Текст книги "В поисках частицы Бога, или Охота на бозон Хиггса"
Автор книги: Иэн Сэмпл
сообщить о нарушении
Текущая страница: 10 (всего у книги 18 страниц)
А между тем у Элвина Трайвелписа в Вашингтоне начались неприятности – его просто взяли за глотку, и все потому, что ученые, опираясь на поддержку президентом Рейганом проекта SSC, принялись придумывать всякие навороты, улучшавшие конструкцию машины, но при этом сильно поднимавшие стоимость ее строительства. И поток заявок “на разные бантики” не прекращался.
“Еще президентская подпись не высохла, а мне уже зазвонили физики – они говорили, что сейчас, когда решение принято, мы должны поставить более сложную диафрагму или улучшенный инжектор, – вспоминал Трайвелпис. – Я внушал конгрессменам: это группа очень опытных инженеров, они обязательно уложатся в бюджет и сроки, а они, эти опытные инженеры, вдруг заверещали, что цену нужно поднять до 5,5 млрд долларов, а потом и 6 млрд. Ну, мне тут же начали звонить сенаторы – ругаться, что, мол, я с самого начала врал им. Или физики обманывали меня, уговаривая поддержать проект. Все это превращалось в довольно противную историю”.
А потом встал вопрос о том, где строить ускоритель. И хотя споры по поводу того, имеет ли смысл вообще финансировать проект Суперколлайдера, разгорелись снова, Трайвелпис все-таки уговорил Роберта Уайта, президента Национальной инженерной академии, начать поиски подходящего участка для ускорителя. К тому времени, когда закончился срок приема заявок, в Министерство энергетики посту пило сорок три предложения от двадцати пяти штатов общим весом три тонны. Вайнберг был в отборочном комитете. “Посмотрите на эти горы, —сказал он во время моей с ним встречи в Университете Остина, штат Техас, слегка пиная ногами коробки, стоящие под столом. —Это все предложения по участкам для коллайдера. Я так и не решился их выбросить”. Они пролежали там более двадцати лет.
Штаты, участвовавшие в борьбе за ускоритель, справедливо полагали, что получение права на строительство Суперколлайдера – их шанс на экономическое возрождение. В некоторых штатах положение было явно бедственное. Для победы в конкурсе нужны были твердая политическая поддержка, хорошие дороги и прочая инфраструктура, отсутствие риска наводнения или землетрясения и, самое главное, близость аэропорта, который бы позволил ученым летать туда-сюда. “Вот заявка из Невады, —говорит Вайнберг и цитирует: – “Наш участок находится всего лишь в получасе езды от аэропорта Рено”. Они имеют в виду полчаса по воздуху. Вы должны были бы прилететь в Рено, а затем нанять частный самолет. – Вайнберг закатывает глаза. – Шансы – нулевые. Просто смешно”.
Список заявок постепенно сократился до семи, остались только Аризона, Колорадо, Фермилаб в штате Иллинойс (где директором был Ледерман), Мичиган, Северная Каролина, Теннесси и Техас. Когда другие штаты услышали, что они выбыли из соревнования, их поддержка проекта резко ослабела.
Два предложения выделялись из общей массы. В Иллинойсе находился Фермилаб, где вовсю шла работа. Туда было удобно добираться, он удовлетворял всем требованиям, а штат лаборатории был укомплектован опытными учеными и инженерами. Другой штат-претендент – Техас, уже выделивший миллиард долларов на строительство, – предлагал высокий уровень местной поддержки, и, кроме того выделенный участок обладал благоприятными геологическими свойствами (располагался на меловом пласте, а мел легко поддается обработке).
10 ноября 1988 года был объявлен победитель. Им стал все-таки Техас – ускоритель решено было строить в местечке Эллис-Каунти. Ледерман созвал в Фермилабе заседание с участием всего персонала, чтобы сообщить пренеприятное известие, хотя многие уже услышали его по радио по дороге на работу. Настроение было мрачным. Строительство Суперколлайдера означало в конечном итоге смерть Фермилаба. Двумя днями ранее президентом Соединенных Штатов Америки был избран Джордж Буш-старший, тесно связанный с Техасом. Безусловно, было подозрение, что при принятии решения о месте строительства не обошлось без президентского вмешательства, но Вайнберг, например, и сейчас настаивает на том, что Техас был выбран не из политических соображений.
