Тончайшее несовершенство, что порождает всё. Долгий путь частице Бога и Новая физика, которая изменит мир

Итак, я поехал в Ахен и предложил использовать кремниевые элементы в трековых камерах. Трековые детекторы – это сердце современных экспериментов по физике частиц, самая важная часть огромной цифровой камеры, которая реконструирует события. На этапе сооружения ускорителя именно эта часть зачастую оказывается наиболее сложной, поскольку детекторы устанавливаются вокруг зоны взаимодействия, находящейся непосредственно за пределами вакуумной трубы, в которой происходят столкновения. Их назначение – регистрировать очень слабые следы пролета сотен заряженных частиц, образующихся в зоне взаимодействия, определять параметры их траекторий и измерять их характеристики. Ожидаемые энергия и светимость LHC настолько велики, что все применявшиеся до тех пор технологии не годились. Предчувствие, что эта проблема может оказаться главным камнем преткновения, тревожило очень многих, в том числе и Руббиа. Карло предложил детектор типа “железный шар” – и вовсе не в шутку. Он считал, что реконструировать траектории частиц в коллайдере невозможно и что ни один детектор не выдержит тех адских условий, которые возникнут в центре зоны столкновений и вблизи нее во время работы ускорителя, и потому предлагал установить вокруг зоны взаимодействия огромную железную сферу многометрового диаметра и оснастить ее внешнюю сторону мюонными детекторами. Все частицы, образующиеся в зоне взаимодействий, будут поглощаться железом, и только мюоны, обладающие наибольшей проникающей способностью, смогут покинуть возникший “ад”. Тут‑то бозон Хиггса, распадающийся, согласно Стандартной модели, на четыре мюона с высокими энергиями, и попадется. Однако мы полагали подход Руббиа ошибочным. Без информации о том, что происходит в сердце ускорителя, открытие бозона Хиггса было бы невозможно. Требовалась уверенность, что четыре мюона приходят точно из одного и того же места и что они не образуются в результате случайно накладывающихся взаимодействий или распада других частиц.

Детекторы с кремниевыми элементами – одна из технологий, в которых я разбираюсь лучше всего. Я принадлежу к числу ведущих мировых экспертов по этому вопросу. Еще будучи совсем молодым, я стал в данной области едва ли не пионером: мы с шефом, тем самым, с которым я потом поссорился, разработали первые детекторы в лабораторных условиях и проверили их работоспособность. Когда мы ввели их в эксперимент, они позволили увидеть настолько четкие детали частиц, что сразу стало возможно большое количество новых измерений.

Тонкие кристаллы сверхчистого кремния, подобные тем, что используются в электронных устройствах, можно сделать чувствительными к прохождению заряженных частиц. В пластинках возможно сформировать множество электродов, расположенных на расстоянии нескольких сотых долей миллиметра друг от друга, которые собирают крошечное облако заряда, образующееся при пролете частицы. Сверхчувствительные усилители регистрируют сигнал, так что точки траектории известны с точностью до нескольких микрон, и восстановить следы, как под микроскопом, – дело нехитрое. С помощью кремниевых детекторов можно визуализировать детали взаимодействий, которые в противном случае были бы совершенно размыты.

Моя идея заключалась в том, что кремниевые элементы – самый правильный выбор для коллайдера. Правда, когда я заговаривал об этом, у собеседника обычно удивленно открывался рот. Еще бы! В условиях LHC нынешние детекторы продержались бы всего несколько недель. Излучение меняет характеристики кремния, и, если не принять специальные меры, детекторы быстро придут в негодность. Кроме того, никто пока не научился производить такие кристаллы в больших количествах, а нам они были нужны сотнями квадратных метров. Это очень дорогое и сложное изделие, изготовить которое под силу лишь нескольким компаниям в мире. Для оснащения приборов LHC нам требовалось в сотни раз больше кристаллов, чем можно было получить в 1990‑е годы, а стоить они должны были в десятки раз меньше. Вдобавок мы не знали, как создать необходимую электронику для считывания данных. Мы нуждались в миллионах миниатюрных усилителей, которым пришлось бы выдерживать радиацию устрашающего уровня. Одним словом, чистое безумие.

Когда я заговорил об этом с Мишелем Делла Негра, его глаза тут же заблестели и он сказал: “Идея кажется мне отличной. Почему бы вам не присоединиться к нам и не попробовать вместе воплотить ее в жизнь?”