на что, создав машину, которая работала прекрасно, точно так, как было задумано.

Если в вашем воображении протонный пучок подобен лазерному лучу, я могу заверить вас, что это не так: на самом деле это беспорядочное сложное образование, которые мы видим на ранних стадиях развития галактик. Частицы в луче не являются пассивными участниками ни в их релятивистской веселой поездке, ни в их возможной катастрофической гибели. Каждый отдельный протон взаимодействует со всеми остальными и со своим окружением. Каждый протон в БАК вращается, притягивает и отталкивает остальных в своей вселенной длиной 27 км, образуя один из 2808 сгустков, расположенных на расстоянии всего 25 наносекунд друг от друга. Точные магнитные и электрические поля создают эти наноскопические галактики частиц и проводят их по кольцу 100 тысяч раз в секунду в течение нескольких дней подряд, пока они в конечном итоге не столкнутся друг с другом. При максимальной энергии, если лучи отклонятся от курса или вырвутся наружу, они могут превратить 600 кг твердой меди в лужу. Как вы можете себе представить, для того, чтобы все работало как надо, требуются самые яркие умы, самое совершенное компьютерное моделирование и лучшая инженерия, которая только существует на Земле.

К концу дня запуска Эванс и команда БАКа направляли пучки в обоих направлениях, и в экспериментах, включая CMS и ATLAS, уже наблюдались первые явления – не от столкновений пучков, а от столкновения высокоэнергетических частиц с частицами остаточного газа в камере пучка. Один за другим детекторы ожили и отреагировали, загоревшись треками частиц. Представители каждого эксперимента поспешили из своих диспетчерских в главный центр управления (примерно в 20 минутах езды), привезя с собой бутылки шампанского, завернутые в распечатки снимков первых электронных треков с их прекрасных детекторов.

В следующие несколько дней уехали съемочные группы, орбиты были стабилизированы, система окончательной фокусировки, предназначенная для сжатия луча перед столкновением, была запущена, и все пошло своим чередом. Оставалось только ускорить пучок до диапазона в несколько ТэВ и совершить первые столкновения. Затем, через девять дней после первого запуска, БАК взорвался.

Эксперты заявили, что произошел «серьезный инцидент». Когда они увеличили силу в магнитах – обычная процедура, – в одном из сверхпроводящих соединений между двумя магнитами случилось короткое замыкание. Такого не должно происходить. Сверхпроводящий провод вышел из своего сверхпроводящего состояния, создав внезапное электрическое сопротивление току в миллион ампер, что привело к выделению тепла. Огромного количества тепла. Оно превратило шесть тонн жидкого гелия в газ, расширяющийся настолько быстро, что выпускные клапаны, которые были разработаны специально для такого сценария, просто не справились. Взрыв физически вырвал из пола почти 30 магнитов весом по 35 тонн каждый. По появившимся изображениям туннеля можно сказать, что это было побоище. Изоляционный материал был разорван на части, а обломки уничтожили километры вакуумной трубы. Единственной милостью было то, что никто не пострадал, разве что несколько тысяч эго.

Потребовалось девять месяцев, чтобы восстановить машину, заменив поврежденные магниты запасными, увеличив соединения и каждый выпускной клапан, чтобы подобная авария не повторилась. Команда разбиралась в деталях произошедшего, как криминалист – в деталях преступления, открыто делясь всем на конференциях. Даже несмотря на то что сверхпроводящие синхротроны создавались и раньше, этот инцидент действительно выявил одну из трудностей создания чего-то такого большого и сложного: БАК единственный в своем роде.

Ремонт прошел успешно, и машина была перезапущена в 2009 году, пройдя этапы ввода в эксплуатацию и в конечном итоге увеличив мощность до полной энергии в 7 ТэВ в каждом пучке. За время эксплуатации машина зарекомендовала себя как элегантное существо, но управлять ею не менее сложно, чем в первый день. Удерживать лучи на заданном курсе – сложная задача, требующая как электронных, так и человеческих систем обратной связи. Операторам регулярно приходится вносить поправки на невероятно малые эффекты, включая движение земной коры из-за Солнца и Луны, уровень воды в Женевском озере и время прохождения скоростных поездов – все это влияет на движение протонов. Однако за более чем 10 лет не было никаких других крупных инцидентов.

При создании БАКа ЦЕРН и международное сотрудничество, которые стоят за каждым из экспериментов, должны были продумать эпические системы контроля качества, чтобы гарантировать, что все будет работать надежно, как только коллайдер окажется в этом подземном туннеле. По-настоящему я поняла только при работе над этой книгой, что код, который я написала еще студенткой, был передан профессионалу, проверен и доведен до совершенства в соответствии со строгими стандартами, прежде чем у него появился шанс быть использованным. Все предприятие БАК – это абсолютный триумф управления проектами, инженерии и сотрудничества.

С тех пор БАК продолжает работать бесперебойно, круглосуточно, как и вся цепочка инжекторов – серия ускорителей, которые подают пучки в БАК. В целом эта огромная система доставляет два пучка из сотен миллиардов протонов со скоростью, составляющей 99,999999 % скорости света, фокусирует их до толщины менее волоса, а затем сталкивает вместе. Так что же дальше? Физика, конечно.

К запуску БАКа Стандартная модель физики элементарных частиц, всеобъемлющая «теория почти всего, кроме гравитации», была завершена в своих теоретических деталях. Как мы уже видели, Стандартная модель включает в себя частицы материи: «лептоны», включая электрон, мюон и тау, и три соответствующих им нейтрино, а также шесть кварков (верхний, нижний, странный, очарованный, боттом (прелестный), топ (истинный)). Частицы материи имеют три поколения – каждое поколение почти идентично, за исключением увеличения массы, – и поиск и открытие частиц третьего поколения заполнили пробелы. Как мы видели в предыдущей главе, топ-кварк был обнаружен в 1995 году, а тау-нейтрино – в 2000 году в Фермилабе.

Помимо частиц материи, Стандартная модель содержит бозоны, или «переносчики силы». Пока мы оставим гравитацию, поскольку она не включена в Стандартную модель, но остальные три силы – слабое и сильное ядерное взаимодействие и электромагнитная сила – включены. Электромагнитная сила опосредуется фотоном. Сильное взаимодействие, которое связывает кварки, протоны и нейтроны вместе, осуществляется глюонами. Слабое взаимодействие немного отличается: по сравнению с фотонами и глюонами, которые не имеют массы, W– и Z-бозоны, обнаруженные в ЦЕРНе за десятилетия до создания БАКа, на самом деле чрезвычайно тяжелые[272]. Слабое взаимодействие сопровождалось и некоторыми другими тонкостями.

В масштабах высоких энергий (которые, как мы теперь знаем, превышают 246 ГэВ)[273] электромагнитное и слабое взаимодействие на самом деле являются частями одной всеобъемлющей силы – электрослабого взаимодействия. Хотя эти две силы кажутся очень разными в повседневных энергетических масштабах, при очень высоких энергиях, подобных тем, что были вскоре после Большого взрыва (еще до образования