Тетчер и бозон Хиггса. Как физики выбивают деньги простым английским языком

Еще как минимум 20 лет крупнейшим проектом в области фундаментальных физических исследований будет оставаться европейский LHC (Большой адронный коллайдер). В течение ближайших 10 лет будут проведены работы по его глубокой модернизации, что позволит повысить темпы научных экспериментов в 20 раз.

Благодаря LHC Европа вернула себе статус главного мирового центра физики высоких энергий, оставив США на задворках, где они и пребывали до второй мировой войны. Это был тот редкий случай, когда конкурент сдался еще до боя. История о том, как европейские физики смогли выбить деньги на LHC, а американские, наоборот, лишились собственного проекта, интересна еще и как рассказ о нравах среди ученых и среди политиков.

Чем поле Хиггса похоже на партфункционеров

Проект LHC был чуть не убит в зародыше в 1993 г. Несчастье могло случиться из-за консервативного правительства Великобритании во главе с Джоном Мейджором, которое хотело урезать финансирование научных направлений, не нацеленных на повышение качества жизни британцев. Под угрозой оказался даже ежегодный взнос страны в Европейскую организацию по ядерным исследованиям (CERN) в размере 55 млн фунтов, не говоря уж об участии в финансировании проекта LHC, задуманного ради поиска какого-то мифического бозона Хиггса.

Об этой проблеме рассказал на конференции британского Института физики министр науки Уильям Уолдгрейв.

Он попросил, чтобы кто-нибудь из физиков простым английским языком на одном листе бумаги объяснил, чем так важен этот бозон Хиггса, что нужно тратить миллиарды долларов только ради того, чтобы его найти.

"Если вы поможете мне в этом разобраться, у меня будет больше шансов помочь вам получить деньги на его поиски", – сказал Уолдгрейв и пообещал за самое доходчивое объяснение бутылку винтажного шампанского.

Физики прониклись чувством опасности. Уолдгрейв получил 117 заявок, и сообщество физиков само выбрало лучшую из них. Ее автор, профессор Университетского колледжа Лондона Дэвид Миллер, описал ситуацию, которую очень легко мог вообразить любой член правительства. В ней роль поля Хиггса играли партфункционеры, а роль частицы, обретающей массу благодаря механизму Хиггса, – экс-премьер Маргарет Тетчер.

Свой рассказ профессор начал так: "Представьте себе вечеринку с членами политических партий, которые равномерно распределены по комнате и все разговаривают с ближайшими соседями. Входит мадам бывший премьер-министр и идет по комнате. Все партийные функционеры, находящиеся рядом, тут же притягиваются к ней и скапливаются вокруг нее. По мере движения она притягивает тех, к кому приближается, а те, кого она оставила, снова равномерно распределяются по комнате. Из-за того что вокруг нее все время скапливается толпа народа, она приобретает массу больше обычной. При движении ее труднее остановить, а после остановки ее труднее заставить двигаться вновь. Это и есть механизм Хиггса в трех измерениях".

Оставалось объяснить бозон Хиггса. "А теперь представьте, что по комнате с партийными функционерами прошел слух. Те, кто находится рядом с дверью, слышат его первыми и скапливаются в группу, чтобы узнать подробности.

Потом они разворачиваются и переходят к ближайшим соседям, которым тоже хочется послушать, – продолжал свой рассказ Миллер. – Так как информацию переносят скопления людей и так как именно скопления сообщали дополнительную массу бывшему премьер-министру, значит, скопления – переносчики слуха тоже имеют массу. Бозон Хиггса, как предсказано, является таким скоплением в поле Хиггса. Нам будет гораздо проще поверить, что это поле существует и что механизм сообщения массы другим частицам верен, если мы увидим саму частицу Хиггса".

Разве могли партфункционеры-консерваторы, собравшиеся в правительстве Мейджора, не оценить лестный намек, что это именно благодаря им Тетчер в былое время стала политическим тяжеловесом. Британское правительство продолжило выплачивать взносы в CERN. А в декабре 1994 г. страны – участницы CERN, включая Великобританию, проголосовали за выделение денег на LHC.

