Александр Потупа - Бег за бесконечностью

• Название: Бег за бесконечностью
• Автор: Александр Потупа
• Издательство: Молодая гвардия
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 1977

В книге рассказывается о современных представлениях об одной из самых быстроразвивающихся фундаментальных наук — физике элементарных частиц. Основное внимание уделено описанию сильновзаимодействующих частиц — адронов их поведению в различных реакциях при высоких энергиях.

---

Кто-то подсчитал, что все затраты на фундаментальную науку от «царя Гороха» до наших дней с лихвой окупаются всего лишь недельным выпуском промышленной продукции во всем мире. Жаль, что очень трудно (я думаю, вообще невозможно!) учесть, какой процент мировой продукции целиком обязан достижениям фундаментальной науки…

И, наконец, обратимся к внутренним разногласиям в физике высоких энергий. В сущности, это не столько разногласия, сколько деловая дискуссия о путях развития. Резкий взлет ускорительной техники, бесспорно, послужил сигналом к некоторому скепсису в отношении космических лучей. Сравнительно низкая точность результатов и сама форма работы «сидеть у моря (чаще в горах!) и ждать погоды» стали слишком сильным испытанием терпения физиков. Но прошло время, и стало ясно, что «космики» действительно предсказывали едва ли не все важнейшие результаты на основе своих скудных данных.

Например, в настоящее время они указывают на проявление каких-то новых эффектов в районе 1014–1015 электрон-вольт, и это служит дополнительным стимулом к быстрейшему созданию накопительных колец для предварительной проверки их данных. Исследования космических лучей вступили сейчас в своеобразную фазу индустриализации — на высокогорье разворачиваются огромные площадки счетчиков (на советской станции «Памир» — 1000 квадратных метров!), аппаратура для регистрации энергичных космических частиц устанавливается на спутниках, запускаются целые научные станции… Недалек тот день, когда «космики» осуществят заветную мечту — установят стационарные наборы счетчиков на поверхности Луны.

В целом проблема внутренней и внешней конкуренции физики высоких энергий сама является предметом научных изысканий. Поэтому легко разобраться только с крайними, а потому всегда уязвимыми точками зрения. Большинство же предложений вблизи «золотой середины» требует тщательного изучения специалистами по планированию.

Сложная развивающаяся наука в сложном развивающемся мире…

Самая большая мечта

Обсуждая множество серьезных и сверхсерьезных проблем, мы как-то позабыли о нашем прекрасном аппарате — машине времени. Негоже, чтобы такая полезная конструкция ржавела в углу, когда речь идет о более или менее далеких перспективах. Полеты в будущее потому и стали излюбленной темой фантастов, что прогнозы волнуют всех, и в то же время дело это сравнительно безобидное. Особенно если предсказываются вещи радостные и легко понятные.

Предсказатели-пессимисты должны всегда помнить о судьбе Кассандры, дочери троянского царя Приама. Ее сочли ненормальной, а между тем она выдала вполне оправдавшийся прогноз о скорой гибели Трои. Горькая судьба молодой царевны стала предметом многих споров. Как понимать случившееся элементарная несправедливость или воздаяние по заслугам за бессмысленное карканье? Впрочем, пессимистам всегда трудно добиться признания. Если их пророчества не оправдываются, то они попадают в неудобное положение «врагов прогресса». Если, наоборот, сбываются, то обычно и похвалить бывает некому на фоне беды их идеи выглядят весьма сомнительной заслугой.

С оптимистами все не так. Предсказав нечто пригожее, они имеют огромные шансы на признательность и современников и потомков. Если же предсказание не оправдывается — опять-таки не до ругани, люди, дескать, хорошего хотели, а теперь надо спасать положение, а не вспоминать об иллюзиях…

Вероятно, все мы просто обречены на оптимизм — мир устроен не так уж безупречно, чтобы баловаться более мрачными вариантами. Другое дело, формы проявления наших прекрасных надежд…

Размышления над всем этим очень полезны, когда пытаешься представить себе некоторые перспективы эксперимента и теории в физике высоких энергий. Включим нашу машину времени и постараемся попасть к тому моменту, когда произойдет покорение границы спектра космических лучей (1021 электрон-вольт) ускорительной техникой. Заранее вычислить этот замечательный день, конечно, трудно. Но если отталкиваться от известных сейчас средних темпов роста энергии — примерно десятикратного увеличения за десятилетие, — то можно получить вполне определенный ответ: ждать придется целый век.

Итак, 70-е годы XXI века. Мы выскакиваем из своей машины и сквозь огромную толпу пробираемся к месту, указанному на пригласительном билете.

— Проходите, проходите к телескопу, уважаемые предшественники, торопит нас распорядитель торжественной церемонии.

— А при чем тут телескоп? — удивляемся мы.

— То есть как это при чем телескоп? — в свою очередь, поражается нашей неосведомленности распорядитель. — Те, кто на ракетах, давно уже улетели…

Странный диалог, не правда ли? Словно бы на разных языках — мы про ускоритель, а он про астрономию. Между тем все очень просто. Прикинув срок запуска грандиозной установки, мы на основе все тех же современных представлений могли бы вычислить и приблизительный размер. И тогда все становится на свои места. Посудите сами — лучший современный синхротрон в Батавии имеет радиус ровно один километр и в принципе (после запланированной к началу 80-х годов замены магнитов) может разгонять протоны до 1000 ГэВ (1012 эВ). «Супербатавия» 70-х годов XXI века, на открытии которой мы испытали удивление, должна была бы иметь радиус порядка миллиарда километров!

Пусть за счет тех или иных технических усовершенствований этот размер уменьшится в десять, сто, наконец, в тысячу раз, но и в таком случае распорядитель открытия не обойдется без хорошего телескопа и без мощных ракет, чтобы показать людям эту технику. Ситуация явно попахивает «дурной фантастикой» — так и мерещатся старинные проекты телеграфного кабеля Земля Луна… Где-то мы просчитались!

Конечно, просчитались, и, видимо, не один раз. Если учесть, что выход на 1000 ГэВ произойдет где-то к концу текущего десятилетия, что вполне обосновано существующими проектами, причем практически сразу же будет построено накопительное кольцо, то уже через несколько лет мы сможем исследовать взаимодействия примерно при 2 миллионах гигаэлектрон-вольт. Уже сейчас обсуждаются проекты ускорителей следующего поколения с пучками протонов 10-100 тысяч ГэВ. Ясно, что они будут созданы с учетом лучших технических достижений, прежде всего в области получения сверхсильных магнитных полей в сравнительно компактных установках.

Несмотря на существенные усовершенствования, такой ускоритель окажется, видимо, чрезвычайно дорогостоящим «удовольствием», его строительство, скорее всего, будет вестись совместными усилиями Советского Союза, Соединенных Штатов и других высокоразвитых стран. С учетом непременных накопительных колец новое поколение суперсинхротронов обеспечит выход в изучении процессов взаимодействия примерно при 20 миллиардах гигаэлектрон-вольт (порядка 1019 эВ!). Правда, произойдет это вряд ли раньше начала 90-х годов нашего века.

После этого ожидается серьезный качественный сдвиг в используемых на практике принципах ускорения, скажем, применение коллективных методов ускорения или других не менее эффективных идей. В связи с таким преобразованием есть все основания предполагать, что на рубеже XXI века будут достигнуты заветные 1021 электрон-вольт, по крайней мере, в экспериментах на встречных пучках. Прорыв к протонным пучкам такой энергии для постановки «нормальных» опытов на неподвижной мишени, несомненно, потребует смены (и, возможно, не одной!) общей технической вооруженности и изобретения каких-то новых принципов концентрации энергии.

Не исключено, что основная идея ускорения выдержит испытание и в дальнейшем, но не будем забывать, что это лишь одна из наверняка многих возможностей.

Как это нередко случается, при покорении очередных грандиозных рубежей наступает момент переоценки ценностей. При высокой степени освоения околоземного космоса и создании научных баз на Луне, которые появятся в ближайшие десятилетия, могут оказаться выгодными методы искусственной концентрации космических лучей с помощью определенных комбинаций магнитных ловушек. Такому способу можно научиться у самой природы, поскольку примерно так и ускоряются потоки космических частиц в межзвездном и межгалактическом пространстве. Разумеется, этот фантастический проект потребует серьезных сдвигов в получении сверхмощных и устойчивых магнитных полей

Но это лишь одна и, наверное, не самая красивая возможность. Самое впечатляющее открытие в области методов ускорения частиц до супервысоких энергий, конечно же, впереди. И в этом особая притягательная сила науки — ее перспективы всегда намного фантастичней, чем могут представить себе самые глубокие и дальновидные пророки.

Нечто подобное происходит, разумеется, и в оценках будущего теории. Возможно, что известные частицы так и останутся в роли мельчайших структурных элементов мира, обладающих свойствами отдельных, в определенной степени «самостоятельных» объектов. Но это ни в коей мере не будет означать, что познание микромира достигло последней ступени. Напротив, именно теперь мы и сталкиваемся с совершенно новыми представлениями о структуре. На очереди понимание закономерностей эволюции частиц в области сильного взаимодействия, постижение картины формирования адронов.