Коллайдер

Рожденный наносить удары. Как строился Большой адронный коллайдер

В отличие от захватывающих дух водных горок американской физики высоких энергий, в ЦЕРНе исследования шли плавно, как пароход по реке Роне. На каждом витке естественной эволюции ускорителей возникали все более мощные агрегаты, разгонявшие частицы до все более высоких энергий. У американской физики элементарных частиц появился сильный политический привкус, с которым судьба проектов стала зависеть от настроений власть предержащих. Что касается ЦЕРНа, благодаря независимой администрации, а также его заинтересованности во всяческой поддержке и сопровождении уже утвержденных программ он мог успешно закладывать план работы лабораторий на десятилетия вперед.

Один из секретов эффективной работы ЦЕРНа - его способность задействовать старые проекты в качестве узлов новых современных приборов. Скажем, протонный синхротрон, закончив функционировать как отдельная установка, стал инжектором частиц в составе протонного суперсинхротрона (ПСС). Тот, в свою очередь, тоже много где пригодился. Он, в частности, производил предварительный разгон частиц для более мощных машин. Из ЦЕРНа мало что прямиком отправляется на свалку, поэтому-то и обходится он сравнительно недорого.

Это умение разбирать устаревшие проекты «на запчасти» отражает общее стремление европейцев сэкономить пространство и драгоценные ресурсы. Люди в Европе живут теснее, и расточительствовать не в их привычках. Трудно себе вообразить, чтобы Старый Свет решился на постройку комплекса вроде ССК с нуля, да еще вдалеке от всех лабораторий.

Классический пример «вторичной переработки сырья» в ускорительной технике - это тоннель Большого электрон-позитронного коллайдера (БЭП), ставший домом для Большого адронного коллайдера. С 1983 по 1988 г. этот тоннель являлся крупнейшим объектом гражданского строительства в Европе. По сути, инженерам особо негде было развернуться: основное кольцо планировалось вклинить между женевским аэропортом и Юрскими горами. Закладывая заряды, рабочие медленно одолевали твердую горную породу. Чтобы подстроиться под местный рельеф, пришлось наклонить кольцо на полтора градуса. Как ни удивительно, но оно получилось нужного размера и почти идеально уместилось в одной плоскости (когда кольцо замкнули, его концы состыковались с точностью до сантиметра). Это поис-тине подарок судьбы, что под БАК не понадобилось рыть новый тоннель, а можно было использовать уже готовый.

Впервые о планах опустить в кольцо БЭП охлажденные сверхпроводящие магниты и превратить его тем самым в адронный коллайдер (как предлагал Руббиа с соавторами) заговорили в 80-х гг. (Адроны, в том числе протоны, гораздо тяжелее электронов, поэтому, чтобы их удерживать в том же самом кольце, требуются магниты посильнее, например сверхпроводящие.) Ходят слухи, что Руббиа засматривался на этот тоннель с того самого времени, как открылся БЭП. Впрочем, многие церновские физики надеялись, что БАК получится закончить прежде, чем на свет вылупится ССК. То и дело раздавались возгласы, призывавшие установить срок открытия БАК на два года раньше, чем у ССК, и продемонстрировать американцам свое превосходство. Закрытие американского проекта прибавило европейцам энтузиазма. БАК становился главной и единственной надеждой экспериментально обнаружить определенные типы тяжелых частиц. Эпоха миниатюрных ускорителей прошла, и на смену конкуренции мировых лабораторий, проверяющих результаты друг друга, должно было прийти международное сотрудничество с центром в Европе.

Окончательное решение начать возводить БАК было принято через год с небольшим после заморозки ССК. 16 декабря 1994 г. девятнадцать стран, входивших тогда в ЦЕРН, постановили выделить в течение 20 лет 15 млрд долларов на строительство самого мощного коллайдера на Земле. Благодаря твердому слову европейских лидеров континент, подаривший миру Галилея и Кеплера, готовился снова выйти в авангард науки.

