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

За инцидентом с U-2 быстро последовал Карибский кризис, который поставил Америку и Советский Союз на грань ядерной войны. Но, несмотря на крупные политические потрясения, случившиеся в 1960-1970-х годах, небольшие группы ученых из Америки, СССР и ЦЕРНа продолжали строить планы по совместному строительству Международного ускорителя Уилсона. Когда президенты и премьеры успокоились, Уилсон решил, что главная цель проекта — залечить раны холодной войны и превратить подозрения и скрытность в доверие и сотрудничество. “Так или иначе, — вспоминал он, — в ходе строительства Всемирной лаборатории и совместной работы мы могли бы изучать не только законы природы, но также и некие составляющие мирного сосуществования народов Земли”.

Машина тогда уже начала складываться в умах физиков, но продвигалось все микроскопическими шагами. Леон Ледерман официально дал ей новое имя — “Очень Большой Ускоритель” (VBA), и инженеры начали рассматривать проекты, в которых протоны планировалось разгонять до энергий от 10 до 20 ТэВ. Однако к концу 1970-х годов мечта Уилсона слегка увяла. К этому моменту многие уже потеряли терпение и стали строить свои собственные ускорители или активно инвестировать в ЦЕРН.

Выборы президента Рейгана в 1980 году вернули проект VBA к жизни, правда в новом варианте. Советником Рейгана по науке был Джордж Киворт, выходец из верхних эшелонов Лос-Аламосской лаборатории и протеже Эдварда Теллера — человека, создавшего водородную бомбу для президента Гарри Трумэна и убедившего Рейгана одобрить создание стратегической оборонной инициативы. В 41 год Киворт был молод, решителен и убежден в настоятельной необходимости возрождения американской науки. Он жаждал больших, захватывающих проектов вроде того, что предложил Уилсон, — дабы, как он говорил, избавиться от статуса профессиональной посредственности.

Леон Ледерман был из тех людей, которые используют все предоставленные судьбой шансы. В 1982 году он призвал своих коллег — физиков вернуться к проекту Американского ускорителя, названного теперь “Дизертроном” (Desertron), конструкция которого весьма напоминала конструкцию VBA. В то время Ледерман оценивал стоимость строительства ускорителя в 750 млн долларов. Основная задача “Дизертрона” состояла в охоте на бозон Хиггса, но, кроме того, он должен был развивать достаточную мощность, чтобы изучать законы природы при таких огромных энергиях, которых не было с момента Большого взрыва.

Стимулом для строительства “Дизертрона”, конечно, были успехи европейских физиков. Ведь обидно, что именно европейцы получили Нобелевские премии за открытие W-, Z-бозонов и глюонов. Добавило тревоги американцам и выступление Хервига Шоппера, генерального директора ЦЕРНа, сделанное им в начале того же 1982 года во время поездки в Японию. Шоппер обнародовал амбициозные планы лаборатории, из которых стало ясно, что Европа не собирается отказываться от своего с трудом завоеванного места на вершине физической иерархии.

В ЦЕРНе меж тем инженеры-строители готовились рыть туннель для нового ускорителя — Большого электрон-позитронного коллайдера (LEP), который на то время должен был стать крупнейшим строительным объектом в Европе. Уже было завезено специальное оборудование. Концепция LEP представляла собой уход от принципа, на котором работали предыдущие, протонные, ускорители ЦЕРНа, — в нем должны были сталкиваться не протоны, а электроны и их антиподы позитроны. В этом заключались определенные преимущества по сравнению с протонным коллайдером. Наиболее важное из них — то, что столкновения должны быть “чище”, а значит, легче обнаружить признаки вновь образованных частиц на фоне кучи осколков. Действительно, при столкновениях протонов, сложных частиц, состоящих из кварков и глюонов, образуется гораздо больше осколков, которые труднее идентифицировать.

Ускоритель LEP был сконструирован для изучения поведения W- и Z-частиц, но, если бы удалось увеличить энергию каждого пучка с 50 ГэВ до более чем 100 ГэВ, он стал бы первой машиной, где можно было бы организовать серьезную охоту на бозон Хиггса. Поэтому, когда LEP еще только строился, в ЦЕРНе уже начали думать над его серьезным обновлением. После окончания жизни этого ускорителя, который первоначально намечали закрыть в конце 1990-х, планировалось удалить его из 17-мильного подземного туннеля и заменить другим, более мощным. Предполагалось, что новый ускоритель, окруженный более чем тысячью мощных сверхпроводящих магнитов, сможет разогнать два пучка частиц до 7000 ГэВ каждый, или до скоростей, составляющих 99,999999% скорости света. Обновленному ускорителю дали название Большой адронный коллайдер (LHC). Слово “адрон” происходит от греческого hadros, что означает “крепкий”. Адронами называют частицы, состоящие из кварков (например, протоны).

Когда летом 1983 года американские ученые, специалисты по элементарным частицам, собрались на совещание консультативной комиссии по физике высоких энергий (Нерар), чтобы спланировать свое будущее, концепция ускорителя “Дизертрон” была готова и ждала своего решения. Машину быстро переименовали в Сверхпроводящий суперколлайдер, что звучало гораздо внушительнее. Ученые задумали соорудить гигантский ускоритель-монстр, где пучки частиц будут ускоряться до 20 000 ГэВ, — таким образом, он станет более чем в два раза мощнее LHC, даже если тот усовершенствуют. Настоятельно рекомендуя этот проект правительству, физики утверждали, что его можно построить менее чем за 2 млрд долларов, а эксплуатировать —в течение двенадцати лет. В результате другие предложения по строительству новых коллайдеров были сняты с рассмотрения. Если бы все пошло по плану, машина эта не только переплюнула бы БАК, но и сделала бы европейский ускоритель устаревшим еще до ввода того в строй. Однако в случае провала американские физики рисковали безнадежно отстать от Европы.

Сверхпроводящий суперколлайдер (SSC) сразу же вызвал споры и разногласия. Обнародование плана совпало с призывом администрации Рейгана “вернуть лидерство” в области физики высоких энергий. Это заявление было воспринято многими физиками за пределами Америки как провокационное. Руководство ЦЕРНа выразило недовольство позиционированием проекта как откровенно национального — это убивало надежды на скоординированные действия мирового сообщества. Математики, в свою очередь, заявили, что пытаясь найти частицу Хиггса или нечто ее заменяющее, физики должны научиться получать частицы с массой около 1000 Гэв, а для решения такой задачи на строительство SSC потребуются огромные суммы государственных денег, которые могли бы быть потрачены с большей пользой в других областях науки. Лидеры ЦЕРНа, в свою очередь, хотели, чтобы суперускоритель строился на их территории, а в Соединенных Штатах предлагали соорудить большой дополнительный линейный электрон-позитронный коллайдер. Европейцы утверждали, что в ЦЕРНе LHC можно построить за одну пятую часть стоимости SSC — не в последнюю очередь потому, что туннель для него уже существовал.