Чтение онлайн

Руководил работами по выведению коллайдера за конструктивный предел Патрик Жано — французский экспериментатор, поступивший на работу в ЦЕРН в 1987 году. Если в Голливуде когда-нибудь захотят снять фильм об охоте на бозон Хиггса (а о ЦЕРНе уже сняли несколько фильмов, правда весьма сомнительного качества), Жано будет находкой для киношников. Ему около сорока пяти лет, и у него есть все необходимое для супергероя — прекрасная внешность и блестящий ум. Но еще более важна его жизненная позиция. Жано — человек бескомпромиссный и страстный, и не скрывает этого.

Прежде чем попытаться увеличить мощность крупнейшей в мире машины, вы должны знать, что происходит “под капотом”. В 1999 году тем местом, куда можно было пойти и расспросить об устройстве LEP, было строение номер 874, через дорогу от главного кампуса ЦЕРНа. Там располагался мозг коллайдера — центр управления LEP. Отсюда к каждому блоку машины под землей было протянуто оптическое волокно общей длиной более 3000 километров. По нему шли сигналы к машине и обратно в диспетчерскую, где посменно дежурили бригады техников — они неотрывно наблюдали за причудливым танцем сотен тысяч сигналов, непрерывно возникавших на экранах компьютеров.

Жано провел немалую часть 1999 года в диспетчерской. Он беседовал с операторами, слушал их обсуждения, наблюдал, как они работают. Он проник в самые глубинные тайны машины. “Я собрал все сведения, какие смог, чтобы понять, как улучшить работу машины и в конце концов попробовать это сделать, — вспоминал однажды Жано в беседе, происходившей в столовой ЦЕРНа. — Директор по исследованиям поставил передо мной вполне определенную задачу: ввести LEP в режим, в котором мы могли бы обнаружить бозон Хиггса, конечно, если он там был”.

Бозон Хиггса — хитрый зверь, его трудно поймать в ловушку. Частица так неустойчива, живет она всего в 10 – 16секунды. Это означает, что, даже если эти бозоны появятся в LEP, они исчезнут в мгновение ока. Физики, специалисты по элементарным частицам, говорят, что частица Хиггса не умеет летать, то есть время ее жизни столь коротко, что нет никакой надежды увидеть ее саму в детекторе. Едва родившись, она сразу распадется на другие, менее интересные для физиков частицы, издав метафорическое шипение. Осложняющим фактором является то, что бозоны Хиггса скорее всего никогда не возникают поодиночке. По-видимому, они рождаются вместе с Z-частицами, которые, в свою очередь, распадаются на кучу других частиц. Чтобы найти бозон Хиггса, вы должны идентифицировать треки всех частиц, образованные ими в детекторе, а затем “отмотать пленку” назад и проверить, а не родилась ли какая-либо из этих частиц из неуловимого бозона Хиггса.

Дело это очень непростое. Другие частицы, рожденные в машине, могли подавать сигналы, похожие на сигналы от бозона Хиггса. Например, как только на ускорителе LEP была достигнута энергия 182 ГэВ, что произошло в конце 1997 года, в столкновениях уже выделялось достаточно энергии для рождения двух Z-частиц. Каждая из них может распадаться на два кварка, производя в сумме четыре частицы. Если вместе с Z-частицей родился бы бозон Хиггса, и та и другая частицы распались бы на кварки, и в обоих случаях картины треков были бы похожи.