БАК, в отличие от ССК, был избавлен от пристального внимания политики. Каждая европейская страна - член ЦЕРН облагается ежегодным взносом, который определяется ее валовым национальным продуктом. Бюджет ЦЕРНа пополняется в основном за счет более богатых стран, таких как Германия, Франция и Великобритания, и обычно размер взносов не выносится на ежегодное обсуждение. (Правда, Великобритания в последнее время проявляет некоторую осторожность в отношении будущих научных программ.) То есть руководство ЦЕРНа рассчитывает на вполне конкретные суммы и, соответственно, учитывает их в своих планах.

Кроме того, европейцы никогда не брали пример с Америки и не организовывали конкурсов на лучшую площадку под проект. Французское население Пэи-де-Жекс, региона, где пролегает большая часть тоннеля, никто не втягивал в кампании а-ля «Руки прочь от Жекса!» и не устраивал здесь политических игрищ. Наоборот, местные жители мирно уживаются с обосновавшимся надолго соседом, и ЦЕРН делит землю с фермерами, виноделами, производителями сыра и другими завсегдатаями здешнего ландшафта. Как гласит местный девиз, Жекс - это «un jardin ouvert sur le monde»[23].

Что касается швейцарской стороны границы, в Женеве всевозможные международные ассоциации давно стали привычным делом. Город, в котором родилась Лига Наций и подписывались судьбоносные договоры, изобилует штаб-квартирами мировых организаций: европейское отделение ООН, Всемирная организации здравоохранения, Международная организация труда, Международная федерация обществ Красного Креста и Красного Полумесяца и другие. ЦЕРН с его организациями-партнерами тоже встретил здесь теплый прием. В калейдоскопе языков, на которых говорят исследователи из разных стран, слышны и английский, и русский, и теория поля. Тактичные обитатели Женевы со всеми найдут общий язык - они бы и на вавилонском столпотворении не потеряли присутствия духа.

Женеву трудно чем-то удивить: она насмотрелась революционных преобразований. На фоне Реформации и Просвещения подземные сражения частиц вряд ли наберут хоть сколько-нибудь больше нуля по исторической «шкале Рихтера».

А вот если поехать на запад от Женевы, то попадешь во французскую сторону, где царят тишина и покой. Чтобы не нарушить эту идиллию, ЦЕРН стремился ступать по здешней земле очень осторожно. По разбросанным тут и там пастбищам и винным фермам у подножия укутанных в туман Юрских гор ни за что не догадаешься, что на глубине около ста метров здесь пролегло гигантское ускорительное кольцо. И только редкие указатели, по которым ориентируются водители церновских микроавтобусов, и линии электропередач, прочерчивающие золотисто-зеленый пейзаж, служат едва заметным намеком.

Кстати, об электроэнергии. Она вызвала, пожалуй, больше всего толков, так как львиная доля электропотребления в этом регионе приходится на ЦЕРН. Сначала лаборатория находилась на попечении Швейцарии, а теперь электричество сюда поставляет Франция. Когда все системы вступят в строй, ЦЕРНу будет нужно столько же электроэнергии, сколько потребляет весь кантон Женева. А поскольку в регионе преобладает электрическое отопление, зимой энергоресурсы будут в особом дефиците.

В итоге, будучи соседом, всегда готовым пойти навстречу, ЦЕРН решил подстраивать свое энергопотребление под текущую ситуацию, например, заранее планируя на самый холодный период технические перерывы. Хоть из-за них накопление данных и задерживается, зимнее выключение, к счастью для экспериментаторов, увлекающихся спортом, приходится как раз на разгар лыжного сезона в прилегающих Альпах.

Чтобы переделать тоннель БЭП под БАК, его сначала пришлось полностью опустошить. Едва электроны с позитронами сделали в 2000 г. по кольцу последний заход, как начался капитальный ремонт. Были заказаны тысячи сверхпроводящих магнитов разных сортов. Первый сорт, так называемые дипольные магниты, предназначался для того, чтобы удерживать в кольце пару протонных (или ионных) пучков. (Научная программа БАК предполагает также эксперименты с ускоренными ионами вместо протонов.) Диполи имеют свойство направлять заряженные тела перпендикулярно своему магнитному полю, что идеально подходит для управления пучком. Магниты второго типа фокусируют пучок, не давая ему «рассыпаться». Чтобы не усложнять конструкцию, их смонтировали через равные участки кольца. По его длине встречаются также вкрапления более изощренных магнитов - секступоли, октуполи и декуполи, которые позволяют выполнять тонкую подстройку пучка. Орбита, как в долгой космической одиссее, должна быть просчитана до мелочей.

