Современные детекторы элементарных частиц (АТЛАС - живой пример) напоминают многослойную ловушку. Каждый настроен на свой сорт частиц, и то, что ускользнуло от одного прибора, попадает в другой. Главное предназначение набора таких ловушек - возможность поймать почти все, что движется.

Представьте дом, полный разных насекомых и паразитов. Поставите на кухне мышеловку - от грызунов избавитесь, но муравьи ее и не заметят. На средство против муравьев некоторые из них, вероятно, сбегутся, но мухи будут надоедать по-прежнему. Так и АТЛАС сделан из нескольких слоев, каждый из которых реагирует на свойства «своих» частиц.

Скажем, электроны и фотоны (частицы света) задерживаются в одном из внутренних слоев, так называемом электромагнитном калориметре. Тот самый жидкий аргон взаимодействует со светом и меряет выделившуюся энергию. В следующем слое, известном как адронный калориметр, остаются протоны и нейтроны. Все эти внутренние слои мне, собственно, не удалось увидеть.

Столь очевидное братство среди атомов не указывает ли на общность происхождения?… Полнота сложного не указывает ли на совершенство простого?… Не потому ли, что первично, а следовательно, закономерно, они были Одно, - теперь во всех обстоятельствах, во всех точках, во всех направлениях, всеми способами приближения, во всех отношениях и при всех условиях они с борьбою устремляются назад к этому абсолютному, к этому безотносительному, к этому безусловному Одному?

Эдгар Аллан По. Эврика.

В самой человеческой природе лежит неуклонное стремление к единству. Симметрия и завершенность - рулевые нашего чувства прекрасного: они подталкивают нас к тем людям, местам и вещам, от которых веет целостностью натуры. В поисках этой гармонии архитекторы прибегают к геометрическим принципам, придающим силуэтам зданий эстетическую привлекательность. Фотографы могут часами подбирать рамку, выгодно сочетающуюся со снимком. А возлюбленные включаются в этот общий поток, когда впервые ощущают то, что называется духовной близостью.

Тайны нашего всеобщего происхождения окружают нас повсюду: они скрываются за завесой из космической пыли и излучения, покоятся под землей, по которой мы ступаем, сидят, запертые в недрах всего того, что мы видим, чувствуем, осязаем… Подобно прекрасному, но твердому бриллианту, играющему всеми цветами радуги, мироздание дает нам взглянуть на какую-нибудь одну свою грань, но не разрешает созерцать свой блеск во всей его полноте. А пытливый человеческий ум раз за разом прорывается сквозь наслоения, намереваясь однажды добраться до той истины из истин, что стоит за всем сущим. Из чего сделана Вселенная? Какие силы ею управляют? Как она родилась?

На роль фундаментальных частиц древнегреческие философы предлагали разных кандидатов. В V в. до н. э. основатели атомизма Левкипп и Демокрит считали, что тела можно разбивать на все более мелкие куски только до тех пор, пока не доберемся до элементарного кирпичика. В их представлении эти мельчайшие кусочки, «атомы» («неделимый» в переводе с древнегреческого), могли быть самых разных форм и размеров, как, например, галька и ракушки на морском берегу.

В сердце Женевы поднимается к небу величественный собор Св. Петра. Возводившийся в период с 1160 по 1232 г., он был выполнен в характерном для того времени строгом романском стиле, который отличают правильные пропорции. Торжественные своды и возносящиеся в небо башни идеально сочетаются друг с другом (левая сторона визуально уравновешивает правую), подчеркивая единство божественного замысла.

Одни религиозные взгляды, приходящие с течением веков на смену другим, не прошли для собора бесследно. В XVI в. набиравшая обороты Реформация вылилась в бездумное надругательство над внутренним убранством собора Св. Петра. Ломались статуи, замазывались белилами настенные фрески… Архитектурный разнобой еще больше усилился, когда в 1750 г. средневековый фасад получил неоклассический облик.

Теперь я знаю, как выглядит атом!

Эрнест Резерфорд, 1911 г.

Однажды в фермерской глубинке той страны, что маори называют Аотеароа, Страна Длинного Белого Облака, юный поселенец копал картошку. С завидным упорством парень лопатой вгрызался в землю, добывая урожай, который помог бы его семье пережить трудные времена. Вряд ли он там надеялся найти золотые самородки - в отличие от других частей Новой Зеландии, его район не славился приисками, - однако ему было уготовано золотое будущее.

