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

припинити дослідження та поміркувати про точніші методи вимірювань для роботи з набагато інтенсивнішими мюонами, отриманими або в ЦЕРНі, або в Сполучених Штатах. Частина команди, захопившись проблемою, подалася працювати на американському прискорювачі в Брукгейвені — там і минуло їхнє наукове життя.

За сорок п’ять років досліджень їм поталанило досягнути неймовірної точності — десять у мінус десятім ступені магнітного моменту g, передбаченого електродинамікою і рівного 2,0011659208. Так, вони підтвердили, що йдеться таки про важкий електрон, якому — з незрозумілих причин — властиво приховуватися. Це стало одним з перших і найбільш вражаючих відкриттів ЦЕРНу — в деталях його описали Фарлі та Янніс Семерцидіс[4]. За той час було відкрито ще один — третій електрон, набагато важчий, маса якого дорівнювала 1,5 маси протона. Міцна родина електронів відображала таємничу фундаментальну властивість деяких сімейств частинок.

Потрапивши до ЦЕРНу, я опинився в середовищі, де можна було вільно завітати до кабінету будь-якого вченого-теоретика. Вони радо відповідали на будь-які запитання, охоче вступали до дискусій. Видатний керівник, директор Віктор Вайсскопф прагнув підвищення рівня теоретичних знань дослідників. Робота біля прискорювача, бувало, завершувалась о третій ночі, але ми нізащо не пропустили би лекції з теоретичної фізики, призначеної на десяту ранку, навіть якби спати довелося на розкладачці. А захоплюючі дослідження лише підживлювали наше гостре бажання.

Тож я вирішив залишитись у ЦЕРНі. Був вражений завданнями, які ставила перед собою фізика частинок. З’явилися нові прискорювачі, які повністю знецінили колишнього царя детекторів — бульбашкову камеру! Авжеж, раз на десять секунд упродовж однієї тисячної секунди вона дозволяла отримати запаморочливі картинки ядерних реакцій. Проте запам’ятовувати не могла — вмикали її будь-якої випадкової миті, тож для дослідження рідкісних явищ треба було зробити мільйони світлин. А поки там що, фізика негайно потребувала механізмів вивчення мільярдів взаємодій, недоступних для бульбашкових камер. Тож тисячам фізиків у різних куточках світу доводилося об’єднуватись і ділитися врожаями світлин. Це привело до створення блискучого колективу програмістів, завдяки яким ЦЕРН став однією з колисок усесвітньої Мережі — принаймні так пише Робер Кайо[5]: «Озираючись у минуле, я розумію, що ЦЕРН був ідеальним місцем, — а може, й єдиним придатним, — де міг розвинутися Інтернет. Тут поєдналися академічна свобода, дух підприємництва та прагматизм, які, досягши бездоганної рівноваги, перетворилися на плідний для успіху ґрунт».

ЦЕРН — крок до майбутнього

Під акронімом ЦЕРН[6] розуміють надзвичайне місце, де відбувається справжня революція. Народився ЦЕРН з ініціативи кількох європейських політиків-провидців, яким підставили плече кількадесят відомих науковців із США та Європи.

Вони не хотіли миритись із занепадом європейської науки після Другої світової війни. Їхні зусилля увінчалися епохальним винаходом нового способу проведення наукових досліджень на нашій глобалізованій планеті. Вони об’єднали тисячі молодих європейських фізиків, розкиданих по сотнях занепалих дослідницьких центрів та університетів, і звели воєдино їхні таланти. Їм пофортунило знайти кошти для зведення небачених за розмірами і ціною приладів недоступних для окремих країн.

Там, біля прискорювачів частинок, науковці навчилися працювати багатонаціональними командами, що об’єднували тисячі інженерів і фізиків з усього світу. Для створення апаратів, які раніше здавалися фантастикою, потрібно було чимало обдаровань.

Керівники зуміли прищепити правила поведінки, які дозволили уникнути гальмування, природного для організацій-велетів промислового спрямування.

