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

Все работало прекрасно до тех пор, пока инженеры не попытались вывести последний сектор на высокоэнергетический режим. Авария, надолго выведшая коллайдер из строя, произошла, когда поступила команда поднять энергию пучка примерно до 5,5 ТэВ; для этого ток в обмотках магнитов нужно было увеличить с 7000 до 9300 А. Это был, по существу, последний момент, когда что‑то неожиданное еще могло случиться, — и оно случилось!

За год все в тоннеле было приведено в порядок; ремонтные работы обошлись примерно в 40 млн долларов. Проект располагал достаточным количеством запасных магнитов, чтобы заменить те 39 штук, которые уже невозможно было отремонтировать. В сумме замены потребовали 53 магнита (14 квадрупольных и 39 дипольных), расположенные в аварийном секторе тоннеля. Кроме того, пришлось очистить больше 4 км вакуумной трубки, установить новые ограничители на 100 квадрупольных магнитов и добавить 900 новых предохранительных клапанов для стравливания давления гелия. Было также установлено 6500 новых датчиков, обеспечивающих безопасность магнитной системы.

Самый большой риск, пожалуй, представляло наличие в системе 10 000 соединений между магнитами, каждое из которых потенциально могло вызвать те же проблемы. Опасность была выявлена, но можно ли было сказать наверняка, что проблема не возникнет вновь где‑нибудь в другой точке кольца? Необходимо было предусмотреть механизмы, способные выявить эту проблему, прежде чем она приведет к аварии. Инженеры CERN приняли вызов и вновь оказались на высоте. Теперь доработанная система регистрирует даже крохотные падения напряжения, свидетельствующие о присутствии сопротивления в каких‑то соединениях и возможном нарушении герметичности криогенной системы, охлаждающей установку до рабочих температур. Однако было решено еще немного отложить пуск коллайдера, чтобы доработать систему выпускных гелиевых клапанов и проверить лишний раз все контакты, а также медные кожухи самих магнитов. Конечно, это означало, что высшие энергии столкновений, на которые рассчитан БАК, будут достигнуты позже. Тем не менее новые системы, призванные отслеживать и стабилизировать состояние коллайдера, дали Лину и другим ученым уверенность в том, что в системе не возникнет критическое давление и катастрофы даже в самых тяжелых условиях удастся избежать.

В каком‑то смысле нам всем повезло, что инженеры и физики сумели устранить все эти недостатки, прежде чем коллайдер был выведен на рабочий режим, а экспериментальные установки подверглись облучению. Взрыв обошелся в год задержки, в течение которого ученые не могли гонять по тоннелю реальные пучки и пробовать их сталкивать. Год есть год, но, если говорить о поиске фундаментальной теории вещества, который ведется уже 40 лет, это совсем немного — а ведь человек пытается проникнуть в тайны Вселенной уже не одну тысячу лет.

21 октября 2008 г. администрация CERN провела все же одно запланированное заранее мероприятие. В тот день я вместе с полутора тысячами других физиков и мировых лидеров присутствовала на праздновании официального открытия БАКа недалеко от Женевы, которое было с немалым оптимизмом заранее — за несколько лет — запланировано на эту дату. Естественно, когда событие планировалось, никто не мог предвидеть, что за несколько недель до торжества произойдут катастрофические события. Праздничный день был полон торжественных речей, музыки и — что важно на любом культурном событии в Европе — хорошей еды. Несмотря на тревоги, связанные с сентябрьским инцидентом, все были полны оптимизма и надеялись, что эксперименты на коллайдере прольют свет на некоторые из тайн, окружающих темное вещество и фундаментальные природные взаимодействия.

Многие сотрудники Центра были недовольны тем, что празднование пришлось на такое трудное и тревожное время, но я считала, что это событие — символ успеха международного сотрудничества. Праздник был устроен не в честь великих открытий; он должен был подчеркнуть потенциал БАКа и энтузиазм, с которым множество стран приняли участие в его создании. Некоторые речи звучали поистине вдохновляюще. Так, французский премьер–министр Франсуа Фийон отметил значение фундаментальных исследований и то, что мировой финансовый кризис не должен мешать научному прогрессу. Президент Швейцарии Паскаль Кушпен говорил о благородном труде на благо общества. Профессор Жозе Мариану Гагу, португальский министр науки, техники и высшего образования, говорил о том, что наука выше бюрократии, а стабильность необходима для по–настоящему крупных научных проектов. Многие иностранные партнеры в тот день впервые посетили CERN. Рядом со мной во время церемонии сидел человек, работавший в Женеве в представительстве Евросоюза, но ни разу прежде не бывавший в Центре. После знакомства с Центром он сказал мне, что собирается в самом ближайшем будущем вновь приехать туда с друзьями и коллегами.

Вновь дело дошло до запуска БАКа 20 ноября 2009 г., и на этот раз все прошло с поразительным успехом. Мало того, что протонные пучки впервые за год закружились по тоннелю… Через несколько дней они наконец столкнулись, породив потоки частиц, которые направились прямиком в экспериментальные детекторы. Лин признал, что БАК работает даже лучше, чем он ожидал; это замечание показалось мне несколько странным—удивительно слышать такое от человека, трудами которого эта замечательная установка воплотилась в жизнь.

Маурицио Пьерини, молодой итальянский ученый, объяснил мне, что имел в виду Лин. Тесты, которые при настройке LEP в 1980–е годы заняли 25 суток (тогда по этому же тоннелю циркулировали пучки электронов и позитронов), на этот раз завершились меньше чем за неделю. Протонные пучки получились замечательно точными и стабильными. И все протоны послушно двигались по заданной траектории — отклонений почти не было. Оптика работала, стабильность сохранялась, трасса была восстановлена успешно. Реальные пучки полностью соответствовали тому, что показывали компьютерные модели.

Надо сказать, что экспериментаторы были очень удивлены, когда в 17:00 в воскресенье, всего через пару дней после начала новых испытаний, им сообщили, что на следующий день будут проведены первые столкновения. Считалось, что между возобновлением генерации пучков после аварии и первыми реальными столкновениями, которые можно будет наблюдать и измерить, должно пройти какое‑то время. А оказалось, что возможность испытать регистрирующую аппаратуру на реальных протонных пучках — а не на космических лучах, которыми экспериментаторы пользовались, ожидая пуска коллайдера — уже близка. Однако сообщили им об этом только накануне, а это означало, что нужно срочно перенастраивать компьютерные триггеры, которые должны сообщать компьютерам, какие именно столкновения интересуют экспериментаторов. Маурицио живо описал охватившую всех тревогу: ведь никто не хотел упустить первую реальную возможность провести эксперимент. На тэватроне, к примеру, результаты первого теста оказались испорчены из‑за случайного совпадения частот циркуляции пучка и записывающей системы. Никому не хотелось повторения подобной неудачи. Конечно, наряду с тревогой все заинтересованные лица чувствовали сильнейшее возбуждение.