Частица в ускорителе испытывает влияние магнитов, которые попеременно то подправляют ее траекторию, то возвращают ее обратно в пучок. Но надо ведь еще и проводить эксперименты, поэтому кольцо не совсем кольцо. На самом деле оно разделено на 8 секторов с автономным питанием. Каждый сектор состоит из дугообразной части и прямого отрезка. В пределах последнего и выполняется большинство операций: впрыск частиц, сужение пучка, проведение экспериментов и масса всего остального.

Ученые знали: для успешной работы необходимо создать в БАК экстремальные условия. А именно воспроизвести на Земле два аспекта суровой космической действительности. Во-первых, полет каждого из пары пучков, пронизывающих магниты, должен проходить по возможности в вакууме. Иначе протоны (или ионы), разгоняясь до сверхвысоких энергий, начнут налетать на молекулы газа, как незадачливые пешеходы. Чтобы этого избежать, установленная система насосов поддерживает в трубках давление в 10^-10 (одну десятую триллионной доли) от атмосферного на уровне земной поверхности. Довольно душновато по сравнению с межпланетным пространством, но это тем не менее самый пустой вакуум на Земле.

Во-вторых, эти тысячи магнитов все надо охладить ниже критической температуры, чтобы они перешли и оставались в сверхпроводящем состоянии. Тогда магнитное поле в них выходит на максимум, составляющий свыше 8,3 тесла (в два раза больше, чем у «Теватрона»). Чтобы достичь таких экстремально низких температур, инженеры воспользовались сверхтекучим гелием, нагретым всего на 1,9 градуса выше абсолютного нуля. Это высококоррелированное состояние второго химического элемента даже холоднее реликтового излучения, с помощью которого Пензиас и Вильсон подтвердили теорию Большого взрыва.

На первый взгляд на охлаждение стольких магнитов до таких низких температур ушло бы не одно состояние. Производство сверхтекучего гелия, надо сказать, удовольствие не из дешевых. Однако если окружить каждый «криомагнит» (так называют магниты, охлажденные до сверхнизкой температуры) вакуумной изоляцией, внешний нагрев уже не так страшен. Пустота - превосходное термоодеяло.

Еще одно обстоятельство, с которым инженерам БАК пришлось считаться, - это влияние Луны. Здешняя местность, как ни странно, неравнодушна к лунному присутствию. Нет, в полнолуние леса вблизи Ферней-Вольтер и Мейрен не кишат оборотнями, жаждущими разорвать на куски охлажденные контейнеры в поисках замороженной плоти. По крайней мере такой информацией мы не располагаем. Все дело в гравитационном поле Луны. Притягивая океанские массы, оно вызывает приливы, но и для земной коры его воздействие не проходит бесследно. Скалистые породы, конечно, не сравнятся по текучести с водой, но их твердость тоже не бесконечна. По прихоти нашей спутницы почва в окрестностях Женевы в течение месяца ходит туда-сюда почти на 25 см. В результате длина БАК колеблется со среднемесячной амплитудой около 1 мм⁸⁵. Естественно, этот факт учитывается в любых расчетах, в которые входит длина окружности. На сам эффект обратили внимание, еще когда строили тоннель для БЭП.

Без досконального знания рельефа местности было бы невозможно правильно подсоединить к БАК детекторы. Специально под них вырыли несколько цехов. Самый просторный, в «точке 1», достался АТЛАСу, крупнейшему детектору проекта. Три остальных прибора - CMS, «Алиса» и БАК-b - разместились на других участках кольца. На проектировку каждого из них ушли годы. Как и задумывалось, в проекте БАК они дополняют друг друга - каждый нацелен на регистрацию определенной разновидности продуктов столкновения, а значит, все они специализируются на разных открытиях.

