Коллайдер

Хэлперн Пол

В первую коллаборацию, образовавшуюся вокруг детектора CDF («Детектор на коллайдере в “Фермилабе”), вошли тысячи ученых и инженеров из США, Канады, Италии, Японии и Китая, представляющие 36 университетов и других организаций. Из-за невообразимого количества людей первые несколько страниц в каждой публикуемой статье приходилось отводить просто-напросто под длинный список имен.

CDF до сих пор в строю. Этот многофункциональный детектор весом под сотню тонн окружает одну из точек пересечения пучков и кропотливо отбирает осколки в поисках интересных событий. Как и в случае с ПСС, на CDF имеет смысл обращать внимание лишь на малую долю всех столкновений. Речь идет о тех событиях, когда кварк протона напрямую взаимодействует с антикварком антипротона,

рождая всевозможные частицы, вылетающие под большими углами. На остальное и время тратить нечего, ведь вам же в метро не интересны прохожие, легонько задевающие вас в толпе.

Если вдруг CDF видит нечто, летящее под большим углом, он, подобно всем сложным детекторам, устраивает ему настоящий допрос. Ионизация, игравшая в классических приборах вроде камеры Вильсона ключевую роль, не менее важна и в современных методах отслеживания заряженных частиц. Изощренный инструмент под названием SVT («Кремниевый следопыт»), в котором используется технология тонких материалов, словно «по запаху» чует малейший заряд, указывая местоположение субатомных беглецов с точностью до десятитысячных долей сантиметра. Второй прибор, СТС («Центральная камера слежения»), заключен внутри сверхпроводящего магнита, заставляющего заряженные частицы отклоняться так, чтобы можно было измерить их импульс.

Но умей частицы чувствовать, они бы ощутили себя «морскими котиками» в первый день тренировок. Все испытания еще впереди. На следующем этапе частицу ждут муки в недрах двух разновидностей калориметров (приборов для измерения энергии частицы), электромагнитном и адронном. В них частица вынуждена пробиваться сквозь препятствия (соответственно слои свинца и железные пластинки), возбуждая ливни, пока с нее не сойдет семь потов - сколько бы их ни было, от калориметра не ускользнет ни один. Особо выносливым - мюонам - удается выйти из калориметров без значительных энергетических потерь, но они тут же попадают в мюонный датчик.

Чтобы в этой суматохе не упустить крупицы ценной информации, определенный набор показаний приводит в действие своего рода спусковой механизм. Как по волшебству, мгновенно подключается вся система сбора данных и начинает записывать все, что тем или иным образом относится к подозрительному событию: положения, импульсы, энергии - подчас десятки тысяч битов информации. Если этого не сделать, редкие процессы, которых, собственно, и ждут, рискуют быть засыпанными сугробами ничем не примечательных распадов.

Последняя стадия вообще никак не связана с самой установкой и происходит в виртуальном мире компьютеров. Хитроумные программы, подобно следователям-криминалистам, восстанавливают картину произошедших событий. Каждое потенциально интересное событие проходит «аутопсию», в ходе которой особенно отмечается недостаток энергии или импульса. Так как эти физические величины должны сохраняться, их дисбаланс намекает на проделки субатомных воришек вроде нейтрино, сумевших остаться незамеченными. Таким образом, подробный анализ является единственным способом заполнить все пробелы и восстановить ход событий во время столкновения.

На противоположной стороне кольца «Теватрона», напротив детектора CDF, трудится еще одна группа профессионалов. На своем детекторе коллаборация Do также копит ценные данные. Как и в CDF, во втором приборе присутствуют калориметры, системы слежения, мюонные детекторы и пусковые системы, но упор делается больше на калориметрию, чем на прорисовку треков. Эксперименты на Do привлекли ученых со всего земного шара: от Аргентины и Бразилии до Великобритании и Соединенных Штатов.

