Текст книги "Тончайшее несовершенство, что порождает всё. Долгий путь частице Бога и Новая физика, которая изменит мир"

Ссора с начальством

Пока Лин и его команда сражаются с трудностями, в нескольких сотнях метров от корпусов, где проходят испытания прототипов магнитов, ведутся жаркие споры. Тема споров – большая проблема экспериментальной физики, обозначившаяся задолго до официального запуска строительства LHC. О ней заговорили еще в 1984 году, сразу после начала строительства LEP, но поворотный момент наступил в 1990‑м, когда сотни молодых физиков собрались в Ахене – древнем Аквисгрануме, откуда Карл Великий правил Священной Римской империей и где до сих пор цел его каменный трон.

Механизм, с помощью которого предлагаются новые эксперименты и формируются крупные международные коллаборации, устроен следующим образом: инициатива исходит от отдельных людей или от небольших групп, которые спонтанно выступают с докладами, пишут статьи, выдвигают идеи и обсуждают их на разных престижных площадках – в крупных исследовательских лабораториях или в прославленных университетах. Но до одобрения проектов еще далеко, вдобавок всегда существует риск, что даже одобренный проект потерпит фиаско, как это произошло с “Изабель” и SSC. Этот начальный этап прекрасен: ему присущи хаос и необузданность, и на нем можно предаваться самолюбованию, предлагая самые футуристические идеи, – иногда совершенно нереализуемые, а иногда революционные, ломающие прежние парадигмы. Затем следует процесс отбора, в ходе которого идеи фильтруются и очищаются; одновременно на самом нижнем уровне обсуждаются перспективы сотрудничества, спонтанно формируются небольшие группы, члены которых разделяют один и тот же подход; эти группы постепенно начинают напоминать что‑то вроде протоколлабораций. И тогда формулируется конкретное предложение: словно сотни диких цветов, распустившихся на предыдущем этапе, упорядочиваются и преобразуются в целостный проект сада. Предлагается эксперимент, который описывается в коротком документе – письме о намерениях, содержащем общие принципы, цели и основные технологии, необходимые для их достижения.

В этот момент начинается второй, менее спонтанный и более структурированный этап, в ходе которого в игру вступают финансирующие агентства, крупные лаборатории, организованные группы и международные боссы физики высоких энергий. Возникают крупномасштабные коллаборации, которые учитывают необходимые ресурсы, запрашивают согласие наиболее важных институтов и иногда идут на компромиссные изменения в проекте, чтобы заручиться политической и финансовой поддержкой. Предложение о проведении эксперимента превращается в четко сформулированный план, который инженеры преобразуют в более подробные чертежи; стоимость проекта оценивается точнее, и становится ясно, как будут распределены обязанности по строительству.

Настоящий отбор, причем очень жесткий, происходит только в конце этого процесса. Одни предложения принимаются, другие безоговорочно отвергаются; к реализации допускаются лишь официально одобренные эксперименты.

Я познакомился с Мишелем Делла Негра в Ахене в октябре 1990 года. Я тогда с огромным трудом выцарапал себе эту поездку и даже поссорился из‑за нее со своим начальником. Он не хотел, чтобы я тратил силы на проект, из которого, как он утверждал, никогда ничего не выйдет. Мою затею он считал напрасной тратой времени. Члены группы, в которой я тогда работал, были ошеломлены, услышав крики из моего кабинета. Нехорошо, конечно, разговаривать на повышенных тонах, но в тот раз я по‑настоящему завелся. Что уж такого особенного я попросил? Позволить мне съездить на несколько дней в Германию на конференцию, посвященную новым детекторам, – вот и все! У меня была идея, которая, хотя и казалась мне дурацкой, однако же могла сработать, и я хотел поехать в Ахен, чтобы представить ее и обсудить с сотней безумцев, мечтающих открыть бозон Хиггса на LHC. Но мой шеф отнесся к этой затее плохо, очень плохо. Возможно, он понял, что будет дальше, даже раньше, чем понял это я сам: совсем скоро я уйду создавать другую группу, свою собственную. Да, возможно, уже тогда он догадывался, что наши пути вот-вот разойдутся навсегда.

