попросту не можем наблюдать кварки поодиночке. Вот почему Кендалл, Тейлор и Фридман добились успеха там, где другие не смогли: они нашли способ наблюдать кварки в их замкнутом состоянии внутри протонов и нейтронов.

Сильное взаимодействие также отвечает за удержание нейтронов и протонов внутри атомного ядра, причем неявным образом. На больших расстояниях его часто называют остаточным сильным взаимодействием. Подробное описание того, как именно взаимодействуют кварки, изложено в теории, называемой квантовой хромодинамикой, или КХД, которая помогает понять, как удерживается атомное ядро.

Согласно КХД, кварки несут заряд (аналогичный электрическому заряду), называемый цветовым зарядом. Всего их три типа: красный, зеленый и синий, хотя они не имеют никакого отношения к привычному пониманию цвета. Цветовой заряд антикварков, соответственно, антикрасный, антизеленый и антисиний. И когда кварки объединяются в частицы, наложение их цветов делает частицу «бесцветной». Синий, красный и зеленый в сочетании бесцветны, поэтому, если кварки внутри протона синие, красные и зеленые, эта частица, следовательно, «разрешена». Пион состоит из кварка и либо верхнего, либо нижнего антикварка, в синем и антисинем, красном и антикрасном или зеленом и антизеленом сочетании.

Протоны и нейтроны внутри ядра в целом бесцветны, но кварки внутри них оставляют небольшой остаточный эффект сильного взаимодействия, которое каким-то чудесным образом удерживает их вместе. Все это кажется незначительной деталью, но на самом деле не так тривиально: без остаточного сильного взаимодействия ядра атомов были бы нестабильны, и материя в том виде, в каком мы ее знаем, не существовала бы.

Чтобы это выяснить, ушло некоторое время, но что совершенно ясно после экспериментов Фридмана, Кендалла и Тейлора, так это то, что кварки правда существуют[240]. Дни, когда протоны и нейтроны считались фундаментальными строительными блоками атомов, прошли.

Открытие кварков стало возможным благодаря линейному ускорителю, который сам по себе родился благодаря клистронам и магнетронам, а они, в свою очередь, были созданы для обеспечения мощной радиолокационной технологии. Хансен и братья Вариан не могли и предположить конечный результат своих исследований. Взаимосвязи между фундаментальной и прикладной наукой, промышленностью и открытиями обычно представляют собой отдельные истории, рассказанные учеными и предпринимателями. Истории об открытиях мы узнаём от физиков, а об инновациях и коммерческом успехе – от предпринимателей, но почему-то забываем о существующем между ними симбиозе. Как мы видим, он может привести к непредсказуемым результатам, и эта история не ограничивается кварками.

Когда мы в последний раз встречались с братьями Вариан, они основали свою компанию в том месте, которое впоследствии станет Кремниевой долиной. Вскоре они начали продавать электронные LINAC, чье применение не ограничивалось физикой, и линейные ускорители принесли небывалые изменения в медицину, безопасность и промышленность. Сегодня название Varian почти синонимично технологиям линейных ускорителей, и продукт, который может понадобиться каждому восьмому жителю планеты, – это аппарат для лучевой терапии LINAC.

В 1954 году врач Генри Каплан услышал о разработке ускорителей в Стэнфорде и отправился туда с целью создать устройство для лечения рака[241]. Во время обеда Каплан обсудил свой план с Эдом Гинзтоном, и их активное сотрудничество привело к разработке первого медицинского линейного ускорителя в Соединенных Штатах. Электронная машина с энергией 6 МэВ была впервые использована в 1956 году в Стэнфорде в лечении двухлетнего мальчика с опухолью глаза. Пациент был выписан уже без опухоли, зрение сохранилось. Каплан настаивал на обучении радиологов новому типу терапии, и спрос на ускорители в больницах начал расти.

Каплан и Гинзтон убедили Varian Associates пустить клинические ускорители в производство. Со временем аппарат на 6 МэВ стал еще компактнее, теперь его можно было поворачивать на 360 градусов вокруг пациентов, чтобы лечить их под любым углом. С этого момента рентгенотерапия стала предпочтительным методом лечения, а LINAC – средством для его применения. К тому времени, когда протоны и более тяжелые частицы начали использоваться в медицине, эта форма лучевой терапии уже считалась золотым стандартом (см. главу 8)[242].

Сегодня примерно половина всех случаев рака лечится с помощью лучевой терапии (остальные лечатся хирургическим путем и химиотерапией). Чаще используют электроны и рентгеновские лучи, чем протоны или ионы, отчасти потому, что технология намного меньше и дешевле. Современный медицинский линейный ускоритель размещается в подвале больницы в защищенном от радиации помещении с бетонными стенами метровой толщины. Для пациента система выглядит почти так же, как центр протонной терапии, описанный в главе 9, за исключением того, что на этот раз все оборудование находится прямо внутри процедурного кабинета. В центре комнаты кровать, на которой лежит пациент, а над ней – метровый ускоритель частиц, который разгоняет электроны примерно до 25 МэВ, а затем направляет их на металлическую мишень. Когда электроны в металле замедляются, они испускают рентгеновские лучи, точно так же, как в электронно-лучевых трубках, с которыми мы познакомились в главе 1. При лучевой терапии пучку рентгеновских лучей придается особая форма с помощью сложной системы коллимации, которая поглощает часть рентгеновских лучей, создавая теневой узор в соответствии с планом лечения. После придания рентгеновским лучам соответствующей формы они направляются к пациенту.

Все источники питания, вакуумные системы и электроника скрыты за панелью в задней части машины. Откройте ее – и вы увидите клистрон и волноводы, которые подают радиочастотную энергию на ускоряющую структуру резонатора, находящуюся в самом сердце устройства. Так называемое гантри тоже имеет некоторое свинцовое экранирование и ряд магнитов, которые направляют луч вниз на металлическую мишень, где создаются рентгеновские лучи. Весь ускоритель находится в пластиковом корпусе, окруженном системой визуализации и панелями управления. Одно нажатие кнопки – и вся система ускорителя вращается на 360 градусов вокруг кровати пациента.

Varian – один из двух основных игроков, которые сегодня доминируют на рынке медицинских ускорителей. Другой – компания Elekta, созданная Ларсом Лекселлом в 1972 году в Швеции на базе точного радиохирургического оборудования «Гамма-нож». В то время как машины Varian в основном используют клистроны собственного изобретения, технология Elekta обычно использует магнетроны. Обе компании активно сотрудничают с университетскими группами и постоянно внедряют инновации для совершенствования аппаратуры и достижения наилучших клинических результатов.

Во всем мире используется более 12 000 таких медицинских ускорителей. Эти машины служат напоминанием о том, что экспериментальные технологии используются не только для физики элементарных частиц, но и для спасения жизней миллионов людей. На самом деле 12 000 ускорителей далеко не достаточно. При нынешних показателях заболеваемости раком на каждые 200 тысяч человек требуется один аппарат, и хотя страны с высоким уровнем дохода способны обеспечить нужное количество аппаратуры, в государствах, отнесенных Всемирным банком к странам с низким и