В поисках частицы Бога, или Охота на бозон Хиггса - Иэн Сэмпл

Стимулом для строительства “Дизертрона”, конечно, были успехи европейских физиков. Ведь обидно, что именно европейцы получили Нобелевские премии за открытие W-, Z-бозонов и глюонов. Добавило тревоги американцам и выступление Хервига Шоппера, генерального директора ЦЕРНа, сделанное им в начале того же 1982 года во время поездки в Японию. Шоппер обнародовал амбициозные планы лаборатории, из которых стало ясно, что Европа не собирается отказываться от своего с трудом завоеванного места на вершине физической иерархии.

В ЦЕРНе меж тем инженеры-строители готовились рыть туннель для нового ускорителя — Большого электрон-позитронного коллайдера (LEP), который на то время должен был стать крупнейшим строительным объектом в Европе. Уже было завезено специальное оборудование. Концепция LEP представляла собой уход от принципа, на котором работали предыдущие, протонные, ускорители ЦЕРНа, — в нем должны были сталкиваться не протоны, а электроны и их антиподы позитроны. В этом заключались определенные преимущества по сравнению с протонным коллайдером. Наиболее важное из них — то, что столкновения должны быть “чище”, а значит, легче обнаружить признаки вновь образованных частиц на фоне кучи осколков. Действительно, при столкновениях протонов, сложных частиц, состоящих из кварков и глюонов, образуется гораздо больше осколков, которые труднее идентифицировать.

Ускоритель LEP был сконструирован для изучения поведения W- и Z-частиц, но, если бы удалось увеличить энергию каждого пучка с 50 ГэВ до более чем 100 ГэВ, он стал бы первой машиной, где можно было бы организовать серьезную охоту на бозон Хиггса. Поэтому, когда LEP еще только строился, в ЦЕРНе уже начали думать над его серьезным обновлением. После окончания жизни этого ускорителя, который первоначально намечали закрыть в конце 1990-х, планировалось удалить его из 17-мильного подземного туннеля и заменить другим, более мощным. Предполагалось, что новый ускоритель, окруженный более чем тысячью мощных сверхпроводящих магнитов, сможет разогнать два пучка частиц до 7000 ГэВ каждый, или до скоростей, составляющих 99,999999% скорости света. Обновленному ускорителю дали название Большой адронный коллайдер (LHC). Слово “адрон” происходит от греческого hadros, что означает “крепкий”. Адронами называют частицы, состоящие из кварков (например, протоны).

Когда летом 1983 года американские ученые, специалисты по элементарным частицам, собрались на совещание консультативной комиссии по физике высоких энергий (Нерар), чтобы спланировать свое будущее, концепция ускорителя “Дизертрон” была готова и ждала своего решения. Машину быстро переименовали в Сверхпроводящий суперколлайдер, что звучало гораздо внушительнее. Ученые задумали соорудить гигантский ускоритель-монстр, где пучки частиц будут ускоряться до 20 000 ГэВ, — таким образом, он станет более чем в два раза мощнее LHC, даже если тот усовершенствуют. Настоятельно рекомендуя этот проект правительству, физики утверждали, что его можно построить менее чем за 2 млрд долларов, а эксплуатировать — в течение двенадцати лет. В результате другие предложения по строительству новых коллайдеров были сняты с рассмотрения. Если бы все пошло по плану, машина эта не только переплюнула бы БАК, но и сделала бы европейский ускоритель устаревшим еще до ввода того в строй. Однако в случае провала американские физики рисковали безнадежно отстать от Европы.

Сверхпроводящий суперколлайдер (SSC) сразу же вызвал споры и разногласия. Обнародование плана совпало с призывом администрации Рейгана “вернуть лидерство” в области физики высоких энергий. Это заявление было воспринято многими физиками за пределами Америки как провокационное. Руководство ЦЕРНа выразило недовольство позиционированием проекта как откровенно национального — это убивало надежды на скоординированные действия мирового сообщества. Математики, в свою очередь, заявили, что пытаясь найти частицу Хиггса или нечто ее заменяющее, физики должны научиться получать частицы с массой около 1000 Гэв, а для решения такой задачи на строительство SSC потребуются огромные суммы государственных денег, которые могли бы быть потрачены с большей пользой в других областях науки. Лидеры ЦЕРНа, в свою очередь, хотели, чтобы суперускоритель строился на их территории, а в Соединенных Штатах предлагали соорудить большой дополнительный линейный электрон-позитронный коллайдер. Европейцы утверждали, что в ЦЕРНе LHC можно построить за одну пятую часть стоимости SSC — не в последнюю очередь потому, что туннель для него уже существовал.