Но в тот момент мной владело чувство ответственности, и оно требовало, чтобы я поехал в Ахен и изложил там свои идеи. В общем, начальник стал мне угрожать, а я сорвался и наговорил ему грубостей. В конце концов я все‑таки отправился на конференцию, но наши отношения испортились непоправимо. Этот эпизод я часто рассказываю самым молодым своим сотрудникам: “Если у вас есть мечта, не слушайте тех, кто пытается вас остановить, пускай даже это будут самые авторитетные физики мира: следуйте за своей страстью; возможно, осуществить мечту вам и не удастся, но вы точно не пожалеете, что попытались”.

Кристальное сердце CMS

Итак, я поехал в Ахен и предложил использовать кремниевые элементы в трековых камерах. Трековые детекторы – это сердце современных экспериментов по физике частиц, самая важная часть огромной цифровой камеры, которая реконструирует события. На этапе сооружения ускорителя именно эта часть зачастую оказывается наиболее сложной, поскольку детекторы устанавливаются вокруг зоны взаимодействия, находящейся непосредственно за пределами вакуумной трубы, в которой происходят столкновения. Их назначение – регистрировать очень слабые следы пролета сотен заряженных частиц, образующихся в зоне взаимодействия, определять параметры их траекторий и измерять их характеристики. Ожидаемые энергия и светимость LHC настолько велики, что все применявшиеся до тех пор технологии не годились. Предчувствие, что эта проблема может оказаться главным камнем преткновения, тревожило очень многих, в том числе и Руббиа. Карло предложил детектор типа “железный шар” – и вовсе не в шутку. Он считал, что реконструировать траектории частиц в коллайдере невозможно и что ни один детектор не выдержит тех адских условий, которые возникнут в центре зоны столкновений и вблизи нее во время работы ускорителя, и потому предлагал установить вокруг зоны взаимодействия огромную железную сферу многометрового диаметра и оснастить ее внешнюю сторону мюонными детекторами. Все частицы, образующиеся в зоне взаимодействий, будут поглощаться железом, и только мюоны, обладающие наибольшей проникающей способностью, смогут покинуть возникший “ад”. Тут‑то бозон Хиггса, распадающийся, согласно Стандартной модели, на четыре мюона с высокими энергиями, и попадется. Однако мы полагали подход Руббиа ошибочным. Без информации о том, что происходит в сердце ускорителя, открытие бозона Хиггса было бы невозможно. Требовалась уверенность, что четыре мюона приходят точно из одного и того же места и что они не образуются в результате случайно накладывающихся взаимодействий или распада других частиц.

Детекторы с кремниевыми элементами – одна из технологий, в которых я разбираюсь лучше всего. Я принадлежу к числу ведущих мировых экспертов по этому вопросу. Еще будучи совсем молодым, я стал в данной области едва ли не пионером: мы с шефом, тем самым, с которым я потом поссорился, разработали первые детекторы в лабораторных условиях и проверили их работоспособность. Когда мы ввели их в эксперимент, они позволили увидеть настолько четкие детали частиц, что сразу стало возможно большое количество новых измерений.

Тонкие кристаллы сверхчистого кремния, подобные тем, что используются в электронных устройствах, можно сделать чувствительными к прохождению заряженных частиц. В пластинках возможно сформировать множество электродов, расположенных на расстоянии нескольких сотых долей миллиметра друг от друга, которые собирают крошечное облако заряда, образующееся при пролете частицы. Сверхчувствительные усилители регистрируют сигнал, так что точки траектории известны с точностью до нескольких микрон, и восстановить следы, как под микроскопом, – дело нехитрое. С помощью кремниевых детекторов можно визуализировать детали взаимодействий, которые в противном случае были бы совершенно размыты.

