Текст книги "Принцип эксперимента. 12 главных открытий физики элементарных частиц"

Вместо того чтобы переписать историю и приписать себе какое-то озарение, Андерсон прямо заявлял, что «открытие позитрона произошло совершенно случайно»[106]106
  А. Пайс. Inward Bound. Издательство Оксфордского университета, Оксфорд, 1986, стр. 352.


[Закрыть]. Это было одно из тех открытий, которые и так уже созрели и вскоре бы произошли в другом месте, если бы он не сделал его первым. Вместе с Виктором Гессом Андерсон получил Нобелевскую премию в 1936 году в возрасте 31 года, став самым молодым ученым, когда-либо получившим Нобелевскую премию по физике. Чарльз Вильсон получил премию в 1927 году за изобретение облачной камеры, а Дирак – в 1933 году[107]107
  Блэкетту пришлось ждать 1948 года, пока он не сделал еще одно крупное открытие, а Оккиалини вовсе остался без премии.


[Закрыть].

С первой попытки Андерсон добился значительного прогресса в работе с облачной камерой и исследовании космических лучей. Но это было только начало пути. Открытие позитрона намекало на то, что исследование космических лучей приведет к новым знаниям: космические лучи могут быть использованы для обнаружения доселе неизвестных частиц, и природа богаче и изобильнее, чем мы могли подумать.

Позитронный эксперимент показал, что можно обнаружить на уровне земли, но о самих космических лучах все еще мало что было известно. В 1935 году Андерсон отправился в новое приключение с облачной камерой, на этот раз уже со своим студентом-дипломником Сетом Неддермейером. Чтобы изучить космические лучи на большой высоте, Андерсон и Неддермейер решили подняться на гору Пайкс-Пик в Колорадо. Их план предусматривал работу на высоте 4300 метров, где уровень кислорода составляет всего 60 % от уровня моря, что подвергало ученых риску высотной болезни. Климат на Пайкс-Пик тоже негостеприимный: снег падает почти весь год, а когда дует ветер, что случается довольно часто, он может достигать скорости до 160 км/ч. И – в довершение всех бед – у Андерсона и Неддермейера по-прежнему почти не было средств.

Им удалось наскрести денег, чтобы купить бортовой грузовик за 400 долларов, установить на него свое устройство и отправиться через всю страну к Пайкс-Пик. Все шло гладко, пока они не начали подъем. Из-за большого веса и низкого уровня кислорода старый грузовик не смог подняться в гору. Их спасли и отбуксировали. Когда они в конце концов добрались до вершины, то поняли, что им не хватает электричества для питания приборов, поэтому они купили другую машину и использовали ее двигатель в качестве генератора.

Когда все, наконец, было запущено, два физика делали снимки в течение шести долгих недель. Затем они проявляли фотографии, чтобы получить хоть какой-то намек на то, что же они снимали. На холодной и темной горе они изучали изображения в поисках электронов, позитронов, протонов и альфа-частиц. В то же время они продолжали находить следы частиц, которые выглядели очень похожими на электроны, но казались примерно в 400 раз тяжелее и имели как положительные, так и отрицательно заряженные версии. Эти частицы не были протонами – они были слишком легкими, – и они также не были недавно открытыми позитронами. Оставалось сделать только один вывод: они открыли еще один новый тип частиц.

Теперь мы называем эти частицы мюонами. Они обладают точно такими же свойствами, что и электроны (или позитроны в случае антимюонов), но тяжелее по массе. Время их жизни очень мало: мюоны распадаются за 2,2 миллионных доли секунды, превращаясь в электроны[108]108
  Они действительно фундаментальные частицы, поскольку не состоят из электронов, и также при распаде высвобождаются две призрачные частицы, называемые нейтрино, которые откроют гораздо позже. Мы познакомимся с ними в главе 9.


[Закрыть]. Когда высокоэнергетические космические лучи попадают в атмосферу, их столкновения создают ливни новых частиц, огромное количество которых – это мюоны. Каждую минуту каждого дня около 10 000 мюонов бомбардируют каждый квадратный метр поверхности Земли (каждую минуту несколько из них проходят через вашу голову), и все же мы не можем увидеть, почувствовать или иным образом обнаружить их без специального оборудования. На высоте их даже больше, чем внизу, на уровне моря.