Президент Буш активно поддерживал Суперколлайдер и более того – призвал другие страны взять на себя долю расходов. К этому времени Карло Руббиа стал уже генеральным директором ЦЕРНа и всячески пытался привлечь Америку для участия в строительстве LHC в обмен на помощь Европы в строительстве SSC. Эти разговоры ничем не кончились. Киворт сказал, что направлять средства на строительство и LHC и SSC страна себе не может позволить.
в 1991 году наконец приступили к строительству Суперколлайдера. Начался монтаж магнитов и испытательных лабораторий, а также сооружение помещений для огромных холодильных установок для ожижения гелия, который должен был циркулировать в тысячах сверхпроводящих магнитов, охлаждающих ускоритель, при температуре -269 градусов по Цельсию. Под землей в меловой породе миля за милей прорезали туннель, в котором должен был помещаться ускоритель. Проектная стоимость к этому времени выросла уже до 8 млрд долларов.
Работа шла исходя из бюджета (не более 5 млрд долларов), утвержденного правительством, а остальное предполагалось получить благодаря зарубежным инвестициям. Когда президент Буш посетил Японию в начале января 1992 года, одной из главных тем переговоров были условия внесения крупного вклада в проект со стороны Японии. Правда, визит не задался. На официальном обеде президент Буш упал на своего японского коллегу Киичи Миядзаву, облевал его – и покинул Страну восходящего солнца с пустыми руками. Чиновники японского правительства заявили, что SSC не стал международным проектом и что Буш не получит их поддержку, пока и если проект не станет по-настоящему интернациональным 127127
Государственный секретарь Херрингтон подробно остановился на этом вопросе на слушаниях в подкомитете по энергетике, научным исследованиям и развитию Комитета по науке, космическому пространству и технологиям палаты представителей, состоявшихся 17 и 18 марта 1987 года. При обмене мнениями с республиканцем Шервудом Болертом он сказал: “Это американский проект с участием американских ученых в области физики высоких энергий, и он предназначен для поддержания американского лидерства в данной области".
[Закрыть] .
Летом того же года палата представителей США проголосовала за сокращение затрат бюджета на Суперколлайдер, но решение было отменено сенатом Позднее, в июне, когда президентом уже шесть месяцев был Билл Клинтон, то же самое произошло еще раз. К тому времени Главное финансово-контрольное управление оценило окончательную стоимость проекта SSC в 11 млрд долларов.
В сентябре 1993 года делегация уважаемых физиков, включая Стивена Вайнберга, Бертона Рихтера и Леона Ледермана, оставив свои лаборатории и офисы, приехала в Университет Джорджа Вашингтона, чтобы поддержать проект Суперколлайдера. Стивен Хокинг, известный британский физик, отправил свое послание поддержки, записанное на пленку. Ученые надеялись на широкое освещение своего визита средствами массовой информации, но оно стало событием второго ряда, поскольку главными новостями тех дней была встреча Клинтона с премьер-министром Израиля Ицхаком Рабином и председателем ООП Ясиром Арафатом и подписание ими мирного договора в Осло.
Планировалось, что через месяц конгресс еще раз обсудит крупные научные проекты. Строительство SSC опять вынесли на утверждение, но кроме него обсуждался и проект международной космической станции – интернационального предприятия с начальной стоимостью 25 млрд долларов. В результате голосования проект космической станции получил одобрение – ее финансирование было обеспечено перевесом всего в один голос. На следующий день состоялось голосование по Суперколлайдеру, и, к ужасу его сторонников, две трети от общего числа конгрессменов проект строительства ускорителя отвергли. Работы были остановлены, хотя больше четверти туннеля в техасской глубинке было уже вырыто. На стройке коллайдера было занято 2000 человек и потрачено 2 млрд долларов.
Смерть Суперколлайдера, первой специализированной машины, предназначенной для охоты за бозонами Хиггса, для многих физиков, занимавшихся элементарными частицами, означала конец американской мечты. Тысячи людей, которые отказались от престижных, с трудом заработанных факультетских мест и переехали в Техас, с ужасом смотрели, как проект умирает у них на глазах. Их карьера оказалась на грани краха. Суперколлайдер был задуман для того, чтобы американские специалисты в области физики элементарных частиц стали учеными мирового класса, но решение конгресса обрекало эту область физики на прозябание и посредственность.
