Страница 32 из 33
Вернувшись в Висконсин, Фрэнсис продолжил свои лекции, предназначенные в основном для сотрудников кафедры. Затем он узнал, что один из его давних соратников, Алан Мартин из британского Дарнэма, тем же летом читал тот же курс, причем, на взгляд самого Фрэнсиса, намного успешнее, чем он сам. Двое ученых встретились и написали учебник с названием Quarks and Leptons, который и сейчас, через 35 лет, остается самым популярным введением в квантовую механику в курсах физики по всему миру. Книга была переведена на многие языки.
Интересно, что у книги не было обновленных переизданий, и в этом звучит ясное послание: печальная истина состоит в том, что с момента ее написания в физике частиц не произошло никакого существенного развития. К моменту публикации книги все частицы, предсказанные стандартной моделью, за исключением одной (бозона Хиггса), уже были открыты.
Халзен и Мартин завершили работу над рукописью в Дарнэме незадолго до Рождества 1982 года. Затем Фрэнсис отправился в Бельгию, чтобы провести праздник со своей семьей. Рукопись лежала рядом с ним на пассажирском сиденье его «фольксвагена сирокко». После праздника он полетел в Японию, чтобы помочь с запуском программы для аспирантов Токийского университета, а когда он сошел с самолета, ему сообщили, что Карло Руббиа, Дейву Клайну и их коллегам в ЦЕРН удалось открыть W- и Z-бозоны – переносчики слабого взаимодействия (Халзен, Мартин и Вернон Баргер проделали важную феноменологическую работу, позволившую совершить это открытие, и Руббиа признал их вклад в своей нобелевской лекции234).
W и Z были последними из еще не открытых к тому моменту частиц в стандартной модели, за исключением бозона Хиггса, но они – а также частица Хиггса – уже были описаны в учебнике.
Таким образом, в начале 1983 года, больше трех десятилетий назад, физики, работавшие с ускорителями, поняли, что вступают в своего рода пустыню: единственным возможным открытием на горизонте была частица Хиггса, но для ее открытия требовался намного более мощный ускоритель – и намного более дорогой, – чем тот, благодаря которому Руббиа принес ЦЕРН первую Нобелевскую премию. Между сообществами физиков США и Европы начала ощущаться нездоровая конкуренция. Американцы начали проектировать Сверхпроводящий суперколлайдер (программа, которая в конце концов завершилась дырой в техасской прерии, в которую ухнули два миллиарда долларов). А европейцы во главе с прославившимся теперь Руббиа начали строительство Большого адронного коллайдера. По изначальному плану Руббиа строительство должно было завершиться в 1991 году, но коллайдер начал свою работу лишь с двадцатилетним опозданием.
За 30 с лишним лет, прошедших с момента открытия частиц W/Z, сообщество, занимавшееся физикой частиц, отчаянно искало экспериментальные свидетельства для любого развития физики за пределами стандартной модели. Самые очевидные надежды были связаны с суперсимметрией, предполагавшей наличие тяжелых «братьев» и «сестер» для каждой частицы в модели, а также теорией струн, вряд ли способной на какие-либо экспериментальные прогнозы. Руббиа, Клайн и их друзья занимались поисками суперсимметричной частицы уже в начале 1980-х, в процессе изучения W и Z (можно даже сказать, что их больше интересовала суперсимметрия, чем частицы, которые они в итоге нашли), – однако эти поиски не увенчались успехом235. Поэтому в наши дни ученым, управляющим Большим адронным коллайдером, остается разводить руками. Основную надежду им, как и их предшественникам 30 с лишним лет назад, приходится возлагать на суперсимметрию.
Хотя открытие частицы Хиггса в 2012 году и стало огромным триумфом, на момент написания этой книги деятельность БАК и данные, которые получают с его помощью, не сулят нам никаких новых сюрпризов. Все происходящее соответствует стандартной модели. Как писал Гэри Тобес, автор книги Nobel Dreams, в 1986 году,
если в этой пустыне нет никакой жизни, никаких новых частиц, то вряд ли у нас появится больше свидетельств, на базе которых мы могли бы выстроить новые теории. Прогресс завершится. Стандартная модель останется стандартной еще на долгие годы.
