Пол Хэлперн - Коллайдер

Если в перерывах между попытками выжать все из передовых технологий у увлеченного элементарными частицами физика и бывает время подумать о будущем, то он наверняка задумывается о будущем своей отрасли. Как результаты, полученные на БАК, - каковы бы они ни были - повлияют на развитие физики элементарных частиц? Насколько общество будет лояльно к одной из самых дорогих научных дисциплин в вопросах поддержки и финансирования? С учетом этой неопределенности справедливо ли привлекать в физику высоких энергий молодых исследователей? Что в этой области науки будет происходить через несколько десятилетий?

Куда нам идти дальше? После более чем 75 лет стремительного прогресса будущее физики высоких энергий сегодня никак нельзя назвать определенным. Многое зависит от того, что мы обнаружим на Большом адронном коллайдере.

В худшем случае, если на БАК не будет найдено ничего интересного, физическому сообществу придется произвести переоценку ценностей. Оправдано ли окажется в финансовом плане дальнейшее повышение энергии ускорителей в надежде натолкнуться на более тяжелые частицы? Будут ли государства готовы выбрасывать гигантские суммы на непонятные рядовому гражданину исследования в этот не самый приятный для мировой экономики период? Если БАК нас ничем не порадует, нечего будет и думать, чтобы заручиться поддержкой политиков, замахиваясь на проект еще более крупного агрегата. «Физике элементарных частиц, наверное, придет конец» 97, - сказал Мартинус Вельтман, рассуждая о том, что будет, если существующий в природе бозон Хиггса не обнаружат на БАК.

Впрочем, настолько пессимистичные прогнозы не имеют под собой оснований. Предположим, БАК все-таки обнаружит новые частицы (скажем, «хиггс» и суперсимметричных партнеров), укажет пальцем на главных претендентов на темную материю, прольет свет на скрытые измерения и/или найдет что-нибудь совсем уж из ряда вон выходящее. Прочесав экспериментальные данные, теоретики тогда скажут, какие модели их лучше всего объясняют, и предъявят список того, чего им недостает, чтобы заполнить все пробелы.

В идеале уникальные открытия на БАК помогут нам понять, насколько точно Стандартная модель отражает природу в широком диапазоне энергий. С их помощью мы также сможем сделать выбор между Стандартной моделью в ее первоначальном варианте и суперсимметричными теориями или же склониться в пользу других альтернатив. Если получится отсеять какие-то гипотезы и оставить только самые правдоподобные, было бы здорово. Но, судя по предыдущему опыту, творческой активности теоретикам не занимать - как бы нам не оказаться лицом к лицу с еще большим количеством моделей, чем было раньше. Что тогда будем делать?

В памяти слишком свежо фиаско, которое потерпел Сверхпроводящий суперколлайдер, поэтому вряд ли эстафету у ЦЕРНа перехватят американские лаборатории. Не считая участия США в европейских и международных проектах (хотя его значение трудно переоценить), в целом в американской физике высоких энергий движения мало. Новый ускоритель не предвидится, а существующие лаборатории вынуждены работать в условиях постоянного сокращения финансирования.

«Фермилаб» уже больше 20 лет живет в ожидании страшного конца. Едва под ССК была выбрана техасская площадка, экспериментаторы Батавии уже приготовились увидеть последние обороты своей любимой высокоэнергетичной карусели - хотя она еще по-настоящему и не разогналась. Однако судьба продлила аттракциону жизнь. Отмена программы ССК в 1993 г. и открытие в 1995 г. на «Теватроне» топ-кварка дали понять, что без «Фермилаба» физика элементарных частиц многое бы потеряла. И вместо того чтобы законсервировать ускоритель, его всего лишь временно закрыли на ремонт.

С 1996 по 2000 г. в «Теватрон» было вложено 260 млн долларов, которые вывели его на новый уровень. Как только швы зарубцевались, началась вторая серия экспериментов (известная как «Стадия II»), призванная проверить, на что способен коллайдер после косметической операции. «Стадия II» принесла множество значительных результатов, в том числе была уточнена масса топ-кварка, дан нижний предел на массу бозона Хиггса и продолжились исследования адронов, содержащих прелестные кварки. Однако интенсивность столкновений на «Теватроне» в первой половине 2000-х оставляла желать лучшего. Верхушка «Фермилаба» осознала, что если не повысить эффективность коллайдера, шансы сделать сколько-нибудь важные открытия до пуска БАК весьма невелики.

К счастью, за время запланированных технических перерывов зимой 2004/05 г. и весной 2006 г. светимость «Теватрона» удалось довести до рекордных значений. Чтобы справиться с этой непростой задачей, инженеры нашли более выгодный способ подключения к «Теватрону» антипротонного накопительного кольца «Ресайклер» (устройства, в котором «складируются» антипротоны). Они, кроме того, применили метод электронного охлаждения, чтобы ужать антипротонный пучок. Эти меры продлили «Теватрону» жизнь еще на несколько лет.

Впрочем, когда БАК достигнет своих проектных мощностей, особой нужды сохранять «Теватрон» не будет. Имея всего 2 ТэВа максимальной энергии, он вряд ли сможет открыть что-нибудь раньше, чем это сделает БАК. Единственный способ серьезно увеличить его энергетический порог - построить дополнительное кольцо, что при нынешнем раскладе почти невероятно. Антипротоны к тому же служат тем балластом, который тормозит темпы повышения светимости по сравнению с протонными коллайдерами (такими как БАК). Протоны с избытком присутствуют в обычном газообразном водороде, а антипротоны на дороге не валяются. В общем, самоотверженно послужив инкубатором целому сонму частиц, «Теватрон», видимо, удалится на покой. Может быть, позже, чем все думали, но удалится. Как в шутку заметил физик Адам Юркевич, «Теватрон» «прошел очень длинный путь, пар от него так и валит» 98.

Понимая, что перспективы американских лабораторий весьма туманны, выпускники университетов США, видящие себя в физике высоких энергий, возможно, решат проводить больше времени в Европе или, если получится, вести свои исследования дистанционно. У каждого варианта свои недостатки. Постоянные командировки часто становятся врагом счастливой семейной жизни, а если не выиграть грант, то и кошелька. Ученым, планирующим наезжать в Женеву, на всякий случай следует искать свою вторую половинку и друзей среди послов, банкиров и шеф-поваров элитных ресторанов, желательно, материально обеспеченных.