Научный взгляд на устройство вселенной

ВОЗВРАЩЕНИЕ 
КОЛЬЦА 189
столкновения. В то время после почти отчаяния, испытанного год 
назад, все просто горели энтузиазмом. Экспериментаторы с об-
легчением думали, что у них теперь есть данные, которые можно 
изучать и при помощи которых можно лучше разобраться в своих 
детекторах. Теоретики были счастливы, предвкушая скорое по-
явление хоть каких-нибудь ответов и достоверных выводов. Все 
работало просто сказочно хорошо. Пучки получались замечатель-
ные. Столкновения происходили. Аппаратура регистрировала со-
бытия.
Однако путь к этой вехе оказался очень непростым, и в этой 
главе я подробнее расскажу об этом. Так что пристегните ремни — 
мы выезжаем на неровную дорогу!
ЭТОТ МАЛЕНЬКИЙ МИР
История Европейского центра ядерных исследований (CERN) на-
чалась на несколько десятилетий раньше истории БАКа. Вскоре 
после окончания Второй мировой войны был заложен первый 
Европейский ускорительный центр, в котором должны были 
проводиться эксперименты по изучению элементарных частиц. 
В то время многие европейские физики — и те, кто эмигрировал 
в США, и те, кто по-прежнему жил во Франции, Италии и Дании — 
мечтали о том, чтобы в их родные страны вернулась передовая 
наука. Американцы и европейцы договорились, что для ученых 
и науки будет лучше, если европейцы объединятся в достижении 
этой общей цели и вернут исследования в Европу, чтобы залечить 
следы разорения и всеобщего недоверия, оставленные недавно 
закончившейся войной.
В 1950 г. на конференции ЮНЕСКО во Флоренции амери-
канский физик Исидор Раби посоветовал создать лабораторию, 
которая способствовала бы восстановлению в Европе сильного 
научного сообщества. В 1952 г. для этого был основан Европей-
ский совет по ядерным исследованиям — Conseil Européenpourla 
Recherche Nucléaire, или CERN. Первого июля 1953 г. представи-
тели 12 европейских государств собрались вместе, чтобы создать 
Европейскую организацию ядерных исследований, а в следующем 

190 АППАРАТУРА, 
ИЗМЕРЕНИЯ 
И ВЕРОЯТНОСТИ
году была ратифицирована соответствующая конвенция. Аббре-
виатура CERN давно уже не отражает название исследовательско-
го центра, да и изучают здесь сегодня не ядерную, а субъядерную 
физику, или физику элементарных частиц. Но, как часто бывает 
в бюрократических системах, за Центром сохранилось первона-
чальное название.
Исследовательский центр был специально построен в са-
мом центре Европы, недалеко от Женевы, на границе Франции 
и Швейцарии. Центр расположен в сказочном месте у подножья 
гор Юра среди полей и лугов, а на горизонте прекрасно видны 
Альпы. Ученые, работающие в CERN, весьма спортивны — ведь 
в тех местах все под рукой, можно заниматься горными лыжами, 
кататься на велосипеде и просто ходить по горам. Улицы здесь 
названы именами знаменитых физиков, так что, будучи в го-
стях, можно прокатиться по улице Кюри, улице Паули или улице 
Эйнштейна. А вот архитектуре Центра не повезло — она стала 
жертвой времени; комплекс был построен в 1950-е гг. в безликом 
и экономном стиле, так что здания Центра выглядят очень про-
сто, а внутри его — бесконечные коридоры и безликие кабинеты. 
Не помогло и то, что строился здесь научный комплекс, — стоит 
взглянуть на естественнонаучные корпуса почти любого универ-
ситета, и увидишь, как правило, самые страшные здания во всем 
университетском городке. Оживляют это место (помимо природы, 
конечно) работающие здесь люди.
Вообще, всем международным сообществам ученых не вредно 
было бы внимательно изучить эволюцию CERN и его нынешнюю 
деятельность. Не исключено, что это самое успешное междуна-
родное предприятие всех времен и народов. Даже в непростые по-
слевоенные годы, когда Европа только что вышла из тяжелейшего 
конфликта, ученые 12 стран сумели объединить усилия и обеспе-
чить развитие своему начинанию.
В первую очередь усилия ученых были направлены на сорев-
нование с Соединенными Штатами и их научными институтами, 
не испытывавшими нужды в деньгах. До открытия в CERN кали-
бровочных W- и Z-бозонов почти все открытия в физике элемен-
тарных частиц делались на американских ускорителях. Однажды, 

