Пол Хэлперн - Коллайдер

• Название: Коллайдер
• Автор: Пол Хэлперн
• Издательство: Эксмо
• Жанр: Физика
• Год: 2010

Осенью 2008 года газеты запестрели заголовками, сообщавшими» будто в недрах Большого адронного коллайдера (БАК), на котором физики собирались расщепить вещество на элементарные частицы, родятся микроскопические черные дыры, способные поглотить Землю.

Какое значение имеет БАК для науки? Что ученые ищут? Почему физика, возможно, вскоре совершит один из величайших рывков в своей истории? Все эти вопросы обсуждаются в книге «Коллайдер». Автор, кроме всего прочего, доказывает, почему невозможно ни практически, ни теоретически, что на БАК появятся черные мини-дыры, которых все так боятся.

---

Когда подошло время его доклада, Лоуренс за словом в карман не полез. Теперь он уже рассказывал о своем приборе и убеждал, что для исследований ядра ничего лучше этой схемы нет. Он также дал свою собственную оценку массы нейтрона, которая, будучи намного ниже цифры Чэдвика, вступала с последней в противоречие. Эксперименты, проведенные в том же году Туве, указали на ошибку Лоуренса, и он честно ее признал. Нейтрон, получалось, попадал в более высокую весовую категорию, нежели протон.

После Сольвеевского конгресса Лоуренс предпринял небольшое путешествие в Англию и провел пару дней в Кавендишской лаборатории. Резерфорд очень тепло его приветствовал и лично провел для него экскурсию. После жарких дискуссий о результатах бомбардировки лития Резерфорд сказал про Лоуренса: «Заносчивый молодой человек, но это пройдет»10.

Лоуренс попробовал уговорить Резерфорда построить циклотрон в Кавендише. Чэдвик, Кокрофт и Вильсон тоже в один голос твердили, что циклотрон - это единственный способ для лаборатории остаться на мировом уровне. Но Резерфорд был непреклонен. Он предпочитал все делать сам, и ему не хотелось брать идеи у других научных групп. К тому же циклотрон, он знал, недешевое удовольствие, а Резерфорд не любил клянчить деньги.

Но отсутствие циклотрона обошлось ему еще дороже. В 1935 г. Чэдвик, огорченный отсутствием новых успехов, отбыл в Ливерпульский университет, где начал выбивать средства на циклотрон. Во время его визита в Кембридж летом 1936 г. он и его бывший наставник едва обмолвились парой слов. Примерно в это же время австралийскому ученику Резерфорда Марку Олифанту предложили место в Бирмингемском университете, которое он не замедлил принять. В конце концов, удрученный потерей одних из своих лучших сотрудников, Резерфорд разрешил Кокрофту начать работу над кембриджским циклотроном.

Пока от Резерфорда один за другим уезжали соратники, в Беркли Лоуренс уже собирал средства на еще более мощную машину. Деньги текли к нему рекой, и расширить Радиационную лабораторию не представляло никакого труда. Олифант, однажды навестивший Лоуренса, так объяснил отличие его от Резерфорда: «Кавендишская лаборатория и во времена Резерфорда, и до него всегда была на мели. Резерфорд был не способен, да и не хотел добывать деньги… Лоуренс, наоборот, обладал деловой хваткой и быстро набил руку, добывая деньги для своей лаборатории».

Олифант обратил внимание, что Лоуренс, начинавший в университете с медицины, вовремя предугадал медицинские приложения циклотронов и с этим козырем в руках успешно привлекал средства. В 1935 г. Лоуренс писал Бору: «Как Вы знаете, на медицинские исследования дают деньги гораздо охотнее».

В отличие от Резерфорда, который планировал и лично следил почти за всеми экспериментами в своей лаборатории, Лоуренс предпочитал не взваливать все на себя. Его организационным талантом восхищались люди в правительстве и промышленности, от которых зависело, будет расширяться его лаборатория или нет, и она расширялась. Как отмечал Олифант: «Его прямой подход к делу, уверенность в себе, достижения его опытных сотрудников и целеустремленность исследователей, работавших под его началом, рождали уверенность и в тех, у кого были деньги. Он безошибочно выбирал людей и проекты, за которые стоило взяться. Его отличала редкая способность найти применение всем без исключения навыкам и знаниям, которыми обладали члены его разношерстной группы. Он стал живым примером того, каким должен быть директор большой современной лаборатории. Кстати о лаборатории, ее бюджет вырос до заоблачных высот, а управленческий талант ее руководителя привел к таким скачкам на научном поприще, которые полностью стоили потраченных на них усилий»41.

19 октября 1937 г. от ущемления грыжи скончался Резерфорд. Как и полагается пэру (за шесть лет до смерти он был удостоен этого титула), «высокочтимого лорда Нельсона» похоронили со всеми почестями. В гербе Резерфорда нашли отражение как его происхождение, так и научные взгляды. Цитата из Лукреция, соседствующая с изображениями птицы киви, символа Новой Зеландии, и воина маори, гласит: «Primordia Quaerare Rerum» («Познать первопринципы сущего»). Могила с прахом Резерфорда заняла подобающее место в Вестминстерском аббатстве рядом с местами последнего упокоения Ньютона и лорда Кельвина.

