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

За время войны ученые сильно продвинулись в ядерной физике. Уже было известно, что в реакциях деления при расщеплении атомов урана и других элементов выделяется энергия и при соответствующем умении можно инициировать цепную реакцию, в которой выделится огромная энергия из бесчисленного количества атомов, и тогда возникнет разрушительный взрыв.

Поль Дирак провел военные годы в Кембридже —был профессором математики на кафедре Лукаса. Это та самая должность, которую более чем за 250 лет до него занимал Исаак Ньютон, а 40 лет спустя —Стивен Хокинг. Вначале Дирак некоторое время работал над секретной технологией изготовления оружейного урана, который отправляли ученым, участвовавшим в Манхэттенском проекте — программе по созданию американской атомной бомбы. Руководителем проекта был Роберт Оппенгеймер. Работы велись в Лос-Аламосской национальной лаборатории в Нью-Мексико. Дирак всячески старался избегать исследований, связанных с военной тематикой. В то время в Кембридже ему сильно досаждал чрезвычайно способный, но вечно нарушающий общепринятые нормы поведения студент по имени Фримен Дайсон. Он обожал во время отключения электричества при воздушной тревоге забираться на крышу колледжа. А еще —забрасывать Дирака самыми разными вопросами. Иногда казалось, что это для него любимый вид спорта. Однажды Дирак даже прервал свою лекцию на середине и отправился искать ответ на очередной дайсоновский вопрос.

Теория деления ядра была разработана в 1938 году, почти за год до того, как началась Вторая мировая война. Немецкие ученые во главе с Отто Ганом, бомбардируя уран пучками нейтронов, обнаружили, что его атомы делятся и возникает два более легких элемента 55 55 Большая часть соответствующей работы по делению была проделана Ганом вместе с Лизе Майтнер и Фрицем Штрассманом. Для более подробной информации см. кн.: Siegmund Brandt. The Harvest of a Century: Discoveries in Modern Physics in 100 Episodes. Oxford University Press, 2009. . В реакции высвобождалась энергия, а также образовывались нейтроны, причем их было больше, чем в падающем пучке. Но тогда эти нейтроны могут быть использованы для расщепления еще большего числа атомов урана, при этом испустится еще больше нейтронов. Важно, что в каждом акте реакции деления выделяется все больше и больше энергии.

Работа Гана основывалась на экспериментах итальянского физика Энрико Ферми, выполненных несколькими годами ранее в Риме. Ферми обнаружил, что в лаборатории можно создать радиоактивные элементы при бомбардировке урана нейтронами, но, насколько он мог видеть, ни в одном из его экспериментов не возникало деления урана. В то время большинство физиков думали, что нейтроны слишком “слабы”, чтобы расщепить атом на два более легких элемента, — они просто “осядут” в атомах и утяжелят их. За свою работу по “наведенной радиоактивности” в 1938 году Ферми был удостоен Нобелевской премии. В том же году он и его жена — еврейка Лаура — покинули Италию и направились в Нью-Йорк, сбежав от фашистского режима Бенито Муссолини.

Прибыв в Америку, Ферми стал участником Манхэттенского проекта. Теперь местом его работы была лаборатория с ничем не примечательным на званием — Чикагская металлургическая лаборатория. Ферми и его новые коллеги должны были построить под старым университетским стадионом ядерный реактор. 2 декабря 1942 года Джеймсу Конанту, руководителю комитета национальных оборонных исследований, поступил звонок от директора Чикагской лаборатории Артура Комптона У него были потрясающие новости! Комптон произнес: “Итальянский мореплаватель только что высадился в Новом Свете”. Эта фраза могла означать только одно — в реакторе Ферми получена цепная реакция, высвободившая энергию атома. Начиналась эпоха атомной энергии.

В следующем году Фримен Дайсон покинул Кембридж — он получил место аналитика в оперативном исследовательском отделе командования бомбардировочной авиации Королевских военно-воздушных сил, расположенном в лесу на холме недалеко от Бекингемшира и занимавшем несколько зданий из красного кирпича. Дайсон снял жилье в соседней деревне и каждое утро проезжал пять миль на мотоцикле; иногда его обгонял лимузин Королевских военно-воздушных сил, возивший в офис его босса, сэра Артура Харриса, прозванного Бомбардировщиком. Работа Дайсона состояла в том, чтобы сделать бомбардировочные рейды безопаснее, увеличить эффективность бомбежек старинных городов Германии, дабы нанести им максимальный ущерб. Позже он признавался, что эта работа сделала его экспертом в том, “как более экономно убить еще сто тысяч человек”.

Хиггсу было почти (без нескольких недель) 16 лет, когда в Великобританию пришла весть о капитуляции Германии. Премьер-министр Уинстон Черчилль в присущем ему драматическом стиле, но при этом с благородной сдержанностью объявил согражданам о прекращении огня. “Мы можем позволить себе короткий период ликования, но давайте не забывать ни на минуту, что нас ждет впереди много дел, поскольку вероломная и алчная Япония остается непокоренной”, —сказал он. Бристоль и другие британские города захлестнула волна ликования. Когда в пабах кончилось пиво, люди, одетые в красные, белые и синие одежды, продолжили празднества на улицах —до поздней ночи они танцевали и пели вокруг костров.

А еще через три месяца наступил настоящий финал — страшный, трагический, с демонстрацией нового ужасного оружия. Утром 6 августа 1945 года американский бомбардировщик “Энола Гэй” освободился от своего 9000-фунтового груза над портовым городом Хиросима на крупнейшем японском острове Хонсю. Груз падал 43 секунды и взорвался на высоте 2000 футов. Внутри бомбы сначала взорвался небольшой обычный заряд вблизи хвостового стабилизатора. Взрыв продвинул к металлическому цилиндру с ураном, расположенному вблизи носовой части бомбы, урановую трубу, соединенную с передней частью снаряда. Когда они встретились и была достигнута критическая масса, из сжатого взрывом инициатора в уран полетели нейтроны. Началась цепная реакция. Первые нейтроны расщепили несколько ядер урана, получившиеся вторичные нейтроны расщепили следующие ядра, нейтронов стало еще больше. По мере того как реакция набирала обороты, высвобождалась огромная энергия, и в конечном итоге бомба разорвалась в небе. “Энола Гэй” отлетел уже почти на двенадцать миль когда его тряхнуло взрывной волной. Через несколько секунд она отразилась от земли, и пришла вторая ударная волна. Экипаж оглянулся назад —город был накрыт облаком, похожим на огромный гриб.

Новости о бомбардировке в тот же день стали известны немецким ученым, которые в начале года были взяты в плен и интернированы в Фарм-Холл, расположенный на окраине Кембриджа. Среди них были Отто Ган и Вернер Гейзенберг. Ган был безутешен. Он чувствовал себя ответственным за гибель сотен тысяч людей. Позже он говорил, что хотел покончить жизнь самоубийством, узнав, что его работы по делению ядер воплотились в реальную бомбу. Расшифровки прослушанных разговоров других ученых, чьи работы сделали возможным создание бомбы, также свидетельствуют об ужасе, их охватившем, и нежелании верить в то, что произошло 56 56 Чрезвычайно важные и часто трогательные диалоги между интернированными физиками собраны в кн.: Siegmund Brandt. The Harvest of a Century: Discoveries in Modem Physics in 100 Episodes. Oxford University Press, 2009. .