Пол Хэлперн - Коллайдер
Если внутрь сферы внести источник частиц (радиоактивное вещество или источник ионов), а возле него поместить один из концов полой трубки, то генератор Ван де Граафа превратится в простейший ускоритель. Благодаря разности потенциалов между сферой и землей частицы в трубке приобретают высокие скорости. Если предусмотреть на другом конце мишень, разогнавшиеся снаряды будут попадать прямо в нее.
В Принстоне, а потом и Массачусетском технологическом институте Ван де Грааф постепенно повышал максимальное напряжение своих генераторов. Первые экземпляры давали до 80 000 вольт, а усовершенствованная модель, которую изобретатель представил в 1931 г. на торжественном ужине в честь открытия Американского физического института, поразила сидевших за трапезой одним миллионом вольт (к счастью, не в прямом смысле). Еще более серьезной заявкой стала конструкция, которую Ван де Грааф собрал в самолетном ангаре в Южном Дартмуте, Массачусетс. Она состояла из двух идентичных колон более 7,5 м в высоту, стоявших на вагоне-платформе. Сверху их венчали эмалированные алюминиевые сферы диаметром около 4,5 м каждая. Невероятная мощь этого сооружения попала даже на полосы газет. «Человек мечет молнии в 7 000 000 вольт», - говорилось в заголовке в «Нью-Йорк Таймс» от 29 ноября 1933 г.29
Греческая мифология повествует, что Прометей украл у богов огонь и наделил человечество священным знанием, как высечь искру, запалить костер, зажечь факел и т. д. Но, несмотря на это вероломное проникновение, право метать гром и молнии в своих врагов, сотрясая небеса ужасающей силой, оставалось за всемогущим Зевсом. Пока не появился генератор Ван де Граафа. Даже такое впечатляющее явление, как молния, люди смогли - пусть в меньшем масштабе, но смогли - воспроизвести в научной лаборатории, положив начало новой прометеевской эпохе, в которой человечеству стали подвластны колоссальные энергии. Радость от осознания новых возможностей, вероятно, нашла свое выражение во многих фильмах ужасов того времени (приведем в пример «Франкенштейна» 1931 г. и «Невесту Франкенштейна» 1935 г.), изображающих жутковатые лаборатории исполинских размеров, где мощнейшие генераторы оживляют одного монстра за другим.
С другой стороны, почему бы вместо дорогих генераторов искусственных молний не поставить себе на службу небесную машину, работающую бесплатно? Природную молнию, конечно, трудно предсказать, и обращаться с ней надо очень осторожно, но были физики, пытавшиеся ускорить частицы и с ее помощью. Летом 1927 и 1928 гт. сотрудники Берлинского университета Арно Браш, Фриц Ланге и Курт Урбан соорудили между двумя соседними горными вершинами в швейцарских Альпах на границе с Италией антенну длинной около полукилометра. К ней исследователи подвесили металлическую сферу, а вторую сферу заземлили, чтобы иметь возможность во время грозы измерить разность потенциалов между двумя проводниками. За один удар молнии напряжение в этой конструкции достигало, по оценке ученых, 15 миллионов вольт. К несчастью, во время экспериментов погиб Урбан. Его коллеги вернулись в Берлин и занялись проверкой того, могут ли разрядные трубки выдерживать высокое напряжение. Общие результаты были опубликованы Брашем и Ланге в 1931 г.30
Удары молний, даже искусственных, - это обычно единичные события. Когда накапливается большой заряд, создается высокое напряжение, которое существует до тех пор, пока аккумулированному заряду некуда деваться (например, если прибор заизолирован). Подобно прьпунам с отвесных скал, частицы под действием ускоряющей силы устремляются вниз по крутому потенциалу. Но как только они достигли его основания, лететь больше некуда, и точка!
Однако, как подчеркивал Видероэ в описании своего «лучевого трансформатора», частицы, если они бегают по кругу, а не летят по прямой, можно подгонять на каждом цикле, добиваясь все больших и больших энергий. После неудач с испытаниями реальной установки Видероэ забросил идею кругового ускорителя, но его статью прочел блестящий американский физик Эрнест Орландо Лоуренс, которого эта плодотворная идея очень вдохновила.
Лоуренс родился 8 августа 1901 г. в приютившемся среди прерий Кантоне, Южная Дакота. Его родители Карл и Гунда были эмигрантами из Норвегии и оба работали школьными учителями. Карл занимал должность управляющего школ и, кроме того, преподавал историю, Гунда учила математике. Эрнест рос жизнерадостным ребенком. Глядя на него, семья Туве, жившая по соседству, не могла удержаться от сравнения Эрнеста с их собственным сыном Мерле, из-за колик в животе то и дело заливавшимся плачем.