Моя идея заключалась в том, что кремниевые элементы – самый правильный выбор для коллайдера. Правда, когда я заговаривал об этом, у собеседника обычно удивленно открывался рот. Еще бы! В условиях LHC нынешние детекторы продержались бы всего несколько недель. Излучение меняет характеристики кремния, и, если не принять специальные меры, детекторы быстро придут в негодность. Кроме того, никто пока не научился производить такие кристаллы в больших количествах, а нам они были нужны сотнями квадратных метров. Это очень дорогое и сложное изделие, изготовить которое под силу лишь нескольким компаниям в мире. Для оснащения приборов LHC нам требовалось в сотни раз больше кристаллов, чем можно было получить в 1990‑е годы, а стоить они должны были в десятки раз меньше. Вдобавок мы не знали, как создать необходимую электронику для считывания данных. Мы нуждались в миллионах миниатюрных усилителей, которым пришлось бы выдерживать радиацию устрашающего уровня. Одним словом, чистое безумие.

Когда я заговорил об этом с Мишелем Делла Негра, его глаза тут же заблестели и он сказал: “Идея кажется мне отличной. Почему бы вам не присоединиться к нам и не попробовать вместе воплотить ее в жизнь?”

Мишель Делла Негра – французский физик, чье имя выдает итальянское происхождение. Он учился в Парижской политехнической школе и работал вместе с Руббиа над открытием W– и Z-бозонов. Как и другие талантливые молодые люди, по окончании эксперимента он предпочел пойти собственным путем и дистанцировался от прежнего шефа, известного авторитарным характером и склонностью подавлять и отодвигать в тень любого, даже самого блестящего своего соавтора. Верным соратником Делла Негра был его заместитель, британский физик индийского происхождения Теджиндер Верди, которого все называли Джимом. Сикх, родившийся в Кении, он закончил университет в Англии и, будучи по натуре бойцом, упорно боролся с предрассудками и всевозможными препятствиями в таком крайне консервативном научном истеблишменте, как английский. Он тоже работал вместе с Руббиа, познакомился в то время с Мишелем, подружился с ним, и они оба решили попробовать трудиться независимо.

Встреча с Мишелем в Ахене изменила мою жизнь. Я присоединился к CMS главным образом потому, что Мишель мне сразу понравился. Он на несколько лет старше меня, целеустремленный, солидный и очень компетентный, хотя и совершенно не склонный хвастаться своими достоинствами. Именно Мишель и помогавший ему Джим предложили простой и элегантный дизайн CMS, который мы неделями обсуждали за столиками в кафе, заполняя салфетки каракулями. Этот дизайн покорил меня и своей красотой, и какой‑то сияющей бескомпромиссной ясностью.

Мы воспользовались той же успешной философией, что привела к открытию W– и Z-бозонов. Руббиа сделал ставку на их электронный распад. Для этого он установил в магнитном поле центральную трековую камеру и окружил ее электромагнитным калориметром – счетчиком, который поглощал электроны и фотоны, измеряя их энергии. Внутри магнита реконструировались треки и измерялись импульсы электронов, полностью распознававшиеся в момент поглощения их калориметром.

Идея была идеальной для того эксперимента, что проводился на базе Протонного суперсинхротрона SPS. А у LHC светимость будет в десять тысяч раз выше. К тому же в 1990‑е годы никто не знал, удастся ли идентифицировать следы электронов среди сотен других частиц, образующихся при столкновениях. Поэтому на сей раз Мишель решил сделать ставку на мюоны. Будучи тяжелее электронов, мюоны меньше взаимодействуют с веществом и могут проходить сквозь его слои толщиной в десятки метров.

В середине CMS расположен один гигантский цилиндрический магнит, внутри которого находятся и трековая система, и калориметры, организованные в виде слоев пластин различных материалов, способных поглощать менее проникающие частицы. А снаружи этот магнит одет слоем железа, образующим ярмо магнита с чередующимися мюонными камерами: их задача в том, чтобы реконструировать траекторию мюонов – единственных заряженных частиц, которым удалось вылететь наружу.

