Тончайшее несовершенство, что порождает всё. Долгий путь частице Бога и Новая физика, которая изменит мир - Гвидо Тонелли

Но в тот момент мной владело чувство ответственности, и оно требовало, чтобы я поехал в Ахен и изложил там свои идеи. В общем, начальник стал мне угрожать, а я сорвался и наговорил ему грубостей. В конце концов я все‑таки отправился на конференцию, но наши отношения испортились непоправимо. Этот эпизод я часто рассказываю самым молодым своим сотрудникам: “Если у вас есть мечта, не слушайте тех, кто пытается вас остановить, пускай даже это будут самые авторитетные физики мира: следуйте за своей страстью; возможно, осуществить мечту вам и не удастся, но вы точно не пожалеете, что попытались”.

Кристальное сердце CMS

Итак, я поехал в Ахен и предложил использовать кремниевые элементы в трековых камерах. Трековые детекторы – это сердце современных экспериментов по физике частиц, самая важная часть огромной цифровой камеры, которая реконструирует события. На этапе сооружения ускорителя именно эта часть зачастую оказывается наиболее сложной, поскольку детекторы устанавливаются вокруг зоны взаимодействия, находящейся непосредственно за пределами вакуумной трубы, в которой происходят столкновения. Их назначение – регистрировать очень слабые следы пролета сотен заряженных частиц, образующихся в зоне взаимодействия, определять параметры их траекторий и измерять их характеристики. Ожидаемые энергия и светимость LHC настолько велики, что все применявшиеся до тех пор технологии не годились. Предчувствие, что эта проблема может оказаться главным камнем преткновения, тревожило очень многих, в том числе и Руббиа. Карло предложил детектор типа “железный шар” – и вовсе не в шутку. Он считал, что реконструировать траектории частиц в коллайдере невозможно и что ни один детектор не выдержит тех адских условий, которые возникнут в центре зоны столкновений и вблизи нее во время работы ускорителя, и потому предлагал установить вокруг зоны взаимодействия огромную железную сферу многометрового диаметра и оснастить ее внешнюю сторону мюонными детекторами. Все частицы, образующиеся в зоне взаимодействий, будут поглощаться железом, и только мюоны, обладающие наибольшей проникающей способностью, смогут покинуть возникший “ад”. Тут‑то бозон Хиггса, распадающийся, согласно Стандартной модели, на четыре мюона с высокими энергиями, и попадется. Однако мы полагали подход Руббиа ошибочным. Без информации о том, что происходит в сердце ускорителя, открытие бозона Хиггса было бы невозможно. Требовалась уверенность, что четыре мюона приходят точно из одного и того же места и что они не образуются в результате случайно накладывающихся взаимодействий или распада других частиц.

Детекторы с кремниевыми элементами – одна из технологий, в которых я разбираюсь лучше всего. Я принадлежу к числу ведущих мировых экспертов по этому вопросу. Еще будучи совсем молодым, я стал в данной области едва ли не пионером: мы с шефом, тем самым, с которым я потом поссорился, разработали первые детекторы в лабораторных условиях и проверили их работоспособность. Когда мы ввели их в эксперимент, они позволили увидеть настолько четкие детали частиц, что сразу стало возможно большое количество новых измерений.

Тонкие кристаллы сверхчистого кремния, подобные тем, что используются в электронных устройствах, можно сделать чувствительными к прохождению заряженных частиц. В пластинках возможно сформировать множество электродов, расположенных на расстоянии нескольких сотых долей миллиметра друг от друга, которые собирают крошечное облако заряда, образующееся при пролете частицы. Сверхчувствительные усилители регистрируют сигнал, так что точки траектории известны с точностью до нескольких микрон, и восстановить следы, как под микроскопом, – дело нехитрое. С помощью кремниевых детекторов можно визуализировать детали взаимодействий, которые в противном случае были бы совершенно размыты.

Моя идея заключалась в том, что кремниевые элементы – самый правильный выбор для коллайдера. Правда, когда я заговаривал об этом, у собеседника обычно удивленно открывался рот. Еще бы! В условиях LHC нынешние детекторы продержались бы всего несколько недель. Излучение меняет характеристики кремния, и, если не принять специальные меры, детекторы быстро придут в негодность. Кроме того, никто пока не научился производить такие кристаллы в больших количествах, а нам они были нужны сотнями квадратных метров. Это очень дорогое и сложное изделие, изготовить которое под силу лишь нескольким компаниям в мире. Для оснащения приборов LHC нам требовалось в сотни раз больше кристаллов, чем можно было получить в 1990‑е годы, а стоить они должны были в десятки раз меньше. Вдобавок мы не знали, как создать необходимую электронику для считывания данных. Мы нуждались в миллионах миниатюрных усилителей, которым пришлось бы выдерживать радиацию устрашающего уровня. Одним словом, чистое безумие.

Когда я заговорил об этом с Мишелем Делла Негра, его глаза тут же заблестели и он сказал: “Идея кажется мне отличной. Почему бы вам не присоединиться к нам и не попробовать вместе воплотить ее в жизнь?”

Мишель Делла Негра – французский физик, чье имя выдает итальянское происхождение. Он учился в Парижской политехнической школе и работал вместе с Руббиа над открытием W– и Z-бозонов. Как и другие талантливые молодые люди, по окончании эксперимента он предпочел пойти собственным путем и дистанцировался от прежнего шефа, известного авторитарным характером и склонностью подавлять и отодвигать в тень любого, даже самого блестящего своего соавтора. Верным соратником Делла Негра был его заместитель, британский физик индийского происхождения Теджиндер Верди, которого все называли Джимом. Сикх, родившийся в Кении, он закончил университет в Англии и, будучи по натуре бойцом, упорно боролся с предрассудками и всевозможными препятствиями в таком крайне консервативном научном истеблишменте, как английский. Он тоже работал вместе с Руббиа, познакомился в то время с Мишелем, подружился с ним, и они оба решили попробовать трудиться независимо.

Встреча с Мишелем в Ахене изменила мою жизнь. Я присоединился к CMS главным образом потому, что Мишель мне сразу понравился. Он на несколько лет старше меня, целеустремленный, солидный и очень компетентный, хотя и совершенно не склонный хвастаться своими достоинствами. Именно Мишель и помогавший ему Джим предложили простой и элегантный дизайн CMS, который мы неделями обсуждали за столиками в кафе, заполняя салфетки каракулями. Этот дизайн покорил меня и своей красотой, и какой‑то сияющей бескомпромиссной ясностью.

Мы воспользовались той же успешной философией, что привела к открытию W– и Z-бозонов. Руббиа сделал ставку на их электронный распад. Для этого он установил в магнитном поле центральную трековую камеру и окружил ее электромагнитным калориметром – счетчиком, который поглощал электроны и фотоны, измеряя их энергии. Внутри магнита реконструировались треки и измерялись импульсы электронов, полностью распознававшиеся в момент поглощения их калориметром.

Идея была идеальной для того эксперимента, что проводился на базе Протонного суперсинхротрона SPS. А у LHC светимость будет в десять тысяч раз выше. К тому же в 1990‑е