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

Мишель Делла Негра – французский физик, чье имя выдает итальянское происхождение. Он учился в Парижской политехнической школе и работал вместе с Руббиа над открытием W– и Z-бозонов. Как и другие талантливые молодые люди, по окончании эксперимента он предпочел пойти собственным путем и дистанцировался от прежнего шефа, известного авторитарным характером и склонностью подавлять и отодвигать в тень любого, даже самого блестящего своего соавтора. Верным соратником Делла Негра был его заместитель, британский физик индийского происхождения Теджиндер Верди, которого все называли Джимом. Сикх, родившийся в Кении, он закончил университет в Англии и, будучи по натуре бойцом, упорно боролся с предрассудками и всевозможными препятствиями в таком крайне консервативном научном истеблишменте, как английский. Он тоже работал вместе с Руббиа, познакомился в то время с Мишелем, подружился с ним, и они оба решили попробовать трудиться независимо.

Встреча с Мишелем в Ахене изменила мою жизнь. Я присоединился к CMS главным образом потому, что Мишель мне сразу понравился. Он на несколько лет старше меня, целеустремленный, солидный и очень компетентный, хотя и совершенно не склонный хвастаться своими достоинствами. Именно Мишель и помогавший ему Джим предложили простой и элегантный дизайн CMS, который мы неделями обсуждали за столиками в кафе, заполняя салфетки каракулями. Этот дизайн покорил меня и своей красотой, и какой‑то сияющей бескомпромиссной ясностью.

Мы воспользовались той же успешной философией, что привела к открытию W– и Z-бозонов. Руббиа сделал ставку на их электронный распад. Для этого он установил в магнитном поле центральную трековую камеру и окружил ее электромагнитным калориметром – счетчиком, который поглощал электроны и фотоны, измеряя их энергии. Внутри магнита реконструировались треки и измерялись импульсы электронов, полностью распознававшиеся в момент поглощения их калориметром.

Идея была идеальной для того эксперимента, что проводился на базе Протонного суперсинхротрона SPS. А у LHC светимость будет в десять тысяч раз выше. К тому же в 1990‑е годы никто не знал, удастся ли идентифицировать следы электронов среди сотен других частиц, образующихся при столкновениях. Поэтому на сей раз Мишель решил сделать ставку на мюоны. Будучи тяжелее электронов, мюоны меньше взаимодействуют с веществом и могут проходить сквозь его слои толщиной в десятки метров.

В середине CMS расположен один гигантский цилиндрический магнит, внутри которого находятся и трековая система, и калориметры, организованные в виде слоев пластин различных материалов, способных поглощать менее проникающие частицы. А снаружи этот магнит одет слоем железа, образующим ярмо магнита с чередующимися мюонными камерами: их задача в том, чтобы реконструировать траекторию мюонов – единственных заряженных частиц, которым удалось вылететь наружу.

Образующиеся при столкновении мюоны с большой поперечной энергией, то есть движущиеся перпендикулярно оси столкновений, оставят следы в пиксельном детекторе внутри трековой камеры, пройдут через калориметры, никак с ними не провзаимодействовав, и вновь зарегистрируются специализированными детекторами за пределами магнита. Калориметры поглотят все остальные частицы, а мюоны однозначно идентифицируются, когда следы во внутреннем трековом детекторе будут ассоциированы с траекториями, реконструированными в мюонных камерах.

Такая вот схема – архетипический детектор, мечта любого физика-экспериментатора.

Момент выбора

В начале 1990‑х годов сложились четыре протоколлаборации LHC. Кроме CMS, тут был еще эксперимент L3p, тоже основанный на использовании большого центрального соленоида, который использовался в эксперименте L3 на LEP; остальные два эксперимента, EAGLE и ASCOT, основаны на тороидальном магнитном поле, свернутом как бублик, что принципиально отличает его от цилиндрической геометрии CMS. EAGLE разрабатывала группа исследователей под руководством Петера Йенни[26], швейцарского физика, который участвовал в эксперименте UA2, – неудачливом конкуренте Руббиа во время открытия W– и Z-бозонов. Проигрыш потряс членов команды, и они поклялись себе, что такое никогда больше не повторится.