Лиза Рэндалл - Достучаться до небес - Научный взгляд на устройство Вселенной

Непрерывный охлаждающий контур был замкнут в ноябре 2007 г., и все шло неплохо, пока не грянула новая катастрофа, связанная на этот раз с так называемыми стыковочными модулями ΡΙΜ. Мы в США не всегда очень уж внимательно отслеживали ситуацию на БАКе, но на этот раз новость разлетелась мгновенно. Коллега из Центра поделился со мной серьезной обеспокоенностью: специалисты опасались, что отказ одного из элементов конструкции может обернуться глобальной проблемой. Что если аналогичные элементы по всей длине кольца имеют тот же производственный дефект?

Проблема связана с температурной разницей почти в 300 градусов между только что собранным «теплым» коллайдером и тем же коллайдером в охлажденном рабочем состоянии. Естественно, такая разница очень сильно действует на материалы, из которых изготовлена установка. Так, металлические части сжимаются при охлаждении и расширяются при нагревании. Сами диполи во время рабочей фазы уменьшаются в размерах на несколько сантиметров. Для 15–метрового объекта это, казалось бы, немного, но для поддержания сильного и однородного магнитного поля, способного корректно провести протонные пучки по тонкой трубке, обмотки должны быть расположены в пространстве с точностью до десятой доли миллиметра.

Чтобы компенсировать тепловое охлаждение и нагрев, диполи снабжены специальными пальцами, которые частично выходят из пазов, обеспечивая электрический контакт при охлаждении установки, а при нагреве вновь прячутся в пазы. Однако из‑за некачественных заклепок эти пальцы, вместо того чтобы уйти в пазы, были смяты. Хуже того, из‑за этого могли пострадать все соединения, и было совершенно не ясно, какие из них дефектны, а какие нет. Стояла сложнейшая задача — распознать и заменить каждую дефектную заклепку, не затягивая при этом работы на многие годы.

К чести инженеров Центра, они нашли простой способ воспользоваться существующими электрическими датчиками, установленными вдоль траектории пучка через каждые 53 м и обеспечивающего работоспособность электроники при пролете пучка. Инженеры изготовили специальный прибор размером с шарик для пинг–понга с генератором импульсов внутри, который мог перемещаться по той самой трубке, по которой должен был двигаться протонный пучок. Гонимый сжатым воздухом, «шарик» мог пройти целый сектор длиной 3 км, вызывая срабатывание электроники при прохождении каждого датчика. Если же электроника не регистрировала его на очередном контрольном пункте, это означало, что прибор уткнулся в разрушенный «палец». После этого инженеры приступали к ремонту на конкретных стыках, не вскрывая каждое соединение вдоль трассы.

После разрешения этой проблемы дорога к пуску БАКа, казалось, была расчищена. Все оборудование смонтировали, и коллайдер можно было запускать. В 2008 г. множество людей на планете держало за БАК кулаки; наконец‑то пришло время первого пробного пуска.

Большой адронный коллайдер формирует протонные пучки и по-, еле серии ускоряющих «толчков» «впрыскивает» их в финальный кольцевой ускоритель. Там эти пучки направляются по кольцевой траектории вдоль тоннеля, чтобы, сделав крут, возвратиться в точности в ту же точку. Протоны получают возможность многократно пройти по кольцевому маршруту, прежде чем их начнут периодически отклонять и весьма эффективно сталкивать. Необходимо было последовательно протестировать каждый из этих этапов.

Первой вехой на этом пути стала проверка того, действительно ли пучки протонов могут циркулировать по тоннелю. Оказалось, что могут. Поразительно, но, когда после многих лет борьбы и с техническими, и с финансовыми проблемами в сентябре 2008 г. CERN запустил установку, два протонных пучка были сформированы практически без сучка, без задоринки; результат превзошел все ожидания. В тот день впервые два пучка протонов по очереди прошли по громадному тоннелю в противоположных направлениях. На этом шаге ввели в действие механизм инжекции; запустили средства управления контроля; убедились, что магнитное поле может удержать протоны на трассе, а магниты имеют заданные параметры и работают синхронно. В первый раз эта последовательность событий была реализована вечером 9 сентября. Все работало по плану или даже лучше на следующий день, когда проводились испытания.

Все, кто участвовал в проекте, описывают 10 сентября 2008 г. как день, который они никогда не забудут. Приехав в Центр через месяц, я на каждом шагу слышала рассказы об эйфории, охватившей в тот день всех. Люди с невероятным возбуждением следили за двумя световыми точками на экране компьютера. Первый пучок почти сумел вернуться в точку старта; потребовалась лишь небольшая подстройка, и менее чем через час пучок стал идти в точности по расчетной траектории. Сначала он проходил кольцевую трассу лишь несколько раз, но каждый последующий «впрыск» немного подправляли, и это число без проблем достигло нескольких сотен. Вскоре после этого удалось настроить и второй пучок; на это потребовалось около полутора часов.