Образующиеся при столкновении мюоны с большой поперечной энергией, то есть движущиеся перпендикулярно оси столкновений, оставят следы в пиксельном детекторе внутри трековой камеры, пройдут через калориметры, никак с ними не провзаимодействовав, и вновь зарегистрируются специализированными детекторами за пределами магнита. Калориметры поглотят все остальные частицы, а мюоны однозначно идентифицируются, когда следы во внутреннем трековом детекторе будут ассоциированы с траекториями, реконструированными в мюонных камерах.

Такая вот схема – архетипический детектор, мечта любого физика-экспериментатора.

Момент выбора

В начале 1990‑х годов сложились четыре протоколлаборации LHC. Кроме CMS, тут был еще эксперимент L3p, тоже основанный на использовании большого центрального соленоида, который использовался в эксперименте L3 на LEP; остальные два эксперимента, EAGLE и ASCOT, основаны на тороидальном магнитном поле, свернутом как бублик, что принципиально отличает его от цилиндрической геометрии CMS. EAGLE разрабатывала группа исследователей под руководством Петера Йенни[26]26
  В русскоязычной литературе имя этого швейцарского физика часто ошибочно передается как Питер Джейнни.


[Закрыть], швейцарского физика, который участвовал в эксперименте UA2, – неудачливом конкуренте Руббиа во время открытия W– и Z-бозонов. Проигрыш потряс членов команды, и они поклялись себе, что такое никогда больше не повторится.

Во время работы над UA2 Петер познакомился с молодой итальянкой, сотрудницей миланского Национального института ядерной физики. Она прекрасно разбиралась как в теоретической физике, так и в разработке новых детекторов. Миланская группа трудилась над созданием прототипа новой разновидности калориметров для электронов и фотонов, который мог бы использоваться в новом ускорителе, обсуждаемом в ЦЕРН. В нашем мире, где до сих пор доминирует мужской пол, эта молодая исследовательница, любительница живописи и музыки, отличающаяся мягкими манерами, пользуется огромным уважением. Она точна и авторитетна, и, когда говорит, все слушают ее молча. Если речь идет о физике, она всегда доходит до сути и никогда не тушуется перед проблемами. В общем, Петер нимало не колебался и сразу пригласил Фабиолу Джанотти присоединиться к сложным исследованиям нового детектора.

Из четырех экспериментов, предложенных для LHC, одобрены были только два. Заключение генерального директора ЦЕРН прозвучало веско и безапелляционно, но в нем содержался завуалированный компромисс: “Почему бы вам не попытаться свести все свои предложения к двум? В одном эксперименте будет использоваться геометрия соленоида, а в другом – геометрия тороида?” Последовали встречи и обсуждения между CMS и L3p с одной стороны и ASCOT и EAGLE – с другой.

Эксперимент L3p возглавлял Сэм Тинг[27]27
  Настоящее имя этого ученого китайского происхождения – 丁肇中, в соответствии с правилами русской транслитерации китайских иероглифов оно должно читаться как Дин Чжаочжун. Родившись в Америке, он еще младенцем был увезен родителями в Китай. Вернувшись в США уже во взрослом возрасте, он стал там известен как Сэмюэл Тинг.


[Закрыть], главный герой “ноябрьской революции”[28]28
  Группа Тинга одновременно с группой Бертона Рихтера экспериментально обнаружила J/ψ мезон, состоящий из очарованных кварка и антикварка, о чем обе группы объявили в один день, 11 ноября 1974 г. Существование четвертого кварка, комплементарного странному, было предсказано Шэлдоном Глэшоу в 1970 г.; он же назвал его очарованным.


