человека, потому что компьютерная томография (глава 1) еще не была изобретена. Одной из мишеней, которую можно было увидеть, был гипофиз, контролирующий высвобождение определенных гормонов. Поэтому первый метод лечения был направлен на остановку выработки гипофизом гормонов, вызывающих рост раковых клеток. Благодаря этому методу самая первая пациентка, женщина с метастатическим раком груди, была успешно вылечена[201]. Прошло еще несколько десятилетий, прежде чем объединение технологий визуализации и применения ускорителей позволило разработать эффективный способ лечения рака, однако этот эпизод положил начало развитию одного из самых сложных медицинских методов.

Сегодня более 100 центров по всему миру предлагают терапию частицами – с использованием либо протонов, либо тяжелых ионов (обычно ионов углерода). Всего 10 лет назад было 22 центра, и их число продолжает расти в геометрической прогрессии. Терапия частицами особенно хорошо подходит для лечения глубоких и труднодоступных опухолей, тяжелых детских случаев или опухолей вблизи важных органов. В 2016 году в Великобритании одна семья попала на первые полосы газет после того, что проехала через всю Европу, вопреки советам врачей, ради лечения своего ребенка в Праге с помощью протонной терапии, в то время как первый в Великобритании протонный терапевтический центр еще только строился.

Центры тщательно спроектированы таким образом, что пациенты едва ли знают о том, что поблизости находится ускоритель частиц. В Институте Пола Шеррера в Швейцарии процедурные кабинеты расположены в коридорах, отделанных деревянными панелями, с подсвеченными бумажными экранами в японском стиле, создающими ощущение, что дневной свет находится прямо за стеной. Экраны маскируют бетонную радиационную защиту метровой толщины. Во время лечения пациент лежит на кровати из углеродного волокна, установленной на роботизированной системе позиционирования, в центре небольшой комнаты. Если бы не большая белая металлическая насадка, торчащая из потолка, можно было бы ожидать, что хирург появится в любую минуту. Но в этом учреждении не требуются хирурги-люди.

Любопытным пациентам (или физикам) разрешена экскурсия за кулисы. Прочные на вид стены процедурного кабинета скрывают похожее на пещеру пространство, заполненное большим оборудованием, звуками вакуумных насосов и жужжанием источников питания. В задней части пещеры металлическая вакуумная трубка выходит через отверстие в бетонной защите, пропуская протоны из ближайшего ускорителя. Протонный луч проходит через ряд магнитов, которые поднимаются над палатой пациента. Наконец, он изгибается с помощью 200-тонного магнита, который направляет луч туда, где он необходим. Да, один из магнитов почти в два раза тяжелее синего кита. И да, он часто находится прямо над пациентом.

Вся конструкция, называемая гантри, движется: она вращается вокруг пациента, направляя луч под любым углом, пока пациент лежит на кровати, не в состоянии ощутить или почувствовать пучок частиц, взаимодействующий с его телом. Для протонной терапии циклотрон диаметром в несколько метров – лишь небольшая часть системы. Для более тяжелых частиц требуются синхротроны диаметром около 20 метров.

Те же ученые, которые разрабатывают ускорители частиц для физики элементарных частиц, разрабатывают синхротроны (и некоторые циклотроны) для терапии частицами в больницах. Совместное развитие терапии рака и физики элементарных частиц стало возможным благодаря междисциплинарному сотрудничеству. Все так и задумывалось: Лоуренс (который умер в 1958 году) и его преемники намеревались создать среду, в которой знания могли бы легко пересекать границы дисциплин. Этот новый масштабный командный подход к науке одновременно произвел революцию в нашем понимании частиц и катализировал их пользу для общества.

Сейчас мы стремимся сделать эту технологию еще более компактной, дешевой и точной. Терапия частицами дает физикам совершенно новую мотивацию адаптировать и изобретать новые ускорительные технологии. Это всего лишь одно из многих удивительных практических применений физики, которые появились в результате перехода этой области к масштабным совместным экспериментам.

Этот переход произошел не только в Соединенных Штатах, но и во всем мире. По мере восстановления после Второй мировой войны в Европе французский физик Луи де Бройль предложил европейским ученым объединиться и создать многонациональную лабораторию. Это было необходимо, если они хотели продолжить исследования в области физики высоких энергий. Оглядываясь на крупные проекты, планируемые и реализуемые в Соединенных Штатах, они знали, что единственный способ остаться в игре – это объединить ресурсы. После лоббирования правительств в течение ряда лет двенадцать стран Западной Европы ратифицировали создание в 1954 году новой лаборатории, Европейского совета по ядерным исследованиям (ЦЕРН), недалеко от Женевы. В нем приняли участие исследователи из стран, которые всего несколько лет назад находились в состоянии войны, включая Бельгию, Данию, Францию, Германию, Грецию, Италию, Нидерланды, Норвегию, Швецию, Швейцарию, Соединенное Королевство и Югославию. Управляемый рядом советов, в которых есть представители каждой страны-участницы, ЦЕРН создал уникальную структуру для принятия решений и продвижения крупных научных проектов, поощряя страны к совместной работе для достижения общих целей. В отличие от многих лабораторий США, в конвенции ЦЕРН записано, что лаборатория «не должна проводить работу в военных целях, а результаты ее экспериментальных и теоретических работ должны публиковаться или иным образом становиться общедоступными». Задачей ЦЕРН была и остается наука во имя мира.

Тем временем научный потенциал Японии был разрушен не только из-за бедности, вызванной войной, но и из-за действий американских военных в 1945 году. Опасаясь, что циклотроны могут быть использованы для создания ядерного оружия, солдаты оккупационной армии США разбили четыре больших японских циклотрона и сбросили их в Токийскую гавань[202]. Конец этому положил Сан-Францисский мирный договор, вступивший в силу в 1952 году, который восстановил мир между Японией и частью стран антигитлеровской коалиции и даже позволил японцам задуматься о создании новых машин. Сегодня в Японии проводятся исследования мирового уровня не только в области физики элементарных частиц, но и в области терапии частицами.

Для физиков 1960-х годов применение их работ в биологии все еще оставалось побочным проектом, полная реализация которого была далеко в будущем. С новой системой классификации элементарных частиц они наконец пришли к пониманию материи и сил на более фундаментальном уровне. Не все новые частицы были элементарными, некоторые из них имели составляющие, называемые кварками, но сами кварки до сих пор не наблюдались. Все частицы, содержащие кварки, взаимодействуют через сильное ядерное взаимодействие, но физики на данный момент все еще не разгадали тайну того, как работает слабое ядерное взаимодействие. Они знали только, что эта четвертая сила ответственна за бета-распад. И именно бета-распад ведет нас к нашему следующему приключению.

Глава 9

Мега-детекторы: поиск неуловимого нейтрино

Из трех основных типов радиоактивного распада – альфа, бета и гамма – один странно отличался от других. Бета-распад беспокоил физиков с начала 1900-х годов, поскольку