В отличие от электронов, протонов и других частиц, у существования мюонов, казалось, не было очевидной практической причины. Мюоны – фундаментальные частицы, то есть они не состоят из других частиц, но они и не составляют никакую часть обычной материи вокруг нас. Узнав о мюоне, один физик того времени спросил: «Кто это заказывал?»[109]109
  То были слова венгерско-американского физика И. А. Раби.


[Закрыть]. Причина их существования была и остается полной загадкой. Глубина и сложность субатомного мира только начала представать перед физиками во всей своей красе.

Одна идея о том, что такое мюон, иллюстрирует теоретическое понимание 1935 года. Молодой японский теоретик Хидэки Юкава за год до открытия мюона предположил, что сила, удерживающая ядро вместе, – сильное ядерное взаимодействие, – обусловлена частицей с массой, примерно в 200 раз превышающей массу электрона. Эту предлагаемую частицу он назвал мезоном – от греческого слова, означающего «промежуточный», потому что он предсказал, что мезон должен иметь массу где-то между электроном и протоном[110]110
  Как мы увидим, позже термин мезон будет обозначать нестабильные субатомные частицы, состоящие из одного кварка и одного антикварка, но до этого еще далеко.


[Закрыть].

Сначала некоторые физики думали, что мюон и есть мезон Юкавы, но вскоре они поняли, что этого не может быть, поскольку мезон должен сильно взаимодействовать с материей. Мюон, с другой стороны, проходит прямо сквозь листы свинца и других материалов.

Чтобы получить самую выгодную позицию и самые точные данные, иногда приходилось идти на в высшей степени смелые эксперименты, которые раздвигали границы технологий. Эксперимент Андерсона с облачной камерой позже был еще раз воспроизведен на борту военного самолета B-29 с целью изучения космических лучей на большой высоте[111]111
  Х. Лайл, интервью с Андерсоном…


[Закрыть], но технические проблемы были настолько велики, что эксперимент не дал никаких особых результатов. Со временем стало ясно, что частицы, составляющие материю нашего повседневного существования, – лишь часть скрытого мира. За его пределами есть гораздо, гораздо больше всего.

Сначала открытие излучения изменило наш взгляд на материю, указав на ее постоянное изменение, теперь же космические лучи начали разрушать идею о том, что атомы – единственная форма материи. Мюон был только началом.

Подниматься на большую высоту для обнаружения космических лучей до того, как они вступят во взаимодействие с атмосферой Земли, становилось все более важным по мере накопления новых знаний о космических лучах и новых частицах. Как показали эксперименты с B-29, для высокой точности требовался более надежный тип детектора, чем облачная камера. Многие физики усердно работали над созданием нового детектора. В отличие от сложных поршней и камер, используемых в облачных камерах, ядерные эмульсии были пассивными детекторами без движущихся частей. По сути, это был особый тип фотопластинки с кристаллами галогенида серебра, взвешенными в желатине и чувствительными к прохождению заряженных частиц. Ядерные эмульсии показали себя надежнее облачных камер и гораздо менее обременительными в работе: их можно было оставлять без присмотра, пока они накапливали данные, в течение нескольких месяцев, и даже можно было без проблем запускать высоко в атмосферу.

Метод использования этих эмульсий для изучения космических лучей был разработан австрийским физиком Мариеттой Блау во время ее неоплачиваемой работы в престижном Институте радия в Вене. Она получила докторскую степень в Вене в 1919 году, работая под руководством Франца Экснера и Стефана Мейера – оба были сторонниками женщин-ученых[112]112
  Рут Левин Сайм. Marietta Blau: Pioneer of photographic nuclear emulsions. Physics in Perspective, V. 15, стр. 3–32. https://doi. org/10.1007/s00016-012-0097-6.


[Закрыть]. Свою многообещающую карьеру она начала во Франкфуртском университете, где преподавала радиологию студентам-медикам и публиковала исследования по фотоэмульсиям для рентгеновских лучей и видимого света. Когда в 1923 году она вернулась в Вену, чтобы ухаживать за больной матерью, она взяла на себя неоплачиваемую работу в Институте, поскольку не могла найти ничего другого, живя за счет грантов и преподавания в колледже.