[Закрыть]. Во время нашей первой встречи я очень волновался. Новость о его открытии облетела весь мир, когда я только работал над диссертацией. Тинг смог зарегистрировать очарованный кварк (добавив, таким образом, четвертый к трем уже известным) – совершенно новую форму материи, и это вызвало в физике высоких энергий настоящую бурю. Нобелевскую премию за свое открытие он разделил в 1976 году с Бертом Рихтером.

И вот передо мной одна из самых легендарных личностей физики второй половины XX века. Первое, что я обнаруживаю в этом гении, – до крайности скверный нрав. Тинг агрессивен, высокомерен и взирает на Мишеля с нескрываемым презрением. Он готов объединить свои усилия с CMS, он сулит множество даров (деньги, специалисты, поддержка многих американских институтов), но при этом решительно настаивает на изменении основной идеи нашего эксперимента – той простой выдающейся конструкции, которая меня сразу же очаровала. Он обещает моря и горы, но хочет, чтобы все было иначе. С научной точки зрения аргументы Тинга не очень состоятельны, однако он явно желает быть тут главным. Все ясно: он, великий нобелиат, так и быть, согласен руководить стайкой неразумных подростков. И когда я вижу, как Мишель, нимало не смутившись, спокойно отвечает, что в таком случае и говорить не о чем, что при такой постановке вопроса CMS сохранит за собой свою независимость, я тут же понимаю, что свой эксперимент я уже выбрал.

И вот итог: L3p и CMS пошли на конкурс независимо, а EAGLE и ASCOT слились, образовав ATLAS (по первым буквам, плюс одна последняя, от A Toroidal Lhc ApparatuS, то есть “тороидальный аппарат Большого адронного коллайдера”). Когда в 1993 году, к удивлению многих, L3p был отвергнут, а ATLAS и CMS одобрены, всем стало ясно, что бывают случаи, когда даже ради политической целесообразности идти на компромисс не стоит. Нас, членов команды CMS, переполнял энтузиазм, но при этом мы твердо знали: по‑настоящему трудная игра только начинается.

Во многих отношениях наша судьба уже предрешена. ATLAS, родившийся из слияния двух экспериментов, навсегда останется и богаче нас, и мощнее, так сказать, в политическом отношении. Но у него есть своя ахиллесова пята: дабы угодить всем вошедшим в него группам, ATLAS вынужденно вместил в себя слишком много трудносовместимых технологий. Он рискует уподобиться слону – могучему, но неповоротливому. CMS как детектор понятнее, и новые сигналы должны идентифицироваться на нем быстрее; но технологии, предлагаемые для этого, настолько футуристичны, что заставить их работать будет совсем не просто.

Гипермиксер

Стоит только эксперименту быть официально утвержденным, как запускаются самые инфернальные механизмы. ЦЕРН тут же создал комитет из групп экспертов, который принялся контролировать происходящее. Ты должен предоставить детальное объяснение про все на свете и подробно спланировать свои будущие действия, составив бесконечный перечень подлежащих достижению промежуточных целей. А в основе всего – неистовый поиск новых сотрудников и завязывание контактов с самыми передовыми компаниями; темп исследований и разработок должен стать бешеным.

Мы словно бы оказались на гигантской карусели, которая крутится с дикой скоростью, или на американских (они же русские) горках, которые сначала затаскивают тебя в стратосферу, а потом обрушивают в глубочайшую из бездн.

Для нас это были годы, полные осмысленной самоотдачи. Мы неделями не вылезали из лаборатории, чтобы запустить очередной “невозможный” агрегат, который мы спроектировали и на создание которого запросили финансирование… но затем нам все равно приходилось “идти по миру” в поисках новых контактов, чтобы уже с их помощью искать тех, кто выделит нам средства и предложит новые идеи для разрешения многочисленных проблем.

При утверждении экспериментов устанавливается их бюджет, то есть по каждому эксперименту определяется потолок расходов; выходить за эти пределы не позволяется. Мы должны были уложиться в 475 млн швейцарских франков – бюджет, одинаковый для обоих экспериментов. Но это не означало, что средства были нам гарантированы. Они появились бы только в том случае, если мы сумели бы убедить ученых по всему миру принять участие в нашем предприятии и побороться со своими финансирующими организациями за помощь в создании CMS.

