Коллайдер
Шрифт:
Представьте дом, полный разных насекомых и паразитов. Поставите на кухне мышеловку - от грызунов избавитесь, но муравьи ее и не заметят. На средство против муравьев некоторые из них, вероятно, сбегутся, но мухи будут надоедать по-прежнему. Так и АТЛАС сделан из нескольких слоев, каждый из которых реагирует на свойства «своих» частиц.
Скажем, электроны и фотоны (частицы света) задерживаются в одном из внутренних слоев, так называемом электромагнитном калориметре. Тот самый жидкий аргон взаимодействует со светом и меряет выделившуюся энергию. В следующем слое, известном как адронный калориметр, остаются протоны и нейтроны. Все эти внутренние слои мне, собственно, не удалось увидеть.
Единственные заряженные частицы, ускользающие от внутренних детекторов, - это мюоны, которые с легкостью выходят наружу. Поэтому внешняя оболочка АТЛАСа так и называется - мюонная система. Выглядит она как лежащая на боку бочка с осью на траектории пучка и внушительными «заглушками» по обе стороны. Задача последних - отобрать как можно больше мюонов, так что в любом эксперименте, где рождаются такие частицы, этот прибор окажется кстати.
Но каким бы хорошим детектором АТЛАС ни был, у некоторых частиц получается его обмануть. Нейтрино, невероятно легкие нейтральные частицы, проходят его беспрепятственно. Ученые почти ничего не могут с этим поделать - им остается считать недостающую энергию и импульс. Давно известно, что нейтрино очень трудно поймать. Кроме того, в детекторе, естественно, надо оставить лазейку для пронизывающего его пучка, поэтому продукты столкновений, движущиеся под малыми углами, тоже теряются. Но поскольку исследователей интересуют обычно частицы, отлетающие под большими углами, нестрашно, если осколки, почти сонаправленные с пучком, останутся незамеченными.
Хитросплетения кабелей, напоминающие волосы горгоны Медузы, соединяют сложную электронику детектора с внешним миром, позволяя дистанционно управлять сбором данных. Благодаря этому исследователям, трудящимся над проектом, как правило, не нужно во время непосредственной работы ускорителя предпринимать вылазки в приборные отсеки. А обработать стремительный поток информации ученые смогут с помощью системы под названием «Грид», дающей доступ к обособленной сети компьютеров, охватывающей весь земной шар. В результатах анализа они будут искать следы бозона Хиггса и других гипотетических частиц.
Плохого бы я был мнения о БАК, если б решил, что он ограничивается этой исполинской искусственной пещерой, где стоит АТЛАС. От последнего через отверстия в стене уходят трубы ускорителя, расположившиеся во впечатляющем тоннеле. За километры от того места, где я сейчас, в таких же гротах стоят еще детекторы: многоцелевой детектор CMS, оборудованный сильным центральным магнитом, «Алиса» (ALICE), специальный детектор для изучения столкновений ионов свинца, детектор БАК-b (LHCb), предназначенный для исследования взаимодействия так называемых b-кварков, и некоторые другие.
Поднявшись на свежий воздух, я решил немного осмотреть французский ландшафт поверх кольца БАК. Большая часть кругового 27-километрового тоннеля проходит под идиллической местностью под названием Пэи-де-Жекс («область Жекс»), раскинувшейся на границе Франции и Швейцарии. Захватив паспорт, я сел в автобус, направляющийся из Женевы во французскую деревню Ферней-Вольтер. Она, как подсказала мне карта, находится, грубо говоря, над одним из сегментов тоннеля БАК.
В этом старомодном уголке, где когда-то философствовал Вольтер, почту до сих пор развозят на велосипедах. В «буланжери» можно прикупить свежего французского багета, испеченного по старинному рецепту, а во «фромажери» - отведать ароматный «блё-де-жекс» и другие тамошние сыры. По сторонам ведущих в город дорог - дома с выцветшей на солнце желтой или зеленой штукатуркой и крышами, выложенными бургундской мозаичной черепицей. Цивилизация сюда, кажется, еще не добралась. Но от иллюзии не осталось и следа, как только мимо меня проехал белый микроавтобус с бросающейся в глаза эмблемой ЦЕРНа. Она словно говорила: не стоит забывать, что эта уютная деревенька со всеми ее прелестями сельской жизни соседствует с одной из самых смелых научных затей XXI в.