С самого детства у Эрнеста и Мерле, бывшего на полтора месяца старше, завязалась дружба. Они вместе устраивали всевозможные проказы. Например, вроде той, когда однажды вывалили на веранду к соседке гору мусора. Та оказалась дома и схватила Мерле прежде, чем он успел убежать через дыру в заборе. А Эрнесту удалось улизнуть. Оба друга придерживались своего рода кодекса чести и старались никого не обманывать, даже если на уме у них была очередная проделка.
Когда ребятам было по восемь лет, они увлеклись электрическими приборами. Практически все свободное от школы и домашних обязанностей время они проводили, подключая в цепь самодельные батареи и подсоединяя к ним звонки, гудки и моторчики, чтобы посмотреть, какая конструкция лучше работает.
Высокому и нескладному Лоуренсу сверстники дали кличку Скинни («кожа да кости»), но ему не было до этого дела. Его интересы, как и тело, не отличались полнотой. Если не считать тенниса, спорт его мало привлекал, и Лоуренс занимался физическими упражнениями из-под палки, когда отец заставит. В старших классах не проявлял он интереса и к свиданиям и вообще не находил удовольствия в общении. Наоборот, он с головой ушел в учебу и закончил школу на год раньше, а свободное время по-прежнему проводил, собирая вместе с Туве разные механические и электрические устройства. Чтобы достать денег на включатели, трубки и другие радиодетали, Лоуренс на одно лето устроился на ферму. Как же он ненавидел свою работу! Фермер, который его взял, был низкого мнения о его способностях и часто жаловался: «От него толку ни на цент»31.
Несмотря на отсутствие успеха в других областях, одержимость Лоуренса наукой в конце концов сыграла ему на руку.
На какую бы задачу он ни обращал свои чистые голубые глаза, они, как увеличительное стекло, фокусирующее свет солнца на сухом дереве, узким пучком направляли на нее бьющую через край энергию и тонкую проницательность их обладателя. Одним из первых талант Лоуренса оценил Льюис Эйкли, декан электротехнического факультета Университета Северной Дакоты, где будущий ученый заканчивал бакалавриат. Туда Лоуренс перевелся в 1919 г. из колледжа Св. Олафа в Миннесоте, собираясь учиться на врача, но Эйкли убедил его заняться физикой. Эйкли был настолько поражен доскональным знанием Лоуренса беспроводной связи, что решил провести с ним педагогический эксперимент. Эйкли попросил Лоуренса, единственного старшекурсника, специализирующегося на физике, к следующему занятию самому подготовить и прочитать лекцию. В то время как Лоуренс вел свой рассказ, его единственный слушатель Эйкли тешил себя надеждой, что он сейчас, возможно, внимает второму Майклу Фарадею.
Туве, постигавший науки в Университете Миннесоты, уговорил Лоуренса продолжить свое физическое образование в этом учебном заведении. Там Лоуренс нашел нового руководителя, физика британского происхождения У.В.Г. Суонна, от которого узнал о насущных проблемах квантовой механики. Суонн, в общем-то, не любил сидеть на месте. Будучи помимо ученого одаренным виолончелистом, он терпеть не мог однообразие и ценил творческое мышление. Не обретя счастья в Миннесоте, он переехал в Чикаго, а потом в Йель, убедив Лоуренса последовать за ним. Как раз в Йеле Лоуренс в 1925 г. получил степень доктора философии и еще на три года остался там научным сотрудником: искал новые методы определения постоянной Планка и отношения заряда к массе у электрона. Вместе со своим коллегой Джесси Бимсом он придумал получивший широкое признание способ измерения коротких промежутков времени в атомных процессах. Они показали, что фотоэффект (когда свет выбивает из металла электроны) по продолжительности не превосходит трех миллиардных долей секунды, тем самым обеспечив подоплеку представлению о мгновенности квантовых событий32.
С докторской степенью на руках Лоуренс наконец пошел на контакт с людьми, хотя и выбрал для этого немного необычный для уже начинающего ученого вариант. Дочери декана медицинской школы Мэри Кимберли Блумер, или просто Молли, которой тогда было только 16 лет, на ее выпускной бал понадобилась пара. Слово за слово - и Лоуренс согласился ее сопровождать. Она очаровала его своей тихой задумчивостью, и после бала он ее спросил, могут ли они встретиться вновь. Она вежливо ответила, что будет не против, если он как-нибудь зайдет, но в то же время ей по понятным причинам было неудобно принимать ухаживания от человека на девять лет старше ее. Всякий раз, как он приходил, она изобретала любые ходы, лишь бы не остаться с ним наедине, и неизменно встречала его вместе с сестрами. Бывало, она даже убегала и пряталась в принадлежавшем их семье рыболовецком судне у берега пролива Лонг-Айленд и отказывалась сходить на сушу. Но настойчивость Лоуренса в конце концов одержала верх, и они поженились.