АТЛАС проектировали более десяти лет. Этот детектор явился синтезом нескольких предыдущих проектов, над которыми трудились ученые из целого ряда стран. Эти люди принесли опыт работы с коллайдерными проектами - как удавшимися, так и закрытыми - и приложили все силы, чтобы сделать новый детектор как можно лучше.

Возьмем, к примеру, систему электромагнитной калориметрии АТЛАСа, предназначенную для измерения энергии частиц. В ее основе лежит метод, который Уильям Уиллис предложил в 1972 г. для несостоявшегося коллайдера «Изабелль»: пропускать поток частиц через жидкий аргон - ионизуя его, они вызывают в нем заметный электрический сигнал. Когда «Изабелль» закрыли, Уиллис включил свой метод в заявку, в которой вместе с Баришем и другими излагал свое видение детектора GEM на ССК. Помимо Брукхейвена, непосредственного места работы Уиллиса, способ с жидким аргоном переняли и другие лаборатории, в том числе Стэнфордская и «Фермилаб». Сегодня Уиллис возглавляет американскую группу в составе проекта АТЛАС, а его оригинальный метод с жидким аргоном составляет основу системы измерения энергии в детекторе.

Если жидкий аргон - эго кровь, текущая в сердце АТЛАСа, то кремниевые пиксели и дорожки (светочувствительные пластины, как в цифровых фотоаппаратах) - это его зоркие глаза. Точка столкновения пучков взята в оцепление так называемым внутренним детектором. Его электронные глаза смотрят практически во все стороны, а частицам впору ощутить себя участниками какого-нибудь реалити-шоу. Не считая участков, где пучок влетает и вылетает, внутренний детектор со всех сторон окружен миниатюрными световыми зондами. Другими словами, он обладает высокой «герметичностью» - почти идеал физиков-экспериментаторов в этой области, стремящихся блокировать все ходы и выходы. Подобная панорамная скрытая камера позволяет очень точно воссоздать последовательность событий во время столкновения.

Чтобы пучок просматривался одинаково хорошо со всех сторон, все узлы АТЛАСа, не исключая внутренний детектор, представляют собой набор концентрических цилиндров (барабан). На входе и выходе перпендикулярно пучку стоят дисковые заглушки. Такая конструкция позволяет покрыть телесный угол почти полностью. В системе слежения внутреннего детектора есть светочувствительные пиксели и дорожки, которыми испещрены три самых глубоких слоя барабана, а также сами заглушки.

Между внутренним детектором и калориметрами разместился сверхпроводящий соленоид (катушка) с магнитным полем около 2 тесла. Криостаты (холодильные агрегаты) поддерживают его температуру на уровне ниже 5 кельвинов. Предназначение соленоида - отклонять заряженные частицы, когда они влетают во внутренний детектор. В зависимости от их импульса (массы, помноженной на скорость) меняется и угол отклонения. Таким образом, электронная система слежения вкупе с магнитом дает экспериментаторам возможность измерить импульсы осколков.

Покинув пределы внутреннего детектора, частицы попадают в электромагнитный калориметр. Врезаясь в свинцовые прослойки, частицы, участвующие в электромагнитных взаимодействиях, порождают ливни и «размазывают» свою энергию по объему жидкого аргона, после чего ее можно измерить. Тонкая электроника улавливает каждую крупинку оброненной частицей энергии, обеспечивая исследователей еще одним источником информации о событии. Узнать заряд, импульс и энергию частицы - это все равно что спросить у солдата его имя, звание и личный номер. Поскольку все эти физические величины сохраняются, данные о характеристиках пойманных частиц позволяют с большой долей вероятности вычислить ловких контрабандистов (например, нейтральные частицы).

Но электромагнитный калориметр отправляет в нокдаун лишь легковесные частицы вроде электронов, позитронов и фотонов. Более тяжелые (и не имеющие отношения к электромагнетизму) частицы проходят через него насквозь и встречают на своем пути толстую стальную пластину, переложенную сцинтилляторами, - адронный калориметр. Окружающие пластину датчики регистрируют тепло, выделяемое любым участником сильных взаимодействий. В этом приборе протоны, нейтроны, пионы и их адронные сообщники последний раз дают свидетельские показания.

