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

Летом 1999 года большинство теоретиков считало, что масса бозона Хиггса находится где-то в интервале 100-250 ГэВ. При работе LEP в форсированном режиме ученые надеялись изучить всю эту область, кроме того, и в планы физиков входило увеличить мощность машины в 2000 году — последнем году работы ускорителя — до еще больших значений. Были и другие веские причины добиваться получения высоких энергий. Следующей машине ЦЕРНа — Большому адронному коллайдеру — будет трудно найти бозон Хиггса с массой меньше примерно 110 ГэВ 154 154 Если масса бозона Хиггса меньше примерно 140 ГэВ, его будет трудно обнаружить на ШС, так как частицы с такой массой, скорее всего, будут распадаться на прелестный (bottom) кварк и антипрелестный кварк, а они рождаются в огромном количестве почти в каждом столкновении. Они просто замажут любой намек на увеличение количества кварков, созданных распадающимися частицами Хиггса. . В новой машине при столкновениях будет образовываться столько субатомных осколков, что почти невозможно увидеть следы, оставленные такой легкой частицей. В результате фирменная подпись частицы Хиггса скроется среди следов продуктов распада других, гораздо менее экзотичных частиц. Пока LEP еще работал, нужно было проверить весь диапазон энергий, в котором мог скрываться бозон Хиггса, не оставляя ни одной бреши. Принимался также во внимание фактор конкуренции. Чем шире интервал энергий, исследованных LEP, тем труднее было американскому коллайдеру “Теватрону” опередить его в охоте на бозон Хиггса. Ученые ЦЕРНа даже придумали лозунг: каждый дополнительный ГэВ, выжатый из LEP, означал дополнительный год поисков частиц Хиггса на “Теватроне”.

Первая крупная модификация LEP заключалась в изготовлении новой охлаждающей системы 155 155 Для повышения производительности LEP в период между 1999 и 2000 годами были сделаны шесть основных усовершенствований. Для подробного объяснения сути каждого и их влияния на энергию пучка см.: P.Janot and М. Kado. Direct search for the Standard Model Higgs boson. Comptes Rendus Physique. Vol. 3 (2002). P. 1193. . В некоторых блоках ускорения пучков частиц стали использоваться сверхпроводники — материалы, которые весьма эффективны, если вы можете поддерживать низкую температуру и удерживать их в сверхпроводящем состоянии. В новой системе охлаждения блоки ускорителя погружались в дюары с жидким гелием, охлаждая их приблизительно до -269 градусов Цельсия. (В космическом пространстве температура не может опускаться ниже -273 градусов). Использование сверхпроводников позволило повысить энергию в пучках частиц примерно на 5 процентов.

Последовали и другие усовершенствования. Сняли с полки старые блоки ускорителя, которые в ЦЕРНе уже не использовались, встряхнули, смонтировали и задействовали снова: траектории частиц слегка подстроились, и тогда огромные магниты, используемые для фокусировки пучков частиц, придали им дополнительный толчок энергии. С каждой перестройкой Жано и его команда приближали машину все ближе и ближе к последнему рубежу. Некоторым ученым в ЦЕРНе казалось, будто они — герои сериала “Звездный путь” и летят на звездолете “Энтерпрайз”, а перепачканный маслом Скотти кричит из машинного отделения: “Из нее нельзя выжать больше!”

Когда все было сделано для перестройки ускорителя, команда решила максимально использовать машину, пока она не вырубится. В LEP ускорительные блоки запитывались СВЧ-генераторами, называемыми клистронами. (Клистрон вы можете найти и в вашей домашней микроволновой печи, но там он немного меньше.) В штатном режиме коллайдер работал с большим запасом прочности, и, например, если один клистрон выходил из строя, пара других была под рукой — чтобы обеспечить бесперебойную циркуляцию пучков частиц. Летом 2000 года машина работала уже без каких-либо запасных частей. При выходе из строя одного клистрона вся машина выключалась.

От Жано потребовались немалые усилия, чтобы убедить техников работать в таком неустойчивом режиме. Когда машина выключалась, требовалось время и большая работа, чтобы снова получить пучки и разогнать их. И даже тогда не было уверенности, что пучки, полученные после перезапуска, идентичны прежним. Это напрягало техников, а ученых заставляло нервничать — ведь в их распоряжении было всего несколько минут, чтобы получить как можно больше данных, пока пучки опять не исчезнут.

Тем летом LEP работал в течение двух недель, разгоняя пучки до энергий выше 208 ГэВ. Это время стало одним из наиболее напряженных периодов жизни машины. Клистроны отключались каждые пятнадцать минут, и требовалось по крайней мере полчаса, чтобы снова заполнить машину ускоряющимися частицами. Все уже были на пределе сил, а результатов все не было...