Коллайдер

Хэлперн Пол

Наконец, происходя из семьи переселенцев, Вильсон умел жить в ладах с окружающей его землей и бережно относился к природе. Он не стал рушить здешние амбары, а переделал их под цели лаборатории (в жилые помещения и т. д.). Дикие животные - от крякв до ондатр - нашли себе прибежище в водохранилищах, полях и даже установках научного комплекса. Отдавая дань памяти своей семейной истории и современной физике, исследующей самые заповедные уголки окружающего нас мира, Вильсон привел в рощицу стадо бизонов, которые стали там мирно пастись. Их косматые потомки до сих пор бродят в тех местах.

Вильсон чувствовал себя почти как дома, когда верхом на лошади объезжал «Фермилаб», словно ранчо - только вместо скота тут росли и крепли протоны с мезонами. Надев джинсы, ветровку,

ковбойские сапоги и черную шляпу, он седлал свою серую Звездочку и, будто чтобы разогреть ее перед скачками, отправлялся обходить свои владения.

Национальная ускорительная лаборатория им. Ферми («Фермилаб») с высоты птичьего полета. Видны основное кольцо и административное здание лаборатории.

Для Вильсона в ускорительном центре не было второстепенных деталей. Он ко всему приложил руку: от характерного геометрического оформления крыш (есть даже один геодезический кугюл) и неприхотливого земляного пола до организации работы на кухне. В стесненных финансовых обстоятельствах постоянно возникали дилеммы (например, крыша или пол), и Вильсон решил: чем дразнить Комиссию по атомной энергии, лучше уж самому выбирать, что принести в жертву.

Ради экономии средств Вильсон, например, нанял и «выставил в караул» своего непреклонного административного помощника, Присциллу Даффилд, до этого работавшую секретарем у Лоуренса в «Рэд Лабе», а потом во времена «Манхэттенского проекта» у Оппенгенмера в Лос-Аламосе. Дж. Дэвид Джексон, руководивший отделом теоретической физики в 1972-1973 гг., запомнил ее как «высокую, строгую, деловую женщину». Малейший намек на растрату денег приводил ее в ярость. Джексон помнит, как она отреагировала, когда узнала, что он с коллегами принес на семинар вино и сыр. «Жаждая моей крови, она ворвалась ко мне в кабинет. “На семинаре распивать вино! Да что вы о себе возомнили? Вам должно быть известно, что тратить на это государственные деньги незаконно”. Я ответил, что покупал вино не на государственные деньги. “А на чьи же?” - спросила она. Я сказал: “На свои”. Она поджала губы. В первый и последний раз я ее видел хоть капельку смущенной»⁵².

Не все решения, который Вильсон принимал в погоне за сокращением расходов, шли на пользу. Делая упор на одних структурных элементах в ущерб другим и без оглядки на установку в целом, он поставил под удар весь проект. Вильсон давно сбросил с повестки дня замену магнитов, поэтому они были приварены прямо поверх трубы основного кольца, в котором должны были циркулировать частицы⁵³. Но лето в Иллинойсе сырое, тоннель был не защищен - и магниты из-за высокой влажности начали приходить в негодность. Представьте ужас преданных науке исследователей, которые с минуты на минуту ждут открытия, когда прямо перед первым пуском ускорителя магниты один за другим выходят из строя, а менять их - целая эпопея. К счастью, квалифицированные экспериментаторы быстро взяли ситуацию под контроль и разрешили проблему.