Эрнест Резерфорд, которому было суждено первому заглянуть в недра атома, родился в семье первых переселенцев в Новую Зеландию. Его дедушка Джордж Резерфорд, колесный мастер из шотландского Данди, приехал в колонию Нельсон на окраине Южного острова, чтобы помочь построить лесопилку. Когда она была готова, Резерфорд-старший перевез семью в поселок Брайтуотер (ныне Спринг-Грув) к югу от Нельсона, в долине реки Вайроа. Там сын Джорджа Джеймс, выращивавший лен и тем зарабатывавший себе на жизнь, взял в жены английскую эмигрантку Марту, которая и родила Эрнеста 30 августа 1871 г.

Нам нужен прибор, который давал бы разность потенциалов в 10 миллионов вольт, потребляя при этом несколько киловатт мощности, и который бы без угрозы безопасности можно было поставить в помещении умеренных размеров. Нам, кроме того, нужна труба с откачанным воздухом, выдерживающая такое напряжение… Я не вижу препятствий, могущих помешать построить систему с перечисленными параметрами.

Эрнест Резерфорд. Речь на открытии Лаборатории высоких напряжений фирмы «Метрополитен-Виккерс».

Манчестер, Англия, 1930 г.

Народный комиссариат просвещения РСФСР дает Георгию Гамову (1904-1968), одному из лучших советских физиков, долгожданное одобрение на годичную командировку в Кавендишскую лабораторию. Из-за досадной врачебной ошибки оно чуть не обернулось отказом. Во время решающего медобследования врач нечаянно перепутал цифры в кровяном давлении и констатировал у Гамова заболевание сердца. Но недоразумение разрешилось, и путь был открыт. Затраты на дорогу и пребывание Гамову великодушно предложил оплатить Фонд Рокфеллера. Стипендия из средств, вырученных от продажи нефти, не совсем вписывалась в революционную идеологию Ленина, однако тогда Советы воспринимали готовность лучшей в мире лаборатории ядерных исследований принять к себе одного из достойных сынов родины как победу советской системы образования.

Важнейшая цель науки - из наименьшего числа гипотез или аксиом логически получить дедуктивным путем максимум реальных результатов.

Альберт Эйнштейн.

Эссе «Проблемы пространства, эфира и поля в физике» 

В 1939 г. в строжайшей тайне в Принстон приехал Нильс Бор. Он недавно узнал, что фашистская Германия хочет одной из первых научиться делить ядра урана и других массивных элементов. В воздухе витал немой вопрос, попробует ли Гитлер превратить неконтролируемую энергию атомных ядер в смертельное оружие. Бор вместе с Джоном Уилером пытались лучше изучить ядерное деление и построить модель, как ядро деформируется и разлетается на осколки.

Из уважения Бор посетил одну из лекций Эйнштейна по теории объединения. Эйнштейн там рассказывал о своей новой математической схеме, позволявшей описать гравитацию наряду с электромагнетизмом. Ядерные силы в ней не упоминались, да и к квантовой механике она не имела отношения. Говорят, Бор посреди доклада незаметно вышел. Его, как и почти всех тогда, интересовали теперь другие вещи. На переднем крае науки было атомное ядро.

Не всегда и не все я делал так, как следовало бы. Да, вокруг установок текли потоки подземных вод, стены разъедала обильная ржавчина, добраться было невозможно, а о специально оборудованных уборных можно было только мечтать. Но некоторым обитателям этого протонного подземелья посчастливилось испытать один из лучших моментов своей жизни: открытие красивого кварка. Не где-нибудь, а там! Увы, насколько мне известно, стены так и ржавеют, и никто не потрудился засыпать землей хотя бы часть ходов.

Роберт В. Вильсон.

Лекция на Третьем международном симпозиуме по истории физики элементарных частиц.

Стэнфордская лаборатория линейного ускорителя, июнь 1992 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.

Век, в который мы живем, - это век открытия основных законов природы, и это время уже никогда не повторится.

Ричард Фейнман.

Характер физических законов, 1965 г.

В отличие от захватывающих дух водных горок американской физики высоких энергий, в ЦЕРНе исследования шли плавно, как пароход по реке Роне. На каждом витке естественной эволюции ускорителей возникали все более мощные агрегаты, разгонявшие частицы до все более высоких энергий. У американской физики элементарных частиц появился сильный политический привкус, с которым судьба проектов стала зависеть от настроений власть предержащих. Что касается ЦЕРНа, благодаря независимой администрации, а также его заинтересованности во всяческой поддержке и сопровождении уже утвержденных программ он мог успешно закладывать план работы лабораторий на десятилетия вперед.

