Брайан Китинг - Гонка за Нобелем. История о космологии, амбициях и высшей научной награде

Мы с Ланге не вылезали из лаборатории, пытаясь разобраться в тонкостях работы нашего криогенного телескопа и его поляризационно-чувствительных болометров. Казалось, Ланге был очарован неожиданной сложностью, порой даже капризностью нового инструмента. Я же чувствовал себя немного виноватым, ведь я соблазнил его простотой эксперимента. «Поведение этой машины сложнее, чем вся космология вместе взятая», — однажды пошутил он, посоветовав мне не отчаиваться из-за странных выходок нашего детища. И добавил: «Новый эксперимент — как влюбленность. Это сильнее тебя» {5} .

Мы с Ланге разработали новое устройство, действующее подобно переключателю Дикке, назвав его фарадеевским модулятором. И оно работало! Причем так хорошо, что мы решили его запатентовать. И у меня, и у Ланге этот патент был первым {6} . Чтобы догнать Альфреда Нобеля, нам оставалась запатентовать еще 354 изобретения.

Мы по-прежнему не определились с тем, в какой именно части неба искать поляризованный отпечаток первичных гравитационных волн. Мы знали, что сигнал B-мод, если он существует, будет самым сильным на угловом масштабе в 2°, что означает, что этот паттерн поляризации может быть обнаружен на участке неба величиной с ваш большой палец, если держать его на расстоянии вытянутой руки. Но ограничиться сканированием одной двухградусной области было недостаточно. Даже если бы обнаружилось что-то интересное, это могло оказаться простой флуктуацией. Чтобы получить надежные результаты, нам нужно было исследовать большое количество таких двухградусных участков неба.

С помощью нашего коллеги Эрика Хивона, также постдока в Калтехе, мы рассчитали, что BICEP необходимо охватить регион неба площадью примерно в 1000 квадратных градусов. На таком огромном участке потенциально могли уместиться сотни B-мод, что существенно повысило бы значимость измерений.

Но где найти такой участок неба? Нам требовался регион с минимальным загрязнением от Млечного Пути. Как известно, наша галактика Млечный Путь содержит большое количество газа и пыли — этой космической субстанции, которая играла в свои грязные игры с астрономами еще со времен Галилея. К 2001 году еще не было проведено никаких полноценных исследований поляризации неба на таких угловых масштабах и на таких частотах. Оставалось самим искать подходящий регион неба, что могло оказаться сложной задачей. В отличие от Галилея, мы не могли просто направить наш телескоп на какой-нибудь яркий объект в небе, такой как Юпитер. Более того, наш сигнал представлял собой микроволновое излучение; по сути, мы не могли видеть искомую цель. А от того, насколько правильно мы выберем место, зависело очень многое.

Мы знали, что сигнал инфляционных гравитационных волн в космическом микроволновом фоне будет чрезвычайно слабым. Даже если он действительно существует, понадобятся годы, чтобы его найти. Мы также знали, что существует множество источников микроволн, которые могли сымитировать инфляционные B-моды. Эти источники загрязнения могли находиться в атмосфере и окружающем телескоп ландшафте. Вся галактика Млечный Путь купалась в микроволнах; одни исходили от космической пыли, облучаемой светом звезд, другие — от электронов, вращавшихся вокруг магнитных полей Галактики.

Поиски идеального места наша группа начала с космической «недвижимости». Мы обнаружили некое подобие «зоны Златовласки» — участок неба, подходящий для наших целей: не слишком большой и не слишком маленький, который можно было изучать годами.

Теперь нам требовалось найти подходящее место для размещения BICEP на Земле. Мы не могли вести наблюдения из Калифорнии из-за слишком высокого содержания водяного пара в атмосфере, даже над пустынями на юге штата. Вода, хотя и является основой жизни, существенно затрудняет жизнь космологам, поскольку прекрасно поглощает микроволны. В идеальном мире мы вышли бы за пределы земной атмосферы. Но для этого понадобился бы спутник, строительство и запуск которого обошлись бы в миллиард долларов.

Для ученых, которым не по карману наблюдения из космоса, есть более бюджетный вариант — Антарктида. По сути, Антарктида — это самая большая и самая высокогорная пустыня в мире (2,7 км над уровнем моря) с минимальным годовым количеством осадков. Снег, который вы видите на фотографиях Южного полюса, в основном занесен сюда ветрами из прибрежных районов. Это самый холодный материк на нашей планете. Но этот холод в известном смысле пошел на пользу нашему телескопу, уменьшив избыточное тепло, которое могло загрязнить наши измерения. Кроме того, полярная ночь в Антарктиде длится целых шесть месяцев. И наконец, именно здесь находился телескоп DASI, который в 2002 году впервые зарегистрировал поляризацию CMB. Короче говоря, это был идеальный выбор.