Иэн Сэмпл - В поисках частицы Бога, или Охота на бозон Хиггса
Под руководством Уилсона сооружение ускорителя в Национальной ускорительной лаборатории было закончено раньше запланированного срока; более того, пучки в нем сумели разогнать до энергий более 500 ГэВ, что более чем в два раза превысило первоначально запланированный уровень, и все это сделали не выходя за рамки бюджета. Откуда возникла экономия, понять легко. Здания были построены кое-как. Туннели, вырытые для ускорителя, текли. Научного оборудования было мало, а некоторые нужные приборы просто отсутствовали. Уилсон не расстраивался. Он просмотрел список экспериментов, которые физики предложили провести на ускорителе. Как и в ЦЕРНе, отобранные эксперименты определили тип необходимых детекторов, которые нужно было монтировать сразу после сооружения самого ускорителя.
Руководство проектом во время строительства и успешный пуск сделали Уилсона в Вашингтоне настоящим героем. Но триумф продлился недолго. После окончания работ осталось 6 млн долларов, и Уилсон решил, что нет ничего предосудительного в том, чтобы потратить их на строительство не большого бустерного ускорителя (ускорителя-инжектора), который мог бы удвоить энергию пучков в ускорителе. Когда в Вашингтоне стало известно об этих планах, почему-то никто в восторг не пришел. Уилсона стали донимать звонками. Не помогло и то, что он даже спрятал телефон в своем кабинете103.
В начале 1970-х ЦЕРН и Национальная ускорительная лаборатория в Чикаго впервые сравнялись в шансах выиграть гонку. У американских физиков было намного больше опыта, зато их лаборатория была хуже оснащена — при строительстве руководство старалось сэкономить деньги. В ЦЕРНе же европейские ученые по-прежнему сражались за новые технологии и отчаянно пытались вернуть себе достойное место в научной мировой элите. В обеих лабораториях главным приоритетом стали поиски доказательств теории электрослабых взаимодействий.
Физики и в ЦЕРНе и в Национальной ускорительной лаборатории проводили похожие эксперименты. В обоих ускорителях создавались пучки частиц, называемых нейтрино, которые перемещаются со скоростями близкими к скорости света и проходят через обычное вещество почти не рассеиваясь. Теоретики рассчитали, что в тех крайне редких случаях, когда нейтрино непосредственно налетает на другую частицу, оно отскакивает от нее, причем на картине треков можно будет увидеть про явление электрослабого взаимодействия.
В ЦЕРНе надежды на открытие возлагались на команду, возглавляемую французским физике Андре Лагарригом, и на ее 5-метровый детектор “Гаргамель”. названный в честь матери великана Гаргантюа. героя знаменитого романа Франсуа Рабле, написанного в XVI веке. “Гаргамель” принадлежал к типу детекторов, называемых пузырьковыми камерами. Благодаря их изобретению физики получили множество прекрасных изображений треков частиц. “Гаргамель” подготовили к работе, заполнив камеру 4,5 тонны фреона — жидкостью, которая циркулирует и в холодильниках. Во время эксперимента большой поршень, присоединенный к камере “Гаргамели”, вытягивался, чтобы уменьшить давление внутри детектора. При этом фреон переходил в нестабильное состояние, возникающее вблизи точки кипения. Если нейтрино врезался в электрон внутри детектора, отрикошетивший электрон пролетал через фреон, оставляя след в виде цепочки пузырьков на своем пути. С помощью триггера включалась лампа-вспышка, и след движущейся частицы снимался на пленку.
Эксперименты на “Гаргамели” шли с осени 1972 года до весны 1973-го. То там, то здесь фотографии с детектора демонстрировали треки, похожие на треки от нейтральных токов, предсказанных в электрослабой теории104. Однако большинство ученых в ЦЕРНе все же не были уверены в правильности такой интерпретации. Многие тогда считали, что вероятность появления нейтральных токов столь мала, что их вряд ли когда-нибудь удастся увидеть.
В декабре Франц Йозеф Хасерт, аспирант Ахенского университета (Германия), просматривал снимки, сделанные в ходе эксперимента на Гаргамели”. Вдруг на одной из фотографий он заметил необычный спиральный след, обладающий всеми при знаками нейтрального тока. Хасерт показал снимок своему научному руководителю, а тот — Фейснеру, главе команды “Гаргамель” в Ахене. Фейснер сразу понял: это именно то, чего они все так ждали! Через несколько дней он положил фотографию в портфель и полетел в Англию, показывать ее Дональду Перкинсу, члену команды “Гаргамели” из Оксфордского университета.
