Читать книгу "Почему мы существуем? Величайшая из когда-либо рассказанных историй - Лоуренс Краусс"

Естественными кандидатами на роль инструмента в таком деле являются протоны. Нужно построить ускоритель или коллайдер, который будет начинать с протонов и разгонять их до таких высоких энергий, чтобы образовывалось достаточно тяжелых виртуальных составляющих, способных порождать частицы Хиггса. Эти частицы Хиггса, виртуальные или реальные, будучи тяжелыми, быстро распадутся на более легкие частицы, с которыми бозон Хиггса взаимодействует сильнее всего, – опять же это будут либо истинные или прелестные кварки, либо W- или Z-частицы. Они, в свою очередь, тоже распадутся на другие частицы.

Далее фокус будет состоять в том, чтобы рассмотреть события с наименьшим числом выходящих частиц, которые можно четко засечь, чтобы затем точно определить их энергии и импульсы, и посмотреть, нельзя ли реконструировать серию событий, которая восходила бы к единственной массивной промежуточной частице с предсказанными бозона Хиггса взаимодействиями. Неслабая задачка!

Принципиально это все было понятно уже в 1977 г., еще даже до открытия истинного кварка. (Поскольку прелестный кварк был уже открыт, а все остальные кварки существуют слабыми парами – нижний и верхний, странный и очарованный, – было ясно, что должен существовать еще один кварк, хотя открыть его удалось только в 1995 г. и оказался он в чудовищные 175 раз тяжелее протона.) Однако знать, что необходимо сделать, и на самом деле построить машину, способную это сделать, – две совершенно разные вещи.

Глава 21

Готические соборы XXI века

…приобретение премудрости выше рубинов.

Иов 28:18

Ускорение протонов до достаточно высоких энергий для исследования полного диапазона возможных масс частицы Хиггса далеко выходило за рамки возможностей любой установки в 1978 г., когда были подтверждены все остальные предсказания теории электрослабого взаимодействия, или в 1983 г., когда были открыты W- и Z-частицы. Требовался ускоритель по крайней мере на порядок мощнее самой мощной из существовавших на тот момент установок. Короче говоря, требовался не просто коллайдер, а суперколлайдер.

У Соединенных Штатов, игравших на протяжении всего периода после окончания Второй мировой войны лидирующую роль в науке и технике, была серьезная причина желать построить такую установку. В конце концов, ЦЕРН в Женеве к 1984 г. стал в физике элементарных частиц ведущей лабораторией мира. Американскую гордость так сильно задело то, что и W-, и Z-частицы были открыты в ЦЕРН, что шесть дней спустя после пресс-конференции, на которой объявили об открытии Z-частицы, The New York Times опубликовала редакционную статью под заголовком «Европа – три, США – даже не зеро!»[13]

Прошла неделя после открытия Z-частицы, а американские физики уже решили прекратить строительство средних размеров ускорителя на Лонг-Айленде и пойти ва-банк. Они решили построить громадный ускоритель с энергией центра масс почти в сто раз большей, чем была доступна на установке SPS в ЦЕРН. Для этого им потребовались бы новые сверхпроводящие магниты, поэтому и свое будущее детище они назвали Сверхпроводящим суперколлайдером (SSC).

После того как в 1983 г. этот проект был предложен сообществом американских специалистов по физике элементарных частиц, между разными штатами разгорелась традиционная борьба за лакомый кусок громадного денежного пирога, связанного со строительством и дальнейшей эксплуатацией ускорителя. После множества политических и научных схваток для строительства было выбрано место в Техасе возле городка Ваксахачи, чуть южнее Далласа. Какими бы соображениями ни руководствовались выбиравшие, Техас представлялся вполне подходящим местом, поскольку всё в этом проекте, утвержденном в 1987 г. президентом Рейганом, говорило об огромных масштабах.

Громадный подземный туннель должен был иметь длину восемьдесят семь километров и стать крупнейшим туннелем в истории человечества. Вообще, проект был в двадцать раз крупнее любого другого проекта в физике, который когда-либо пытались реализовать. Предполагаемая энергия столкновений двух пучков, в каждом из которых частицы имели бы энергию, в двадцать тысяч раз больше массы протона, была бы примерно в сто раз больше, чем энергия столкновения частиц на том ускорителе в ЦЕРН, где были открыты W- и Z-частицы. При строительстве потребовалось бы десять тысяч сверхпроводящих магнитов беспрецедентной силы.

Из-за постоянного превышения расходов, отсутствия международного сотрудничества, плохого состояния экономики США и политических махинаций проект SSC был закрыт в октябре 1993 г. Я хорошо помню то время. Незадолго до этого я ушел из Йельского университета, чтобы возглавить кафедру физики в Кейсовском университете Западного резервного района, имея разрешение перестроить кафедру и пригласить в течение пяти лет двенадцать новых членов факультета. Первый год мы рекламировали себя, а затем, в 1993–1994 гг., получили более двухсот заявок от ведущих ученых, которые до этого работали в проекте SSC, а теперь оказались без работы и каких-либо перспектив. Многие из них были аксакалами, оставившими профессорские посты в престижных университетах ради того, чтобы направлять работы по проекту. Это было тяжелое время, и более половины из этих людей были вынуждены навсегда оставить физику элементарных частиц.

Предполагаемая стоимость проекта успела вырасти с первоначальных 4,4 миллиарда долларов в 1987 г. до примерно 12 миллиардов долларов на момент закрытия в 1993 г. Хотя это было – да и сегодня остается – большой суммой, можно спорить, стоило ли закрывать проект. Два миллиарда долларов были уже потрачены, двадцать четыре километра туннеля – построены.

Решение о закрытии проекта нельзя оценить однозначно, но нельзя не отметить, что при его принятии следовало бы учесть множество вещей, о которых никто не подумал, – от «цены выбора», связанной с потерей Соединенными Штатами заметной доли талантливых физиков-ускорительщиков и экспериментаторов в области физики элементарных частиц, до утраты множества прорывных открытий, которые могли бы стать результатом вложений в высокотехнологичное развитие и внести вклад в нашу экономику. Более того, если бы SSC был построен и функционировал, как планировалось, мы, возможно, уже более десяти лет как знали бы ответы на экспериментальные вопросы, над которыми работаем до сих пор. Повлияли бы эти ответы на какие-то наши действия в этот период? Вероятно, мы никогда этого не узнаем.

Пресловутые 12 миллиардов долларов были бы потрачены в течение десяти-пятнадцати лет, пока шли строительство и ввод коллайдера в строй; в результате стоимость проекта составила бы порядка 1 миллиарда долларов в год. Для федерального бюджета США это немного. Мои собственные политические взгляды хорошо известны, поэтому никого не удивит, к примеру, если я скажу, что безопасность США не пострадала бы, если бы оборонный бюджет страны уменьшился на эту сумму – это намного меньше одного процента от ежегодных расходов. Более того, полная стоимость SSC, вероятно, была бы сравнима с расходами на транспорт и кондиционирование воздуха во время катастрофического вторжения в Ирак в 2003 г., в результате которого наша общая безопасность и благополучие только ухудшились. Не могу не упомянуть еще раз показания Роберта Уилсона на слушаниях в конгрессе по поводу ускорителя лаборатории имени Ферми: «Это не имеет прямого отношения к защите нашей страны и только помогает сделать ее достойной защиты».