Одним из неиссякаемых источников кадров для коллаборации Do служит Университет Стоуни-Брук в штате Нью-Йорк. Будучи тамошним студентом, как раз когда шла подготовительная стадия проекта, я собственными глазами видел, насколько тщательно проверяют и калибруют каждый узел детектора. Все с единственной целью - убедиться, что он работает так, как нужно. В процессе калибровки показания прибора сравниваются с эталоном. Например, тестируя

температурный датчик, лаборант смотрит, сходятся ли его показания с показаниями жидкостного термометра. Данным с детектора, не прошедшего калибровку, самое место в мусорной корзине. (Как известно, если весы не выставить на ноль, легко можно промахнуться со своим весом.) Помнится, помогая настраивать черенковский детектор, я должен был полностью изолировать от света комнатку размером с кладовку - чтобы внутрь проходили только космические лучи. Избавляясь от паразитных фотонов, я провел в темноте немало часов и истратил не один моток изоленты. И это только одно из тысяч отладочных испытаний, проводимых тысячами исследователей в течение многих тысяч дней до того момента, когда детектор наконец запустят. Физика высоких энергий, как и разведение нежных орхидей, требует огромного терпения. Но тем отраднее потом наслаждаться распустившимися цветками.

Упорство и изматывающий труд экспериментаторов, работающих на детекторах CDF и Do, были вознаграждены сполна 2 марта 1995 г. В тот день в «Фермилабе» на внеочередном совещании обе группы представили неопровержимые доказательства существования топ-кварка. По отдельности они уже предварительно сообщали об этом, но не хотели спешить с выводами и потому решили все перепроверить. Их заключение основывалось на подсчете энергии и других физических характеристик лептонов и образованных ими каскадов в специально отобранных событиях. Имея эти данные на руках, каждая группа вычислила массу кварка, 175 ГэВ. То есть это самая тяжелая из известных частиц - весит, как атом золота. Неудивительно, что она родилась только на таком мощном коллайдере!

Но у этой научной победы был и горький привкус. Она случилась буквально через два года после того, как загубили на корню инициативу, могущую ознаменовать новый виток в развитии американской физики. Коллайдер, задумывавшийся как самый большой и самый энергичный в мире, пал жертвой всеобщей экономии бюджетных средств. Американская физика высоких энергий свернула с намеченного пути.

Однажды в Техасе. Взлет и падение Сверхпроводящего суперколлайдера

Это была трагедия, катастрофа,

«Титаник» науки пошел ко дну…

Сверхпроводящий суперколлайдер… исчез навсегда.

Герман Воук. Техасский котлован. 2004 г.

Всего в 50 км к югу от Далласа, там, где могло бы разворачиваться действие очередного вестерна, лежит изуродованный шрамом городок Ваксахачи. Около пятидесяти пустынных гектаров земли, на которой когда-то стояли 90 домов, окруженных фермерскими полями, сейчас представляют печальное зрелище. Тут и там разбросаны оспины семнадцати засыпанных и никому сегодня не нужных шахт, каждая в глубину около сотни метров. 22-километровый тоннель, недостроенное и заканчивающееся тупиком чудо инженерной мысли, пролегает под землей изогнутой ссадиной и, вероятно, постепенно наполняется водой. Но самой страшной, хоть и не заметной на первый взгляд, раной оказался, пожалуй, урон, нанесенный экономике Техаса и надеждам американского физического сообщества.

Когда задумывался Сверхпроводящий суперколлайдер (ССК), ни у кого и мысли не было о таком бесславном конце. По иронии судьбы новый проект вырос из праха другой злополучной установки, «Изабелль». В июле 1983 г. на том же совещании, на котором был поставлен крест на «Изабелль», члены государственной комиссии рекомендовали взяться за постройку гораздо более мощной машины. Они посоветовали прислушаться к предложению Леона Ледермана, выдвинутому за год до этого в Сноумассе, штат Колорадо, на конференции по высоким энергиям. Суть инициативы сводилась к тому, чтобы соорудить гигантскую установку на сверхпроводящих магнитах, а в качестве площадки выбрать в США какую-нибудь равнинную и малонаселенную местность. В ЦЕРНе открыли слабый бозон, «Фермилаб» установил на ускорителе новый рекорд энергии - настало время мыслить масштабно.