существовать пока еще ненайденная частица, названная омега-минус. Был только один способ убедиться в правильности системы Гелл-Манна.

К 1964 году Брукхейвен модернизировал Космотрон до нового ускорителя под названием Синхротрон с переменным градиентом (англ. Alternating Gradient Synchrotron – AGS)[194] и установил огромную двухметровую пузырьковую камеру с жидким водородом и 400-тонным магнитом. Команда во главе с Николасом Самиосом приступила к поискам омеги-минус. Ее открытие позже в том же году стало крупным триумфом новой теории. Физики двигались в правильном направлении.

После этого открытия математические основы классификации Гелл-Манна привели его к поистине поразительному предположению: протоны, нейтроны, мезоны (как пионы) и резонансы вовсе не фундаментальные частицы – они сами состоят из более мелких частиц. Гелл-Манн назвал эти фундаментальные составляющие кварками[195]. Он предположил, что существует три типа кварков: «верхние», «нижние» и «странные». Верхние и нижние кварки образуют протон и нейтрон, а странные кварки идут на создание странных частиц – каонов, лямбд и так далее. Резонансные частицы можно понимать как возбужденные состояния кварков, объединенных вместе.

Большая наука промышленного масштаба начала приносить свои плоды. Кажется, без нее мы никак не смогли бы прийти к идее кварков – маленькой команде просто невозможно построить и эксплуатировать такое массивное оборудование. Конечно, такое масштабное расширение сопряжено со своими проблемами: трудно даже выяснить, кто именно был вовлечен в открытие или какова была точная роль каждого отдельного ученого. Сохранилось очень мало записей сканирующих девушек. Аспиранты, покинувшие проект, никак не отображены в истории. В статье об открытии омега-минус обозначены 33 автора, и это не включая разработчиков ускорителей, инженеров, сканеров или теоретиков – даже Гелл-Манна[196]. Поэтому сегодня мы обычно слышим только истории о нескольких физиках-теоретиках, а не о командах экспериментаторов, инженеров и многих других, необходимых для таких открытий, как резонансные частицы и омега-минус.

Глазер, извечный поборник малой науки, был возмущен этим сдвигом в стиле работы. Всего через несколько лет после получения Нобелевской премии в 1960 году за пузырьковую камеру Глазеру так надоела административная работа, связанная с наблюдением за большими командами сканеров и инженеров, что он бросил физику и ушел в нейробиологию, где основал первую биотехнологическую компанию Cetus Corporation[197]. Альварес тем временем получил Нобелевскую премию в 1968 году.

Большая наука, практикуемая в таких лабораториях, как Беркли, объединяет ученых разных типов, что создает возможность проводить амбициозные прикладные исследования наряду с экспериментами, движимыми любопытством. Альварес стал сторонником этого стиля исследований, как и другой ветеран Манхэттенского проекта Роберт «Боб» Ратбун Уилсон. Как и Альварес, Уилсон был одним из бывших циклотронщиков Эрнеста Лоуренса, но после войны он переехал в Гарвард. Уилсон не гордился своей ролью в разработке атомного оружия, комментируя в интервью: «Я всегда надеялся, что мы не добьемся успеха»[198]. Уилсон вырос в Вайоминге, в семье бывших квакеров. Еще до войны он слыл пацифистом, но после своего военного опыта он твердо решил внести вклад в применение физики в мирных целях.

В 1946 году Уилсону пришла в голову идея, которая показалась ему настолько очевидной, что он посчитал, что она, должно быть, уже приходила в голову многим другим. Энергии протонных пучков циклотронов теперь достаточно высоки, несколько сотен МэВ, чтобы лучи могли проникать глубоко в ткани человека и оказывать прямое терапевтическое применение, особенно при лечении рака. Когда его предложение дошло до медицинского сообщества, оказалось, что никто на самом деле не думал об этом. Воплощение этой идеи заняло бы много лет, но в конечном итоге она проложила бы путь к созданию совершенно нового лечения рака с использованием высокоэнергетических заряженных частиц – корпускулярной терапии[199].

Вопрос, на который нужно было ответить Уилсону, заключался в следующем: как высокоэнергетические частицы взаимодействуют с человеческим телом и можно ли их использовать для лечения рака? Наслышанный об успешной истории применения циклотронных изотопов в медицине, он знал, что можно обратиться к брату Эрнеста Лоуренса, Джону.

В 1950-х годах лечение рака с помощью радиации плотно вошло в медицину. Рентгеновские лучи (а иногда и электроны) использовались в лучевой терапии, потому что было хорошо известно, что ионизирующее излучение – излучение с достаточной энергией для вытеснения электронов и образования ионов – может убивать раковые клетки. Цель такого лечения всегда состоит в том, чтобы доставить достаточную дозу излучения к опухоли и уничтожить ее, но как можно меньше воздействовать на здоровую ткань, чего бывает трудно достичь.

Сложность обуславливается непредсказуемостью поведения лучей в материи, и именно поэтому идея Уилсона стала огромным прорывом.

Когда высокоэнергетический фотон или электрон попадает в человеческую ткань, которая примерно на 70 % состоит из воды, он взаимодействует с электронами вокруг атомов и довольно быстро теряет энергию. С точки зрения дозы облучения это означает, что большое ее количество откладывается непосредственно под кожей и меньшее количество уходит вглубь тела. Но когда тяжелая заряженная частица попадает в ткань или воду, крошечных электронов недостаточно, чтобы замедлить ее, поэтому она медленно теряет энергию, лишь немного отклоняясь от своего пути. Протон или другая тяжелая заряженная частица может проникнуть глубоко внутрь тела, поначалу выделяя очень мало энергии, замедлиться и в конечном итоге остановиться, доставив большую часть своей энергии (и, следовательно, урона) к концу своего пути. Если вы построите график зависимости потери энергии протона от глубины его попадания в вещество, он будет следовать кривой, называемой пиком Брэгга[200].

Уилсон понял, что с точки зрения биологии пик Брэгга тяжелых заряженных частиц гораздо лучше подойдет для лечения опухолей. В зависимости от начальной энергии протонов частицы могут останавливаться на разных глубинах, позволяя врачам точно направлять излучение туда, где оно необходимо. Но физика излучения и материи – это одно, а еще предстояло выяснить воздействие на человека.

Джон Лоуренс и его коллега доктор Роберт Стоун ранее исследовали использование нейтронов в терапии, но их результаты были неубедительными. Идея Уилсона использовать вместо этого заряженные частицы побудила их коллегу Корнелиуса Тобиаса в 1948 году провести биологические эксперименты с использованием циклотрона с энергией 350 МэВ и проверить влияние протонов и дейтронов на клетки. Результаты оказались многообещающими, и в 1952 году воздействию пучков ионов дейтрона и гелия подвергся первый человек. В 1954 году – в тот год, когда был запущен Беватрон, – первый человек подвергся воздействию протонных лучей.

Несмотря на наличие более точного инструмента для доставки излучения вглубь тела, врачи не могли использовать пучки частиц, потому что им пришлось бы действовать вслепую: современные методы визуализации не позволяли им наблюдать происходящее в теле