Почему мы существуем? Величайшая из когда-либо рассказанных историй

А теперь вспомним, что если частица Хиггса придает другим частицам массу, то сильнее всего она будет взаимодействовать с самыми массивными частицами. Это означает, что легкие частицы, такие как электроны, вероятно, не слишком подходят для непосредственного создания частиц Хиггса на ускорителе. Вместо этого можно представить себе ускоритель с энергией, достаточной для создания тяжелых виртуальных частиц, которые, в свою очередь, будут выплевывать частицы Хиггса – как виртуальные, так и реальные.

Естественными кандидатами на роль инструмента в таком деле являются протоны. Нужно построить ускоритель или коллайдер, который будет начинать с протонов и разгонять их до таких высоких энергий, чтобы образовывалось достаточно тяжелых виртуальных составляющих, способных порождать частицы Хиггса. Эти частицы Хиггса, виртуальные или реальные, будучи тяжелыми, быстро распадутся на более легкие частицы, с которыми бозон Хиггса взаимодействует сильнее всего, – опять же это будут либо истинные или прелестные кварки, либо W- или Z-частицы. Они, в свою очередь, тоже распадутся на другие частицы.

Далее фокус будет состоять в том, чтобы рассмотреть события с наименьшим числом выходящих частиц, которые можно четко засечь, чтобы затем точно определить их энергии и импульсы, и посмотреть, нельзя ли реконструировать серию событий, которая восходила бы к единственной массивной промежуточной частице с предсказанными бозона Хиггса взаимодействиями. Неслабая задачка!

Принципиально это все было понятно уже в 1977 г., еще даже до открытия истинного кварка. (Поскольку прелестный кварк был уже открыт, а все остальные кварки существуют слабыми парами – нижний и верхний, странный и очарованный, – было ясно, что должен существовать еще один кварк, хотя открыть его удалось только в 1995 г. и оказался он в чудовищные 175 раз тяжелее протона.) Однако знать, что необходимо сделать, и на самом деле построить машину, способную это сделать, – две совершенно разные вещи.

Готические соборы XXI века

…приобретение премудрости выше рубинов.

Иов 28:18

Ускорение протонов до достаточно высоких энергий для исследования полного диапазона возможных масс частицы Хиггса далеко выходило за рамки возможностей любой установки в 1978 г., когда были подтверждены все остальные предсказания теории электрослабого взаимодействия, или в 1983 г., когда были открыты W- и Z-частицы. Требовался ускоритель по крайней мере на порядок мощнее самой мощной из существовавших на тот момент установок. Короче говоря, требовался не просто коллайдер, а суперколлайдер.

У Соединенных Штатов, игравших на протяжении всего периода после окончания Второй мировой войны лидирующую роль в науке и технике, была серьезная причина желать построить такую установку. В конце концов, ЦЕРН в Женеве к 1984 г. стал в физике элементарных частиц ведущей лабораторией мира. Американскую гордость так сильно задело то, что и W-, и Z-частицы были открыты в ЦЕРН, что шесть дней спустя после пресс-конференции, на которой объявили об открытии Z-частицы, The New York Times

опубликовала редакционную статью под заголовком «Европа – три, США – даже не зеро!»[13]

Прошла неделя после открытия Z-частицы, а американские физики уже решили прекратить строительство средних размеров ускорителя на Лонг-Айленде и пойти ва-банк. Они решили построить громадный ускоритель с энергией центра масс почти в сто раз большей, чем была доступна на установке SPS в ЦЕРН. Для этого им потребовались бы новые сверхпроводящие магниты, поэтому и свое будущее детище они назвали Сверхпроводящим суперколлайдером (SSC).

После того как в 1983 г. этот проект был предложен сообществом американских специалистов по физике элементарных частиц, между разными штатами разгорелась традиционная борьба за лакомый кусок громадного денежного пирога, связанного со строительством и дальнейшей эксплуатацией ускорителя. После множества политических и научных схваток для строительства было выбрано место в Техасе возле городка Ваксахачи, чуть южнее Далласа. Какими бы соображениями ни руководствовались выбиравшие, Техас представлялся вполне подходящим местом, поскольку всё в этом проекте, утвержденном в 1987 г. президентом Рейганом, говорило об огромных масштабах.

Громадный подземный туннель должен был иметь длину восемьдесят семь километров и стать крупнейшим туннелем в истории человечества. Вообще, проект был в двадцать раз крупнее любого другого проекта в физике, который когда-либо пытались реализовать. Предполагаемая энергия столкновений двух пучков, в каждом из которых частицы имели бы энергию, в двадцать тысяч раз больше массы протона, была бы примерно в сто раз больше, чем энергия столкновения частиц на том ускорителе в ЦЕРН, где были открыты W- и Z-частицы. При строительстве потребовалось бы десять тысяч сверхпроводящих магнитов беспрецедентной силы.