Тончайшее несовершенство, что порождает всё. Долгий путь частице Бога и Новая физика, которая изменит мир - Гвидо Тонелли
Все силы были немедленно сосредоточены в Фермилабе под Чикаго – в лаборатории, продемонстрировавшей способность освоить технологию производства сверхпроводящих магнитов и запустившей в эксплуатацию Тэватрон – ускоритель протонов и антипротонов, аналогичный тому, который привел к открытию Руббиа, но способный достигать энергий в четыре раза выше. И тут же возникла мысль о новом проекте, который бы навсегда утвердил американское превосходство в этой области и похоронил европейские амбиции.
В том же году, когда закрылась “Изабель”, на первый план – благодаря красноречию Леона Ледермана, тогдашнего директора Фермилаба, – вышла идея строительства гигантского ускорителя, получившего название Сверхпроводящий суперколлайдер, или сокращенно SSC (Superconducting Super Collider). Он мыслился как великан, насчитывающий в окружности 87 км, где протоны должны были разгоняться до энергии в 40 ТэВ (то есть в сто раз большей, чем в “Изабель”) по траекториям, искривляемым 8 700 сверхпроводящими магнитами, аналогичными той тысяче магнитов, которые были успешно созданы для Тэватрона. Это был бы самый большой и мощный ускоритель в мире, позволяющий не только открыть бозон Хиггса, но и раскрыть самые сокровенные тайны материи. А главное, с его помощью удалось бы восстановить мировое первенство США в области физики высоких энергий.
Развитие нужных технологий привело бы к росту использования сверхпроводников в новых методах распределения электроэнергии; а новые методы обработки большого объема данных подтолкнули бы США к еще большим успехам в области высокопроизводительных вычислений.
Это были годы президентского срока Рейгана, который выступал за новый, гораздо более агрессивный, чем ранее, вариант доминирования США в мире. Поэтому ему импонировала идея суперускорителя, обнуляющего мечты европейцев о превосходстве и возвращающего Соединенным Штатам пальму первенства в физике частиц. Местоположением нового ускорителя была выбрана полупустынная часть штата Техас, соседствующая с небольшим городком с труднопроизносимым названием Уоксахачи, что на языке аборигенов, населявших эту равнину столетие назад, означает “коровий хвост”. 4,4 млрд долларов – бюджет не маленький, но вполне посильный для такой богатой страны, как США. В конце концов, в те же годы NASA выделят аналогичную сумму на Международную космическую станцию – совместный проект, осененный отнюдь не только звездно-полосатым флагом.
В 1987‑м проект SSC был одобрен, и его финансирование началось. Десятки опытных физиков и сотни талантливых молодых людей, только что получивших докторские степени, переехали вместе с семьями на хлопковые поля к югу от Далласа, где были построены первые здания. Огромные механические кроты, углубившись на десятки метров под землю, старательно рыли длинный тоннель.
Тем временем ЦЕРН, окрыленный успехом с W– и Z-бозонами, запустил новый амбициозный проект – LEP, или Большой электрон-позитронный коллайдер (Large Electron-Positron Collider), предназначенный для прецизионного изучения этих самых Z– и W-бозонов. Чтобы получать миллионы Z-бозонов в год, необходимо ускорять электроны и позитроны до энергии 45 ГэВ, а ограничивать потери из‑за синхротронного излучения можно только одним способом – максимально увеличивая радиус кривизны. В результате получается огромный ускоритель с окружностью 27 км, который – все в том же волшебном 1983 году, когда Руббиа сделал свое открытие, США отменили “Изабель”, а Ледерман пробил свой SSC, – и начинают сооружать на стометровой глубине.
Основная цель новой установки – измерить все характеристики бозонов, переносящих слабое взаимодействие (в частности их массу и другие свойства), и сравнить их с предсказаниями Стандартной модели. С самого начала планировалось довести энергию пучков до 80 ГэВ, чтобы получать W-бозоны парами, и по возможности продвинуться еще дальше, чтобы отыскать суперсимметрию или бозон Хиггса. Уже тогда продумывался и следующий шаг: в этом тоннеле в дальнейшем можно будет разместить огромный протонный ускоритель. Если технология позволит изготовить сверхпроводящие магниты вдвое большей мощности, чем в Тэватроне, то будут возможны даже столкновения с энергией 14 ТэВ.
Строительство LEP началось без проволочек. Руководство проектом было поручено итальянскому физику Эмилио Пикассо. Пока работы ограничивались осадочными породами обширной женевской равнины, то есть слоями устойчивых отложений, состоящих из галечных морен или компактной молассы, образованной протяженными ледниками горного массива Юрá, когда они простирались до самого моря еще до образования Альп, все шло наилучшим образом. Но везение закончилось, как только механизмы добрались до горных пород. Под Юрá существует сложная система подземных источников воды, настоящий лабиринт рек, давление в которых может достигать 40 атмосфер. Проект несколько раз пересматривался с целью минимизировать протяженность тоннеля под горами. Первоначально предполагавшиеся восемь километров сократились почти до трех – лишь бы обойти стороной все известные водоносные горизонты. Но полностью их миновать не удалось. Глубоко под горным массивом велись взрывные работы, прокладывался тоннель – и вдруг начался кошмар, которого так опасались инженеры, но не предполагали никакие геологические карты: в тоннель под высоким давлением ворвалась струя воды. До завершения строительства оставалось всего несколько сотен метров, но работы пришлось немедленно останавливать. Потом, много лет спустя, именно на этом участке ускорителя, в секторе 3–4, в 2008 году произойдет сбой, который выведет из строя на целый год уже LHC.
Несмотря на все трудности подобного рода, проект завершили в срок, и 14 июля 1989 года огромная инфраструктура была торжественно открыта президентом Франции Франсуа Миттераном. Дату выбрали не случайно. Великое кольцо, гордость европейской техники, удачно вписалось в проникнутые величием празднования двухсотлетия Французской революции.
И едва LEP коллайдер начал работать и давать прекрасные результаты, как Карло Руббиа – да, это опять был он, только что назначенный генеральным директором ЦЕРН, – вновь бросил вызов США, которые незадолго до этого одобрили программу строительства SSC: в 1990 году он объявил на весь мир, что в только что построенном кольце LEP скоро будут циркулировать протоны LHC – европейской альтернативы SSC.
Энергия нового ускорителя ограничивалась размерами кольца. Какие бы суперсовременные сверхпроводящие магниты ни устанавливались по окружности в 27 км, подобраться к энергии в 40 ТэВ, запланированной для SSC, было немыслимо. 14 ТэВ LHC означали, что массивных частиц вроде бозона Хиггса удастся получить меньше; соответственно, уменьшались шансы выиграть соревнование с американцами. Но то, что проиграно за счет энергии, можно отыграть за счет светимости. По мысли Руббиа, светимость LHC должна была в десять раз превосходить светимость SSC. Однако высокая светимость подразумевает очень интенсивные пучки, в которых находится такое большое количество частиц, что с ними практически невозможно совладать; детекторы будут фактически поджариваться радиацией. Чтобы как‑то справиться с этим, требовались значительно более совершенные технологии, чем те, на которые в то время можно было рассчитывать. Казалось, подобная мысль могла осенить только безумца.
За работу взялись физики и инженеры – им