Кончина Суперколлайдера была воспринята многими людьми – сторонниками проекта – как смертельный удар, и по крайней мере отчасти это впечатление возникло из-за того, что коллайдер рекламировали как единственную машину в мире, способную найти бозон Хиггса. Наброски к рекламе, составленные в то время Ледерманом, звучали так: “После многих проб и ошибок мы решили, что в разъяснении назначения машины лучше всего (для непрофессиональной аудитории и представителей других наук) остановиться на нарушении симметрии, то есть бозоне Хиггса”. Хотя Суперколлайдер не удалось построить, у американских физиков оставался еще “Теватрон”. После существенной модернизации детектора и других переделок все надежды американских физиков были связаны только с ним.
Суперколлайдер стал дорогостоящим провалом и самым мрачным эпизодом в истории охоты за бозоном Хиггса. Он оказался в эпицентре серьезных дискуссий о правительственных приоритетах, здравом смысле ученых и значении для общества глубочайших вопросов мироздания.
И сегодня Вайнберг признает, что все еще обижен за Суперколлайдер и считает, что Крамхансл вел себя “позорно”, противодействуя строительству машины, поскольку у него, как у следующего президента Американского физического общества, был голос с непропорционально большим весом. И кроме того, Вайнберг сожалеет, что именно Техас победил в соревновании за место для строительства коллайдера. На последнем этапе выбор оставался между Техасом и Иллинойсом, где расположена лаборатория имени Ферми, руководимая Ледерманом. “Я плохо знал людей, которые работали в Чикаго, а это было важным фактором. Проект мог осуществиться, если бы коллайдер строили в Иллинойсе, – говорит Вайнберг. – Мне очень жаль, что мы не выбрали тогда Иллинойс”.
Когда было объявлено, что Суперколлайдер будет построен в техасском городе Ваксахачи, для многих стало неожиданностью, что он оказался конкурентом Международной космической станции. Ученые, поддержавшие строительство Суперколлайдера, этого не предвидели. Суперколлайдер должен был показать научное превосходство США, изучая природу в туннеле глубоко под землей, а космическая станция была призвана продемонстрировать технологический потенциал на высоте 200 миль над земной поверхностью. Абсолютно разные во многих отношениях, оба проекта оказались техасскими проектами (космические станции разрабатывались в космическом центре НАСА в Хьюстоне). Многим конгрессменам не понравилась идея финансирования сразу двух дорогих техасских проектов. Космическая станция, которую лоббировали влиятельные люди из оборонной промышленности, при выборе из этих двух проектов победила в голосовании простым большинством голосов.
Избрание Билла Клинтона на пост президента не увеличило шансы проекта на успех. Хотя Клинтон и не был против Суперколлайдера, он вложил в него не только меньше Рейгана, поддерживавшего проект с самого начала, но и меньше Джорджа Буша-старшего, тоже тесно связанного с Техасом. Клинтон назначил министром энергетики Хейзел О’Лири, в прошлом руководителя коммунальных служб некой компании, и она мало сделала для спасения проекта. Некоторые ученые утверждали, что Клинтон прямо сказал тогда губернатору Техаса Энн Ричардс, что его администрация не будет поддерживать сразу и Суперколлайдер, и космическую станцию, и она должна выбрать из двух проектов один 128128
Недавно выбранному губернатору Техаса был предоставлен выбор между поддержкой Суперколлайдера и космической станции. Э. Ригардс решила не финансировать проект Суперколлайдера. (Из лекции, прочитанной Элвином Трайвелписом на совещании Американского физического общества в Тампе, штат Флорида, 19 апреля 2005 года.)
[Закрыть] .
Элвин Трайвелпис по-прежнему работает консультантом в национальных лабораториях, хотя официально он уже на пенсии. Трайвелпис говорит, что бесконечно сочувствует тем людям, чьи мечты были разрушены в результате прекращения строительства SSC. Люди, которые посодействовали гибели проекта Суперколлайдера, стонут, что в Америке слишком мало ученых и инженеров. “Они не понимают, – говорит он, – что существует тесная связь между вдохновляющими целями и стимулами профессионального роста. В этом и заключается суть трагедии Америки”.