ВОЗВРАЩЕНИЕ 
КОЛЬЦА 191
когда я еще студенткой в 1982 г. была на практике в Лаборатории 
имени Ферми, один физик вышел в холл и сказал, что они «про-
сто обязаны открыть эти чертовы векторные бозоны» и покончить 
с доминированием Америки. Он выражал, вероятно, точку зре-
ния многих европейских физиков того времени, хотя, вероятно, 
не слишком красноречиво, да и язык у него порядком заплетался.
И вот ученые Центра действительно нашли векторные бозоны, 
а теперь, после строительства БАКа, женевский объект, бесспорно, 
стал мировым центром экспериментальной физики элементарных 
частиц. Однако нельзя сказать, что это было очевидно заранее, 
в момент зарождения проекта БАКа. Американский сверхпрово-
дящий суперколлайдер SSC, проект которого президент Рейган 
одобрил в 1987 г., разгонял бы частицы до почти втрое б
о
льших 
энергий, если бы Конгресс не прекратил его финансирование. 
Администрация Клинтона поначалу не поддерживала проект, на-
чатый их республиканскими предшественниками, но ситуация из-
менилась после того, как президент Клинтон лучше понял, каковы 
в этом деле ставки. В июне 1993 г. он попытался предотвратить 
закрытие проекта, обратившись к Уильяму Нэтчеру, председателю 
Комитета по ассигнованиям Палаты представителей Конгресса; 
в письме было сказано: «Я хочу, чтобы вы знали о моей поддержке 
сверхпроводящего суперколлайдера… Отказаться от SSC в настоя-
щий момент означало бы показать всему миру, что Соединенные 
Штаты отказываются от лидерства в фундаментальной науке — 
позиции, которую никто не оспаривает уже несколько поколений. 
Времена в экономике сейчас тяжелые, но наша Администрация 
поддерживает этот проект как инвестицию в науку и технику…». 
Когда в 2005 г. я встретилась с бывшим президентом, он напом-
нил мне о проекте SSC и спросил, что мы потеряли, отказавшись 
от него. Он признал, что, отказавшись от этого проекта, челове-
чество упустило ценную возможность.
Примерно в то же время, когда Конгресс расправился с SSC, 
налогоплательщики выложили около 150 млрд долларов на борь-
бу с кризисом в области банковского кредитования; эта сумма 
многократно превосходила те 10 млрд долларов, в которые обо-
шелся бы Соединенным Штатам SSC. Для сравнения: годовой де-

192 АППАРАТУРА, 
ИЗМЕРЕНИЯ 
И ВЕРОЯТНОСТИ
фицит бюджета США составляет солидную сумму — 600 долларов 
на каждого американца, а война в Ираке обошлась в 2000 дол-
ларов на каждого гражданина страны. Если бы проект SSC был 
реализован, сегодня мы уже достигли бы гораздо более высоких 
энергий, чем когда-либо достигнет БАК. А вскоре мы оказались 
безоружными перед финансовым кризисом 2008 г. и спасатель-
ными акциями правительства, которые обошлись налогоплатель-
щикам еще дороже.
Предварительная стоимость БАКа оценивалась в 9 млрд долла-
ров и была вполне сравнима с предполагаемой стоимостью SSC. 
На каждого европейца приходится около 15 долларов стоимости 
коллайдера, или, как любит говорить мой коллега по Центру ядер-
ных исследований Луис Альварес-Гауме, европейцы за каждый год 
строительства БАКа должны были платить не больше, чем за бу-
тылку пива. Очень сложно оценить в деньгах стоимость фунда-
ментальных научных исследований того типа, которые ведутся 
на БАКе, но ведь именно фундаментальные исследования под-
стегнули внедрение электричества, полупроводников, Всемирной 
паутины и практически всех остальных технических новшеств, 
изменивших нашу жизнь. Кроме того, фундаментальные иссле-
дования развивают научное и техническое мышление, которое 
затем распространяется на все сферы нашей экономики. Может 
быть, практические результаты исследований на БАКе трудно 
сформулировать словами, но его научный потенциал очевиден. 
Мне кажется, нам следует согласиться с тем, что в данном случае 
европейцы, скорее всего, выиграют, а не проиграют.
Реализация долгосрочных проектов невозможна без веры, 
упорства и ответственности. К сожалению, в Соединенных Штатах 
все труднее встретить подобные качества. Прежде американская 
мечта вела нас к необычайным научным и техническим дости-
жениям. Однако разумное и необходимое долгосрочное планиро-
вание становится все более редким явлением. Следует признать, 
что Европейский союз умеет доводить свои проекты до логическо-
го конца. Проект БАКа был задуман четверть века назад и принят 
к исполнению в 1994 г., однако он настолько сложен и глобален, 
что лишь теперь начинает приносить плоды.

