Иэн Сэмпл - В поисках частицы Бога, или Охота на бозон Хиггса

Человек, полтора века назад назвавший Чикаго Городом ветров, видимо, был из тех, кто во всем замечает только недостатки. Чикаго — город удивительно красивый, с множеством старинных зданий, замечательных музеев и картинных галерей. А еще здесь какая-то потрясающая атмосфера. Ни один город в радиусе почти тысячи миль не может сравниться с Чикаго. Тем не менее прозвище его — предупреждение для каждого, кто приезжает сюда зимой. Тут действительно бывают такие ветра, что несколько шагов до кафе превращаются в борьбу за выживание — вас проморозит до мозга костей!

Ярмо — финский журналист — как будто готовился к подобным испытаниям. Я встретил его в холле гостиницы, где он сидел, одетый в толстое пальто, в котором не замерзнешь и в Арктике, а на голове его была теплая пушистая шапка, надвинутая на лоб. Все, что я знал о Ярмо, — это то, что он пишет о науке, и согласился подвезти его в Фермилаб, расположенный в сорока милях к западу от города, — Ярмо хотел посмотреть на коллайдер “Теватрон”.

Чтобы добраться до лаборатории Ферми от центра Чикаго, нужно сначала выехать к озеру Мичиган, а затем двинуться по скоростной трассе на запад. После примерно часа езды город исчезает в зеркалах заднего вида, и вы сворачиваете на подъездную дорогу, ведущую в кампус площадью 7000 акров — здесь и расположена лаборатория. Мы приехали туда с Ярмо в феврале 2009 года.

Дорога петляла среди голых зимних деревьев, огибала замерзшие озера и желтые поля, блестевшие под припорошившим их утром снегом. И вдруг мы оказались перед гигантской оранжево-коричневой скульптурой — она стояла, широко расставив ноги-спицы, над дорогой. Это 50-футовое творение, напоминающее исполина Талоса, который поджидает аргонавтов, — любимое детище первого директора лаборатории Роберта Уилсона. Скульптура имеет три ноги; изящно изгибаясь, они поднимаются вверх от земли, но встречаются друг с другом над дорогой на разной высоте. Замысел предполагает, что, как бы вы ни смотрели на скульптуру, с какой бы стороны ни подошли, она выглядит странной и асимметричной. Но стоит вам улечься под ней и посмотреть вверх, глазам вашим открывается настоящая красота 179 179 Идея предложена Леоном Ледерманом, бывшим директором Фермилаба. . Создатель этого шедевра словно хочет сказать: симметрия часто является скрытой. Если смотреть снизу, три спицы, выходящие из центра воображаемой окружности, делят ее на равные части. Уилсон назвал скульптуру “Нарушение симметрии” — по названию концепции, на которой основывается механизм Хиггса.

Центр активности в лаборатории Ферми — Уилсон-холл. Это здание похоже, если смотреть сбоку, на гигантскую подставку для тостов, а если спереди — на греческую букву πбез верхней крышечки или на две гигантских руки, сложенные в молитве. Уилсон-холл стоит в стороне от “Теватрона”, помещенного в четырехмильный туннель, прорытый на глубине 25 футов под землей.

“Теватрон” был построен для того, чтобы сталкивать протоны и антипротоны внутри двух детекторов: CDF (сокращенное обозначение для названия Collider Detector Fermilab) и DZero (названный по месту его расположения на кольце ускорителя). В конструкции коллайдера есть сильные и слабые стороны. К сильным относится возможность разгонять оба пучка до нужных скоростей с помощью одних и тех же блоков ускорителя, поскольку протоны и антипротоны обладают одинаковыми массами и равными, но противоположными по знаку зарядами. Электрическое поле, разгоняющее пучок протонов в одну сторону, будет разгонять пучок антипротонов в другую. С другой стороны, антипротоны сложно создать и собрать, а еще сложнее образовать из них хорошие пучки.

Первые столкновения на “Теватроне” были получены в 1985 году, но наиболее ценные открытия на этой машине ученые сделали только десять лет спустя. В марте 1995 года физики объявили, что они зарегистрировали t-кварк (истинный) — самую тяжелую элементарную частицу из всех известных нам частиц. Истинный кварк весит около 170 ГэВ, примерно столько же, сколько атом золота. Кстати, теоретики и предсказывали для него примерно такую величину массы.

Через некоторое время (пережив несколько триумфов с традиционным распитием шампанского) физики “Теватрон” остановили — для планового ремонта. Машину усовершенствовали, дабы она могла вдохнуть еще больше энергии в пучки частиц, повысив полную энергию столкновений до 1,96 ТэВ. В основном модифицировали детекторы и блоки ускорителя. Все это было сделано для увеличения интенсивности пучков и в конечном итоге — частоты столкновений до более чем миллиона в секунду.