Возможно, размышляет Трайвелпис, Суперколлайдер сегодня бы работал, назови ученые его в честь президента Рейгана, а ведь такое предложение поступало на ранних стадиях работы над проектом. Суперколлайдер превратился бы в Рейгановский ускорительный центр. Тогда поговаривали даже о церемонии открытия с участием пяти живых президентов. “Разве можно представить, что кто-нибудь осмелился бы прекратить финансирование строительства ускорителя, если бы пять живых президентов объявили о начале проекта и согласились его продвигать? Никакие политические игры не смогли бы остановить этот процесс!” – уверен он.
Суперколлайдер погубил не один смертельный удар, а череда неблагоприятных событий, которые постепенно надломили его. “В Вашингтоне не нужно что-то специально закрывать. Все, что необходимо для этого, – просто не драться за проект как тигр, и он погибнет сам. Сверхпроводящий суперколлайдер был обескровлен из-за тысячи полученных им ранений, и в конце концов он умер”, – рассказывает Трайвелпис.
В год, когда проект Суперколлайдера почил в бозе, родилось название “частица Бога” 129129
Издатель Ледермана утверждал, что никто никогда не слышал о Питере Хиггсе, поэтому использование его имени в названии книги неправильно. Все физики, с которыми я говорил о втором имени частицы (частица Бога), отвергали его. Основные возражения – оно кажется претенциозным и, возможно, оскорбительно для религиозных людей. Но есть и другие претензии. Физики высказывают справедливые упреки, что оно бессмысленно и смешно. Другие названия частиц могут показаться неясными, но во многих случаях они осмысленны. Время появления названия оказалось особенно неудачным, поскольку книга Ледермана появилась, когда для многих школ США креационизм становился серьезной проблемой. Чтобы понять, с какими вопросами сталкиваются журналисты, упоминая частицу Бога, см. статью Денниса Овербая “Что в имени тебе моем? Разбор частицы Бога, элементарная метафора" (New York Times. August 2007).
[Закрыть] . Леон Ледерман и американский фантаст Дик Терези совместно опубликовали историю открытий в области физики элементарных частиц, которые подготовили почву для охоты на бозон Хиггса с помощью Суперколлайдера. Как рассказывал Ледерман, редактор книги отвергал любые названия, в которых упоминался Хиггс или его таинственный бозон. Им пришлось призвать на помощь всю свою изобретательность. Ледерман утверждает, что они хотели назвать книгу “Проклятая частица”, потому что ее так трудно найти, но вместо этого остановились на названии “Частица Бога”. Бозон Хиггса заслужил это имя, пишет Ледерман, потому что он действительно имеет решающее значение для нашего понимания материи, до сих пор скрывающей от нас много тайн.
Это имя считается одним из самых, если не самым, одиозных в истории физики. Ученые возмущались таким ужасным названием, некоторые считали его просто глупым. Кому-то активно не нравилось, что СМИ используют это название только из-за того, что оно более интригующе, чем бозон Хиггса. Питер Хиггс вздрагивает, когда слышит его. Он считает это название претенциозным и даже оскорбительным для людей с религиозными взглядами.
Ледерман сейчас приближается к своему девяностолетию. Он живет на территории Фермилаба, где провел большую часть своей профессиональной жизни. Я приехал к нему, но он забыл о нашей встрече. Пришлось мне подождать. В конце концов он появился – в кожаной куртке, похожей на летную, в темных очках. Он усмехается и смотрит на мир взглядом летчика-истребителя в отставке. В его офисе висит доска, всегда исписанная уравнениями (“Мои коллеги тоже используют комнату”, – говорит он, махнув в сторону доски рукой). На клочке бумаги, приклеенном к высокому шкафу для документов, стоящему рядом со столом, нарисован герой комиксов: он направляет пистолет на другого человечка, а в словесном пузыре, выходящем из его рта, прочитывается надпись: “Не двигаться!” Ледерман объясняет: “Он охраняет мои работы. Я не хочу, чтобы кто-то копался в них”.