Любой такой эксперимент – коллективное предприятие, в котором участвует вся планета. Каждая страна – или сама по себе, или в группе с другими странами – действует в рамках одного либо нескольких подпроектов, которые она берется реализовать. Как правило, отдельные блоки экспериментальной установки изготавливаются в различных национальных лабораториях по централизованно заданным спецификациям. Затем все перевозится в ЦЕРН, где собирается, устанавливается и приводится в действие.

Так, мы летим на просторы постсоветской России, чтобы договориться о продаже сотен тонн латуни, которая требуется для наших калориметров. Северный флот ВМФ, базирующийся в Мурманске, выводит из эксплуатации большое количество тяжелых артиллерийских снарядов. Если нам удастся убедить моряков уступить латунь из боеголовок дешевле, чем она стоит на Западе, мы сэкономим миллионы франков. Российские коллеги-физики приходят нам на помощь, и у нас все получается. В результате переплавки одного миллиона снарядов мы получаем триста тонн латуни и таким образом вносим свой вклад в разоружение. Затем мы отправляемся в Таксилу, заветное место в пакистанских горах, где в археологическом музее хранятся артефакты с надежными свидетельствами о пребывании здесь Александра Македонского. Мы летели туда, чтобы осмотреть завод по производству тяжелых танков. На нем можно производить крупногабаритное стальное оборудование, которое будет использоваться для поддержки специального калориметра. Дальше – полет в Японию: тамошняя компания по производству полупроводников обещает изготовить большое количество кремниевых пластин для наших детекторов. Но лучше поехать и проверить все на месте. И мы летим туда и после прелюбопытнейшего завтрака, состоявшего из овощного супа и сырых креветок, натягиваем специальные комбинезоны и ботинки и отправляемся в чистые помещения, где выращиваются и обрабатываются кристаллы кремния. Несколько дней мы обсуждаем с японскими инженерами все детали, чтобы понять, достижимы ли наши цели. А затем мчимся в Корею, чтобы посетить верфи, на которых можно изготовить оборудование для установки магнита.

Все эти поездки нужны еще и для того, чтобы познакомиться с новыми группами и подыскать новых участников коллаборации. Таких поездок было множество, но одна мне запомнилась особенно. Я приехал в Фермилаб, чтобы попытаться привлечь к проекту своих многочисленных друзей: ведь я проработал в этой лаборатории немало лет. Лаборатория по сборке полупроводниковых детекторов, оборудованная между прудами с утками и лужайкой, очень бы пригодилась для производства десятков тысяч элементов, необходимых нам для CMS. Руководил ею мой коллега, физик из Чикаго, с которым мы провели несколько приятных вечеров за столом с любимой едой Текса Уиллера[29]29
  Tex Willer – центральный персонаж серии комиксов, запущенной в 1948 г. Джованни Луиджи Бонелли и Аурелио Галлеппини.


[Закрыть] – стейками толщиной в палец и горой картошки фри. По глазам коллеги я понял: он будет в игре; да, я убедил Джо Инканделу присоединиться к нашему предприятию.

То были годы, богатые и на чудесные события, и на конфликты. Временами технологии, предложенные какой‑то группой, не давали желаемого результата; от них приходилось отказываться и сразу начинать искать что‑то иное. Некоторые из тех, кто годами работал над этой технологией, но вдруг осознавал, что она никому не нужна, не могли справиться с разочарованием и даже покидали эксперимент. После мучительных споров пути старых друзей, долгие годы трудившихся бок о бок, все же расходились.

А ведь были еще и кризисы, через которые мы прошли на стадии строительства и касавшиеся в основном наиболее чувствительных компонент. Магнит, трековая камера и электромагнитный калориметр – это технологические жемчужины, делающие эксперимент CMS уникальным. Но их конструкция настолько обогнала свое время, а сами они оказались настолько сложны в изготовлении, что любая неудача с ними могла легко обернуться провалом всего проекта.