Думаю, я здесь выражу настрой целого поколения людей, которые ищут частицы темной материи с тех самых пор, когда были еще аспирантами. Если БАК принесет дурные вести, вряд ли кто-то из нас останется в этой области науки.

Хуан Кояр, Институт космологической физики им. Кавли, «Нью-Йорк Таймс», 11 марта 2007 г.

Один из срочных вопросов, на которые БАК, возможно, даст ответ, далек от теоретических измышлений и имеет самое что ни на есть прямое отношение к нам. Вот уже несколько десятилетий астрономия силится разгадать трудную загадку. Если подсчитать всю массу и энергию в космосе, оказывается, что львиная доля материи скрыта от наших глаз. По современным подсчетам, светящееся вещество составляет всего 4% от полного количества материи во Вселенной. В эту жалкую долю входит все, что сделано из атомов: от газообразного водорода до железных ядер планет вроде Земли. Примерно 22% приходится на темную материю, компоненту вещества, которая не излучает электромагнитных волн и дает о себе знать только посредством своего гравитационного поля. Наконец, современные данные говорят, что 74% находится в форме темной энергии, материи неизвестной природы, заставляющей Вселенную расширяться ускоренно. Одним словом, Вселенная - это несобранная мозаика. Может быть, недостающие кусочки поможет найти БАК?

Если это лучший из возможных миров, то каковы же другие?

Вольтер. "Кандид, или Оптимизм". 1759 г.

Большой адронный коллайдер, могущий воздействовать на свойства материи, являет, можно сказать, философский камень наших дней. Кстати, камни из его окрестностей когда-то нашли себе место в стенах дома одного философа. Его имя - Франсуа-Мари Аруэ, известный широкой публике под фамилией Вольтер.

Шато-де-Ферней, где остроумный писатель жил с 1758 г. почти до самой своей смерти в 1778 г., находится примерно в полутора километрах от окольцованного БАК участка. В этом особняке Вольтер написал свое самое знаменитое произведение, «Кандид, или Оптимизм», жестокую сатиру на взгляды немецкого мыслителя Готфрида Лейбница. Вы спросите, что может быть общего у БАК и Лейбница (такого, каким его изобразил Вольтер)? Между ними, однако, существует глубокая связь, в которой фигурируют параллельные вселенные и альтернативные реальности.

Человеческий ум не мог себе и вообразить нечто такое, что меньше атома, но весит тонны… Нечто удивительно прожорливое, прожорливое настолько, что чем больше оно ест, тем прожорливее становится.

Дэвид Брин. Земля. 1990 г. Я Смерть, продвигаясь, миры разрушаю…

Роберт Оппенгеймер, перефразируя Бхагавад-гиту после испытания первой атомной бомбы.

Бытует мнение, что у ученых не все дома. Однако кинематографические образы, начиная с доктора Калигари и заканчивая доктором Зло, имеют с действительностью мало общего: если не считать редких безобидных чудаков, ученых, которые и вправду не в себе, можно пересчитать по пальцам. Но культурные стереотипы сломать непросто. Особо впечатлительные личности уверены, что среднестатистический экспериментатор только и думает, как бы уничтожить все человечество.

Будущее физики элементарных частиц немыслимо без интенсивного международного сотрудничества.

Лев Борисович Окунь. Круглый стол «Будущее физики элементарных частиц», 2003 г.

Куда нам идти дальше? После более чем 75 лет стремительного прогресса будущее физики высоких энергий сегодня никак нельзя назвать определенным. Многое зависит от того, что мы обнаружим на Большом адронном коллайдере.

В худшем случае, если на БАК не будет найдено ничего интересного, физическому сообществу придется произвести переоценку ценностей. Оправдано ли окажется в финансовом плане дальнейшее повышение энергии ускорителей в надежде натолкнуться на более тяжелые частицы? Будут ли государства готовы выбрасывать гигантские суммы на непонятные рядовому гражданину исследования в этот не самый приятный для мировой экономики период? Если БАК нас ничем не порадует, нечего будет и думать, чтобы заручиться поддержкой политиков, замахиваясь на проект еще более крупного агрегата. «Физике элементарных частиц, наверное, придет конец», - сказал Мартинус Вельтман, рассуждая о том, что будет, если существующий в природе бозон Хиггса не обнаружат на БАК.

Top.Mail.Ru Яндекс.Метрика