Единственные заряженные частицы, которые не способен уловить ни тот ни другой калориметр, - это мюоны. За ними охотятся внешние, самые толстые слои, составляющие мюонную систему. Она во многом напоминает внутренний детектор, те же магниты и система слежения, но размах у нее гигантский по сравнению с остальными узлами АТЛАСа. На фотографиях готового прибора невозможно не заметить исполинскую заглушку мюонной системы, «колесо обозрения».

По форме огромные сверхпроводящие магниты отличаются от центрального магнита, представляющего собой соленоид. Они имеют форму сильно растянутого тора (бублика), а их длина, равная четверти длины футбольного поля, делает их самыми большими сверхпроводящими магнитами в мире. Разделяя внешний барабан на восемь частей, они придают ему вид порезанного на восемь долек фрукта. Эти магниты отклоняют мюоны сильнее благодаря уже одному только размеру. А мюоны на всем своем длинном пути находятся под неусыпным наблюдением тысяч датчиков, скрупулезно подсчитывающих импульсы частиц.

Вид на детектор АТЛАС с его восемью впечатляющими тороидальными магнuтами.

Частицы, равнодушные к электромагнитному и сильному взаимодействиям, беспрепятственно проходят через весь набор детекторов. Первые подозреваемые среди них, конечно, нейтрино, Они отвечают только на слабые и гравитационные силы, поэтому их так трудно зарегистрировать впрямую, АТЛАС и не пытается этого делать - значения их импульсов и энергий рассчитываются путем сведения баланса. Поскольку протоны до столкновения движутся вдоль пучка, их полный поперечный (направленный под прямым углом к пучку) импульс строго равен нулю. Законы сохранения диктуют нам, что полный поперечный импульс после столкновений, то есть сумма поперечных компонент импульса для всех зарегистрированных частиц, тоже обязан равняться нулю. Если это не так, то баланс можно свести только за счет поперечного импульса ускользнувших осколков. Так группа АТЛАСа может без проблем понять, сколько с собой унесли нейтрино.

На диаметрально противоположной стороне кольца БАК, прямо под французской деревушкой Сесси, расположился другой многоцелевой детектор - CMS («компактный мюонный соленоид»). Слово «компактный» в его названии указывает на тот факт, что CMS претендует на исследование тех же физических процессов, какие идут внутри АТЛАСа, но при этом меньше последнего по размерам. Правда, жилой дом все равно смотрится рядом с ним коротышкой. CMS не богат на магниты - у него всего один, зато исполинский сверхпроводящий соленоид (катушка), который выдает поле примерно в тысячу раз интенсивнее земного, 4 тесла. Магнит отклоняет пролетающие через его внутренность частицы, а установленные там калориметры и кремниевые пиксели системы слежения с высокой точностью меряют импульсы осколков. Зная импульсы, экспериментаторы могут восстановить последовательность событий и обнаружить пропажу (например, нейтрино).

Второе различие между CMS и АТЛАСом кроется в том, как именно они заставляют участников электромагнитных взаимодействий «попасть под ливень». Вместо студеного жидкого аргона электромагнитный калориметр CMS населен восьмьюдесятью тысячами кристаллами вольфрамовокислого свинца. В них возникают ливни, в которых электроны, позитроны и фотоны выделяют свою энергию. Что касается адронов, они поглощаются в плотных занавесках из латуни и стали, а мюоны оканчивают свой путь в дрейфовых камерах и железных пластинах, идущих сразу за магнитом.

У двух коллабораций много общего: большой коллектив исследователей со всего мира, великие цели, многофункциональные измерительные установки, чтобы этих целей добиться… Данные, накопленные каждой группой, будут насчитывать миллионы событий, даже с учетом того, что фильтры заранее отсеют заведомо неинтересные. Информацию в электронном виде разошлют по сотням вычислительных центров, и тысячи компьютеров, объединенных в новейшую систему под названием «Грид», займутся ее обработкой.

Детектор CMS перед установкой.

