Пол Хэлперн - Коллайдер

Мало того, все больше усиливающаяся специализация, связанная с набирающими обороты «фабриками» по производству частиц, и долгие сроки экспериментов привели к тому, что руководители проектов начали придерживаться более гибких критериев, предъявляемых к докторским диссертациям. Например, для полноценной диссертации на степень доктора философии вполне достаточно выполнить моделирование методом Монте-Карло (используя для просчета возможных исходов генератор случайных чисел), написать программу, построить и испытать новый детектор и т. д. В противном случае некоторые аспиранты, входящие в коллаборацию экспериментаторов, рискуют остаться без диссертационной темы, да и будь у каждого тема, конечных результатов приходится ждать годами, а значит, защита отодвигается на неопределенно долгое время.

К моменту перевода ПСС в режим коллайдера в ожидании первых столкновений уже стояли два детектора, каждый со своей армией экспериментаторов. Первый, UA1 («Подземная площадка №1»), - детище Руббиа, создавшего невероятно сложный прибор, начиненный самой современной электроникой и способный анализировать столкновение практически под любым углом. Способность покрыть телесный угол почти полностью, так называемая герметичность, стала с тех пор главным критерием качества детектора. UA1 был настоящим Голиафом - на тот момент рекордные примерно 2000 тонн. Журналисты одной французской газеты, впечатленные замысловатой и объемистой конструкцией детектора, сделали ставку на второй, более миниатюрный UA2 («Подземная площадка №2»), полагая, что юркий «Давид» свалит неповоротливого гиганта. Говорят, от этого сравнения Руббиа, справедливо считавший себя настоящим профи, пришел в бешенство 59.

В ходе первого пуска в декабре 1981 г. предполагалось проверить некоторые следствия квантовой хромодинамики (КХД), главного претендента на роль калибровочной теории сильных взаимодействий. Квантовая хромодинамика, разработанная в 70-х гг. XX в., относит взаимодействие между кварками внутри адронов на счет глюонов, частиц-переносчиков. Перебрасываясь глюонами, кварки различных цветов образуют между собой связи и складываются в барионы или мезоны. Концепция глюонов пришла на смену гипотезе обмена пионами. В рамках последней было совершенно непонятно, почему кварки предпочитают ходить группами и никогда не летают поодиночке. На детекторах UA1 и UA2 экспериментаторы искали события, в которых кварковые структуры приходят в тесное взаимодействие, измеряли энергию в ливне и сравнивали с расчетами теоретических моделей КХД. Многие из предсказаний КХД удивительным образом подтвердились, причем в большинстве своем на UA2.

Подогрев аппетит на опытных следствиях КХД, можно было переходить к основному блюду. W- и Z-бозоны созрели, и настала пора собирать урожай, а благодаря новым возможностям обновленного ПСС за экзотическими фруктами и тянуться не надо было - сами в руки упадут. Детекторы, нацеленные на свою разновидность частиц, или, лучше сказать, дегустаторы, стояли в предвкушении характерного букета редких ароматов.

Если говорить о W-бозоне, то ученые ожидали, что при больших энергиях кварк в протоне сможет слиться с антикварком в антипротоне (например, верхний кварк и нижний антикварк) и образовать переносчик слабых взаимодействий. Однако на очень короткое время: бозон тут же распадется на заряженные лептоны и нейтрино. Частицы, ускользающие от прямого детектирования, называются резонансами. На их присутствие намекает лишь резкий максимум (его положение зависит от массы резонанса) в кривой зависимости сечения от энергии. Это как пытаться доказать, что кто-то средь жаркого летнего дня недавно лепил снеговика (из инея в морозилке). Обильная лужа воды выдаст затейника.

В один из рождественских дней 1982 г. на ПСС сталкивались пучки протонов и антипротонов с немыслимой светимостью более чем 10 29(1 с 29 нулями) частиц в секунду на один квадратный сантиметр. Детектор UA1 зафиксировал около миллиона потенциально интересных событий, которые затем отправились на обработку. Шесть из них по параметрам подходили («нужная» энергия и импульс электронов, вылетающих под определенными углами) под события с участием W-бозона. Дополнительные данные сузили диапазон масс, куда попадает W-бозон, - вышло примерно 81 ГэВ/c 2(в соответствии со знаменитым эйнштейновским соотношением между массой и энергией мы делим на скорость света в квадрате). UA2 между тем выявил еще четыре таких же подозрительных случая, чем подтвердил потрясающее открытие.

Поимка Z-бозона произошла несколькими месяцами позже, в апреле-мае 1983 г. На этот раз экспериментаторов интересовал другой сигнал: рождение электрон-позитронных пар определенной энергии. У коллектива UA1 масса нового бозона получилась примерно 95,5 ГэВ/c 2, а ученые из группы UA2 повторили эту цифру. Об этих триумфальных открытиях возвестили статьи в «Физике Леттерс В», от которых мировое физическое сообщество было в восторге. Проведенные эксперименты говорили сами за себя, недвусмысленно дав понять, что единая электрослабая теория не игра разума.

Сотрудник ЦЕРН Даниэль Денегри, входивший в группу UA1, вспоминает воцарившуюся тогда радостную атмосферу: «В конце 1982-го и в 1983 г. я чувствовал себя на подъеме не только как ученый, но и как человек. До сих пор не могу забыть то время упорных попыток, напряжения, предвкушения, удовлетворения и радости».

Трудно переоценить тот энтузиазм и веру в свои силы, которые принесли европейцам открытие слабых бозонов. После десятилетий господства Соединенных Штатов в области физики высоких энергий земля Эйнштейна, Бора и Кюри снова почивала на лаврах. Как заметил Денегри: «Открытие в ЦЕРНе W и Z-бозонов… означало, что физика элементарных частиц снова пристала к “старому берегу” Атлантики» 60.

Хотя американские экспериментаторы и были рады за своих заокеанских коллег и довольны, что электрослабая теория выдержала проверку на прочность, они не могли оставаться равнодушными, зная, что ЦЕРН уложил их на лопатки. Ускорительная физика, как и бейсбол, успела стать коньком США, а как бы себя чувствовали американцы, проиграв Мировую серию Швейцарии? Редактор «Нью-Йорк Таймс» в своей колонке огласил счет: «Европа - 3, США не дотянули до Z-3epo» 61.

Первой головой, полетевшей после успеха европейской науки, стала «Изабелль» (ISABELLE) - сооружаемый в Брукхейвене протон-протонный коллайдер. И это несмотря на то что уже был вырыт тоннель и потрачены сотни миллионов долларов. В июле 1983 г. подразделение Консультативной группы по вопросам физики высоких энергий Министерства энергетики США решило, что планируемой энергии строящегося коллайдера (около 400 ГэВ) будет недостаточно, чтобы превзойти уровень недавних открытий.