ВОЗВРАЩЕНИЕ 
КОЛЬЦА 193
Более того, CERN сумел привлечь к участию в проекте не толь-
ко 20 стран — членов Центра, но и 53 государства, не входящие 
в организацию; все они принимали участие в проектировании, 
строительстве и испытаниях оборудования; сейчас на БАКе ра-
ботают ученые из 85 стран. США официально тоже не является 
членом CERN, но сейчас в основных экспериментах на БАКе аме-
риканцев участвует больше, чем граждан какой бы то ни было 
другой страны.
Всего в работе задействовано около 10 000 ученых — пример-
но половина всех физиков Земли, занимающихся элементарными 
частицами. Пятая часть от этих десяти тысяч работает в Центре 
на постоянной основе и живет поблизости. С пуском БАКа сто-
ловые Центра перестали справляться с нагрузкой; практически 
невозможно было пообедать, чтобы не задеть подносом другого 
физика.
Население Центра многонационально; приезжающего сюда 
американца поражает, как много различных языков можно услы-
шать в кафе, лабораториях и переходах. Кроме того, американец 
обязательно заметит непривычную вещь: здесь все курят и пьют 
вино. Некоторые американцы отмечают также превосходное ка-
чество еды в местных кафе и еды вообще. Европейцы с их более 
изысканным вкусом, как правило, находят это утверждение со-
мнительным.
Среди многочисленных сотрудников и гостей Центра есть 
и инженеры, и администраторы, и, естественно, множество 
физиков, которые непосредственно занимаются эксперимента-
ми; также здесь работает более 100 физиков-теоретиков. Центр 
устроен по иерархическому принципу. Вопросами политики 
и главными стратегическими решениями занимаются старшие 
администраторы и Совет. Глава Центра — генеральный директор 
(DirectorGeneral, DG); для американца название этой должности 
слегка отдает комедией, но на самом деле все объясняется просто: 
под началом генерального директора работает немало простых 
директоров. Совет Центра — это руководящий орган, ответствен-
ный за основные стратегические решения, в частности за плани-
рование. Особое внимание Совет уделяет Комитету научной по-

194 АППАРАТУРА, 
ИЗМЕРЕНИЯ 
И ВЕРОЯТНОСТИ
литики — главному совещательному органу, который помогает 
оценивать эксперименты и их научную ценность.
Крупные экспериментальные сообщества с тысячами участни-
ков имеют собственную структуру. Работа в них распределяется 
в соответствии с детекторными компонентами или типом анализа. 
Конкретная университетская группа может, к примеру, отвечать 
за какую-то часть аппаратуры или за один из типов возможной 
теоретической интерпретации результатов. У ученых-теоретиков 
в CERN больше свободы, чем у экспериментаторов; каждый может 
работать над любой интересующей его темой. Иногда работа те-
оретиков имеет отношение к каким-то конкретным эксперимен-
там, но в основном сфера их интересов — идеи, которые вряд ли 
получится экспериментально проверить в ближайшем будущем.
Тем не менее все без исключения специалисты по физике эле-
ментарных частиц с огромным интересом следят за развитием со-
бытий на БАКе. Они понимают, что будущие исследования в их об-
ласти зависят от успешных экспериментов и открытий ближайших 
10–20 лет. Они понимают масштабы задачи, но в глубине души 
согласны, что БАК как проект заслуживает самых восторженных 
оценок.
КРАТКАЯ ИСТОРИЯ БАКа
Главным архитектором БАКа стал Лин Эванс. Я слышала одно 
из его выступлений в 2009 г., но встретиться с этим человеком 
мне довелось лишь на конференции в Калифорнии в начале янва-
ря 2010 г. Момент был удачным — БАК наконец начал работать, 
и даже сдержанный валлиец Эванс светился радостью.
Лин прочел тогда чудесный доклад о тернистом пути, кото-
рый ему пришлось преодолеть в процессе работы над Большим 
адронным коллайдером. Он рассказал о зарождении идеи кол-
лайдера в 1980-х, когда CERN впервые официально рассмотрел 
вопрос о возможности его строительства. Затем следовал рассказ 
о событиях 1984 г., который большинство считает официальным 
началом истории БАКа. Тогда физики встретились в Лозанне 
с представителями отрасли машиностроения и представили им 