У обоих коллективов есть все, чтобы обнаружить бозон Хиггса, если, конечно, его масса лежит в пределах досягаемости БАК, Когда одна из групп найдет божественную частицу, другая подхватит эстафету, чтобы подтвердить это открытие. Статью, сообщающую радостную новость, будет предварять список без преувеличения из тысяч фамилий. Нобелевскому комитету придется немало поломать голову, размышляя о вопросах приоритета, прежде чем присудить премию одному или нескольким экспериментаторам. В отличие, например, от случая с Руббиа и Ван дер Мером, удостоенным высочайшей научной награды за открытия слабых бозонов, здесь выбор будет далеко не очевиден (теоретик, чьим именем зовется частица, само собой).

Квартет детекторов, расставленный по всем точкам столкновений, замыкает пара узкоспециализированных детекторов тоже порядочных размеров: БАК-b и «Алиса». Еще два миниатюрных детектора - БАК-f (LHCf) и ТОТЕМ - размещены соответственно рядом с цехами АТЛАСа и CMS.

Цель эксперимента БАК-b - производить частицы, содержащие b-кварки, и изучать их каналы распада. Эти частицы, как правило, очень тяжелые и, скорее всего, дают весьма разнообразные продукты распада, среди которых ученые надеются увидеть намеки на явления, выходящие за рамки Стандартной модели. В частности, группа БАК-b будет искать факты в пользу нарушения так называемой СР-инвариантности[24] Этот термин означает ситуацию, когда один слабый процесс немного отличается от своего двойника, полученного следующим преобразованием: все заряды меняем на противоположные (плюсы на минусы, минусы на плюсы) и переключаем четность (смотрим на процесс в зеркале). Если заряд частицы изменить на противоположный, выйдет античастица. Ее поведение в распадах с участием слабого взаимодействия, бывает, отличается от поведения самой частицы. Та же история с четностью: как показали Ли и Янг, в слабых процессах она не сохраняется. У физиков была гипотеза, что комбинация этих преобразований даст уже сохраняющуюся величину. Однако в 1964 г. американцы Джеймс Кронин и Вэл Фитч продемонстрировали, что некоторые процессы с участием каонов нарушают эту симметрию. Мезоны, содержащие b-кварк, тоже иногда в слабых распадах нарушают CP-инвариантность. Этими процессами как раз и займется эксперимент БАК-b.

Детектор БАК-b не похож на АТЛАС и CMS, которые со всех сторон окружают свою точку столкновения. Он состоит из набора вспомогательных детекторов, расположенных в ряд вдоль направления вылета осколков. В коллаборацию БАК-b входят несколько сотен ученых из более десятка стран.

«Алиса» - это эксперимент, в котором будут изучаться столкновения ионов, а не протонов. Под него выделят один месяц в году, в течение которого по кольцу будут циркулировать ионы свинца. Столкнувшись, они, возможно, превратятся в так называемую кварк-глюонную плазму - текучую смесь из адронных ингредиентов, похожую, как полагают, на первичный бульон, заполнявший очень раннюю Вселенную. В нормальных условиях все кварки разбиваются на группы по два или по три и, удерживаемые глюонами, образуют адроны. Но в пекле БАК, где эффективная температура в сотни тысяч раз выше, чем в солнечном ядре, эти крепостные стены, уверены физики, падут, выпустив кварки и глюоны на волю. Однако эта свобода будет длиться недолго. Массивный детектор, фиксирующий результаты этих столкновений, представляет собой многослойный барабан из восемнадцати узлов, среди которых калориметры и системы слежения разных типов. В эксперименте участвуют свыше тысячи исследователей из более чем ста научных организаций.

Детектор БАК-f, самый маленький на БАК, питается остатками трапезы АТЛАСа. Он отстоит примерно на 150 м от точки столкновения АТЛАСа и, подобно вратарю, ловит частицы, родившиеся в лобовом соударении протонов. Его задача - оценивать качество различных детекторов космических лучей. Над ней работают несколько десятков ученых из шести стран.

Наконец мы добрались до ТОТЕМа. Этот длинный тонкий детектор напрямую подсоединен к трубке БАК, где бегает пучок. Ему предстоит проводить прецизионные измерения сечений протонов (их эффективных размеров). ТОТЕМ расположен на расстоянии примерно 215 м от детектора CMS и состоит из набора кремниевых дорожек, помещенных в восемь специальных вакуумных камер, в так называемые римские горшки. С помощью этой установки экспериментаторы смогут найти, как меняется угол отклонения в зависимости от прицельного параметра протонов в пучке. Коллаборация ТОТЕМ насчитывает свыше 80 исследователей из и институтов, расположенных в восьми странах.