Он обладает удивительным чувством юмора и ухмыляется, рассказывая, как его ругали все эти годы за придуманное им название “частица Бога”. Как-то Ледерман пошутил, что это название обидело сразу две группы людей: тех, кто верил в Бога, и тех, кто не верил. Однако он сразу становится серьезным, когда речь заходит о влиянии религии на научное образование в Америке и позже, когда мы говорим о том, что могло бы быть, если бы Суперколлайдер был построен. “Мы нашли бы бозон Хиггса к 1998 или 1999 году, – говорит он. – Мы или нашли бы его, или поняли, что там еще происходит со всей Стандартной моделью”. Гибель SSC означала: американские надежды на победу в охоте на частицы Хиггса теперь связаны только с “Теватроном” в Фермилабе.
В то время как колесо фортуны поднимало Суперколлайдер вверх и сбрасывало вниз, на другой стороне Атлантики в Европе запустили крупнейший ускоритель частиц, равного которому мир еще не видел. По размеру он был в несколько раз меньше американского фантастического Суперколлайдера и занимал туннель с длиной окружности 17 миль, вырытый на глубине 100 метров под землей на территории ЦЕРНа под Женевой. Ускоритель был назван Большим электрон-позитронным коллайдером (LEP), это была самая лучшая машина для создания и изучения Z-частиц. Предполагалось, что впоследствии ее переделают для работы в области еще больших энергий, где, как считалось, прячется бозон Хиггса.
Ученые, охотившиеся за бозоном Хиггса в ЦЕРНе, не имели понятия, что их ожидает. Поговорите с физиками в их офисах в ЦЕРНе, и даже теперь они вряд ли понимают это. Один исследователь – участник всех этих событий – сказал мне, что у него ушел целый год на то, чтобы оправиться от стресса после гонок на Большом электрон-позитронном коллайдере. Похоже, охота на частицы Хиггса никогда не была и никогда не будет простым делом...
Глава 7
Бозон Хиггса и “железная леди”
Чтобы попасть в основной комплекс ЦЕРНа из Международного аэропорта Женевы, нужно ехать на запад по улице Рут де Мейрин. На входе охранники попросят документ, исчезнут с ним на мгновение, а затем вернутся и пропустят вас, махнув рукой. За турникетом вы увидите скопление офисных зданий и паркингов, связанных между собой автомобильными дорогами и пешеходными тротуарами.
Кажется, что вы попали в университет, охваченный строительным бумом из-за дешевого бетона. Кампус занимает в общей сложности 30 га и расположен прямо на франко-швейцарской границе. Несмотря на огромную территорию, тут трудно заблудиться: на стенах зданий – гигантские номера, из-за чего весь комплекс похож на ожившую огромную карту.
Одно из самых популярных зданий ЦЕРНа – здание номер 501, похожее на отель среднего класса. Это главная столовая. Вы входите туда, берете поднос, наливаете кофе из кофемашины, минуете стойки, уставленные тарелками с салатами и фруктами, после чего вас ждет шеренга поваров —они выдают фрикасе из кролика, пасту, рис и пиццу.
По другую сторону касс расположены бесконечные ряды столов, которые заполняются в обеденное и вечернее время сотрудниками в джинсах и футболках. Если погода не слишком противная, кое-кто занимает столики на террасе, откуда открывается вид на аэропорт и Альпы. Говорят, в хороший день можно увидеть даже Монблан.
ЦЕРН – научный центр мирового класса, но, гуляя по его территории, видишь довольно скромную, аскетичную картину. ЦЕРН просто обязан быть таким: он получает взносы от 20 государств-членов, общей суммой 1 млрд долларов в год, но ни один доллар из этой немалой суммы не предназначен для украшения зданий и разведения садов. В ЦЕРНе деньги буквально “зарываются в землю”.
Мало кто знает больше Лина Эванса, что ЦЕРН делает с поступающими от стран-доноров деньгами. Когда Эванс входит в столовую, он выглядит довольно беззаботным человеком. Вот он – в шортах и рубашке поло, только что с местного поля для гольфа. Официально он в отпуске. У Эванса, которому остался год до пенсии, аккуратный короткий ежик седых волос, задубевшая загорелая кожа и фигура бывшего регбиста. Можно сказать, что работа под землей у него в генах. Он родился в валлийской деревне Абердер, где издавна добывали уголь, и его отец провел большую часть жизни в шахте, под землей.