В экспериментах на “Гаргамели” физики сделали 1,4 миллиона фотографий треков частиц. И среди этого огромного количества снимков можно было, как посчитали ученые, найти где-то от пяти до тридцати треков, вызванных нейтральными токами. Каждую фотографию следовало детально рассмотреть на световом столе. Это была утомительная, скучная, но необходимая работа. “Легко представить, что это был за кошмар”, — говорил позже Перкинс. К декабрю команда “Гаргамели” просмотрела только 100 000 снимков. Со временем они изучили и оставшиеся 1,3 миллиона. И нашли всего два изображения, похожие на следы нейтральных токов.
В начале следующего года Фейснер написал письмо Лагарригу, описывая полученное изображение: “Эта картинка нас сильно возбудила. На ней был достойнейший кандидат на роль нейтрального тока”. Однако как ни убедителен был снимок, физики в ЦЕРНе знали — им нужно получить еще много подобных фотографий, чтобы твердо знать, они видят те самые нейтральные токи. Но ученые уже почувствовали пьянящий запах близкого открытия...
Они вытащили свои старые пленки и принялись перепроверять изображения, чтобы убедиться, что ничего не пропустили. К делу подключились команды из других европейских стран. Для удобства фотографии сильно увеличивали, и теперь каждый мог их рассмотреть. Стоя вокруг стола, на котором лежала обсуждаемая фотография, физики спорили о происхождении какой-нибудь подозрительной полоски или симпатичного завитка. Это нейтральный ток или нечто другое? Если возникали сомнения, изображение тут же забраковывалось и откладывалось в сторону105.
18 июля 1973 года Лагарриг проходил мимо полки с дневной почтой ЦЕРНа. Там лежало письмо от Карло Руббиа, возглавлявшего команду охотников за нейтральными токами в Национальной ускорительной лаборатории в Чикаго106. Руббиа писал, что до него дошли слухи, будто ЦЕРН готов официально объявить об открытии нейтральных токов. Он сообщил, что у его собственной команды около 100 отчетливых изображений нейтральных токов и они готовят статью об этом. Руббиа завершал письмо предложением: обе команды признают открытия друг друга и разделяют лавры первооткрывателей. Лагарриг почувствовал — тут что-то не так. Подумав, он решил, что конкурирующие команды должны объявить о своих открытиях по отдельности, и отказался от предложения Руббиа. Его команда, писал Лагаррик своему американскому коллеге, планирует сделать объявление об открытии в течение ближайших двадцати четырех часов. Поль Мюссе, еще один физик из команды “Гаргамели”, провел семинар в ЦЕРНе, где объявил об открытии нейтральных токов. Четыре дня спустя группа послала свою работу по нейтральным токам в журнал “Physics Letters”. Через две недели Карло Руббиа тоже послал статью своей команды в американский журнал “Physical Review Letters”. Однако на этом гонка отнюдь не завершилась. Редакторы журналов направили обе статьи рецензентам, и в обоих случаях они вернулись к авторам с замечаниями. Вопрос о том, кто получит лавры победителя, повис в воздухе.
В сентябре того же года физики, работавшие в области элементарных частиц, собрались в городке Экс-ан-Прованс на юге Франции на одну из главных конференций в академическом сообществе. Поль Мюссе, решив отправиться туда на машине, выехал из ЦЕРНа и взял направление на юг. Въехав в Экс-ан-Прованс, он увидел двух человек у железнодорожного вокзала, тащивших тяжелые чемоданы и направлявшихся, скорее всего, в гостиницу. Мюссе притормозил. “Вы Салам?” — окликнул он одного из мужчин. Абдус Салам (а это был действительно он, тот самый Салам, разработавший теорию электрослабого взаимодействия независимо от Стивена Вайнберга) ответил утвердительно. “Садитесь в машину, у меня для вас новости, — сказал Мюссе. Мы обнаружили нейтральные токи”107.
В том же месяце в “Physics Letters” была опубликована статья команды “Гаргамель по нейтральным токам. Она утвердила приоритет открытия за ЦЕРНом и таким образом прославила его. Однако ликование длилось недолго.
В Национальной ускорительной лаборатории в Чикаго команда Руббиа приостановила публикацию своей статьи. Незадолго до того физики решили отрегулировать детектор, чтобы улучшить его характеристики. Было решено пока задержать выход статьи — вдруг удастся получить лучшие результаты. Однако когда детектор заработал снова, результаты резко ухудшились. Треки, которые раньше выглядели как следы нейтральных токов, исчезли!