Летом 1999 года большинство теоретиков считало, что масса бозона Хиггса находится где-то в интервале 100-250 ГэВ. При работе LEP в форсированном режиме ученые надеялись изучить всю эту область, кроме того, и в планы физиков входило увеличить мощность машины в 2000 году — последнем году работы ускорителя — до еще больших значений. Были и другие веские причины добиваться получения высоких энергий. Следующей машине ЦЕРНа — Большому адронному коллайдеру — будет трудно найти бозон Хиггса с массой меньше примерно 110 ГэВ 154. В новой машине при столкновениях будет образовываться столько субатомных осколков, что почти невозможно увидеть следы, оставленные такой легкой частицей. В результате фирменная подпись частицы Хиггса скроется среди следов продуктов распада других, гораздо менее экзотичных частиц. Пока LEP еще работал, нужно было проверить весь диапазон энергий, в котором мог скрываться бозон Хиггса, не оставляя ни одной бреши. Принимался также во внимание фактор конкуренции. Чем шире интервал энергий, исследованных LEP, тем труднее было американскому коллайдеру “Теватрону” опередить его в охоте на бозон Хиггса. Ученые ЦЕРНа даже придумали лозунг: каждый дополнительный ГэВ, выжатый из LEP, означал дополнительный год поисков частиц Хиггса на “Теватроне”.

Первая крупная модификация LEP заключалась в изготовлении новой охлаждающей системы 155. В некоторых блоках ускорения пучков частиц стали использоваться сверхпроводники — материалы, которые весьма эффективны, если вы можете поддерживать низкую температуру и удерживать их в сверхпроводящем состоянии. В новой системе охлаждения блоки ускорителя погружались в дюары с жидким гелием, охлаждая их приблизительно до -269 градусов Цельсия. (В космическом пространстве температура не может опускаться ниже -273 градусов). Использование сверхпроводников позволило повысить энергию в пучках частиц примерно на 5 процентов.

Последовали и другие усовершенствования. Сняли с полки старые блоки ускорителя, которые в ЦЕРНе уже не использовались, встряхнули, смонтировали и задействовали снова: траектории частиц слегка подстроились, и тогда огромные магниты, используемые для фокусировки пучков частиц, придали им дополнительный толчок энергии. С каждой перестройкой Жано и его команда приближали машину все ближе и ближе к последнему рубежу. Некоторым ученым в ЦЕРНе казалось, будто они — герои сериала “Звездный путь” и летят на звездолете “Энтерпрайз”, а перепачканный маслом Скотти кричит из машинного отделения: “Из нее нельзя выжать больше!”

Когда все было сделано для перестройки ускорителя, команда решила максимально использовать машину, пока она не вырубится. В LEP ускорительные блоки запитывались СВЧ-генераторами, называемыми клистронами. (Клистрон вы можете найти и в вашей домашней микроволновой печи, но там он немного меньше.) В штатном режиме коллайдер работал с большим запасом прочности, и, например, если один клистрон выходил из строя, пара других была под рукой — чтобы обеспечить бесперебойную циркуляцию пучков частиц. Летом 2000 года машина работала уже без каких-либо запасных частей. При выходе из строя одного клистрона вся машина выключалась.

От Жано потребовались немалые усилия, чтобы убедить техников работать в таком неустойчивом режиме. Когда машина выключалась, требовалось время и большая работа, чтобы снова получить пучки и разогнать их. И даже тогда не было уверенности, что пучки, полученные после перезапуска, идентичны прежним. Это напрягало техников, а ученых заставляло нервничать — ведь в их распоряжении было всего несколько минут, чтобы получить как можно больше данных, пока пучки опять не исчезнут.

Тем летом LEP работал в течение двух недель, разгоняя пучки до энергий выше 208 ГэВ. Это время стало одним из наиболее напряженных периодов жизни машины. Клистроны отключались каждые пятнадцать минут, и требовалось по крайней мере полчаса, чтобы снова заполнить машину ускоряющимися частицами. Все уже были на пределе сил, а результатов все не было...

И тут Жано осенила вдохновляющая идея. Он быстро проделал расчеты, прошел в диспетчерскую и предложил операторам пари: если они смогут обеспечить два сеанса работы ускорителя подряд длительностью не менее сорока пяти минут, он тут же разденется догола. Так или иначе, ближайшие два сеанса работы длились пятьдесят одну минуту и час сорок соответственно 156. “Как они это сделали? Ведь такое было просто невозможно!” — говорил потом Жано. Он прикинул вероятность этого события и получил, что она была почти нулевой! К облегчению персонала диспетчерской, Жано взял свое обещание назад и вместо сеанса стриптиза выставил операторам шампанское.