За сорок лет работы в ЦЕРНе Эванс потрудился практически на всех коллайдерах, строившихся здесь в разные годы. Пятнадцать лет назад он возглавил команду, начавшую собирать из отдельных узлов главное детище ЦЕРНа – БАК, Большой адронный коллайдер (LHC). Всем было ясно, что именно Эванс должен стать лидером – ведь никто лучше его не знал, как строить ускоритель.
LHC – это современная история ЦЕРНа, но я приехал сюда, чтобы узнать о его прошлом. До того как Эванс был назначен руководителем проекта LHC, он был руководителем предшественника LHC в ЦЕРНе – Большого электрон-позитронного коллайдера (LEP), строившегося в 1983-1988 годах. Поскольку американский проект Сверхпроводящего суперколлайдера почил в бозе, LEP стал первым ускорителем частиц, начавшим серьезную охоту на бозон Хиггса 130130
Более полный обзор особенностей проектирования и строительства Большого электрон-позитронного коллайдера см. в кн.: Herwig Schopper. LEP: The Lord of the Collider Rings at Cern 1980-2000. Springer, 2009. Журнал ЦЕРНа “CERN Courier” является полезным и бесплатным ресурсом, что особенно ценно для желающих узнать побольше о машине.
[Закрыть] . Хотя к тому времени “Теватрон” лаборатории Ферми находился в рабочем состоянии, там не удалось зарегистрировать достаточного количества столкновений частиц с высокими энергиями, так что у американских ученых пока не было шансов поймать бозон Хиггса. Потребовалась серьезная модернизация как самой машины, так и детекторов, чтобы “Теватрон” стал главным охотником за неуловимыми частицами. Но это случилось уже через 15 лет после запуска LEP.
Когда LEP был построен, эта машина оказалась крупнейшей научной установкой в мире и самой сложной из всех, с которыми когда-либо имел дело ЦЕРН. Строительство и эксплуатация коллайдера подняли столько проблем, что их хватило на учебные примеры для студентов технических вузов на десятилетия вперед. ЦЕРН славился тем, что его ученые умеют сталкивать протоны друг с другом. Но LEP был уходом от традиции – он предназначался для столкновений электронов и позитронов – эквивалентов электронов в антивеществе. Поскольку и электроны и позитроны – истинно элементарные частицы, их нельзя разбить на более мелкие части, столкновение их друг с другом лоб в лоб приводит только к выделению энергии, которая превращается в совершенно новые виды материи.
Офис Лина Эванса находится недалеко от столовой, в пяти минутах езды на машине. И вот мы входим в его кабинет. Проглядев какие-то бумаги, лежавшие у него на столе, Эванс садится и начинает свой рассказ. Полки за его спиной заставлены фрагментами ускорителя, а среди фотографий, которыми увешана одна из стен, есть снимок Эванса рядом с Питером Хиггсом. “LEP был уникальной машиной”, – с удовольствием вспоминает Эванс.
Планировалось, что коллайдер будет запущен в два этапа. На первом пучки частиц, прежде чем столкнуться, должны ускориться примерно до 50 ГэВ каждый. Задача этого этапа заключалась в том, чтобы получить огромное количество Z-частиц и изучить их до мельчайших подробностей. На втором этапе энергия пучков должна быть увеличена до 80 ГэВ каждый, что достаточно для рождения пар W-частиц, которые также планировалось детально изучить.
Если вы собираетесь строить ускоритель элементарных частиц, например такой, как LEP, вам необходимо учесть бесконечное число факторов. Прежде всего вы должны найти компромиссное решение при выборе размеров. Малые кольцевые коллайдеры неэффективны, потому что, когда вы ускоряете электроны на траекториях малого радиуса, они теряют много энергии в виде излучения 131131
Энергия, которую электроны теряют, двигаясь по изогнутой траектории, называется синхротронным излучением. Эти потери мешают при создании пучков высоких энергий, так как чем быстрее электроны летят, тем больше они излучают, поэтому больше энергии должно выкачиваться из ускоряющего оборудования. Но есть и другая сторона медали. Синхротронное рентгеновское излучение невероятно интенсивно и может быть использовано для изучения всех видов объектов – от белков до авиационных двигателей. В синхротроне Diamond в Оксфордшире синхротронное излучение было использовано для изучения фрагментов свитков Мертвого моря без их распрямления и порчи хрупкого папируса.