Члены каждого научного коллектива регулярно собираются, чтобы обсудить успехи того или иного проекта. Особенно это касается крупных детекторов, где требуется отдельная калибровка многочисленных узлов и постоянный контроль их исправности.

Входящие в одну коллаборацию ученые все время уведомляют друг друга о результатах испытаний, чтобы предупредить возможные сбои.

Одна из проблем, которая наиболее актуальна для сложных детекторов, - как устранить взаимное влияние различных узлов друг на друга. Например, электронные приборы имеют свойство создавать помехи для окружающих устройств. Сверхсильное магнитное поле - тоже не самый приятный сосед, и подчас довольно агрессивный. Подтверждение тому - случай, произошедший на испытаниях АТЛАСа в ноябре 2007 г. Один из тороидальных магнитов закрепили недостаточно прочно, и он после включения тока сдвинулся на несколько сантиметров к калориметру заглушки. К счастью, все обошлось. Если поломка происходит в герметично закрытой секции, чаще всего нет иного способа ее устранить, кроме как, нарушив герметичность, попасть внутрь. Такая возможность предоставляется, как правило, во время технических перерывов на БАК - скажем, в зимний период.

«Технические люди», то есть сотрудники, ответственные за планирование и исправную работу ускорителей, проводят свои собственные совещания. Их первоочередная задача - отладить и довести до совершенства функционирование научного комплекса как целого. В частности, на одном из первых мест в их повестке стоит поддержание магнитного поля в диполях, квадруполях и других магнитах ускорителя на оптимальном уровне.

Если магнитное поле и энергию наращивать до высоких значений слишком быстро, это приводит к ужасным последствиям, а именно происходит обжиг. Другими словами, из-за внутренних колебаний отдельные детали перегреваются и разрушают сверхпроводящее состояние. В итоге магнит становится обычным проводником, и его поле падает до неприемлемо низких значений. Чтобы избежать этих никому не нужных проблем, проводят так называемую закалку: интенсивность магнитного поля сначала медленно увеличивают, потом чуть-чуть понижают, затем снова увеличивают и так далее. Процесс чем-то напоминает наши действия перед купанием в горячей ванне: сначала потихоньку пробуешь воду и ногу отдергиваешь, потом снова погружаешь - и так пока не привыкнешь к поначалу обжигающему теплу.

Как научная, так и техническая команды полностью осведомлены о пределе возможностей БАК. У каждого аппарата есть присущие ему ограничения, связанные с его конструкцией. Скажем, из-за конечной фокусирующей способности магнитов светимость пучков не превышает некоторого значения. Экспериментаторы и инженеры имеют это в виду и заранее думают о том, как прибор можно усовершенствовать. Примечательно, что пока одни члены коллаборации готовят и проводят текущие эксперименты, другие в это время набрасывают возможные схемы модернизации детекторов и ускорителей на много лет вперед. Планируемое увеличение светимости, могущее вывести БАК на качественно новый уровень, активно обсуждается уже сейчас. Современная физика элементарных частиц не может позволить себе жить только сегодняшним днем. Часть научной группы решает насущные проблемы, а часть должна думать о проблемах, которые возникнут завтра или через несколько десятилетий.

За всеми этими приготовлениями ученые стараются не потерять из виду леса. Казалось бы, пройдут года, прежде чем они воочию увидят плоды своих трудов, но для истории науки, насчитывающей тысячелетия, это ничто. Обнаружение бозона Хиггса и/или открытие суперсимметричных партнеров может определить развитие всей теоретической физики на десятилетия вперед. Еще одна область, которой открытий БАК не хватает, как воздуха, - это астрономия. Астрономы надеются, что прогресс в физике элементарных частиц поможет им раскрыть величайшую тайну небесного мира: из чего состоят темная материя и темная энергия - субстанции, на которые реагирует светящееся вещество, но которые сами тщательно скрывают свою природу и происхождение?