Пол Хэлперн - Коллайдер
Упорство и изматывающий труд экспериментаторов, работающих на детекторах CDF и Do, были вознаграждены сполна 2 марта 1995 г. В тот день в «Фермилабе» на внеочередном совещании обе группы представили неопровержимые доказательства существования топ-кварка. По отдельности они уже предварительно сообщали об этом, но не хотели спешить с выводами и потому решили все перепроверить. Их заключение основывалось на подсчете энергии и других физических характеристик лептонов и образованных ими каскадов в специально отобранных событиях. Имея эти данные на руках, каждая группа вычислила массу кварка, 175 ГэВ. То есть это самая тяжелая из известных частиц - весит, как атом золота. Неудивительно, что она родилась только на таком мощном коллайдере!
Но у этой научной победы был и горький привкус. Она случилась буквально через два года после того, как загубили на корню инициативу, могущую ознаменовать новый виток в развитии американской физики. Коллайдер, задумывавшийся как самый большой и самый энергичный в мире, пал жертвой всеобщей экономии бюджетных средств. Американская физика высоких энергий свернула с намеченного пути.
Однажды в Техасе. Взлет и падение Сверхпроводящего суперколлайдера
Это была трагедия, катастрофа,
«Титаник» науки пошел ко дну…
Сверхпроводящий суперколлайдер… исчез навсегда.
Герман Воук. Техасский котлован. 2004 г.
Всего в 50 км к югу от Далласа, там, где могло бы разворачиваться действие очередного вестерна, лежит изуродованный шрамом городок Ваксахачи. Около пятидесяти пустынных гектаров земли, на которой когда-то стояли 90 домов, окруженных фермерскими полями, сейчас представляют печальное зрелище. Тут и там разбросаны оспины семнадцати засыпанных и никому сегодня не нужных шахт, каждая в глубину около сотни метров. 22-километровый тоннель, недостроенное и заканчивающееся тупиком чудо инженерной мысли, пролегает под землей изогнутой ссадиной и, вероятно, постепенно наполняется водой. Но самой страшной, хоть и не заметной на первый взгляд, раной оказался, пожалуй, урон, нанесенный экономике Техаса и надеждам американского физического сообщества.
Когда задумывался Сверхпроводящий суперколлайдер (ССК), ни у кого и мысли не было о таком бесславном конце. По иронии судьбы новый проект вырос из праха другой злополучной установки, «Изабелль». В июле 1983 г. на том же совещании, на котором был поставлен крест на «Изабелль», члены государственной комиссии рекомендовали взяться за постройку гораздо более мощной машины. Они посоветовали прислушаться к предложению Леона Ледермана, выдвинутому за год до этого в Сноумассе, штат Колорадо, на конференции по высоким энергиям. Суть инициативы сводилась к тому, чтобы соорудить гигантскую установку на сверхпроводящих магнитах, а в качестве площадки выбрать в США какую-нибудь равнинную и малонаселенную местность. В ЦЕРНе открыли слабый бозон, «Фермилаб» установил на ускорителе новый рекорд энергии - настало время мыслить масштабно.
У ученых в физике элементарных частиц не возникает не малейшего сомнения в том, что нужны все более крупные и совершенные агрегаты. Что, в сущности, такое земля и деньги, когда речь идет о возможности разгадать глубочайшие тайны природы? Конечно, есть риск, что миллиарды долларов и годы упорного труда будут потрачены зазря, но если сидеть сложа руки, мы никогда не поймем, как устроена Вселенная. Правда, некоторые скептики отмечают, что во многих областях физики (и науки в целом) ключевые эксперименты обходятся гораздо дешевле. Причем они, как показывают примеры, не так уж редко находят применение в повседневной жизни. Скажем, изобретение транзисторов изменило весь облик электронной промышленности. Зачем тогда, спрашивается, нужны многомиллиардные проекты? Дилемма «большая наука» - доступные «настольные» эксперименты красной нитью проходила через дебаты о судьбе ССК.
Сверхпроводящий суперколлайдер, чья энергия в планах с запасом била пределы как Протонного суперсинхротрона (ПСС), так и «Теватрона» и составляла 20 ТэВ, сначала был известен под рабочим названием «Дезертрон» (Desertron, Desert - пустыня (англ.)).
Согласно историкам Лилиан Ходдисон и Адриане Колб, на то было две причины: «Под него предполагалось задействовать большие просторы, которые доступны только в пустыне, и он должен был стать первопроходцем в унылой “пустыне"’ физических процессов, описываемых теорией Великого объединения»64.
