В апреле 1969 года Уилсон предстал перед Конгрессом США с просьбой выделить 250 млн долл. на строительство самого амбициозного ускорительного проекта Соединенных Штатов. Дни, когда физики легко получали финансирование, закончились, и Уилсону пришлось конкурировать с другими проектами, просящими государственных денег: от космических миссий NASA до огромных расходов на корабли, самолеты и оружие для обороны. Не успел Уилсон начать, как сенатор Джон Пасторе указал на экспериментальность предлагаемого проекта. Они даже не знали, что смогут в итоге обнаружить! Как можно пойти на столь дорогостоящее и рискованное предложение?
Задуманный ускоритель, сказал Уилсон, поможет найти ответы на извечные вопросы о простоте природы. Возможно ли, спросил он, что мы поймем беспорядочность всей жизни и Вселенной, основываясь всего на нескольких элементарных частицах? Исходя из этого видения, он изложил ситуацию в игре. Они знали о силах гравитации, электромагнитной силе и ядерной силе, которая связывает протоны и нейтроны вместе. Открытие кварков шло полным ходом в SLAC, и, как мы видели в предыдущих главах, физики предполагали наличие четвертой силы – слабого ядерного взаимодействия. При бета-распаде, во время которого нейтрон превращается в протон, кварки, как казалось, испытывают как сильное, так и слабое ядерное взаимодействие. Уилсон утверждал, что эта новая машина позволит проводить эксперименты в таком диапазоне энергий, что физики смогут окончательно подтвердить эти силы и собрать воедино более полное понимание того, как работает Вселенная. В интеллектуальном плане перспективы этого начинания восхищали.
Сенатор Пасторе кивнул и сказал, что, как он понимает, цель ускорителя – фундаментальные исследования в области физики высоких энергий, образовательный и академический процесс. Уилсон добавил: «И культурный, но с твердым убеждением, что придут технологические разработки… Поскольку мы занимаемся чрезвычайно сложными техническими вещами и проводим необычные исследования, мы из прошлого опыта знаем о неизбежном развитии новых методов, способных более чем окупить затраты на фундаментальные исследования, изначально не направленные на достижение соответствующих результатов»[246].
Сенатор хотел помочь Уилсону, обставив все так, будто эта машина незаменима для нации. Он спросил Уилсона, привнесет ли она что-нибудь в безопасность страны, но Уилсон прямо ответил: «Нет». После Манхэттенского проекта его вклад в безопасность с помощью физики был в значительной степени позади, этот проект вызван исключительно любопытством к Вселенной. Сенатор надавил: «Совсем ничего?»
Уилсон сделал паузу, затем посмотрел на сенатора и сказал: «Эта машина привнесет что-то только в уважение, с которым мы относимся друг к другу, в достоинство человека, нашу любовь к культуре. Она ответит на вопрос, хорошие ли мы художники, хорошие скульпторы, великие поэты. Я имею в виду все то, что мы действительно почитаем в этой стране и к чему относимся с патриотизмом… Но она не имеет никакого отношения непосредственно к защите нашей страны, разве что сделает ее достойной защиты»[247].
Бюджет был утвержден. В октябре того же года Уилсон лично воткнул лопату в землю на площадке в часе езды от Чикаго, ознаменовав официальную церемонию закладки фундамента Национальной ускорительной лаборатории, позже известной как Фермилаб.
Фермилаб действительно не похожа ни на одну другую физическую лабораторию. В соответствии с интересами Уилсона, вместо однообразных кирпичных и сборных зданий здесь полно скульптур и архитектурных деталей. Проезжая через небольшую деревню с домами, обшитыми деревянными панелями, и попадая на территорию Фермилаба, посетители видят не высокотехнологичное оборудование, а стадо бизонов – дань уважения степному наследию. Приближаясь к главному зданию, посетители проезжают между длинными бассейнами, отражающими свет. В их дальнем конце находится похожий на собор[248] Уилсон Холл – бетонное сооружение высотой 76 м, смягченное архитектурными изгибами. Со смотровой площадки на верхнем этаже можно увидеть километры туннелей и технологий, ускорители и эксперименты, разбросанные по обширной площадке, как круги на полях.
В видении Уилсона лаборатория должна быть захватывающей, функциональной и красивой. Он считал, что ее эстетика повлияет и на ее успех. Штатный художник Анджела Гонсалес принимала участие в разработке буквально всего, начиная от логотипа лаборатории и приветственных плакатов и заканчивая столиками в кафетерии. Эстетичность стала важной частью и научного оборудования. Уилсон считал, что научные инструменты должны быть такими же красивыми, как идеи теоретической физики. Как скульптор, он настаивал на том, чтобы ускорители, эксперименты и все другие аспекты большой лаборатории имели изящные линии, хорошо сбалансированные объемы и внутреннюю эстетическую привлекательность[249].