[Закрыть] . Большие ускорители более эффективны в этом смысле, у них кривизна траектории электронов меньше, однако их строительство гораздо дороже.
В начале ЦЕРН планировал построить для LEP 50-километровое кольцо, но стоимость оказалась заоблачной. Остановились на 27-километровом кольце и четырех огромных детекторах для регистрации новых частиц, которые могли бы появиться на свет при каждом столкновении.
Определившись с размером машины, стали искать место для нее. Принять это решение оказалось не так просто. Большой размер LEP означал, что нужно купить довольно большой участок земли рядом с основной территорией ЦЕРНа, а денег на это не хватало. Дешевле было привлечь сверхмощные бурильные машины и прорыть туннель для коллайдера под землей. Подземный вариант имеет много преимуществ. Слой земли над ускорителем эффективно защищает от излучаемой им радиации, кроме того, он защищает и сам ускоритель от возможных вредителей-диверсантов. И кроме всего прочего, подземный вариант позволяет не испортить красивый сельский пейзаж – на фоне идиллического ландшафта не появится металлический монстр, окруженный забором из колючей проволоки.
Но есть и минусы. Постройка под землей машины такого размера, как LEP, требует тщательного планирования и ювелирной техники. И еще —когда что-то портится под землей, это что-то очень трудно ремонтировать.
И все-таки ЦЕРН выбрал подземный вариант, но это решение породило череду новых проблем. Если начертить на земле кольцо LEP, оно окажется слишком большим, чтобы втиснуться между аэропортом Женевы с одной стороны и горами Юра с другой. Под землей проблем оказалось не меньше. Аэропорт был построен на породе, состоящей из смеси камня и рыхлой почвы, так что бурение туннеля в ней было сущим кошмаром. А под горами Юра залегали пласты известняка, пронизанные разломами и трещинами с водой. Геологи-эксперты предупредили, что попытка пересечь хотя бы один из этих разломов может увеличить бюджет проекта на 16 млн долларов и задержать запуск ускорителя больше чем на год.
Прежде чем приступить к сооружению туннеля, инженеры ЦЕРНа пробурили множество разведочных скважин, чтобы нарисовать подробнейший геологический портрет региона. С его помощью они наконец поняли, что нужно делать. Они слегка сдвинули положение туннеля, затем наклонили, чтобы он плавно опускался вниз с глубины около 50 метров в предгорьях Юры до глубины более чем 100 метров под аэропортом. Таким образом, почти весь бетонный туннель четырехметрового диаметра был проложен в твердых породах.
Местные законы в районе, где расположен ЦЕРН, таковы, что нельзя просто прийти и установить колоссальный ускоритель элементарных частиц – или что-нибудь еще в этом роде – под чьим-то домом, не спрашивая разрешения у хозяев. Коллайдер LEP пересекал извилистую франко-швейцарскую границу четыре раза и проходил прямо под домами, расположенными по обе стороны границы. Если вы живете в Швейцарии, закон страны гласит, что вам принадлежит земля под вашим домом на глубину примерно 30-50 метров. Принимая такой закон, власти имели в виду, что он не позволит коммунальным предприятиям помешать владельцам дома построить подземный гараж или даже вырыть артезианскую скважину. Во Франции же соответствующий закон отличается от швейцарского, и кардинально. Если вам посчастливилось жить во Франции, вы владеете землей под вашим домом на всю глубину, до центра Земли. Туннель коллайдера проходил достаточно глубоко, чтобы можно было не беспокоиться на этот счет на швейцарской территории, но во Франции руководству ЦЕРНа пришлось получить письменное разрешение примерно от 2000 домовладельцев, прежде чем строители смогли начать копать. Некоторые из хозяев отказывались подписать соответствующие документы, и на достижение соглашения между ними и французским правительством ушло два года!