Исследования Блау в Вене объединили то, что она узнала во Франкфурте, с ее знаниями о развивающейся области ядерной науки и показали, что фотографические эмульсии могут быть использованы для изучения космических лучей. Блау сотрудничала с производителем эмульсий Ilford над созданием чрезвычайно толстых версий, которые лучше подходили для регистрации частиц. Со своей бывшей студенткой Гертой Вембахер в течение четырех месяцев она проводила эксперимент на исследовательской станции Хафелекар в Австрийских Альпах. Результаты показали замечательное новое открытие «раскалывающихся звезд», оставшихся после того, как космические лучи столкнулись с тяжелыми ядрами внутри эмульсии и заставили их взорваться в звездообразные массивы треков частиц.

К сожалению, работа Блау очень скоро была прервана. Она была еврейкой и накануне аншлюса 1938 года бежала из Австрии и поселилась у новатора химии Эллен Гладиш в Осло, позже переехала в Мексику и затем с помощью Эйнштейна – в Соединенные Штаты. Тем временем ее коллега Вембахер, член нацистской партии, продолжала публиковать их результаты, но не ссылалась на вклад Блау.

В Азии методику Блау переняла другая женщина, Бибха Чоудхури, индийская исследовательница, получившая степень магистра физики в 1934 году. Это все еще было редким достижением для женщины в любой точке мира, в том числе и в Индии. Когда Чоудхури впервые попробовала присоединиться к исследовательской группе Д. М. Бозе, ей сказали, что у него не было проектов, подходящих для женщин. Она упорствовала, и с 1939 по 1942 год Чоудхури и Бозе проводили исследования космических лучей, на несколько месяцев оставляя фотоэмульсии на больших высотах в горах близ Дарджилинга, Сандакфу и прочих мест. Эмульсии надо было тщательно проявлять и обрабатывать, что могло занять месяцы работы с микроскопом. Чоудхури и Бозе обнаружили доказательства существования двух новых субатомных частиц с массами, примерно в 200 и 300 раз превышающими массу электрона. Мы уже знакомы с одной из них – мюоном, но второй – новенький в нашей истории: пион. Существует три типа пионов (положительный, отрицательный и нейтральный), о которых мы поговорим подробнее в следующих главах, когда будем разбираться в новых частицах и силах, с помощью которых они взаимодействуют.

Несмотря на то что Чоудхури первой обнаружила частицу, ее вклад не был признан научным сообществом. В 1947 году британский физик Сесил Пауэлл (совместно с Джузеппе Оккиалини) использовал тот же метод, хотя и с улучшенными эмульсиями, чтобы продемонстрировать существование пиона. В 1950 году Нобелевский комитет присудил Пауэллу премию по физике «за разработку фотографического метода исследования ядерных процессов и открытие мезонов, осуществленное с помощью этого метода»[113]113
  См. https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1950/summary/.


[Закрыть], но Чоудхури не получила Нобелевскую номинацию. Причина, по которой ее эксперимент не рассматривался Нобелевским комитетом как открытие пиона, по-видимому, связана с тем, что качество использованных ею эмульсий не могло однозначно подтвердить полученные результаты, что было вызвано проблемами с поставками во время Второй мировой войны[114]114
  Раджиндер Сингх, Супракаш Рой. A Jewel Unearthed: Bibha Chowdhuri. Shaker Verlag, Дюрен, 2018.


[Закрыть]. Но достаточно беглого поиска, чтобы найти ссылку Пауэлла на ее исследования в одной из его ключевых работ[115]115
  Сезар Латтес и др. Processes involving charged mesons. Nature, V. 159, 1947. https://doi.org/10.1038/159694a0.


[Закрыть] и признание приоритета ее работы в его книге об элементарных частицах[116]116
  Р. Сингх и С. Рой. A Jewel Unearthed…, стр. 11. Интересно, однако, что в своей Нобелевской лекции Пауэлл никак не ссылался ни на работу Блау, ни на работу Чоудхури.


[Закрыть].

Блау несколько раз номинировалась на Нобелевскую премию по физике за изобретение метода фотоэмульсии, который научное сообщество, включая Пауэлла, признало необходимым для их прогресса в понимании космических лучей. Ее изобретение, произведенное в больших количествах фирмами Ilford и Kodak, привело к широкому использованию фотографических эмульсий и сыграло важную роль в открытии Пауэллом пиона. Однако предвзятые сообщения о ее вкладе и откровенно негативная оценка одного из членов Нобелевского комитета[117]117
  Р. Л. Сайм. Marietta Blau…


[Закрыть] стали причиной того, что Блау тоже осталась незамеченной.