Вернувшись на Рут-де-Мейрен, я заметил тот же контраст старого и нового. В ЦЕРНе с пиететом относятся к истории. Его улицы носят имена людей, которых объединяла общая цель - найти фундаментальные составляющие природы. Здесь Демокрит и Мария Склодовская-Кюри, Джеймс Клерк Максвелл и Альберт Эйнштейн. По площади церновского музея рассеяны всевозможные ускорители и детекторы разных форм, размеров и эпох. Невольно сравнивая эти первые маленькие детекторы с АТЛАСом, воочию видишь мощь прогресса, произошедшего в физике элементарных частиц за последние 75 лет.
В новом проекте задействованы и прежние версии ускорителей. До того как частицы попадают в основное кольцо, их сначала разгоняют на «старых» установках, самой почтенной из которых около полувека. Словно духи прошлого благословляют ученых на будущие свершения.
Последуем и мы примеру ЦЕРНа: прежде чем окунуться в мир современных проблем и методов исследования, обратимся к истории физики элементарных частиц и способам, давшим нам возможность разведать кое-какие секреты природы. Так мы наберем необходимый импульс! Я задумывал эту книгу не только как повесть о Большом адронном коллайдере и сногсшибательных открытиях, которые он может нам подарить. Мне хотелось также проследить тот путь, которым человечество движется к ответу на старый как мир вопрос: на каком фундаменте покоится мироздание? Частицы уже начали свой бег по коридорам ускорителя высоких энергий, и мы тоже вот-вот отправимся в фантастическое путешествие.
Благодарности
Спасибо всем тем в ЦЕРНе, кто уделил мне время, чтобы рассказать о своей работе, и провел экскурсии по установкам. Особенно я хочу поблагодарить Михаэла Рейссенбека - главу исследовательской группы из Университета Стоуни-Брук, ведущей АТЛАС, - за готовность обсудить со мной разные стороны этого проекта и за помощь в организации встреч, которые оказались невероятно полезными. Выражаю также глубокую признательность Венетиосу Полихронакосу, Ларри Прайсу, Чарли Янгу, Ашфаку Амаду, Адаму и Кате Юркевич, Александру Ходинову, Джейсону Фарли, Джулии Грей и Джету Гудсону.
Большое спасибо Дэвиду Кассиди и Адаму Юркевичу за то, что они прочитали отдельные главы и высказали свои замечания. Хочу также поблагодарить Дж. Дэвида Джексона из Калифорнийского университета и Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли за полезные комментарии. Спасибо Дэвиду Брину за учтиво предоставленную цитату из его романа «Земля» и Герману Воуку за любезное разрешение включить в эту книгу цитату из «Техасского котлована».
Я благодарю своих редакторов в «Уили», Констанцию Сантистебан и Эрика Нельсона, за их уверенность, помощь, идеи и дальновидность, а также моего агента Джилса Андерсона за его мудрые советы и поддержку.
За поддержку в этом и других моих литературных опытах я признателен своим коллегам из Университета наук в Филадельфии - Филу Гербино, Элаю Эскенази, Джуду Кучински, Брайану Киршнеру, Филлис Блумберг, Стиву Родригу, Сержиу Фрейре, Бернарду Бруннеру, Джиму Каммингсу, Пину Канлиффу, Рою Робсону, Дэвиду Трэкселу, Джастину Эверетту, Дирдре Петтипис, К. Шветкету Вирбхадре и многим другим.
Спасибо моим друзьям, с которыми я уже много лет обсуждаю все захватывающие идеи, - Фреду Шюпферу, Майклу Эрлиху, Фрэн Шугарман, Митчеллу и Уэнди Кальц, Симоне Зелич, Доу Буххольцу, Бобу Янцену, Роберту Кларку, Скоту Веггебергу, Эвану Томасу, Дубравке Клабукару, Элане Льюбит и покойному Дональду Баски.