Отношения ЦЕРНа с окрестной сельскохозяйственной общиной напряглись после того, как некий физик, работавший в центре, предупредил, что LEP будет отравлять поля – загрязнять окружающую среду, как миллион автомобилей. Неудивительно, что и фермеры, и местные власти страшно возбудились. Ученый тот поднял серьезный вопрос, но исказил факты. Действительно, частицы носятся по кругу внутри ускорителя LEP, и при этом возникает интенсивное рентгеновское излучение, воздействие которого, если бы это происходило в воздухе, могло бы привести к образованию токсичных газов, таких как озон и окислы азота. На земле это создало бы действительно серьезные проблемы, но LEP ведь сидит под землей и заэкранирован свинцом, алюминием, а кроме того, окружен магнитами, которые направляют и фокусируют пучки. Когда инженеры ЦЕРНа учли все эти факторы, расчеты показали, что вредные выбросы из шахт вентиляции эквивалентны всего лишь загрязнению, вызванному несколькими лишними машинами на местных дорогах.
В 1983 году строительство наконец началось. LEP стал крупнейшим гражданским инженерным проектом в Европе. Сооружение 27-километрового кольцевого туннеля было только началом. В восемнадцати точках в туннеле были вырыты вертикальные скважины, чтобы люди могли через эти входы входить и выходить. В каменной породе по периметру туннеля выдолбили четыре огромные пещеры – в них смонтировали детекторы для коллайдера. К этим пещерам добавились еще шестьдесят небольших помещений и ниш. В результате только менее половины из 1,4 млн кубических метров каменной породы, вынутой из-под земли, пришлось на основной туннель, остальные – на пещеры для детекторов и камер.
ЦЕРН тщательно спланировал каждый этап строительства LEP. Но, несмотря на все меры предосторожности, аварии случались. В сентябре 1986 года бурильные машины наткнулись на геологический разлом, и туннель затопило водой. Потребовалось восемь месяцев, чтобы остановить поток, осушить туннель и продолжить бурение. Рядом с аэропортом при попытке просверлить три вертикальные шахты рабочие наткнулись еще на одно препятствие. Смесь земли и камней была пропитана водой по крайней мере до глубины 100 метров, что сформировало природный резервуар, используемый местным населением. Чтобы решить проблему, инженеры вынуждены были опустить трубы в землю там, где должна была проходить шахта, и закачать туда охлаждающую жидкость. Таким образом землю заморозили, превратив ее в твердую породу, которую можно было уже бурить обычным способом.
Строительство туннеля LEP было завершено в 1988 году, за неделю до Дня святого Валентина. Благодаря тому, что буровые машины были снабжены приборами спутникового и лазерного наведения, два конца туннеля встретились, разойдясь всего на 1 сантиметр. Одни только строительные работы заняли шесть лет!
Позже, в том же году, перед тем как LEP был запущен, британский премьер-министр Маргарет Тэтчер выступила с речью в Лондоне, на заседании Королевского общества – самой престижной научной организации Великобритании. Тэтчер эмоционально рассказала об Артуре Эддингтоне, чьи книги Питер Хиггс читал, еще будучи школьником. В свое время Эддингтон выбрал именно Королевское общество, чтобы рассказать о своей знаменитой экспедиции 1919 года. В ходе этой экспедиции при наблюдении во время затмения за светом звезд, огибающим Солнце, была доказана правота теории Эйнштейна. “Когда Артур Эддингтон представил свои результаты на заседании общества в 1919 году... этому событию были посвящены первые полосы газет, – сказала Тэтчер. – Многие не смогли попасть на заседание, однако народ был возбужден и жаждал узнать, действительно ли подтверждено это поразительное явление – искривление пространства. И сегодня мы спрашиваем себя: способны ли мы сейчас так же заинтересовать людей уже другим вопросом – существует ли бозон Хиггса, и вообще —зачем мы его ищем в ЦЕРНе?” 132132
Из выступления Маргарет Тэтчер на заседании в лондонском Королевском обществе, в зале “Fishmongers” 27 сентября 1988 года.
[Закрыть]
История, которую вспомнила Тэтчер, была настолько поразительной, что “New York Times” поместила статью о ней не под одним заголовком, а под тремя! Статья, пришедшая го ноября 1919 года по телеграфу из Лондона, называлась “Лучи, идущие к нам от звезд, оказывается, совсем кривые”. Затем следовало: “Ученые, сгорая от нетерпения, ждут результатов наблюдения затмения”. На случай, если кто-то мог испугаться, что небо обрушится на них, газета ниже уточняла: “Звезды находятся не там, где мы их видим или где они по расчетам должны находиться, но беспокоиться по этому поводу не нужно”.