 "Универсальный солдат-2" вместо бозона Хиггса

За шесть лет до этого события, в ноябре 1988 г., министерство энергетики США объявило лучшее место для строительства Сверхпроводящего суперколлайдера (SSC) – прерии округа Эллис, штат Техас. Произошло это ровно через два дня после избрания Джорджа Буша, уроженца Техаса, президентом страны. Вскоре правительство штата выделило земли возле городка Ваксахачи, и на них развернулось строительство.

Однако в январе 1993 г. Буша на посту президента сменил Билл Клинтон, а в октябре 1993 г. смета на продолжение строительства SSC была отклонена палатой представителей с двойным перевесом голосов. Очередные ежегодные ассигнования на SSC решено было пустить на то, чтобы законсервировать уже построенную часть научного комплекса. К тому времени в проект, который был выполнен более чем на четверть, успели вложить $2 млрд.

На SSC, если бы его построили, можно было бы разгонять частицы до энергий, в 1,5 раза больших, чем на LHC. В Ваксахачи успели вырыть 22,5 км тоннеля из запланированных 85 км.

Это недостроенное и заканчивающееся тупиком чудо инженерной мысли так и не послужило науке, зато пригодилось для съемки подземных сцен боевика "Универсальный солдат-2".

Вокруг – пустошь с заброшенными зданиями, покрывшимися сорняками. Прерии изъедены оспинами 17 засыпанных и никому уже не нужных шахт, каждая в глубину около сотни метров.

Как допустили такое американские физики? Они все время были расколоты. Многие специалисты по физике высоких энергий считали, что лучшим местом для SSC была бы Национальная ускорительная лаборатория им. Энрико Ферми в Батавии, штат Иллинойс, с ее знаменитым коллайдером Теватроном, на тот момент крупнейшим в мире (он был закрыт в 2011 г.). А представители других отраслей физики доказывали, что лучше профинансировать их проекты, чем выбрасывать деньги на SSC.

Не удивительно, что конгрессмены, отказавшись от SSC, не пустили сэкономленные деньги ни на какие другие научные проекты, а просто за их счет сократили дефицит бюджета. Эффект от этой экономии, конечно, давно уже нивелировался, а вот американская физика высоких энергий оказалась отброшенной далеко назад.

На HL-LHC уйдет десять лет

В середине февраля был обнародован план реализации проекта HL-LHC, цель которого - повысить светимость LHC (Большого адронного коллайдера) более чем на порядок. Иными словами, весь тот объем данных, которые коллайдер накопил с 2010 г. по настоящее время, HL-LHC сможет набирать всего лишь за месяц-полтора. В Европейской стратегической программе по физике высоких энергий этот проект признан главным приоритетом ближайшего будущего.

Сейчас готовится тендер на выполнение работ, он будет открыт в июне 2017 г., а в марте 2018-го ожидается оформление контрактов с субподрядчиками. В том же году начнутся первые работы. Для установки нового оборудования придется вырыть несколько новых туннелей длиной в сотни метров и подземных залов с дополнительными шахтами, над ними будут возведены два комплекса наземных сооружений вместе с обслуживающей инфраструктурой. Общий объем предполагаемых работ - 100 тыс. куб. м грунта, которые потребуется вырыть на глубине около 100 м. Работы будут вестись в периоды плановых остановок коллайдера и должны завершиться в 2026 г.

Смета проекта составляет 950 млн швейцарских франков, впрочем, за десять лет она наверняка вырастет, как это всегда бывает. И в еще большую сумму, с учетом ежемесячных эксплуатационных расходов и затрат на зарплаты, обойдется открытие так называемой "новой физики" за пределами стандартной модели физики высоких энергий.

На данный момент LHC задал уже десяток загадок, которые ученые не могут разгадать. Но никаких новых частиц, не вписывающихся в стандартную модель, еще не обнаружено. Пока что главным достижением LHC остается открытие бозона Хиггса в 2012 г. Журнал Forbes тогда подсчитал, что на это ушло более $13 млрд (стоимость строительства LHC плюс все операционные затраты).