ данных BICEP на частоте 220 ГГц показал, что галактическая пыль может генерировать большое количество ложных поляризованных В-мод, маскирующихся под следы инфляционных гравитационных волн. Даже если мы уловим сигнал B-мод, как точно определить его происхождение? Чтобы предотвратить невынужденную ложноположительную ошибку, нам нужно было научиться отделять B-моды микроволнового фона от В-мод Млечного Пути.

Опасность вынужденных ошибок была ничуть не меньше: в каждой точке измерения неизбежно присутствовал случайный шум. Этот шум, исходящий от излучающей тепло земной атмосферы, от самих детекторов телескопа и даже ото льда, означал, что BICEP мог обнаружить сигнал инфляционных B-мод, только если тот был достаточно сильным — намного сильнее, чем все возможные шумовые сигналы. Требовалось снизить шум и повысить чувствительность нашего инструмента — только так мы могли преодолеть ту планку знаний о реликтовом излучении, которая была установлена несколько лет назад зондом NASA Wilkinson Microwave Anisotropy Probe.

Чтобы избежать вынужденных ошибок, иными словами, добиться большей чувствительности, мы начали проектировать BICEP2 — поляриметр, с пятикратным количеством детекторов, причем более продвинутой конструкции, чем те болометры, что использовались в BICEP и Planck. План состоял в том, чтобы определить границу или, что более оптимистично, обнаружить сигнал с низким отношением сигнал/шум (конечно, это не то, о чем обычно мечтают ученые, но все же лучше, чем ничего) с помощью BICEP, а затем, опираясь на эти предварительные данные, вернуться и исследовать тот же участок неба с помощью более чувствительного BICEP2, чтобы попытаться достичь приемлемого уровня С/Ш.