Глава 21Готические соборы XXI века
…приобретение премудрости выше рубинов.
Ускорение протонов до достаточно высоких энергий для исследования полного диапазона возможных масс частицы Хиггса далеко выходило за рамки возможностей любой установки в 1978 г., когда были подтверждены все остальные предсказания теории электрослабого взаимодействия, или в 1983 г., когда были открыты W- и Z-частицы. Требовался ускоритель по крайней мере на порядок мощнее самой мощной из существовавших на тот момент установок. Короче говоря, требовался не просто коллайдер, а суперколлайдер.
У Соединенных Штатов, игравших на протяжении всего периода после окончания Второй мировой войны лидирующую роль в науке и технике, была серьезная причина желать построить такую установку. В конце концов, ЦЕРН в Женеве к 1984 г. стал в физике элементарных частиц ведущей лабораторией мира. Американскую гордость так сильно задело то, что и W-, и Z-частицы были открыты в ЦЕРН, что шесть дней спустя после пресс-конференции, на которой объявили об открытии Z-частицы, The New York Times опубликовала редакционную статью под заголовком «Европа – три, США – даже не зеро!»[13]
Прошла неделя после открытия Z-частицы, а американские физики уже решили прекратить строительство средних размеров ускорителя на Лонг-Айленде и пойти ва-банк. Они решили построить громадный ускоритель с энергией центра масс почти в сто раз большей, чем была доступна на установке SPS в ЦЕРН. Для этого им потребовались бы новые сверхпроводящие магниты, поэтому и свое будущее детище они назвали Сверхпроводящим суперколлайдером (SSC).
После того как в 1983 г. этот проект был предложен сообществом американских специалистов по физике элементарных частиц, между разными штатами разгорелась традиционная борьба за лакомый кусок громадного денежного пирога, связанного со строительством и дальнейшей эксплуатацией ускорителя. После множества политических и научных схваток для строительства было выбрано место в Техасе возле городка Ваксахачи, чуть южнее Далласа. Какими бы соображениями ни руководствовались выбиравшие, Техас представлялся вполне подходящим местом, поскольку всё в этом проекте, утвержденном в 1987 г. президентом Рейганом, говорило об огромных масштабах.
Громадный подземный туннель должен был иметь длину восемьдесят семь километров и стать крупнейшим туннелем в истории человечества. Вообще, проект был в двадцать раз крупнее любого другого проекта в физике, который когда-либо пытались реализовать. Предполагаемая энергия столкновений двух пучков, в каждом из которых частицы имели бы энергию, в двадцать тысяч раз больше массы протона, была бы примерно в сто раз больше, чем энергия столкновения частиц на том ускорителе в ЦЕРН, где были открыты W- и Z-частицы. При строительстве потребовалось бы десять тысяч сверхпроводящих магнитов беспрецедентной силы.
Из-за постоянного превышения расходов, отсутствия международного сотрудничества, плохого состояния экономики США и политических махинаций проект SSC был закрыт в октябре 1993 г. Я хорошо помню то время. Незадолго до этого я ушел из Йельского университета, чтобы возглавить кафедру физики в Кейсовском университете Западного резервного района, имея разрешение перестроить кафедру и пригласить в течение пяти лет двенадцать новых членов факультета. Первый год мы рекламировали себя, а затем, в 1993–1994 гг., получили более двухсот заявок от ведущих ученых, которые до этого работали в проекте SSC, а теперь оказались без работы и каких-либо перспектив. Многие из них были аксакалами, оставившими профессорские посты в престижных университетах ради того, чтобы направлять работы по проекту. Это было тяжелое время, и более половины из этих людей были вынуждены навсегда оставить физику элементарных частиц.
Предполагаемая стоимость проекта успела вырасти с первоначальных 4,4 миллиарда долларов в 1987 г. до примерно 12 миллиардов долларов на момент закрытия в 1993 г. Хотя это было – да и сегодня остается – большой суммой, можно спорить, стоило ли закрывать проект. Два миллиарда долларов были уже потрачены, двадцать четыре километра туннеля – построены.
Решение о закрытии проекта нельзя оценить однозначно, но нельзя не отметить, что при его принятии следовало бы учесть множество вещей, о которых никто не подумал, – от «цены выбора», связанной с потерей Соединенными Штатами заметной доли талантливых физиков-ускорительщиков и экспериментаторов в области физики элементарных частиц, до утраты множества прорывных открытий, которые могли бы стать результатом вложений в высокотехнологичное развитие и внести вклад в нашу экономику. Более того, если бы SSC был построен и функционировал, как планировалось, мы, возможно, уже более десяти лет как знали бы ответы на экспериментальные вопросы, над которыми работаем до сих пор. Повлияли бы эти ответы на какие-то наши действия в этот период? Вероятно, мы никогда этого не узнаем.
