В поисках частицы Бога

Первой задачей, которую ЦЕРН намеревался решить с помощью нового коллайдера частиц, было измерение масс Z-частиц с большей точностью, чем делалось раньше. Для этого ученым требовалось точно знать, какова энергия у частиц, носящихся в ускорителе. Зная это, они узнали бы и сколько энергии теряется в каждом столкновении при рождении Z-частиц. Отсюда они могли бы определить их массу.

В 1991 году было обнаружено некое необъяснимое явление. В измерениях наблюдалась странная закономерность — энергия пучков менялась с загадочной регулярностью. Эванс, руководивший пронктом, заподозрил, что виной тому — хитроумное оборудование, возможно, сбой в работе источников питания. Ученые ЦЕРНа несколько месяцев чесали затылки, рассматривая странные сигналы. Со временем слухи о них распространились и среди сотрудников других лабораторий. Однажды ученый по имени Герхард Фишер из Стэнфордского центра линейных ускорителей позвонил в ЦЕРН — у него возникло некое предположение, и он посоветовал сотрудникам европейской лаборатории проверить его.

Чтобы это сделать, Альберт Хофманн, опытнейший работник ЦЕРНа, провел долгий и утомительный эксперимент, который продолжался от полуночи до 4-х утра следующего дня. Этот эксперимент и его результат стали одной из легенд ЦЕРНа. В данных, полученных Хофманном, обнаружился след виновника, которого Фишер и заподозрил, — нашего ближайшего небесного соседа, Луны. Каждый школьник знает, что притяжение Солнца и Луны вызывает приливы в морях и океанах. Хотя масса Луны составляет лишь небольшую часть массы Солнца, она больше влияет на приливы, поскольку расположена гораздо ближе. Менее известно то, что Луна и Солнце создают приливы также и в твердой земной коре. Эксперименты Хофманна показали, что, когда Солнце и Луна находятся на одной прямой, на поверхности Земли возникают горбы и впадины. Например, земля в ЦЕРНе вспучивается и уходит вниз примерно на 25 сантиметров. Земля колебалась — в буквальном смысле слова — под ногами ученых¹³³. Когда Земля раздувалась (прилив), кольцо LEP растягивалось примерно на 1 миллиметр. Изменения размеров, незаметные для работающих на ускорителе ученых, меняли расстояние, которое частицы внутри коллайдера пролетали на каждом витке. Эффект был незначительным, но достаточным, чтобы значение энергии частиц изменялось. “Машина была само совершенство, — говорит Эванс. — То, что мы смогли получить столь высокую точность на такой огромной машине, просто поразительно”. В ЦЕРНе между собой шутили — и то была только наполовину шутка, — что ученым нужно купить календарь, чтобы во время проведения экспериментов сверяться с положением Солнца и Луны.

По мере того как продвигалась работа на LEP, становилось ясно, что Солнце и Луна — не единственные факторы, влияющие на работу машины. После того как команда Эванса внесла поправки на приливы в земной коре, обнаружились и еще более тонкие флуктуации энергии пучков. Новый эффект поставил всех в ступор. Каждый день с понедельника по пятницу энергия пучков в LEP изменялась, причем точно в одно и то же время. Она менялась и в выходные дни, но в другие моменты. Время возникновения этого странного эффекта воспроизводилось с такой точностью, что можно было проверять по нему часы.

В мире еще не было научных объединений, коллабораций, с таким большим числом участников из разных стран, как в ЦЕРНе. Двадцать стран принимают непосредственное участие в деятельности центра, кроме того, в работу вовлечены еще и многие другие государства. Эксперименты проводят ученые, приехавшие примерно из шестисот институтов и университетов, разбросанных по всему миру. Многие приезжают и уезжают через Центральный железнодорожный вокзал в Женеве Корнавен, и именно там сотрудники ЦЕРНа обнаружили источник упомянутого загадочного эффекта, мешающего нормальной работе машины.

Если бы вы регулярно пользовались поездами, уходящими и приходящими на этот железнодорожный вокзал, моменты возникновения колебаний энергии в пучках LEP, несомненно, вызвали бы у вас некоторые ассоциации. Скоростной поезд, или TGV, связывающий Женеву с Парижем, — существо на редкость пунктуальное. Оказалось, что возникновение флуктуаций в пучках ускорителя совпадало с точностью до минуты со временем отправления поезда от женевского вокзала. ЦЕРН создал небольшую группу, чтобы разобраться в том, как TGV влияет на коллайдер. LEP обложили датчиками и измерили потребление электрического тока поездами на вокзале Корнавен и других железнодорожных станциях. Затем сопоставили данные и поняли, что происходит. Поезду TGV, чтобы тронуться с места и отправиться в путь, необходима большая мощность, в этот момент возникает всплеск электрического тока. Часть тока через железнодорожные рельсы уходит в землю. Команда ЦЕРНа обнаружила, что эти блуждающие токи перетекают в кольцо LEP, увеличивая магнитное поле в нем, при этом энергия пучка повышается на величину до 12 МэВ.