ВОЗВРАЩЕНИЕ 
КОЛЬЦА 195
идею — столкнуть между собой два пучка протонов с энергией 
10 ТэВ; позже целевая энергия была снижена до 7 ТэВ. Почти через 
10 лет, в декабре 1993 г., физики представили в Совет Центра ам-
бициозное предложение — построить БАК за десять лет. В то вре-
мя план был отвергнут.
Первоначально одним из аргументов против строительства 
БАКа была серьезная конкуренция со стороны SSC. В октябре 
1993 г., с закрытием американского проекта, этот аргумент по-
терял силу, и БАК стал единственным кандидатом на роль вы-
сокоэнергетического ускорителя. Многие физики тогда пришли 
к выводу, что этот проект может приобрести громадное значение. 
К тому же предварительные исследования оказались необычайно 
успешными. Робер Эймар (именно ему предстояло возглавлять 
Центр в период строительства коллайдера) собрал в ноябре 1993 г. 
новое совещание, которое пришло к выводу: Большой адронный 
коллайдер технически реализуем, экономически возможен и безо-
пасен.
Главной трудностью при проектировании БАКа оказались 
разработка и производство в промышленных масштабах мощных 
магнитов, способных удержать ускоренные до высоких энергий 
протоны. Как мы уже видели в предыдущей главе, размеры суще-
ствующего тоннеля поставили перед разработчиками сложнейшие 
технические задачи — ведь диаметр большого кольца был опреде-
лен заранее, и поэтому требования к напряженности магнитного 
поля были очень жесткими. Лин радостно описывал нам «швей-
царскую точность» первого десятиметрового дипольного магни-
та-прототипа, который инженеры и физики успешно испытали 
в 1994 г. Все работало как часы. При первом же пуске напряжен-
ность поля удалось поднять до целевого значения 8,73 Тл: начало 
было многообещающим.
Но, к несчастью, хотя европейское финансирование куда бо-
лее стабильно, чем американское, непредвиденные трудности 
все же возникали. Так, бюджет Германии — главного донора 
Центра — пострадал в результате объединения страны (это про-
изошло в 1990 г.). Германия урезала свои взносы в CERN и вместе 
с Великобританией выступила против любого серьезного увели-

196 АППАРАТУРА, 
ИЗМЕРЕНИЯ 
И ВЕРОЯТНОСТИ
чения расходов Центра. Кристофер Ллуэллин-Смит — британский 
физик-теоретик, сменивший нобелевского лауреата Карло Руббиа 
на посту генерального директора Центра, — как и его предше-
ственник, активно поддерживал проект. Ллуэллин-Смиту удалось 
отчасти решить финансовую проблему за счет дополнительно-
го финансирования со стороны Швейцарии и Франции — двух 
стран, на территории которых должен был разместиться коллай-
дер и которые должны были выиграть больше других в результате 
его строительства и работы.
На Совет Центра — и продемонстрированные технологии, 
и бюджетные вливания — произвели сильное впечатление, 
и проект БАКа был утвержден уже 16 декабря 1994 г. Более того, 
Ллуэллин-Смит и CERN убедили страны, не входящие в организа-
цию, присоединиться к проекту. В 1995 г. к нему присоединилась 
Япония, в 1996 г. — Индия, затем Россия и Канада и, наконец, 
в 1997 г. за ними последовали и США.
Получив дополнительное финансирование, БАК смог обойти 
оговорку в первоначальном проекте, где предусматривалось два 
этапа строительства установки, причем на первом этапе предпо-
лагалось разместить лишь две трети магнитов. И с научной, и с 
финансовой точки зрения урезанное магнитное поле было не-
удачным решением, однако проектировщики пытались таким 
путем остаться в пределах ежегодных бюджетов. В 1996 г., когда 
Германия снова снизила свой вклад из-за дополнительных расхо-
дов, связанных с объединением, финансовые перспективы про-
екта стали мрачными, однако в 1997 г. CERN добился разрешения 
компенсировать эти потери, впервые в своей истории финансируя 
строительство за счет кредитов.
После истории с бюджетом Лин заговорил о более приятных 
вещах. Он описал первую 

жүктеу/скачать 8,11 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: