Шаги за горизонт - Гейзенберг Вернер Карл (бесплатные книги онлайн без регистрации .txt) 📗
В космическом излучении иногда обнаруживаются частицы с энергией, в тысячу и более раз превышающей энергии, потребные для превращения ядра. Столкновение подобных частиц могло привести к превращению или расщеплению даже тех объектов, которые считались элементарными частицами, последними неделимыми единицами материи, а именно протонов и электронов. Теоретические соображения позволяли предположить, что при столкновении двух элементарных частиц очень высоких энергий могут возникнуть новые частицы, а при известных обстоятельствах множество частиц, причем подобные процессы не следует рассматривать как деление, расщепление или возбуждение частиц; здесь надо говорить о превращении энергии в материю. В предвоенных экспериментах с космическим излучением были получены некоторые результаты, ориентировавшие мысль ученых в этом направлении, но ни один эксперимент не дал недвусмысленных свидетельств в пользу возможности образования многих частиц.
В послевоенное время физики рассмотрели поэтому возможность постройки гигантских ускорителей в целях систематического исследования названных процессов. Для осуществления подобных планов требовались такие технические усилия и такие ассигнования, которые выходили далеко за рамки всего того, что запрашивалось ранее для финансирования фундаментальных исследований. Но, с одной стороны, американское правительство привыкло за годы войны ассигновывать очень большие суммы на ядерное исследование, а с другой — проблема мельчайших единиц материи представлялась столь важной и столь захватывающей, что работы в данной области начались без промедления. Известно, что в последующие два десятилетия строились все более крупные ускорители. Первым был космотрон в Брукхейвене с энергией ускоренных протонов на 3 ГэВ, затем вступили в строй беватрон в Беркли на 6 и новый ускоритель в Брукхейвене на 30 ГэВ, а также ускоритель Европейского центра ядерных исследований в Женеве; к ним присоединились русские машины в Дубне на 10 и в Серпухове на 70 ГэВ [55]. В настоящее время наибольшие энергии достигаются на ускорителе «Батавия» и на накопительных кольцах в Женеве. Не берусь описывать почти невероятную точность и надежность, необходимую для обеспечения функционирования подобных установок, а также громадные технические мощности, потребные для их постройки. Можно только удивляться подвигу инженеров и физиков, решивших эти задачи.
По мере своего развития физика элементарных частиц стала составной частью того, что носит имя большой науки; и поскольку в нашем мире за все нужно платить, стиль экспериментальной физики в ходе этой экспансии поневоле должен был круто измениться. Признаться, перед лицом происшедших изменений я постоянно испытываю несколько беспокойное чувство, и мне поэтому хотелось бы подробнее разобраться в нем. Проблема не только в том, что стоимость большого ускорителя достигает миллиардов долларов и что его строительство растягивается на долгие годы. Для столь большого инженерного проекта тут нет ничего необычного, и к изменению характера фундаментального исследования в физике это почти не имеет отношения. Подлинная проблема в том, что даже один-единственный эксперимент с таким ускорителем требует длительной фазы планирования, больших ассигнований и долгих лет работы большого количества участников. Лишь тогда есть шанс довести его до конца.
А теперь возвратимся ненадолго к прежним временам. Вспоминая об одном из ранних экспериментов лорда Резерфорда в Монреале в Университете Макгилла, Нильс Бор описал его следующим образом. Однажды, занятый исследованием поведения радиоактивных веществ, Резерфорд подумал, что при распаде радия должен возникать инертный газ, получивший позднее название радона, или эманации радия, и предположил, что удастся довести этот газ при очень низких температурах до жидкого состояния, сконцентрировать его таким путем и исследовать его свойства. Резерфорд заказал в Европе низкотемпературное оборудование, и, когда оно пришло морем в Монреаль, ни одному сотруднику института не было разрешено покидать здание до окончания эксперимента. Каждый был обязан помогать в монтаже установки, при подготовке счетчиков к работе и т. д., ассистентам велели работать всю ночь, и действительно, через 36 часов сжижение удалось, существование радона было доказано. Можете представить себе радость Резерфорда, когда он убедился, что его догадка верна, и удовлетворение ассистентов, сумевших ее непосредственно подтвердить.
Возьмем теперь для сравнения ситуацию в современной физике элементарных частиц. Семь лет назад один толковый молодой физик из нашего института нашел, что ускорительная установка одной из наших исследовательских групп в рамках ЦЕРН [56] обладает достаточными параметрами для замеров одной любопытной величины, соединения эта-мезонов с нуклонами. Важность этой величины объяснялась тем, что теоретики давали ей очень разную оценку, а потому она имела значение при выборе той или иной теоретической интерпретации. Докладной записке, составленной молодым физиком в октябре 1967 года, был дан ход, сам он вошел в состав исследовательской группы, и высказывалась надежда, что эксперимент удастся осуществить в течение года. Но прежде, как и полагается, надо было завершить другой эксперимент, начатый ранее.
Для этого эксперимента понадобилось гораздо больше времени, чем думали. Установка нуждалась в усовершенствовании, в монтаже новых счетчиков, без чего нельзя было положиться на надежность данных, и фактически прошло много лет, прежде чем эксперимент был завершен. Опыт, приобретенный за эти годы исследовательской группой, показывал, что для проведения предложенного молодым физиком нового эксперимента необходимо дальнейшее усовершенствование счетчиков. Сложилось мнение, что приступить к эксперименту немедленно было бы слишком рискованно. Более целесообразным признали пока видоизмененное продолжение прежнего эксперимента с целью испытания новой установки; этот план к тому же более соответствовал генеральной программе ЦЕРН. Расширенное повторение старого эксперимента опять-таки растянулось на несколько лет. В прошлом году предложение о новом эксперименте было подано наконец руководству ЦЕРН; существует определенная надежда, что в текущем году будет достигнуто положительное решение и эксперимент удастся провести в следующем году. Промежуток в восемь лет между возникновением идеи эксперимента и его завершением, пожалуй, превышает средний уровень, но шесть лет для большого ускорителя нужно, наверное, считать нормой. Само собой разумеется, что затраты времени на такого рода исследование вырастают для молодого и деятельного ученого в серьезнейшую проблему.
Другой проблемой является необходимость специализации. Проведение эксперимента на большом ускорителе требует разнообразнейшего оборудования, для создания и эксплуатации которого требуется каждый раз особый специалист. Физик, отвечающий за свой узел, полностью занят своей частью аппаратуры и почти не имеет времени задуматься об эксперименте и его цели, не говоря уже о теоретических вопросах физики частиц.
И наконец, решение об осуществлении или отвержении того или иного проекта никогда не принимается каким-то одним физиком. Поскольку за время доступа к одному из лучей ускорителя соперничают каждый раз несколько исследовательских групп, вопрос о приоритете вносится на разные комиссии. Но ведь идеи исходят от конкретных физиков, у комиссий идей нет. Ответственная комиссия всегда будет тяготеть к продолжению линии, зарекомендовавшей себя в прошлом, избегая новшеств и риска, связанного с новыми идеями.
Все это совершенно неизбежно, таковы непреложные последствия того факта, что физика элементарных частиц стала составной частью большой науки. Приходится мириться с создавшимся положением вещей. Но обо всем этом нам следовало бы помнить, когда мы, скажем, в качестве советников нашего правительства даем оценку бюджетных ассигнований на различные области науки. Организация научного исследования — важная задача в любом современном государстве, и видным физикам очень часто приходится давать советы своим правительствам в деле вынесения решений о приоритетах. Финансовые средства на постройку и эксплуатацию большого ускорителя сопоставимы со средствами, требующимися для основания и поддержания жизнедеятельности нового университета. Само собой разумеется поэтому, что, прежде чем выносить решение, надо взвесить многие факторы отчасти политического, отчасти научного свойства. Рассмотрю некоторые из них.
