Пол Хэлперн - Коллайдер

Лоуренс показал свои чертежи Дональду Шейну, математику из Беркли, и тот подтвердил верность расчетов. Когда Шейн полюбопытствовал: «Зачем вам это?» - Лоуренс радостно ответил: «Я собираюсь обстрелять атомы и разломать их!»

На следующий день его воодушевление еще больше возросло, когда из новых вычислений он увидел, что в его проектируемом ускорителе частицы будут продолжать двигаться все быстрее и быстрее, и неважно, насколько сильно от центра они при этом удалились. Жена коллеги даже слышала, как вышагивающий по университетскому городку павлином Лоуренс воскликнул: «Я стану знаменитым!» 34

По привычке детства ему не терпелось поделиться своими изысканиями с Туве, работавшим тогда в Институте Карнеги в Вашингтоне. Но Туве встретил эту конструкцию без особого восторга. По иронии судьбы лучшие друзья превратились в соперников и в вопросе расщепления ядра не разделяли взглядов друг друга. Туве совместно с Грегори Брейтом и Лоуренсом Хафстадом сделали ставку на трансформатор Теслы. Низкое напряжение в одной из двух катушек этого устройства возбуждает высокое напряжение в своей соседке, причем перепад потенциала может быть огромным. Катушки Теслы, однако, было трудно заизолировать, а потери энергии оставляли желать лучшего. Едва появились высоковольтные генераторы Ван де Граафа, Туве осознал их эффективность и стал собирать собственные модели.

Из-за скептических отзывов Туве и его коллег Лоуренс поначалу сомневался в своей правоте. (Свой прибор он назвал магнитно-резонансным ускорителем, мы теперь его знаем как циклотрон.) И только подбадривающие слова уважаемого ученого помогли Лоуренсу поверить в свой проект. В 1929 г. на рождественских праздниках он за бутылкой подпольного вина (действовал сухой закон) показал свои наброски гостившему в США немецкому физику Отто Штерну. Тот пришел в восхищение и настоятельно посоветовал воплотить эту идею в жизнь. «Эрнест, ни слова больше, - убеждал Штерн. - Немедленно… принимайтесь за работу» 35.

Кокрофт, Уолтон, Ван де Грааф, Туве и другие ученые-ядерщики наступали Лоуренсу на пятки, и ему некогда было сидеть сложа руки, надо было срочно строить и запускать ускоритель. Он отвел в сторонку Нильса Эдлефсена, своего первого аспиранта, и задал вопрос: «Помните, мы обсуждали мою безумную идею? Там все так просто, что не пойму, почему никто до нее не додумался. Вы не видите никакой ошибки?»

Эдлефсен ответил, что идея вполне разумная. «Отлично! - сказал Лоуренс. - Тогда за работу. Приготовьте все, что нам может понадобиться».

И под руководством Лоуренса Эдлефсен из груды подручных материалов, отыскавшихся в лаборатории, принялся собирать опытный образец. Круглая медная цистерна, разрезанная пополам, превратилась в два электрода, которые подсоединили к радиочастотному генератору, выдающему регулярные импульсы напряжения. Эдлефсен упаковал весь прибор в стеклянный корпус, поместил его между 10-сантиментровыми полюсами направляющего магнита и - последний шаг - залил все стыки липким воском. Этот ускоритель, появившийся в начале 1930-х гг., элегантностью не отличался. Но зато после некоторой настройки исправно удерживал протоны на орбите - к вящему удовольствию Лоуренса.

Один из первых циклотронов - 94-сантиметровый экземпляр Радиационной лаборатории (ныне Национальная лаборатория им. Лоуренса в Беркли)

Но чтобы пробиться в ядерную крепость, нужны были более высокие энергии, а значит, как Лоуренс быстро понял, более серьезный ускоритель с магнитом помощнее. К счастью, один промышленник, также читавший в университете лекции, предложил Лоуренсу взять 8-тонный магнит, пылившийся на складе в Пало Альто, в пятидесяти милях от Беркли. Когда-то он был частью радиопередатчика, но прогресс оставил его далеко за бортом.

Щедрый подарок требовал много места, и Лоуренс стал искать, где можно построить более крупный ускоритель. И снова удача! В 1931 г. ученому разрешили взять одно из старых университетских зданий, идущих под снос. Там свое первое пристанище (потом были и другие) нашла Радиационная лаборатория (или, как звали ее ученые, «Рэд Лаб»), в которой Лоуренс десятки лет вел свои исследования. Потом ее переименовали в Национальную лабораторию им. Лоуренса в Беркли, отдав тем самым дань уважения ее основателю.

Следующей на повестке стояла непростая задача довезти гигантский магнит до лаборатории. С помощью еще одного мецената Лоуренс и в третий раз вытянул счастливый билет - и это в Великую депрессию, когда банкирам пришлось потуже затянуть пояса. Необходимое оборудование, место в избытке - у ученого теперь было все, чтобы соорудить мощную машину.

1932 г. стал для ядерной физики знаковым годом. Многие замечательные эксперименты, как прожектором, выхватили из темноты хитросплетения атомного мира. В Колумбийском университете химик Харольд Юри открыл дейтерий, водородный изотоп, который примерно в два раза тяжелее обычного водорода. Нейтрон, обнаруженный Джеймсом Чэдвиком в Кавендишской лаборатории после обработки кропотливых наблюдений, навел на мысль, почему дейтерий по массе в два раза превосходит своего собрата с тем же зарядом. Более тяжелый изотоп обременен лишними нейтронами. Возникли разговоры о том, можно ли, собственно, считать нейтрон отдельной частицей, или же протон и электрон как-то соединяются и дают электрически нейтральный объект.

В научном мире ходило несколько альтернативных гипотез, и только эксперимент мог выбрать какую-либо одну из них. Есть, скажем, бета-распад, когда радиоактивный образец испускает электроны. Этим электронам, думали некоторые, больше неоткуда идти, кроме как из нейтронов, разваливающихся на протоны и электроны. (Сегодня мы знаем: эти превращения происходят за счет слабого взаимодействия, вовлекающего кварки внутри протонов и нейтронов, а также вылетающий электрон и нейтрино).

Еще одну теорию о взаимосвязи нейтрона и протона позволял выдвинуть открытый Карлом Андерсоном позитрон. На фотографиях, отображавших треки в камере Вильсона, ученый из Калтеха [19]обнаружил положительно заряженную компоненту космических лучей (космические частицы, прошедшие через земную атмосферу), причем масса частиц в ней была как у электрона. Сейчас нам известно, что позитрон - это античастица электрона, но в свое время Андерсон задавался вопросом, элементарен ли нейтрон, и если да, то, может быть, протон - это слившиеся воедино нейтрон и позитрон? Чтобы докопаться до истины, требовались точные измерения масс протона и нейтрона. Тогда можно было бы судить, покрывает ли разница в массах массу электрона или позитрона. (Как мы сейчас знаем, нейтрон действительно тяжелее протона, но состоит из кварков, а не из протонов и электронов.)