Ситуации с Блау, Чоудхури и другими не аномальны. На протяжении всей истории было множество случаев непризнания или отрицания вклада женщин в науку, у этого эффекта даже есть свое собственное название: эффект Матильды. Это название было придумано в 1993 году историком Маргарет Росситер[118]118
  М. Росситер. Эффект Матфея – Матильды (The Matthew Matilda effect). Social Studies in Science, V. 23 (2), 1993. https://doi. org/10.1177/030631293023002004.


[Закрыть], оно отсылает к американской суфражистке Матильде Дж. Гейдж, которая в конце XIX века первая описала этот феномен. Росситер надеялась, что, дав эффекту название, она вдохновит историков, социологов и – хотелось бы надеяться – самих ученых рассказывать больше историй о систематически забытых женщинах в науке или работать над тем, чтобы лучше осветить их вклад.

Команды физиков по всему миру продолжали изучать космические лучи с помощью облачных камер и фотоэмульсий в течение следующих двух десятилетий, постепенно выясняя их свойства. Известно, что космические лучи имеют внеземное происхождение, и все же даже сейчас, почти столетие спустя, их образование плохо изучено. Информация от Космического телескопа Ферми предоставляет доказательства того, что они могут образовываться в сверхновых и набирать высокую энергию в гравитационных полях около черных дыр. Как бы они ни образовывались, мы знаем, что в основном они состоят из протонов с очень высокой энергией. Эти протоны проносятся сквозь атмосферу Земли и сталкиваются с атомами в воздухе, создавая лавину других частиц: мюоны и позитроны как раз-таки и есть эти «вторичные» частицы. Почти все протоны и многие вторичные частицы либо взаимодействуют с воздухом, либо распадаются (жизненный цикл мюонов составляет 2,2 микросекунды[119]119
  Мюоны распадаются на электроны и нейтрино. См. главу 9.


[Закрыть]) до достижения земли, поэтому первые исследователи отмечали меньшее количество космических лучей на уровне земли.

Космические лучи несут в себе огромное количество энергии – настолько большое, что они легко разбивают атомы на части. Если это произойдет в нужном месте, как поняла Мариетта Блау, ученые смогут наблюдать за результирующими фрагментами этих столкновений и узнать о природе атома и других частиц. Теперь мы знаем, что многие космические лучи прошли световые годы через Вселенную, принося с собой информацию о том, что находится в астрономических системах, таких как нейтронные звезды, сверхновые, квазары и черные дыры.

Здесь, на Земле, мы совершенно не обращаем внимания на ливень космических лучей, и все же около 100 из них проходят через наши тела каждую секунду. Каждую секунду на Землю обрушивается миллиард миллиардов космических лучей мощностью более миллиарда ватт. Если бы вы каким-то образом смогли использовать эту мощность и сложили ее в кВт (стиральная машина потребляет примерно 1 кВт в час), то это составит 3,6 миллиарда кВт в час, или около 32 000 ТВтч (терраватт-часов) в год, что примерно на 50 % выше потребления электроэнергии всей планетой в 2018 году.

По мере открытия новых частиц и сил одно оставалось верным: ученые, которые их открывают, почти неизменно считают, что они не будут иметь никакого практического применения. Точно так же, как Дж. Дж. Томсон не мог найти применения электрону, ценность космических лучей долго оставалась неясной. Теперь, спустя более века после первого обнаружения космических лучей и почти 80 лет после открытия мюона, достижения в области технологий привели к пониманию того, как космические лучи взаимодействуют с Землей, и к реальному применению как позитронов, так и мюонов.

Космические лучи могут рассказать нам больше об истории жизни на Земле. Воздействие космических лучей на азот в атмосфере создает радиоактивный изотоп углерода, называемый углеродом-14. Он взаимодействует с кислородом с образованием углекислого газа, который растения поглощают в процессе фотосинтеза. Животные и люди затем поглощают эти растения, потребляя в основном обычный углерод-12, но вместе с ним – небольшое количество углерода-14. В 1940-х годах Уиллард Либби понял, что, сравнивая количество углерода-14 с углеродом-12 в образце дерева, кости или другого органического материала, можно рассчитать, как давно умерло животное или растение, поскольку период полураспада углерода-14 составляет 5730 лет. Радиоуглеродное датирование, о котором мы подробнее поговорим в следующей главе, оказало глубокое влияние на археологию, позволив создать глобальную временную шкалу, на которую можно поместить события разных регионов и континентов. В результате теперь у нас есть предыстория не только отдельных регионов, но и всего мира.

