ускорителя вместо одного? Помимо географического расстояния между двумя лабораториями и сосредоточения исследовательских сообществ на Восточном и Западном побережье, причина в первую очередь заключалась в том, что правительство США приняло решение продолжить эксплуатацию крупных лабораторий, созданных во время войны, объединив человеческие и финансовые ресурсы для достижения великих научных целей. А создание новых лабораторий, таких как Брукхейвен, могло обеспечить, как считалось, здоровую конкуренцию.

Технологические достижения Второй мировой войны продемонстрировали, что команда физиков и инженеров с достаточными ресурсами может решать невероятно сложные теоретические и практические проблемы. Более того, они доказали свою способность работать в командах беспрецедентного размера и сложности – сотни ученых и инженеров и десятки тысяч других сотрудников, от строителей до пожарных, – для достижения одних из самых сложных целей, которые когда-либо перед собой ставило человечество. Такой подход поспособствовал развитию других амбициозных научных проектов, включая космическую программу США и Советского Союза. Отныне физике, особенно в Соединенных Штатах, был присвоен статус, которого не было ни у одной другой дисциплины.

Такая поддержка физики совпала с периодом огромного роста в Соединенных Штатах. Экономика процветала, принося новые потребительские товары, новые богатства и развивая пригороды. Уровень рождаемости вырос: только в 1946 году родились рекордные 3,4 миллиона младенцев. Государственный бюджет также расширился за счет инвестиций в дорожное сообщение между штатами, школы, военные операции и новые технологии, такие как компьютеры. В результате в 1950–1960-х годах физика элементарных частиц также пережила бум. Сами физики обрели чувство уверенности. Ответы на животрепещущие вопросы были почти у них в руках: что это за странные частицы, обнаруженные в космических лучах, и что можно узнать из них о Вселенной, о материи и о силах, которые связывают все воедино? У всех ли новых частиц есть их эквивалент в антивеществе? И есть ли во всем какой-то основополагающий порядок?

Эксперименты переросли университетские лаборатории и стали проводиться на национальных объектах, объединяющих большие группы людей в стремлении к общей цели. Альварес и Лоуренс были лишь двумя из многих физиков, участвовавших в этом изменении. Эксперименты, проведенные в этот период, были сосредоточены на больших ускорителях частиц, начиная с Беватрона и Космотрона, которые в конечном итоге должны были подавать частицы в новые детекторы, выдающие миллионы изображений для анализа. Даже значение слова «эксперимент» в лексиконе физиков поменяло свое значение.

Как мы уже видели, раньше исследователи сами создавали свое оборудование с нуля или, по крайней мере, управляли им самостоятельно. Эксперимент служил проверкой или испытанием идеи ученого. Но к 1950-м годам эксперимент подразумевал создание гигантского механизма, спроектированного одной группой, обслуживаемого инженерами-специалистами, управляемого преданным своему делу персоналом, а полученные результаты анализировались одной командой и интерпретировались другой. Несколько групп в рамках одного эксперимента могли искать ответы на совершенно разные вопросы, а ускорители, детекторы и другие части оборудования изменялись и совершенствовались по мере изобретения и внедрения новых технологий. Стало трудно сказать, где заканчивается один эксперимент и начинается другой.

Сегодня исследователи в области физики элементарных частиц привыкли к крупным лабораториям и международному сотрудничеству, но это не всегда было в порядке вещей. Только в середине ХХ века, в эпоху Большой науки, объединились технологические, политические, научные и личные факторы, подарив нам современный подход к физике элементарных частиц. В результате количество обнаруживаемых частиц резко возросло, а эксперименты стали так далеко опережать теорию, что потребовалось почти 20 лет, чтобы математически осмыслить основополагающий порядок.

Сидя перед пультами управления, заполненными циферблатами и счетчиками, операторы ускорителей доводили Космотрон (на Восточном побережье) и Беватрон (на Западном побережье) до полной мощности, а затем направляли луч на цель, создавая потрясающий источник редких частиц. Вскоре команды произвели и измерили все известные частицы космических лучей: пионы, мюоны, позитроны и странные частицы. Теперь можно было наблюдать не просто отдельные пионы при кропотливом анализе космических лучей, а генерировать устойчивый пучок пионов с большим количеством энергии и детально его анализировать. В 1953 году на Космотроне пионы запустили в облачную камеру, где, как будто по требованию, было обнаружено огромное количество странных частиц, а вскоре и Беватрон последовал примеру. Благодаря ускорителям физики заполучили скорость передачи данных, о которой первооткрыватели космических лучей могли только мечтать.

К 1954 году, когда начал работать Беватрон, список странных частиц увеличился: по словам Альвареса, было найдено «несколько заряженных частиц и нейтральная частица, все с массами около 500 МэВ»[185], а также три более тяжелые, чем протон, нейтральная лямбда-частица (Λ), две заряженные сигмы-частицы (Σ±) и отрицательная кси-частица (Ξ—). Далекий от того, чтобы разом ответить на все их вопросы, список странностей только увеличивался по мере того, как ученые проводили больше измерений. Появлялись странные частицы со временем жизни в 100 миллиардов раз дольше, чем ожидалось. Не то чтобы они жили долго с объективной точки зрения – они распадались всего через 10–10 секунд, в миллион раз быстрее, чем мгновение ока, – но по прогнозам теоретиков они должны распадаться всего за 10–21 секунд, то есть еще в 100 миллиардов раз быстрее!

Кроме того, вопреки ожиданиям физиков, некоторые частицы не производились в равных количествах.

На тот момент физики считали, что в природе существуют четыре силы. Гравитация и электромагнетизм были хорошо известны, но они не объясняли ядерную сферу, поэтому были предложены две другие. Концепция сильного ядерного взаимодействия была выдвинута Хидеки Юкавой в 1934 году как сила, которая связывает протоны и нейтроны в ядре. Его теория исходила из частицы с массой, примерно в 200 раз превышающей массу электрона, которая переносила или опосредовала эту силу. Сначала считалось, что мюон – переносчик сильного взаимодействия, но вскоре это было исключено, поскольку он не взаимодействовал с ядерной материей ожидаемым образом. Позже была выдвинута кандидатура пиона, но это все еще оставалось неясным. Второй предложенной силой было слабое ядерное взаимодействие, ответственное за радиоактивный бета-распад, оно описывалось в теории Энрико Ферми еще в 1933 году. Куда вписывались странные частицы, оставалось неизвестным. Может ли быть так, что странные частицы создаются одной силой, сильным ядерным взаимодействием, но разрушаются через слабое взаимодействие?

В Мичиганском университете двадцатипятилетний физик-экспериментатор Дональд Глазер столкнулся с проблемой странных частиц. Даже в 1950 году он понимал, что странные частицы привели к тому, что физика элементарных частиц, по его словам, «как бы застряла»[186]. В то время все в этой области знали, в чем причина: недостаточно данных. Без дополнительных данных теоретикам недоставало информации, чтобы выяснить, что такое странные частицы или как они сочетаются с другими частицами и силами в природе. Глазер намеревался найти способ это