Исследователи опасались, что запущенному недавно «Теватрону» окажется не под силу перешагнуть через пропасть между последними штрихами к Стандартной модели и еще не известными науке нетривиальными явлениями. Никто тогда не знал, да и сейчас не знает, хватит ли «Теватрону» мощностей, чтобы найти бозон Хиггса, не говоря уже о более тяжелых частицах, предсказываемых различными вариантами теории Великого объединения (ТВО) и суперсимметричными моделями. Нами бы овладела бессильная злоба, будь мы уверены, что новые изящные теории объединения, трактующие электрослабые и сильные взаимодействия в рамках единой математической схемы, никогда не удастся проверить в эксперименте. Посудите сами, разве не обидно было бы заметить жизнь на далекой планете, но не иметь возможности туда слетать? Так что длинный путь от воображения до непосредственного исследования непременно требовал передовых технологий.
Что если европейцы первыми успеют соорудить ускоритель нового поколения, а «ковбои» будут лишь стоять и хлопать глазами? Ледерман как в воду глядел, когда думал, что ЦЕРН так просто не оставит 27-километровый тоннель Большого электрон-позитронного колайдера (БЭП) и захочет там разместить сверхпроводящие магниты следующего, оглушительно мощного протонного коллайдера. Лучше поспешить со своим собственным агрегатом, засуетились американские физики, пока в Старом Свете не стали сервировать шведский стол Нобелевских премий.
В декабре 1983 г. Министерство энергетики сформировало рабочую группу по планированию исходного проекта (RDS), в которую вошли лучшие сотрудники, как директора, так и рядовые служащие, крупнейших ускорительных лабораторий США. Представители «Фермилаба», Стэнфордской лаборатории линейного ускорителя, Брукхейвена и Корнелльского университета отшлифовывали предварительные детали одного из самых грандиозных проектов, которые когда-либо видела наука. Чтоб никто не был обижен, совещания собирались во всех лабораториях по очереди. Возглавлял группу ученик Вильсона, корнелльский физик Мори Тайнер.
К апрелю 1984 г. RDS представила три варианта протон-протонного коллайдера на энергию 20 ТэВ и со светимостью около 1034(10 с 34 нулями) частиц в секунду на квадратный сантиметр. Это примерно в 100 000 раз больше, чем интенсивность пучков ПСС, штамповавшего W и Z-бозоны, - все равно что взять и заставить все население Топики, штат Канзас, зараз пройти в метро через один турникет. Чтобы добиться столь плотной упаковки, в каждом варианте была предусмотрена своя уникальная конструкция сверхпроводящего магнита: в первом - мощный магнит с гигантским железным сердечником и сверхпроводящей катушкой, во втором - относительно слабый магнит, но еще больше сдобренный железом (так называемый магнит типа «суперферрик», обеспечивающий высокую однородность поля). Наконец, третий вариант предполагал магнит средней силы без железа (видимо, члены комиссии устали ковать). В отчете Министерству энергетики рабочая группа сообщила, что хороши все три конструкции, и рекомендовала продолжить исследования.
На следующем этапе работы над ССК эстафету приняла Центральная группа по разработке (CDG), расположившаяся в Лаборатории им. Лоуренса в Беркли и также возглавляемая Тайнером. На изучение достоинств и недостатков различных конструкций магнитов были брошены силы самой лоуренсов-ской лаборатории, Брукхейвена, «Фермилаба» и Техасского ускорительного центра (научно-исследовательского института, основанного специалистом по коллайдерам Питером Макинтайром). Большинство склонялись к сильному магниту, с которым кольцо достигало бы 83-84 км в окружности, в то время как магнит со слабым полем потребовал бы увеличить эту цифру до 160 км. Под меньшее-то кольцо трудно было найти территорию, что тут говорить о большом.
К концу 1986 г. план ССК был отправлен в Министерство энергетики, и крупнейшим лабораториям настало время объединиться и дружно его поддержать. Проект стоимостью несколько миллиардов долларов обязательно должен был утвердить президент, чье кресло тогда занимал Рейган. За ССК, мало у кого были сомнения, придется поторговаться, особенно если учесть, что из-за многочисленных военных и научных программ госбюджет сильно исхудал. Среди дорогостоящих проектов значились, например, международная космическая станция и «Стратегическая оборонная инициатива» (ставшая известной под названием программы «Звездных войн»), в рамках которой создавалась система противоракетной обороны. Как бы и ССК отрезать от этого тающего на глазах пирога хоть один кусочек?