Взаимодействие космических лучей может также рассказать нам об истории климата Земли и его изменениях на протяжении геологического времени, в частности, о влиянии Солнца. Солнце не является источником высокоэнергетических космических лучей – мы знаем это уже более столетия, с тех пор как Виктор Гесс запустил свой воздушный шар во время солнечного затмения, – но Солнце действительно влияет на то, сколько космических лучей достигает Земли. Теперь мы знаем, что Солнце постоянно выбрасывает материал, называемый солнечным ветром, создавая гелиосферу – огромный пузырь в космосе, окружающий планеты Солнечной системы. Когда активность Солнца низкая, гелиосфера слабее, и она пропускает в Солнечную систему больше космических лучей, которые сталкиваются с атомами в атмосфере.

Когда протоны космических лучей сталкиваются в атмосфере с кислородом, могут образоваться два изотопа бериллия: бериллий-7 и бериллий-10, которые в конечном итоге оседают на Земле. Период полураспада бериллия-10 составляет 1,4 миллиона лет, и он распадается до бора-10, а бериллий-7 распадается всего за 53 дня до лития-7. Эти изотопы накапливаются в слоях льда в Антарктиде и Гренландии, а бурение льда для извлечения кернов дает удобный способ проследить их историю. Для каждого слоя соотношение двух изотопов помогает определить, как давно они образовались в атмосфере, а количество бериллия-10 говорит нам о том, насколько была активна гелиосфера и, следовательно, Солнце. Используя этот метод, мы можем сказать по космическим лучам, действительно ли солнечная активность связана с изменением климата на Земле.

Частицы, обнаруженные в результате исследований космических лучей, также нашли повседневное применение. Позитроны, которые естественным образом испускаются в некоторых процессах радиоактивного распада, используются для выявления и понимания заболеваний с помощью метода позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ). Аппараты, которые проводят подобное медицинское сканирование, можно найти в большинстве крупных больниц, и мы узнаем чуть больше об их применении в другой главе.

Безусловно, самой неожиданной частицей, нашедшей применение, остается мюон. Мюоны обладают уникальной особенностью, заключающейся в том, что они могут проходить долгий путь сквозь плотные объекты – свинцовая стена или несколько сотен метров скалы для них не помеха. По мере развития технологий физики поняли, что если они смогут правильно настроить детекторы, то смогут использовать мюоны как рентгеновский сканер. Поскольку мюоны могут проходить сквозь массивные объекты, им доступно то, чего не могут сделать рентгеновские лучи.

Мюоны были впервые использованы не в Соединенных Штатах или Европе, где они были обнаружены и изучены, а – что несколько удивительно – в Австралии. В 1950-х годах физик по имени Э. П. Джордж использовал мюоны космических лучей для измерения плотности породы над новым туннелем для огромной гидроэлектростанции Гидрокомплекса Сноуи. С помощью счетчика Гейгера он сначала обнаружил мюоны в тоннеле и на поверхности, а затем, руководствуясь полученными результатами, измерил глубину и плотность грунта между ними. Но счетчик Гейгера, который использовал Джордж, не давал никакой информации о направлении, откуда исходили мюоны, так что сделать какое-либо изображение было невозможно.

К 1960-м годам Луис Альварес (который также был научным директором ЦЕРНа, о нем мы поговорим позже) сотрудничал с археологами, чтобы использовать мюоны для сканирования внутренностей пирамид, что в конечном итоге привело в 2010 году к запуску проекта ScanPyramids Каирского университета и французского Института сохранения культурного наследия и инноваций (HIP). Археологи думали, что узнали все, что нужно было знать о Великой пирамиде Хуфу в Гизе, но в 2017 году команда ScanPyramids разместила мюонные детекторы вокруг пирамиды, а также внутри Камеры царицы, и пришла к удивительному выводу: внутри сооружения есть скрытая комната, отделенная от всех остальных. Это была первая новая комната, обнаруженная с XIX века[120]120
  См. http://www.scanpyramids.org/index-en.html и статью К. Морисима и др. Discovery of a big void in Khufu’s Pyramid by observation of cosmic-ray muons. Nature, V. 552, 2017, pp. 386–390. https://doi. org/10.1038/nature24647.