Если магниты Вильсон закрепил на славу, то в отношении помещений, где физики будут проводить измерения, он придерживался противоположной точки зрения. Чтобы сэкономить средства и повысить мобильность, он решил делать измерительные лаборатории на временной основе, по примеру муравейника. Но вскоре до него дошли слухи, что сотрудники от таких мимолетных кабинетов не в восторге. Сам Вильсон отмечал: «Эти полевые лаборатории действительно сколочены на скорую руку… Старшее поколение даже советует своим молодым коллегам: “Оставь надежду всяк сюда входящий!” Боюсь, в таком развитии событий виноват я один. Опасаясь потерять хотя бы один цент, я мечтал вообще не возводить (и не выкапывать) никакого здания. Моя идея состояла в следующем. Когда начнется эксперимент, мы всего лишь в чистом поле около конца одного

из протонных тоннелей очертим столько места, сколько нам нужно, и забьем стальные шпунтовые сваи…, до какой надо глубины… Экспериментальное оборудование спустим на роскошный гравийный пил, а сверху поставим временную стальную крышу, посыпанную толстым слоем земли… Просто и недорого, ведь так? До сих пор не могу понять, почему сотрудники перестали со мной разговаривать.

Полевые лаборатории, венчающие тоннели, удаленные от основного 6,5-километрового синхротронного кольца, Вильсон окрестил «протонными подземельями». Другие места служили для исследования мезонов и нейтрино. Гордостью Вильсона была 4,5-метровая пузырьковая камера, которую физик из Беркли Пол Эрнандес считал «жемчужиной в короне»⁵⁵ ускорителя.

Большая европейская пузырьковая камера - прибор для отслеживания частиц. Экспонат музея «Микрокосм» (ЦЕРН).

Пузырьковая камера состоит из огромного контейнера с жидким водородом, окруженного направляющим магнитом невероятных размеров. Когда протоны сталкиваются, магнитное поле заставляет двигаться их осколки через жидкость по закручивающимся траекториям. Вдоль них водород вскипает, вычерчивая перед экспериментаторами трек, который можно сфотографировать и по его форме определить свойства частиц. На разноименные заряды магнитное поле действует в разные стороны, поэтому положительно и отрицательно заряженные частицы будут закручиваться в противоположных направлениях.

Другие детекторы, широко применяемые в физике высоких энергий, - это сцинтилляционные счетчики, фотоумножители, черенковские детекторы, калориметры, искровые и дрейфовые камеры. Одним прибором не обойтись, нужен целый спектр измерительных приборов. Все потому, что главная задача эксперимента - за короткое время собрать как можно больше информации. Многие частицы, едва родившись, тут же оканчивают свою короткую жизнь и распадаются. Иногда единственное, что говорит о произошедшем событии, - это дисбаланс энергии, импульса или других сохраняющихся величин. Как полицейские на месте преступления, физики, чтобы вычислить подозреваемых, вынуждены оцеплять район столкновения, напичкав его всевозможной измерительной аппаратурой, и, не теряя времени, собирать улики. Только тогда можно надеяться определить последовательность событий и воссоздать полную картину взаимодействия.

Любимый метод Резерфорда, засекавшего частицы по вспышкам на флуоресцентном экране, получил логическое продолжение в сцинтилляционных счетчиках. Пролетая через детектор, частица возбуждает электроны в атомах, которые затем излучают полученную энергию в виде света. Для этой цели хорошо подходят люминесцентные пластмассы с жидким фторсодержащим наполнителем. Фотоумножитель - это электронный прибор, способный усиливать тусклый свет (идущий, например, от сцинтиллятора) до такой степени, чтобы его можно было различить.

Принцип работы черенковского детектора зиждется на так называемом эффекте Вавилова-Черенкова. Его в 1934 г. экспериментально обнаружил работавший под руководством С.И. Вавилова П.А. Черенков из Физического института им. П.Н. Лебедева в Москве. Дело в том, что если частица движется в некотором веществе со скоростью, превышающей скорость света, она начинает излучать. Нельзя превзойти скорость света в вакууме, но в веществе свет замедляется, и тогда его удается обогнать. Известно, что, оказавшись рядом с реактивным самолетом, который разогнался до скорости звука, мы слышим громкий хлопок (нас настигает фронт звуковой ударной волны). Так и частицы, бегущие в веществе наперегонки со светом, испускают в устремленный вперед конус излучение, получившее название черенковского. На наше счастье, угол раствора конуса напрямую зависит от скорости частицы, позволяя экспериментально измерить этот важный параметр.