Как я уже указал в первой главе этой книги, на данный момент был вскрыт всего один замок на сундуке стандартной модели – замок, связанный с поведением нейтрино. Более того, он был открыт не на ускорителе, а с помощью подземного грейзеновского детектора нейтрино и UNDINE. Чуть позже я расскажу об этом подробнее.
Одно из прозвищ Фрэнсиса Халзена – «самое быстрое перо на Западе». Впервые он погрузился в область нейтринной астрономии в свободное время в ходе своей поездки на Гавайи в 1980 году. Он предоставил теоретическую работу236 на крупный симпозиум DUMAND 237, организованный тем же летом Джоном Лёрндом в Гонолулу. В работе содержались расчеты количества и спектра энергии мюонов, которые данный инструмент мог найти в высокоэнергетических космических лучах.
В симпозиуме участвовали и другие теоретики, в том числе выдающиеся русские ученые. Одна из целей Лёрнда состояла в том, чтобы создать у профессионального сообщества заинтересованность, а теоретическая работа, опирающаяся на эксперимент, обычно в таких случаях помогает. Однако Джон думает, что Фрэнсис подержал DUMAND не только своей феноменологической работой, но и тем, что постоянно рассказывал о DUMAND в ходе своих многочисленных выступлений по всему миру. Это – важная форма научного «перекрестного опыления», поскольку в ходе таких путешествий все участники могут узнать что-то новое. Боб Морс говорит:
Фрэнсис наверняка пришел бы в бешенство, услышав эти мои слова, но ведь Фрэнсис – это наш новый Дейв Клайн. Дейв так же мотался туда и сюда, подлетал к каждому цветку, переносил с собой пыльцу, разбрасывал ее повсюду, а затем делился с нами новостями. Фрэнсис делает то же самое.
К сожалению, тонкие ростки сотрудничества, начавшие пробиваться в годы холодной войны, вскоре были грубо выдернуты из земли. В декабре 1979 года, менее чем за месяц до начала финансирования DUMAND, СССР вторгся в Афганистан, а после президентских выборов в США в ноябре 1980 года Джимми Картера сменил более воинственный Рональд Рейган. Артур Робертс рассказывает, что
разрыв связей с русскими был произведен элегантно и в хорошем стиле238. Нам конфиденциально сообщили, что мы, конечно, вольны выбирать себе партнеров, но при продолжении работы с советскими учеными может оказаться так, что для нас не найдется финансирования.
«Мы держали каналы открытыми и оставались друзьями, – добавляет Лёрнд, – однако больше не могли работать вместе». Возможно, для русских эта неприятность обернулась большим благом.
Глава 6
Наука в своем лучшем виде
Участники проекта DUMAND сразу начали мыслить масштабно (возможно, слишком масштабно). Изначальная концепция требовала создания массива детекторов объемом 1,6 кубических километра, расположенного в Тихом океане на глубине пяти километров, в 30 км от ближайшего берега. Он должен был состоять из 1200 с лишним «бисерных нитей», по 18 оптических детекторов на каждой, то есть всего более 23 000 детекторов. Каждая «бусина» представляла собой стеклянную сферу, способную выдерживать давление в 500 атмосфер. Внутри сферы располагался фотоэлемент и связанная с ним электроника. Стоимость одних лишь фотоэлементов достигала 70 миллионов долларов239. Нити должны были удерживаться у дна океана с помощью якорей и оставаться вытянутыми с помощью поплавков в их верхней части. В проекте планировалось использовать оптико-волоконные кабели для передачи электрических сигналов на берег, хотя на тот момент необходимая технология еще не была изобретена. Артур Робертс отмечает, что «океанографы были просто поражены – этот проект был в сотни раз масштабнее любого другого мирного океанского проекта»240.