О трековой камере сказано уже достаточно. Магнит – это огромный соленоид, цилиндрическая катушка длиной 13 м и диаметром 6 м. При таком размере его можно собрать только по частям, поскольку ни одно устройство в мире не способно совладать с ним как с единым целым. Индукция магнитного поля внутри него должна достигать 4 Тл – это самый большой сверхпроводящий магнит в мире. Но для его обмоток не годился ни один из известных типов кабеля; надо было создавать новый, способный выдерживать электрический ток очень высокой плотности, исключительно стабильный и механически настолько прочный, чтобы он мог выдержать чудовищное – в тысячи тонн силы – растяжение, вызываемое в катушке магнитными силами. Размер катушки не позволял доставить ее в ЦЕРН по автострадам: тоннели были для нее маловаты. Мы разработали план ее погрузки на баржу в Марселе, а затем медленной буксировки по реке Роне – именно так поступали реставраторы великих готических соборов. На последнем участке пути нам пришлось воспользоваться проселками, проходящими через живописные швейцарские деревни, но перед этим еще демонтировать все светофоры и дорожные указатели, потому что иначе катушку было не провезти.

Перейдем теперь к электромагнитному калориметру. Было решено, что свое внимание мы сосредоточим на фотонах и электронах. Наши первоначальные сомнения рассеялись, когда стало ясно, что их можно реконструировать даже в ужасных условиях LHC. Однако нам требовался очень специальный калориметр. Возможность реконструировать на нем распады бозона Хиггса на электроны с очень высокими энергиями – важное достижение. А если бы масса бозона Хиггса оказалась в диапазоне 100–150 ГэВ, то мы смогли бы использовать редкий, но очень чистый распад, служащий верным признаком присутствия этой частицы, – распад на два высокоэнергетических фотона. Сложный электромагнитный калориметр сделал бы CMS еще более конкурентоспособным и увеличил бы его шансы на успех.

И калориметру CMS суждено было стать настоящим сокровищем, соединившим в себе 75 000 сцинтилляционных кристаллов – сверхбыстрых датчиков, реагирующих слабой световой вспышкой на каждый поглощенный его (калориметра) массивным телом электрон или фотон. Измерив, сколько света было излучено, можно с совершенно уникальной точностью определить суммарную энергию поглощенных частиц, но для этого нужно иметь достаточное количество кристаллов достаточной чистоты, изготовить которые, похоже, не был способен никто в мире. Нам требовался совершенно необычный материал: соль, в состав которой входят два непрозрачных и тяжелых металла – свинец и вольфрам. Соединяясь с кислородом, они чудесным образом превращаются в огромные кристаллы, очень плотные и прозрачные. Это истинное чудо химии, секрет которого известен немногим. Мы с трудом нашли завод в России, где производят такие кристаллы; во времена Брежнева он процветал, но потом оказался на грани банкротства. Мы даже отыскали людей, которые знают, как сделать нужные нам кристаллы, но завод находился в совершеннейшем запустении: тигли для их выращивания были снабжены источниками питания 1930‑х годов и в любой момент могли выйти из строя, а когда на крыше таял снег, то вода дождем лилась внутрь цехов. Все оборудование нуждалось в реконструкции.

Так что какие только кризисы не приходилось нам преодолевать! Провод в электромагните не поддавался пайке; кристаллы для калориметра, вероятно, и можно было бы изготовить, но затраты бы при этом удвоились. Первые кремниевые датчики мы получили с множеством дефектов, и работали они не очень стабильно. А позднее, когда нам уже было показалось, будто проблемы разрешились и жизнь возвращается в нормальное русло, вдруг выяснилось, что вся электроника, которую мы предполагали использовать для трековой камеры и калориметра, не работает и ее придется собирать заново. До запуска ускорителя оставались считанные годы, и ATLAS, несмотря на собственную порцию сложностей, бодрым тевтонским шагом двигался к финальной сборке, причем это их продвижение совершенно не походило на беспорядочные скачки и метания нашей “Армии Бранкалеоне”[30]30
  Итальянская комедия 1966 г. Выражение “Армия Бранкалеоне” в Италии и сегодня используется для определения группы неорганизованных и плохо экипированных людей.