Фундаментальные силы - занимательный квартет

Важнейшая цель науки - из наименьшего числа гипотез или аксиом логически получить дедуктивным путем максимум реальных результатов.

Альберт Эйнштейн.

Эссе «Проблемы пространства, эфира и поля в физике» 42

В 1939 г. в строжайшей тайне в Принстон приехал Нильс Бор. Он недавно узнал, что фашистская Германия хочет одной из первых научиться делить ядра урана и других массивных элементов. В воздухе витал немой вопрос, попробует ли Гитлер превратить неконтролируемую энергию атомных ядер в смертельное оружие. Бор вместе с Джоном Уилером пытались лучше изучить ядерное деление и построить модель, как ядро деформируется и разлетается на осколки.

Из уважения Бор посетил одну из лекций Эйнштейна по теории объединения. Эйнштейн там рассказывал о своей новой математической схеме, позволявшей описать гравитацию наряду с электромагнетизмом. Ядерные силы в ней не упоминались, да и к квантовой механике она не имела отношения. Говорят, Бор посреди доклада незаметно вышел. Его, как и почти всех тогда, интересовали теперь другие вещи. На переднем крае науки было атомное ядро.

Ядерная физика в то время перешла в основном в политическую плоскость. Годом ранее Отто Хан - немецкий химик, входивший в группу Резерфорда в Макгилле, - в сотрудничестве с Лизой Мейтнер и Фрицем Штрассманом обнаружил, что ядро одного из изотопов урана можно расщепить, если бомбардировать его нейтронами. Вскоре после этого Мейтнер сбежала от нацистов, которые только что аннексировали Австрию, и принесла весть об открытии своему племяннику Отто Фришу, работавшему с Бором. Бора совсем не обрадовала перспектива того, что фашисты могут благодаря этой находке сделать бомбу. Его беспокойство разделяли и остальные посвященные в тайну. Их тревога возросла еще больше, когда Сцилард и итальянец Энрико Ферми продемонстрировали, что распавшееся урановое ядро испускает новые нейтроны, которые могут попасть по соседним ядрам, расщепить их и запустить цепную реакцию, высвободив таким образом немыслимое количество энергии. Сцилард написал письмо Рузвельту и убедил Эйнштейна тоже под ним подписаться. В итоге был организован «Манхэттенский проект», и Америка взялась за разработку атомной бомбы.

Ядро оставалось тайной за семью печатями. Что его держит? Почему оно распадается, как распадается? Из-за чего одни изотопы менее устойчивы, чем другие? И почему это нейтронов в атомах, как правило, намного больше протонов? Что ядрам природных элементов как будто бы мешает вырасти больше определенного размера? Можно ли в лаборатории создать ядро любого заданного размера?

Одним из первопроходцев, пустившихся на поиски ответов на эти вопросы в смутные годы Второй мировой войны, стал Ферми. Он родился в Риме 29 сентября 1901 г. и с детства прослыл вундеркиндом. Маленький Энрико схватывал математику и физику с молниеносной быстротой. В 10 лет его к себе влекли тонкости геометрических уравнений вроде уравнения окружности. После трагической смерти старшего брата-подростка Энрико по-своему справлялся с горем: с головой ушел в книги, благодаря чему его знания теперь росли не по дням, а по часам. Долго не засиживаясь ни на школьной, ни на университетской скамье, в возрасте 21 года он уже был обладателем докторской степени Пизанского университета. В середине 20-х гг. Ферми успел побывать в Гёттингене, Лейдене и Флоренции, а потом пошел в Римский университет преподавать физику.

Важным вкладом Ферми в ядерную физику и физику элементарных частиц стала в 1933 г. первая математическая модель бета-распада. Ферми к ней подтолкнула гипотеза нейтрино, незадолго до этого впервые публично высказанная Паули на Седьмом Сольвеевском конгрессе. Паули объяснил, что, когда происходит радиоактивный распад ядра в бета-лучи, обязательно должна рождаться ускользающая от экспериментаторов незаряженная и почти невесомая частица, ответственная за недостаток энергии. Ученый сначала ее называл нейтроном, но когда был открыт настоящий, «тяжелый» нейтрон, Паули принял предложение Ферми и решил взять итальянскую уменьшительно-ласкательную форму. А Ферми принялся рассчитывать процесс распада. Хотя в его модели, как потом оказалось, отсутствовали некоторые важные звенья, в ней впервые была приоткрыта завеса над совершенно новой силой природы - слабым взаимодействием. Как раз эта сила вызывает превращения определенных частиц друг в друга, приводя к неустойчивости, например к бета-распаду.