Международные протесты пришли и из мест более отдаленных, чем ЦЕРН. Страны, вовлеченные в разработку проекта Уилсона и Ледермана, обиделись, что десятилетняя работа над машиной VBA растворилась в проекте SSC, а цели извратились, и теперь выходило, что главное — восстановление престижа США как мирового лидера в физике элементарных частиц.

Выступая перед Комитетом по науке и технологии палаты представителей в феврале 1985 года, советник по науке президента Рейгана Джордж Киворт сказал: “Страны или группы стран, которые у дут строить SSC, образуют новый международный исследовательский центр в области физики высоких энергий. И не скрою —  я уверен, что, если SSC будет построен в другой стране, это станет серьезным ударом по американскому научному лидерству”.

А между тем в ЦЕРНе Карло Руббиа получил задание — претворить проект LHC в жизнь. Руббиа, тот самый Руббиа, который вместе с Симоном ван дер Меером (инженером, специалистом по ускорителям) был удостоен Нобелевской премии по физике в 1984 году за открытие W- и Z-частиц, был назначен главой нового комитета по планированию будущей лаборатории. Всего через несколько недель после того, как Киворт произнес свою речь, подчеркнув, как важно, чтобы SSC был построен в США, Руббиа вылетел в Японию. Там он сообщил японским физикам: ЦЕРН может построить LHC уже к 1992 году, причем бюджет строительства составит всего 250 млн долларов.

Этот поступок, как говорили некоторые, был характерен для Руббиа. Японские физики, а затем, глядя на них, и ученые из других стран решили принять участие в европейском проекте. Во-первых, их прельщала перспектива участвовать на равных в сложнейших экспериментах на коллайдере, а во-вторых, они надеялись сделать важные открытия еще до того, как SSC будет построен и заработает. Ледерман, услыхав про тактику Руббиа, только улыбнулся. Утверждения руководителей ЦЕРНа о том, что LHC можно построить всего за 250 млн долларов, он на звал, мягко говоря, странными124. Наверное, заявил он, Руббиа делал свои расчеты в ценах 1940 года.

Вскоре американские физики элементарных частиц столкнулись с критикой ближе к дому — со стороны исследователей из других научных центров США. Министерство энергетики обещало, что строительство SSC будет осуществляться на “целевые деньги” и за счет инвестиций из других стран Но вскоре после объявления о принятии проекта Суперколлайдера, для его строительства забрали 18 млндолларов у обреченного на закрытие коллайдера “Изабель” Брукхейвенской национальной лаборатории. Ученые, работавшие в других областях опасались, что финансирование их исследований также будет урезано, а деньги пойдут на флагман американской науки.

SSC был крупнейшим в мире чисто научным проектом, и потому он неизбежно столкнулся с серьезными препятствиями, причем его продвижение оказалось не единственной трудностью. Возникали разногласия по поводу возможностей машины и конструкции мощных сверхпроводящих магнитов, имевших решающее значение для ее работы. Хотя ни одна из возникавших проблем не казалась непреодолимой, периодические пересмотры стоимости проекта приводили к тому, что она неуклонно возрастала. В то время, когда дефицит бюджета США лег тяжелым бременем на плечи членов конгресса, стремительно растущая стоимость SSC бросала зловещую тень на будущее всего проекта.

В течение нескольких месяцев после того, как президент Рейган официально одобрил строительство нового ускорителя, его знаменитые сторонники выступали на слушаниях, проводимых в подкомитетах палаты представителей. Одним из главных критиков проекта был нобелевский лауреат Филипп Андерсон из Принстонского университета, работавший в области сверхпроводимости и магнитных свойств материалов. Примерно за год до того, как Питер Хиггс и другие ученые опубликовали теорию приобретения субатомными частицами массы в полном виде, Андерсон предложил свой механизм, очень похожий на механизм Хиггса. Андерсон уже не первый раз протестовал против больших государственных инвестиций в исследования по физике высоких энергий. Когда ученые, работавшие в этой области, заявляли, что их исследования направлены на решение самых фундаментальных задач науки, Андерсон отвечал, что исследования Алана Тьюринга в области компьютерных наук или Джеймса Уотсона и Фрэнсиса Крика по расшифровке структуры ДНК не менее фундаментальны.