[Закрыть]. Это стало прорывом в понимании внутренней структуры пирамиды и, возможно, шагом к окончательному пониманию ее конструкции.

По сравнению с электронами или рентгеновскими лучами, мюоны не очень сильно взаимодействуют при прохождении сквозь материю, поэтому они менее склонны к рассеянию и в основном проходят сквозь объекты по прямым линиям. Эти свойства дают удивительное преимущество. Размещение детекторов по обе стороны от объекта и корреляция прохождения мюона до и после его вхождения в объект позволяет получать изображения с удивительно хорошим разрешением, даже если их не так много. Все потому, что они движутся по прямым линиям, по сравнению с рентгеновскими лучами, у которых всегда более рассеянные траектории. Первые изображения, сделанные таким образом, были получены в результате разработок в Соединенных Штатах, а новые и улучшенные методы обнаружения дали нам возможность заглядывать внутрь больших твердых объектов с помощью техники, известной как мюонная томография, или мюография, которая работает как 3D-рентгеновский сканер, но в огромных масштабах. В 2000-х годах исследования и работа в этой области резко набрали обороты.

В 2006 году японская команда под руководством профессора Хироюки Танаки из Токийского университета стала первой, кто использовал мюоны для получения изображения внутренней структуры вулкана, горы Асама в Японии. Геологи были особенно активными сторонниками мюографии. Вскоре были составлены карты лавовых каналов и прогнозирования извержений других вулканов, включая Этну и Везувий. Теперь стало возможно делать снимки движения магмы.

По мере развития технологий мюография стала коммерциализироваться, часто с образованием дочерних компаний из лабораторий, где проводятся исследования. Эти компании нашли обширное и увлекательное применение мюонам, создавая 3D-визуализации всего – от целых контейнеровозов до критически важных объектов инфраструктуры, таких как электростанции.

Системы регистрации мюонов также представлены на рынке агентств национальной безопасности и горнодобывающей промышленности, поскольку они способны выявлять плотные залежи полезных ископаемых, пещеры, тоннели и другие структуры в Земле. Мюоны используются в геофизике, картировании подземных вод и поиске полезных ископаемых. В области ядерной безопасности одной из первых команд, сформированных после цунами 2011 года в Японии, стала группа, которая использовала мюографию для анализа состояния активных зон ядерного реактора АЭС «Фукусима-1», что означает меньшее количество неожиданностей при проведении работ по очистке и ликвидации последствий аварии. Никакая другая техника не может создать такого изображения. Другие группы рассматривают возможность использования того же подхода для проверки объектов хранения ядерных отходов.

Мы только начинаем реализовывать все преимущества мюонов, которые каждый день невидимо для нас проходят в атмосферу. В будущем мы можем использовать мюоны для мониторинга всего – от структурной целостности мостов до гула Земли[121]121
  Если вы придумаете другой способ использования этой технологии, то можете получить доступ к финансированию, чтобы помочь создать новую отрасль благодаря сотрудничеству с проектом Muographix, который открыто приглашает предпринимателей поучаствовать в разработке новых технологий.


[Закрыть].

Сегодня физики уже не используют облачные камеры, но когда-то эти детекторы положили начало замечательному исследованию природы космических лучей и позволили открыть целый ряд новых частиц. Облачная камера начинала свое существования как любопытное устройство, предназначенное для воссоздания эффектов света на облаках, и в конечном итоге стала инструментом, необходимым физикам для знакомства с невидимым миром частиц. Впервые физики могли видеть, как частицы проходят через их детекторы, и делать снимки, на которых были запечатлены появление и исчезание частиц.

До облачной камеры физики думали, что существуют только субатомные частицы – внутри атома. Но теперь они знали, что есть и такие частицы, которые не играют никакой роли в материи вокруг нас. Задача, стоявшая перед учеными, состояла в том, чтобы попытаться выяснить, существует ли в природе еще больше частиц и как все эти части взаимосвязаны.

Самая большая проблема заключалась в том, что физики все еще не могли контролировать то, что наблюдали. Во всех своих экспериментах они полагались на природные источники частиц, от радиоактивных веществ до мюонов космических лучей. Но чтобы глубже проникнуть в суть атома и понять новые частицы, обнаруженные в космических лучах, было необходимо разработать методы манипулирования материей в мельчайших масштабах. Нужно было воссоздать космические лучи в лаборатории.