Сначала Уилсон набросал объект широкой кистью, почти как если бы он очерчивал формы на холсте. Он должен быть научно амбициозным, чтобы привлечь к проекту лучших ученых, но при этом надо придерживаться бюджета. Он решил, что его первоначальная цель – та, на которую выделили бюджет, – недостаточно амбициозна. Вместо энергии в 200 ГэВ он хотел достичь 500 ГэВ с помощью ускорителя – «Главного кольца» с радиусом 1 км. Размер был выбран просто потому, что его легко запомнить. Но вдобавок к этой новой задаче Уилсон решил ускорить график строительства. Вместо первоначальных семи лет он хотел уложиться в пять.
Лучшие умы узнали о его диковинной идее и начали присоединяться к проекту. Его видение привлекло физиков, инженеров и специалистов по решению проблем с огромной творческой энергией и энтузиазмом. Новое «Главное кольцо» было уже не единственным ускорителем, который нужно построить. Уилсон знал, что для него потребуется целая цепочка предварительного ускорения: протоны запускались в генераторе Кокрофта – Уолтона, затем они проходили через LINAC и попадали в кольцо, называемое бустером. Только после этого пучок протонов передавался в «Главное кольцо».
Физик ускорителей Хелен Эдвардс и ее муж Дон присоединились к команде в 1970 году, когда все только начиналось. Родом из Детройта, штат Мичиган, Эдвардс заинтересовалась естественными науками и математикой, когда посещала школу для девочек в Вашингтоне, округ Колумбия, и, несмотря на борьбу с дислексией, осваивала предметы исключительно благодаря концентрации внимания. Она получила степень бакалавра по физике в Корнелле, единственная женщина среди дюжины мужчин. Она намеревалась сразу поступить в аспирантуру, но в то время женщины должны были сначала получить степень магистра. Тем не менее она упорствовала и завершила свое исследование по распаду частиц, приобретя практический опыт работы с ускорителем электронов Корнеллского университета. Именно там с ней познакомился Уилсон, и всем было ясно, что ее способность концентрироваться на главном делала ее отличным специалистом по решению научных и технических проблем. Уилсон поручил Эдвардс ввести в эксплуатацию бустерный синхротрон.
Эдвардс и ее команда быстро привели бустер в действие, и он мог доставлять протоны с энергией 8 ГэВ в «Главное кольцо». Команды, управляющие генератором Кокрофта – Уолтона и линейным ускорителем, тоже достигли своей цели – запустить их в эксплуатацию. Поскольку строительство шло с головокружительной скоростью, Эдвардс присоединилась к команде, работающей над уже частично завершенным «Главным кольцом».
Темп работ был лихорадочным, а условия – мрачными: из-за протечек туннель «Главного кольца» иногда заполнялся грязью, через которую приходилось пробираться, чтобы продолжить установку магнита. Уилсон пошел на риск, заявив, что «оборудованию, способному работать без сбоев, свойственна избыточность, и, следовательно, на создание такого оборудования уйдет слишком много времени и средств»[250]. Он утверждал, что дешевле будет чинить вышедшие из строя детали.
Проблемы нужно было решать быстро, и в команде Эдвардс позже рассказывали истории, как она могла производить подробные вычисления прямо на коленке, решая трудности по мере их появления. Ее команда была не менее изобретательна. После сварки ускорителя они обнаружили, что в вакуумной трубе оставались небольшие кусочки металлического мусора, которые могли сбить протоны с пути, вызвать радиацию или повредить машину. Уже не зная, что делать, один инженер обучил хорька по имени Фелиция протягивать веревку через трубку, к веревке он затем прикреплял чистящий тампон и протягивал веревку обратно, удаляя мусор[251]. Это сработало, но впереди поджидало еще больше неприятностей.
В 1971 году ситуация достигла апогея, после того как команда привела в действие 1014 магнитов и обнаружила, что не менее 350 из них вышли из строя. Этот «магнитный кризис» стоил им по меньшей мере шести месяцев и двух миллионов долларов, и даже по сей день не совсем ясно, что пошло не так. Но, похоже, в основном виноваты тонкая эпоксидная изоляция и проблемы с конденсацией. Несмотря на все трудности, в марте 1972 года, протонный пучок наконец начал циркулировать по окружности «Главного кольца» длиной 6,28 км, и вскоре команда побила мировой рекорд по энергии протонного пучка.
Затем Эдвардс взяла на себя решение другой проблемы: как заставить протонный пучок покинуть машину. Нужно было сохранить по крайней мере 98 % луча, иначе повышается риск возникновения радиации и разрушения компонентов. Принятое решение[252] заключалось в точной настройке машины таким образом, чтобы луч отклонялся очень близко к краю трубы в трех местах, где команда установила электростатические перегородки – металлические полосы, удерживаемые под очень высоким напряжением, – которые обеспечивали достаточную силу, чтобы вытянуть луч из машины.