[Закрыть], как некоторые называли команду, сплотившуюся вокруг CMS.

Нас поджидал и еще один подвох. Чтобы разместить большие детекторы вокруг зон столкновения, надо было рыть такие огромные подземные залы, что в них с легкостью бы поместился собор Парижской Богоматери[31]31
  Имеется в виду сам собор – то есть без башен и шпиля.


[Закрыть]. При этом (ну кто бы сомневался!) камера под ATLAS была выкопана в срок и без проблем. Нам же каждый новый месяц работы предлагал новую задачу. После первого же удара киркой мы вынуждены были остановиться, потому что наткнулись на древнеримскую виллу – единственную на много гектаров вокруг. Уже потом выяснилось, что пастбище Чесси, на котором предполагалось возводить инфраструктуру CMS, находится прямо на перекрестке важной римской дороги, у которой расположена вилла IV века, до сих пор изобилующая монетами и артефактами. Когда мы начали рыть большую шахту, то натолкнулись на подземную реку, несущую воды со склонов Юрá к озеру. Чтобы продолжить работу, пришлось возводить вокруг шахты трехметровый ледяной барьер, закачав в нее для этого промышленные объемы жидкого азота при температуре –195 °C. Вскрыв подземную полость, мы обнаружили, что за первый год она накренилась на три сантиметра. Следовательно, нашим высокоточным детекторам грозила опасность: им пришлось бы все время рыскать по неверной поверхности, а нам – навсегда забыть об их юстировке. Однако и на этот раз расчеты инженеров, к счастью, оказались точными: все встало на свои места, когда детектор весом в 14 000 т стабилизировал огромную подземную конструкцию.

Все эти проблемы заставляли нас проводить дополнительные исследования и искать новые решения, из‑за чего накапливалось отставание. Появились острословы, которые – обнаружив в очередной раз, что подземная камера CMS все еще пустует, тогда как камера под ATLAS заполнена оборудованием, вокруг которого кипит жизнь, – принялись коверкать наше название. Я готов был взорваться от негодования, когда слышал в столовой: See-a-mess — то есть “посмотри на бардак”. Злая шутка, хотя в ней и была доля правды.

В те годы мы не раз начинали сомневаться. Не вознамерились ли мы прыгнуть выше головы? Не слишком ли многое себе навоображали? Не слишком ли положились на недостаточно устоявшиеся и ненадежные технологии? Много лет мы существовали в атмосфере всеобщих придирок, и нам было страшно, что у нас ничего не получится. ATLAS работает, как швейцарские часы, а CMS вечно опаздывает. Конкуренты уже определились с цветом кабельных этикеток, а мы все еще не уверены, что у нас есть нужные компоненты детекторов.

Но потом вдруг что‑то поменялось и все заскользило как по маслу. 28 февраля 2007 года нам удалось опустить в раскоп центральный элемент CMS, включая и сам магнит, и я понял, что мы успеем все сделать вовремя. Это была зрелищная операция, прямую трансляцию которой на весь мир вела Би-би-си. Мы потом долго еще не могли отдышаться.

В отличие от ATLAS, который монтировался в своей подземной камере, CMS был спроектирован так, чтобы его надо было собирать, словно конструктор Lego. Гигантский цилиндр был разделен на одиннадцать крупных фрагментов, каждый из которых собирался наверху, а затем они один за другим опускались вниз и вставали в нужное место детектора. Такой модульный подход буквально спас нас. Он позволил изготовить самые инновационные компоненты за несколько недель до начала работы LHC и быстро интегрировать их в нужное место конструкции.