Так утворилися геть нові умови життя, що дали можливість світовій фізичній еліті взяти дієву участь у створенні нового центру: теоретики та експериментатори, ще в сяєві слави своїх відкриттів, зліталися на унікальний шанс отримати ресурси на кілька років, а може й на все життя. З’явилася можливість посилити університети — адже фізики, які керували тамтешніми групами з дослідження високих енергій, могли залучати до досліджень аспірантів і вести викладацьку діяльність на відстані. Уряди низки країн прийняли рішення створити кілька команд із сотні фізиків та оселити їх у ЦЕРНі, аби вони взяли участь у дослідженнях, зробивши внесок своїми талантами.

Словом, ЦЕРН дозволив Європі піднятися на рівень високорозвинених держав, а в чомусь і обігнати їх. Європа стала місцем, де було зроблено найвизначніші відкриття в одній з наукових перлин ХХ ст.: Стандартній моделі29. Завдяки авантурі зі зведенням нового прискорювача LHC[7], потужності якого дорівнювали потужностям усього світу, в майбутнє почали дивитися з надією.

Тепер зрозуміло, чому я вважаю унікальним шансом потрапити до тієї лабораторії та пропрацювати там понад тридцять років, щодня маючи нагоду спілкуватися з фізиками, яких в іншому випадку я просто не міг би зустріти, щодня звертаючись до практично невичерпної матеріальної бази та вільно обираючи теми досліджень. Це дозволило мені звернутися навіть до деяких аспектів біології та медицини.

Поки глобалізація примушує нас шукати розв’язання планетарних проблем, приклад ЦЕРНу, його успіху і законів допомагає нам знаходити способи співпраці, без яких не обійтись у будь-якій науковій галузі.

Газові детектори

Перший значний крок було зроблено 1960 р. з винайденням іскрових камер. Коли таку камеру перетинала будь-яка заряджена частинка, з’являлася цяточка світла. Іскрові камери мали цінну перевагу: здатність залишатися чутливими після утворення вільних іонів частинками в газі — тож час застосування високого тиску, здатного утворити іскру, можна було розрахувати з точністю до однієї мільйонної частки секунди.

Аби отримати детектори, за розмірами не менші за бульбашкові камери — звісно, зі значно меншим просторовим розділенням — з’єднували по кілька таких іскрових камер; упродовж мікросекунди очікування за допомоги об’єднаних надшвидкісних електронних детекторів можна було виявити рідкісні частинки. Саме так команда під керівництвом Джека Стенбергера, Леона Ледермана та Мелвіна Шварца відкрила нейтрино другого типу — за це 1988 р. вони одержали Нобелівську премію.

Слід було також визначити розташування іскор — для цього у фізиків були лише очі, а хотілося виявляти їх дуже швидко за допомоги електронної техніки, використовуючи високий заряд іскри. Винайшли чимало способів. Щодо мене, то я ввів у вжиток аж два: перший спирався на поділ заряду іскор між двома електродами, а другий — на запізнення електричного сигналу, у випадку, коли електрод зроблено за принципом лінії затримки.

Однак уже саме факт залежності від іскри був вадою, адже вмикати камеру можна було, лише зачекавши одну мільйонну частку секунди. А розвиток прискорювачів пропонував фізикам нові й нові неймовірні можливості; у теоретичній фізиці з’явилася потреба у вивченні рідкісних явищ — це обіцяло революційний стрибок уперед.

Тоді мені пощастило скористатися з досвіду, набутого під час написання 1954 р. дисертації з визначення частинок. Пропорційні лічильники підтримували швидкість підрахунку в один мільйон імпульсів на секунду. Імпульси, утворювані ними, були надто слабкі й вимагали застосування чутливих підсилювачів з низьким рівнем шуму та поміркованою вартістю. Тоді в усі галузі фізики тріумфально увійшли транзистори, і здавалося цілком реальним створити простір,