Пресловутые 12 миллиардов долларов были бы потрачены в течение десяти-пятнадцати лет, пока шли строительство и ввод коллайдера в строй; в результате стоимость проекта составила бы порядка 1 миллиарда долларов в год. Для федерального бюджета США это немного. Мои собственные политические взгляды хорошо известны, поэтому никого не удивит, к примеру, если я скажу, что безопасность США не пострадала бы, если бы оборонный бюджет страны уменьшился на эту сумму – это намного меньше одного процента от ежегодных расходов. Более того, полная стоимость SSC, вероятно, была бы сравнима с расходами на транспорт и кондиционирование воздуха во время катастрофического вторжения в Ирак в 2003 г., в результате которого наша общая безопасность и благополучие только ухудшились. Не могу не упомянуть еще раз показания Роберта Уилсона на слушаниях в конгрессе по поводу ускорителя лаборатории имени Ферми: «Это не имеет прямого отношения к защите нашей страны и только помогает сделать ее достойной защиты».
Однако это все политика, а не наука, и в демократической стране конгресс, представляя народ, имеет право и обязанность следить за приоритетностью расходования средств на крупные общественные проекты. Сообщество ученых в области физики частиц, возможно, слишком привыкло за время холодной войны к постоянному вливанию средств и не позаботилось как следует о том, чтобы информировать публику и конгресс о целях и задачах проекта. Неудивительно поэтому, что в период суровой экономии первыми под нож попали расходы на то, что выглядело слишком эзотерическим. Я тогда недоумевал, почему нужно непременно уничтожить проект, а не заморозить финансирование и не отложить реализацию до лучших времен – когда, к примеру, улучшится состояние экономики или какие-нибудь технические новшества позволят заметно снизить стоимость строительства. Ни туннель (в настоящее время затопленный), ни лабораторные здания (их сейчас занимает какая-то химическая компания) никуда не делись бы.
Невзирая на происходящее в Соединенных Штатах, ЦЕРН продолжал работу над новой установкой – Большим электрон-позитронным коллайдером LEP, спроектированным по настоянию нового нобелевского лауреата, неукротимого Карло Руббиа, для подробного исследования физики W- и Z-бозонов. Он стал директором лаборатории в 1989 г. – в том самом году, когда новая установка вступила в строй.
Кольцевой туннель длиной двадцать семь километров был прорыт под землей на глубине примерно ста метров вокруг старой установки SPS, которая теперь использовалась для впрыска электронов и позитронов в большее кольцо, где они затем ускорялись до громадных энергий. Новая установка, расположенная на окраине Женевы, была достаточно велика, чтобы пройти под Юрскими горами и зайти на территорию Франции. У европейских стран больше опыта в строительстве туннелей, чем у США, и, когда строительство туннеля было завершено, два его конца встретились с точностью до сантиметра. Кроме того, ЦЕРН является международной организацией с участием многих стран, и его проекты не ложатся на бюджеты стран-участниц очень уж тяжким бременем.
Новая установка успешно работала десять с лишним лет, и после закрытия проекта SSC в США большой туннель LEP рассматривался как удачный кандидат на создание уменьшенной версии SSC – не настолько мощной, но все же достаточно высокоэнергетической, чтобы исследовать значительную часть пространства параметров, где возможно существование искомой частицы Хиггса. Некоторую конкуренцию такой установке мог составить ускоритель в лаборатории имени Ферми, известный как «Теватрон», работавший с 1976 г., а в 1984 г. ставший мощнейшим в мире коллайдером протонов и антипротонов. К 1986 г. энергия столкновения протонов и антипротонов, циркулирующих в Фермилабе по 6,5-километровому кольцу сверхпроводящих магнитов, почти в две тысячи раз превышала энергию, эквивалентную массе покоя протона.
Несмотря на значительность этого достижения, его было недостаточно, чтобы исследовать большую часть пространства параметров бозона Хиггса, так что открыть его на «Теватроне» можно было только при большой удаче и снисходительности природы. За «Теватроном» все же числился один очень серьезный успех, давно ожидаемое открытие: на нем был получен увесистый истинный кварк, который в 175 раз тяжелее протона и является самой массивной частицей, обнаруженной по сей день в природе.
Спустя четырнадцать месяцев после кончины SSC совет ЦЕРН без всякой конкуренции одобрил строительство в туннеле LEP новой установки – Большого адронного коллайдера (БАК), по-английски называемого Large Hadronic Collider (LHC). На разработку проекта, конструирование установки и ее детекторов должно было уйти некоторое время, так что установке LEP предстояло работать в своем туннеле еще почти шесть лет и только потом закрыться на реконструкцию. После этого еще почти десять лет предстояло строить новую установку и детекторы частиц для использования в поисках частицы Хиггса и/или других новых физических явлений.