Стивен Вайнберг - Мечты об окончательной теории

Если экстраполировать то, что наблюдал СОВЕ, к много меньшим размерам ранних галактик, и вычислить степень неоднородности вещества на этих сравнительно малых масштабах, то мы столкнемся с проблемой: неоднородности размером с теперешнюю галактику были бы слишком незначительны в эпоху через триста тысяч лет после начала, чтобы вырасти под действием собственной гравитации в сегодняшние галактики. Один из способов преодолеть возникшую проблему заключается в том, чтобы предположить, что неоднородности галактического размера начали гравитационное сжатие уже в первые триста тысяч лет, так что экстраполяция того, что наблюдает СОВЕ, к много меньшим размерам галактик неверна. Однако это невозможно, если вещество Вселенной состоит главным образом из обычных протонов, нейтронов и электронов, так как неоднородности такой обычной материи не могут испытать существенный рост, пока Вселенная не станет прозрачной для излучения. Просто, в более ранние моменты времени любой комок вещества будет разнесен на куски давлением собственного излучения. С другой стороны, экзотическая темная материя [236], состоящая из электрически нейтральных частиц, стала бы прозрачной для излучения намного раньше, и поэтому начала бы гравитационное сжатие в эпоху намного ближе к началу, образуя значительно более сильные неоднородности галактических масштабов, чем те, которые вытекают из экстраполяции данных СОВЕ, и, вероятно, достаточные для того, чтобы вырасти в сегодняшние галактики. Открытие частиц темной материи на ССК подтвердило бы это предположение, пролив, тем самым, свет на раннюю историю Вселенной.

Существует множество других новых явлений, которые могли бы быть исследованы на ускорителях типа ССК: частицы, из которых состоят кварки внутри протонов, любые из множества суперпартнеров известных частиц, требуемых теорией суперсимметрии, новые типы взаимодействий, связанные с новыми внутренними симметриями и т.п. Мы не знаем, существуют ли перечисленные частицы и явления, и если они существуют, могут ли они быть открыты на ССК. Поэтому ободряющим является уже то, что мы заранее знаем по крайней мере об одном открытии огромного значения, которое можно совершить на ССК, – установлении механизма нарушения электрослабой симметрии.

После того, как министерство энергетики приняло решение о строительстве ССК, несколько лет ушло на планирование и проектирование, прежде чем смогло начаться само строительство. На основании давнего опыта известно, что хотя такое предприятие и спонсируется федеральным правительством, руководство им лучше всего осуществляется частными агентствами, поэтому министерство энергетики передало управление исследовательскими и конструкторскими работами университетской исследовательской ассоциации, некоммерческому консорциуму из шестидесяти девяти университетов, уже руководившему в свое время постройкой Лаборатории им. Ферми. Ассоциация в свою очередь привлекла университетских специалистов и ученых из промышленности в совет наблюдателей за постройкой ССК. Этот совет передал полномочия по детальной разработке конструкции ускорителя центральной конструкторской группе в Беркли, которую возглавил Маури Тайгнер из Корнеллского университета. К апрелю 1986 г. центральная конструкторская группа завершила проектирование. Ускоритель должен был представлять собой туннель диаметром три метра, образующий овал длиной 83 км, в котором должны были ускоряться летящие в противоположных направлениях два тоненьких протонных пучка энергией 20 триллионов электрон-вольт. Протоны удерживались на своей траектории 3 840 отклоняющими магнитами (длиной 17 м каждый) и фокусировались другими 888 магнитами. В целом, на все магниты должно было уйти 41 500 т железа и 19 400 километров сверхпроводящего кабеля. Они должны были охлаждаться 2 миллионами литров жидкого гелия.

30 января 1987 г. проект был одобрен Белым домом. В апреле министерство энергетики приступило к поиску места строительства, обратившись с просьбой к заинтересованным штатам высказывать свои предложения. К установленному сроку, 2 сентября 1987 г., оно получило сорок три предложения (общее число документов весило около 3 т) от штатов, желавших осуществить проект ССК на своей территории. Комитет, назначенный национальными академиями науки и техники, уменьшил число заявок до семи «лучше всего обоснованных» мест, и, наконец, 10 ноября 1988 г. министр энергетики объявил решение министерства: ССК будет построен в округе Эллис, Техас.

Отчасти, причина этого выбора лежит глубоко под поверхностью Техаса. На север от Остина до Далласа тянется геологическая формация возрастом 84 млн лет, известная как Остинское меловое отложение. Оно возникло из осадочных пород на дне моря, покрывавшего большую часть Техаса в меловом периоде. Мел непроницаем для воды, достаточно мягок для рытья, и в то же время, достаточно тверд для того, чтобы не было необходимости дополнительно укреплять стены туннеля. Трудно было бы найти более удачный материал, в котором предстояло прорыть туннель ССК.

Тем временем только разворачивалась борьба за финансирование ССК. Критическим для такого рода проектов является первое ассигнование на строительство. До этого момента проект состоит только из исследовательских и конструкторских работ, которые могут быть остановлены так же легко, как были начаты. Но как только начинается само строительство, остановить его политически неудобно, так как остановка означает молчаливое признание, что все деньги, уже потраченные на строительство, выброшены на ветер. В феврале 1988 г. президент Рейган запросил конгресс о выделении 363 млн долларов на строительство, но конгресс выделил только 100 млн и специально позволил тратить эти средства только на разработку и конструирование, но не на строительство.

Проект ССК продолжался так, как будто его будущее было обеспечено. В январе 1989 г. была избрана техническая администрация, и директором лаборатории ССК стал Рой Швиттерс. Этот бородатый, но сравнительно молодой физик-экспериментатор, которому исполнилось тогда 44 года, уже доказал свои способности управленца, возглавляя главную экспериментальную группу на ведущей в США установке по физике высоких энергий – коллайдере Тэватрон в Лаборатории им. Ферми. 7 сентября 1989 г. появились хорошие новости: сенатский комитет согласился ассигновать 225 млн долларов в 1990 бюджетном году причем 135 млн предназначалось на строительство. Проект ССК наконец-то выходил из стадии исследований и конструирования.

Но борьба не закончилась. Каждый год администрация ССК ставила перед конгрессом вопрос о финансировании, и каждый год произносились одни и те же аргументы за и против [237]. Только очень наивный физик удивился бы, насколько далеки эти споры от нарушения электрослабой симметрии или окончательных законов природы. Но только очень циничный физик не был бы огорчен самим фактом этих споров.