Достучаться до небес. Научный взгляд на устройство Вселенной - Лиза Рэндалл

Я поступила в аспирантуру в 1983 г., а проект БАКа был официально предложен в 1984 г. Так что в определенном смысле четверть века своей научной деятельности я ждала этот БАК! Теперь, наконец, я и мои коллеги получаем с БАКа данные и можем реально предположить, какие на этом пути нас могут ожидать открытия, к каким результатам в отношении массы, энергии и вещества могут в ближайшее время привести нас эксперименты.

В настоящее время БАК — это важнейшая экспериментальная установка в физике элементарных частиц. Понятно, что стоило коллайдеру заработать, как моих коллег–физиков охватили тревога и нетерпеливое возбуждение. Невозможно было войти в зал какого‑нибудь семинара, чтобы на тебя не накинулись с вопросами. Что происходит? Какая достигнута энергия столкновений? Теоретики интересовались такими подробностями, которые прежде для тех из нас, кто занимался расчетами и был далек от датчиков и экспериментальных установок, были едва ли не абстракцией. Наблюдался и обратный процесс. Экспериментаторы как никогда живо интересовались нашими последними разработками и жаждали побольше узнать о том, что им следует искать и что есть шанс открыть.

Даже на конференции в декабре 2009 г., посвященной темному веществу, участники с огромным интересом обсуждали БАК, который тогда только что завершил свой невероятно успешный дебют, получив первые высокоэнергетические протоны и первые столкновения. В то время после почти отчаяния, испытанного год назад, все просто горели энтузиазмом. Экспериментаторы с облегчением думали, что у них теперь есть данные, которые можно изучать и при помощи которых можно лучше разобраться в своих детекторах. Теоретики были счастливы, предвкушая скорое появление хоть каких‑нибудь ответов и достоверных выводов. Все работало просто сказочно хорошо. Пучки получались замечательные. Столкновения происходили. Аппаратура регистрировала события.

Однако путь к этой вехе оказался очень непростым, и в этой главе я подробнее расскажу об этом. Так что пристегните ремни — мы выезжаем на неровную дорогу!

История Европейского центра ядерных исследований (CERN) началась на несколько десятилетий раньше истории БАКа. Вскоре после окончания Второй мировой войны был заложен первый Европейский ускорительный центр, в котором должны были проводиться эксперименты по изучению элементарных частиц. В то время многие европейские физики — и те, кто эмигрировал в США, и те, кто по–прежнему жил во Франции, Италии и Дании — мечтали о том, чтобы в их родные страны вернулась передовая наука. Американцы и европейцы договорились, что для ученых и науки будет лучше, если европейцы объединятся в достижении этой общей цели и вернут исследования в Европу, чтобы залечить следы разорения и всеобщего недоверия, оставленные недавно закончившейся войной.

В 1950 г. на конференции ЮНЕСКО во Флоренции американский физик Исидор Раби посоветовал создать лабораторию, которая способствовала бы восстановлению в Европе сильного научного сообщества. В 1952 г. для этого был основан Европейский совет по ядерным исследованиям — Conseil Europeenpourla Recherche Nucleaire, или CERN. Первого июля 1953 г. представители 12 европейских государств собрались вместе, чтобы создать Европейскую организацию ядерных исследований, а в следующем году была ратифицирована соответствующая конвенция. Аббревиатура CERN давно уже не отражает название исследовательского центра, да и изучают здесь сегодня не ядерную, а субъядерную физику, или физику элементарных частиц. Но, как часто бывает в бюрократических системах, за Центром сохранилось первоначальное название.

Исследовательский центр был специально построен в самом центре Европы, недалеко от Женевы, на границе Франции и Швейцарии. Центр расположен в сказочном месте у подножья гор Юра среди полей и лугов, а на горизонте прекрасно видны Альпы. Ученые, работающие в CERN, весьма спортивны — ведь в тех местах все под рукой, можно заниматься горными лыжами, кататься на велосипеде и просто ходить по горам. Улицы здесь названы именами знаменитых физиков, так что, будучи в гостях, можно прокатиться по улице Кюри, улице Паули или улице Эйнштейна. А вот архитектуре Центра не повезло — она стала жертвой времени; комплекс был построен в 1950–е гг. в безликом и экономном стиле, так что здания Центра выглядят очень просто, а внутри его — бесконечные коридоры и безликие кабинеты. Не помогло и то, что строился здесь научный комплекс, — стоит взглянуть на естественнонаучные корпуса почти любого университета, и увидишь, как правило, самые страшные здания во всем университетском городке. Оживляют это место (помимо природы, конечно) работающие здесь люди.

Вообще, всем международным сообществам ученых не вредно было бы внимательно изучить эволюцию CERN и его нынешнюю деятельность. Не исключено, что это самое успешное международное предприятие всех времен и народов. Даже в непростые послевоенные годы, когда Европа только что вышла из тяжелейшего конфликта, ученые 12 стран сумели объединить усилия и обеспечить развитие своему начинанию.

В первую очередь усилия ученых были направлены на соревнование с Соединенными Штатами и их научными институтами, не испытывавшими нужды в деньгах. До открытия в CERN калибровочных W- и Ζ–бозонов почти все открытия в физике элементарных частиц делались на американских ускорителях. Однажды, когда я еще студенткой в 1982 г. была на практике в Лаборатории имени Ферми, один физик вышел в холл и сказал, что они «просто обязаны открыть эти чертовы векторные бозоны» и покончить с доминированием Америки. Он выражал, вероятно, точку зрения многих европейских физиков того времени, хотя, вероятно, не слишком красноречиво, да и язык у него порядком заплетался.

И вот ученые Центра действительно нашли векторные бозоны, а теперь, после строительства БАКа, женевский объект, бесспорно, стал мировым центром экспериментальной физики элементарных частиц. Однако нельзя сказать, что это было очевидно заранее, в момент зарождения проекта БАКа. Американский сверхпроводящий суперколлайдер SSC, проект которого президент Рейган одобрил в 1987 г., разгонял бы частицы до почти втрое больших энергий, если бы Конгресс не прекратил его финансирование. Администрация Клинтона поначалу не поддерживала проект, начатый их республиканскими предшественниками, но ситуация изменилась после того, как президент Клинтон лучше понял, каковы в этом деле ставки. В июне 1993 г. он попытался предотвратить закрытие проекта, обратившись к Уильяму Нэтчеру, председателю Комитета по ассигнованиям Палаты представителей Конгресса; в письме было сказано: «Я хочу, чтобы вы знали о моей поддержке сверхпроводящего суперколлайдера… Отказаться от SSC в настоящий момент означало бы показать всему миру, что Соединенные Штаты отказываются от лидерства в фундаментальной науке — позиции, которую никто не оспаривает уже несколько поколений. Времена в экономике сейчас тяжелые, но наша Администрация поддерживает этот проект как инвестицию в науку и технику…». Когда в 2005 г. я встретилась с бывшим президентом, он напомнил мне о проекте SSC и спросил, что мы потеряли, отказавшись от него. Он признал, что, отказавшись от этого проекта, человечество упустило ценную возможность.