Лоуренс Максвелл Краус - Таємниці походження всесвіту

який представляє народ, має право й несе відповідальність за визначення пріоритетності видатків на ті чи інші великі державні проекти. Спільнота фізиків елементарних частинок, можливо, просто занадто призвичаїлася до стабільного потоку грошей упродовж Холодної війни й не доклала необхідних зусиль для інформування громадськості й Конгресу щодо змісту та цілей цього проекту. Немає нічого дивного в тому, що в скрутні для економіки часи першою чергою урізають фінансування речей, що видаються занадто езотеричними. У той час я дивувався, чому було необхідно саме закрити проект замість призупинки його фінансування до покращення економічної ситуації чи розвитку технологій, які могли б зменшити його вартість. Ані тунель (який нині поступово заповнюється водою), ані будівлі лабораторій (нині зайняті хімічною компанією) нікуди б не поділися.

Попри такий розвиток подій у США, ЦЕРН рухався далі зі своєю новою машиною – Великим електронно-позитронним колайдером (LEP), розробленим задля детального вивчення фізичних властивостей W– та Z-частинок. Свіжоспечений Нобелівський лауреат, невгамовний Карло Руббіа, усіляко спонукав цей проект, і 1989 року, коли нову машину було запущено, став директором лабораторії.

27-кілометровий тунель викопали на глибині приблизно 100 метрів навколо старого SPS, який тепер використовують для випускання електронів і позитронів у більше кільце, де вони далі розганяються до величезних енергій. Ця машина, розташована на околицях Женеви, була настільки велика, що перетинала під горами Юра французький кордон. Європейці краще знаються на тунелях, аніж американці, тож, коли тунель було завершено, його кінці зійшлися з точністю до одного сантиметра. Мало того, ЦЕРН як міжнародний спільний проект багатьох країн не вплинув суттєво на ВВП жодної з них.

Нова машина успішно працювала понад десятиліття, а після колапсу американського проекту SSC велетенський тунель LEP стали розглядати як кандидата на створення його зменшеної версії – далеко не настільки потужної, проте достатньо високоенергетичної для дослідження більшої частини простору параметрів, у якому могла існувати частинка Хіггса, про яку так довго казали фізики. Певну конкуренцію склала збудована у Фермілабі машина під назвою «Теватрон», яку експлуатували з 1976 року, а 1984 року вона вийшла на рівень потужності, який зробив її найвисокоенергетичнішою протонно-антипротонною машиною у світі. Станом на 1986 рік енергія зіткнення протонів і антипротонів, що кружляли 6,5-кілометровим кільцем із надпровідних магнітів у Фермілабі, досягла позначки майже у дві тисячі еквівалентів енергії маси спокою протона.

Проте якою б значною ця величина не була, її було замало для дослідження більшої частини доступного частинці Хіггса діапазону параметрів, і для її відкриття в «Теватроні» природа мала б явити милість. Утім, на рахунку «Теватрона» усе-таки був один видатний успіх – довгоочікуване відкриття 1995 року велетенського правдивого кварка, який у 175 разів важчий за протон і наразі залишається наймасивнішою з виявлених у природі елементарних частинок.

За відсутності, таким чином, видимої конкуренції впродовж чотирнадцяти місяців після закриття SSC рада ЦЕРН схвалила будівництво в тунелі LEP нової машини – Великого адронного колайдера (LHC). Проектування й розробка нової машини та її детекторів потребувала певного часу, тож LEP продовжував працювати у своєму тунелі ще майже шість років, а тоді мав закритися на реконструкцію. Після цього на завершення спорудження нової машини та детекторів частинок, які повинні були використовувати для пошуку бозона Хіггса та/або іншої нової фізики, мало піти ще майже десять років.

Це, звісно, за умови, якщо працездатну машину та надійні детектори взагалі можна було збудувати. Це було найскладніше інженерне завдання, до якого коли-небудь приступали люди. Проектні специфікації надпровідних магнітів, обчислювальних центрів та інших аспектів машини й детекторів вимагали технологій, значно досконаліших за будь-які з наявних на той час.

На концептуальне проектування машини пішов цілий рік, а ще за рік було схвалено два спільні проекти головних експериментальних детекторів. США, чиї коні в цьому забігу участі не брали, були допущені до ЦЕРН як країна-«спостерігач», що дало змогу американським фізикам відіграти ключову роль у проектуванні й розробці детекторів. 1998 року спорудження каверни, у якій мав розташовуватися один із головних детекторів, CMS, було затримано на шість місяців, оскільки робітники виявили на будмайданчику галло-романські руїни IV століття нашої ери з віллою та навколишніми полями.

Велетенські каверни, у яких під землею розташовуватимуться обидва головні детектори, були закінчені через чотири з половиною роки. Упродовж наступних двох років під землю в спеціальну шахту опустили 1232 велетенські магніти, кожен завдовжки п’ятнадцять метрів і вагою 35 тонн, які потім доставляли на місця призначення за допомогою спеціально розробленого транспортного засобу, здатного переміщатися тунелем. Ще за рік свої місця зайняли останні деталі двох великих детекторів, і о 10:28 ранку 10 вересня 2008 року машину було вперше офіційно увімкнено.

Через два тижні сталося лихо. В одному зі з’єднань одного з магнітів сталося замикання, унаслідок чого цей надпровідниковий магніт повернувся до нормального стану, вивільнивши велетенську кількість енергії, що спричинило механічні пошкодження та частковий витік рідкого гелію, який використовували для охолодження машини. Пошкодження були настільки значними, що знадобилися перепроектування та перевірка кожного зварного шва та з’єднання LHC, на що пішло більше року. У листопаді 2009-го LHC нарешті ввімкнули знову, проте з міркувань безпеки його потужність встановили на рівні семи тисяч енергій центра мас протона замість чотирнадцяти тисяч. 19 березня 2010 року машина нарешті запрацювала із зустрічними пучками цієї меншої енергії, і за два тижні обидва набори детекторів почали фіксувати зіткнення з відповідною сумарною енергією.

Ця проста хронологія приховує неймовірні труднощі, пов’язані з технологічними звитягами, досягнутими в ЦЕРН упродовж п’ятнадцяти років відтоді, як було запропоновано ідею цієї машини. Якщо приземлитися в аеропорту Женеви й озирнутися навколо, побачите тиху сільську місцевість і далекі гори. Без підказки ніхто нізащо не здогадається, що під цією сільською місцевістю розташована найскладніша машина з усіх коли-небудь збудованих людством. Ось кілька характеристик цієї машини, яка перебуває під цим тихим пасторальним краєвидом на глибині, яка подеколи сягає 175 метрів:

1. У тунелі завширшки 3,8 метра на 27 кілометрів розтягнулися два паралельні кругові пучкові канали, що перетинаються в чотирьох точках кола. Уздовж кільця розставлено понад 1600 надпровідних магнітів, більшість із яких важить понад 27 тонн. Тунель настільки довгий, що, дивлячись уздовж нього, практично неможливо побачити його кривизну: