Жорж Шарпак - Спогади вигнанця, фізика, громадянина світу, Жорж Шарпак

нейтрино. Ентузіазм був такий, що його можна було помацати. Середній вік дослідників був досить низький, адже галузь переживала розквіт, багато хто рвався сюди. Тридцятирічний молодик міг керувати групою аспірантів. Галузь іще певною мірою залежала від теорії — перевірялися всі можливі ідеї, а доступні кошти давали можливість проводити великі дослідження.

Дух новизни рухав фізиками з усієї Європи, до того ж канікули в університетах тимчасово звільняли викладачів від їхніх обов’язків. Насамперед тут відчувалася неймовірна свобода. Кожен захищав свою думку, а оскільки лакун було дуже багато, приймалися будь-які задуми. Єдиним суддею була природа, а для цього достатньо було запропонувати експеримент, що його — в разі наявності хоч якоїсь інновації — урочисто освячував комітет. Вільнодумство підкріплювалося вільноробством. Керівництво демонструвало відкритість новим ідеям. Прилади ще не вражали розмірами, і п’ятьох фізиків для одного досліду було достатньо. Але під тиском часу атмосфера, де кожен міг робити те, що вважав за доцільне, значно змінилася.

Група Жоржа Шарпака займала дві-три кімнатки та робітню на п’ятому поверсі одного з корпусів, звідки, за ясної погоди, видно Монблан у всій його величі; на першому плані — високі дерева, за листям яких можна простежити зміну сезонів. Шарпакові допомагали двоє інженерів та асистент — молодий італієць, випускник аспірантури.

Робітня Шарпака, заповнена шафками, розкиданими газовими балонами та дротами, натягнутими в усіх напрямках, нагадувала лабораторію початку ХХ ст., діяльність якої дуже скидалася на в’язання. Група прагнула розвивати нові ідеї щодо виявлення частинок.

Задум Шарпака був вельми простий: зібрати велику кількість рурок Ґайґера і прибрати перетинки між ними. Залишається велика кількість паралельних натягнутих дротів під високою напругою, причому масу обабіч чутливої поверхні утримує металева решітка.

Утворення електричного сигналу під час проходження зарядженої частинки — відоме явище. Спостереження його в рурках Ґайґера давно описано. Дріт під високою напругою протягнено в осередді циліндричної ємності, заповненої аргоном — газом, який легко іонізується. Електрони та іони розділяються під дією панівного електричного поля. Якщо електронів, які притягуються до центрального дроту, достатньо, вони породжують електричний струм, що його збирають у пристосованій для цього мережі. Сигнал іде не від прибуття надто швидких електронів, а від відхилення іонів до катодів, відхилення набагато повільнішого, ніж те, що його у змозі зафіксувати електроніка. Аби прилад був справді дієвим, варто використовувати дуже тонкий дріт. У найближчому околі він підтримуватиме електричне поле, яке буде то сильнішим, що меншим буде радіус (поле змінюється за формулою 1/r, де r — радіус дроту; як наслідок — швидке примноження вторинних послідовних іонізацій, які утворюють поблизу дроту лавину та електричний сигнал.

Винахід, який було зроблено, виник завдяки затятій незгоді з думкою більшості колег, переконаних, що поєднання рівнолежних металевих дротин у газі під достатньою електричною напругою ніколи не дасть сигналу в разі проходження іонізуючої частинки. Боялися не того, що частинка не залишить жодного сліду по своєму проходженні, а, навпаки, що відгукнуться всі дротини одночасно. Традиціоналісти стенали плечима і казали: індукція. Сумнівалися, що сигнал обмежиться дротиною, найближчою до траєкторії. Проте Жоржа не зачіпали, адже його досліди, зрештою, коштували недорого.

Одна з найбільших проблем експерименту полягала у стабільності приладу. Вибір упав на дроти з позолоченого вольфраму: вольфрам чинив опір високій механічній напрузі, а податне золото згладжувало вади вольфрамової поверхні. Постачальник — здається, швед — виробляв дроти діаметром у 20 мікрон — це діаметр тоненької волосини.

