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

Однако это все политика, а не наука, и в демократической стране конгресс, представляя народ, имеет право и обязанность следить за приоритетностью расходования средств на крупные общественные проекты. Сообщество ученых в области физики частиц, возможно, слишком привыкло за время холодной войны к постоянному вливанию средств и не позаботилось как следует о том, чтобы информировать публику и конгресс о целях и задачах проекта. Неудивительно поэтому, что в период суровой экономии первыми под нож попали расходы на то, что выглядело слишком эзотерическим. Я тогда недоумевал, почему нужно непременно уничтожить проект, а не заморозить финансирование и не отложить реализацию до лучших времен – когда, к примеру, улучшится состояние экономики или какие-нибудь технические новшества позволят заметно снизить стоимость строительства. Ни туннель (в настоящее время затопленный), ни лабораторные здания (их сейчас занимает какая-то химическая компания) никуда не делись бы.

Невзирая на происходящее в Соединенных Штатах, ЦЕРН продолжал работу над новой установкой – Большим электрон-позитронным коллайдером LEP, спроектированным по настоянию нового нобелевского лауреата, неукротимого Карло Руббиа, для подробного исследования физики W- и Z-бозонов. Он стал директором лаборатории в 1989 г. – в том самом году, когда новая установка вступила в строй.

Кольцевой туннель длиной двадцать семь километров был прорыт под землей на глубине примерно ста метров вокруг старой установки SPS, которая теперь использовалась для впрыска электронов и позитронов в большее кольцо, где они затем ускорялись до громадных энергий. Новая установка, расположенная на окраине Женевы, была достаточно велика, чтобы пройти под Юрскими горами и зайти на территорию Франции. У европейских стран больше опыта в строительстве туннелей, чем у США, и, когда строительство туннеля было завершено, два его конца встретились с точностью до сантиметра. Кроме того, ЦЕРН является международной организацией с участием многих стран, и его проекты не ложатся на бюджеты стран-участниц очень уж тяжким бременем.

Новая установка успешно работала десять с лишним лет, и после закрытия проекта SSC в США большой туннель LEP рассматривался как удачный кандидат на создание уменьшенной версии SSC – не настолько мощной, но все же достаточно высокоэнергетической, чтобы исследовать значительную часть пространства параметров, где возможно существование искомой частицы Хиггса. Некоторую конкуренцию такой установке мог составить ускоритель в лаборатории имени Ферми, известный как «Теватрон», работавший с 1976 г., а в 1984 г. ставший мощнейшим в мире коллайдером протонов и антипротонов. К 1986 г. энергия столкновения протонов и антипротонов, циркулирующих в Фермилабе по 6,5-километровому кольцу сверхпроводящих магнитов, почти в две тысячи раз превышала энергию, эквивалентную массе покоя протона.

Несмотря на значительность этого достижения, его было недостаточно, чтобы исследовать большую часть пространства параметров бозона Хиггса, так что открыть его на «Теватроне» можно было только при большой удаче и снисходительности природы. За «Теватроном» все же числился один очень серьезный успех, давно ожидаемое открытие: на нем был получен увесистый истинный кварк, который в 175 раз тяжелее протона и является самой массивной частицей, обнаруженной по сей день в природе.

Спустя четырнадцать месяцев после кончины SSC совет ЦЕРН без всякой конкуренции одобрил строительство в туннеле LEP новой установки – Большого адронного коллайдера (БАК), по-английски называемого Large Hadronic Collider (LHC). На разработку проекта, конструирование установки и ее детекторов должно было уйти некоторое время, так что установке LEP предстояло работать в своем туннеле еще почти шесть лет и только потом закрыться на реконструкцию. После этого еще почти десять лет предстояло строить новую установку и детекторы частиц для использования в поисках частицы Хиггса и/или других новых физических явлений.

То есть на все это можно было бы рассчитывать, если бы удалось создать работающую установку и подходящие детекторы. А это представляло собой сложнейшую инженерную задачу, за решение которой когда-либо брался человек. Технические требования к сверхпроводящим магнитам, вычислительным мощностям и многим другим аспектам установки и детекторов предполагали технологии куда более высокого уровня, чем те, что имелись на тот момент в распоряжении ученых.

На концептуальный проект установки ушел целый год, а еще годом позже были утверждены предложения двух коллабораций, отвечавших за основные экспериментальные детекторы. США, которым в этой гонке ставить было не на кого, были приняты в ЦЕРН в статусе «наблюдателя», что позволило американским физикам стать ключевыми игроками в разработке и проектировании детекторов. В 1998 г. сооружение полости, которая должна была вместить один из двух основных приборов, детектор CMS, пришлось задержать на полгода, поскольку рабочие обнаружили на строительной площадке галло-римские руины, в том числе виллу и окружающие ее поля.

Через четыре с половиной года громадные подземные пустоты для размещения двух главных детекторов были готовы. За два следующих года 1232 громадных магнита по пятнадцать метров длиной и тридцать пять тонн весом каждый были опущены под землю на глубину пятидесяти метров через специальную шахту и доставлены на предназначенные для них места при помощи специально спроектированного погрузчика, способного перемещаться по туннелю. Через год после этого на место были опущены последние кусочки каждого из двух больших детекторов, и 10 сентября 2008 г. в 10:28 установка первый раз была официально включена.

Через две недели разразилась катастрофа. В коннекторе одного из магнитов произошло короткое замыкание, из-за которого соответствующий сверхпроводящий магнит перешел в обычное, не сверхпроводящее состояние, высвободив громадное количество энергии и вызвав механические повреждения и утечку жидкого гелия из системы охлаждения. Повреждения оказались достаточно обширными, чтобы потребовалась доработка проекта и проверка всех паек и соединений БАКа; на работы ушло больше года. В ноябре 2009 г. Большой адронный коллайдер наконец вновь заработал, но из-за опасений за конструкцию в режиме разгона только до семи тысяч эквивалентных масс протона (по отношению к центру масс), а не четырнадцати тысяч, как было задумано. 19 марта 2010 г. установка начала работать со столкновением пучков на этих сниженных энергиях, и в течение двух недель оба детектора начали регистрировать столкновения с соответствующей суммарной энергией.

Эта сухая хроника ничего не говорит о тех невероятно сложных технических задачах, которые приходилось решать в ЦЕРН на протяжении пятнадцати лет с того момента, когда впервые прозвучало предложение о строительстве установки. Если выглянуть из окна самолета перед посадкой в аэропорту Женевы, увидишь только слегка холмистые ухоженные поля и горы в отдалении. Если не знать заранее, то невозможно догадаться, что под этими полями находится самая сложная машина из всех, когда-либо построенных человеком. Рассмотрим некоторые характеристики установки, залегающей кое-где на глубине 175 метров под этим безмятежным пасторальным ландшафтом.