Друга проблема вимагала ще глибших розмислів. Виявилося, що камери працювали хоча безпомилково, але впродовж дуже короткого проміжку часу. Звичайно експеримент з високими енергіями триває багато років, а отже, навіть найкращий з-поміж детекторів, який пропрацював би щонайбільше добу, не підходить — це антикваріат, гідний музею і абсолютно безпорадний. Після кількох годин роботи спостерігалася поява дивних волокон між дротинами. Росло волосся, утворюючи «мости», що коротили весь прилад. Звідки бралися ці нарості? Винного знайшли швидко: використовуваний газ полімеризувався під дією електричної напруги.

Ми вже писали, що газом, який наповнював ємність, де народжувалась іонізація, був аргон, але чистий аргон — дуже чутливий газ, тому сигнал, викликаний проходженням однієї частинки, не релаксує, залишаючи камеру в намагніченому стані. Щоб обмежити сигнал у часі, слід було додавати інший газ — дезактиватор, що душить численні фотони, утворені в лавині. Проблема полягала у виборі іншого газу та його кількості. Формула нагадувала кулінарний рецепт — поєднували іноді три різні гази. Отриману мікстуру назвали чарівним газом. Складні змішувачі відправляли газ крученою руркою — точнісінько крапельниця в лікарні, що підтримує життя у хронічних хворих.

Після перших неуспіхів, метод невдовзі показав свої переваги. Відстань між дротинами визначили у 2 мм, — тож просторові показники були значно більші за розміри наявних приладів. Склавши купу з багатьох рамок, можна було зафіксувати проходження частинок у трьох і відтворити траєкторії у просторі з високою точністю.

Камери ширшали, ставали вищими, досягали площі у кілька квадратних метрів, точність значно покращилася. Тож великі відкриття у фізиці частинок, зроблені в середині 1970-х років, великою мірою завдячують методові, розробленому Шарпаком і його командою. Після 1975 р. всі великі експерименти проводились у таких камерах та їхніх спадкоємицях — і це не дивно, адже вони являли значний прогрес як у просторових вимірах, так і в швидкості досліду.

Довгий час ці камери називали MWPC (багатодротовий пропорційний лічильник) або камерами Шарпака. Коли електронне обладнання стало швидшим, камери Шарпака еволюціонували в електронно-дрейфові. У 1992 р. Жорж Шарпак отримав найвищу у фізиці відзнаку за «винахід і розвиток багатодротових пропорційних камер».

Запаморочення від успіхів

Попри зростання ваги європейського центру, у серці каліфорнійської Силіконової долини — тоді відомої значно менше, ніж нині, та все ж уже тоді провідного осередку винахідництва — сталася «листопадова революція 1974 р.».

Площа університетського містечка у Стенфорді дорівнює площі Парижа. На самому краю існує лабораторія, про яку вже йшлося вище — SLAC, і головною робочою силою якої є лінійний прискорювач електронів, введений у дію 1966 р. Обіч цього монстра звели енергетичний колайдер доволі скромних розмірів. Його бомбардували електронами і позитронами напругою до 2 ГеВ.

Що таке колайдер? Це прилад, який у протилежних напрямках пришвидшує частинку та її античастинку. Машина складається з одного-єдиного кільця, оскільки частинка і античастинка летять у протилежних напрямках і перетинають однакову електромагнітну структуру. Колайдер у Стенфорді назвали SPEAR (Стенфордське кільце — прискорювач позитронів та електронів). Він мав діаметр близько 80 м, тобто доволі невеликий порівняно з іншими приладами тієї доби. Таку машину звели не вперше. Схожі прилади будували у Фраскаті неподалік Рима, а потім в Орсе (Франція), а точнісінько така сама машина стояла у Гамбурзі. Проте стенфордський колайдер був на той час найпотужнішим.

Інтерес до колайдерів