Адронный коллайдер имеет форму тора, попросту говоря, бублика

Россия начала процесс вступления в ассоциированные члены Европейской организации ядерных исследований (CERN). До сего времени в CERN у нас был лишь статус наблюдателей. Цена вопроса — 7—10 миллионов долларов в год. Как утверждается, эти вложения позволят нашим ученым полноправно участвовать в исследованиях физики высоких энергий.

Как известно, многие из наших, уже теперь бывших соотечественников в становлении этих самых исследований немало поучаствовали. Именно российские специалисты, инженеры, электронщики, уехавшие в 90-е годы, играли ключевую роль в сооружении Большого адронного коллайдера. Благо, багаж для этого у них имелся.

В 80-е годы Советский Союз как никто другой был близок к разгадке так называемого божественного замысла. Ускоритель частиц — коллайдер — окружностью 21 с лишним километр был построен под Москвой, в наукограде Протвино.

Существует он и сегодня.

Во всяком случае, дыра в ограде оказалась на месте, по краям, как лучи солнца на детском рисунке, торчали арматурины.

— Здесь, — сказал мой провожатый Алексей и протиснулся.

Взору открылось белое ровное поле, заканчивающееся недостроенными исполинскими цехами. Вход в них забивал березняк, разросшийся по всему периметру. Справа, в снегу, торчали две широченных трубы, которые доходили нам до пояса.

— Я так и думал, — сказал Алексей, — забетонировали. Еще год назад тут можно было погрузиться.

Он разгреб ладонью снег и развернул на люке хрусткую, мерзлую карту. Карта была подробная, с привязкой к местности. Посередке значился план подземного кольцевого ускорительно-накопительного комплекса. Над ним нехотя шевелились сосновые леса, сходились, расходились, бежали куда-то дороги, текли реки.

— Мы здесь, — ткнул он пальцем в южную часть кольца.

Там костяшками домино обозначались строения окраины города Протвино, чуть поодаль — Институт физики высоких энергий и другое кольцо, на схеме крохотное, примыкающее тоннелем к основному.

— В общем-то, город и вырос тут благодаря институту, — шмыгая носом, сообщает спутник. — Точнее, согласно приказу председателя госкомитета по использованию атомной энергии СССР А.М. Петросьянца. В 1963 году он велел создать неподалеку от Серпухова институт для проведения фундаментальных исследований строения материи и основополагающих сил природы на ускорителе протонов с энергией 70 миллиардов электронвольт.

И началось. Около тыщи разных проектных, строительных, монтажных, промышленных предприятий участвовало. Все летало тут. Железная дорога, самолеты, как грачи кружили, грузы доставляли. Как будто в космос собирались. А по сути, так и есть ведь. Он как будто переживал все это заново, и до него что-то, мерцающее, доходило.

— Подобного ускорителя не замышлял еще никто в мире.

— И что же?

— Хм. Тогда денег на ядерные исследования страна не жалела. В 67-м он был готов. Кольцо полтора километра. В октябре протоны были ускорены до критической энергии. Находящийся здесь в то время генеральный директор ЦЕРНА Грегори, конечно, поздравил наших ученых, но сильно сомневался в том, что ускоритель дотянет до планируемой мощности. Наши еще раз все дотошно проверили, а уже через два дня дали жару. 14, кажется, октября зафиксирован был мировой рекорд, энергия протонов в ионопроводе достигла 76 миллиардов электронвольт.
В околонаучных кругах

— Погодите, но это же не лошадиные бега и не «Формула-1». Для чего все?

— Ну это я тебе не физик, — говорит Алексей. — Для чего, для чего. Вот этот мир изучать, — обвел он взглядом фарфоровый от мороза простор. — Внутреннее его строение. Почему одни частицы проходят сквозь землю, нейтроны, допустим, и ничего. А другие, когда что-нибудь задевают, появляется радиация. Вообще же еще сто лет назад считалось, что материя состоит из двух-трех молекул. В начале прошлого века в физике была принята модель атома Резерфорда. По ней атом состоял из ядра протона, вокруг которого вращается электрон. На том и все. В 30-е годы из атома вычленили еще одну элементарную частицу — нейтрон, которая дополнила, собственно, протон в ядре этого атома. Когда ядра научились делить на протоны и нейтроны, получили ядерную энергию. Потом выяснилось, что таких составляющих до фига. В 60-е возникло понятие кварков, то есть уже разбили нейтрон на части. Кварки, в свою очередь, соединяются друг с другом глюонами. И так далее. Голову сломаешь в этом строении. Для того чтобы проследить их взаимодействие, и нужны ускорители. В ускорителе есть ионотрубка, в которой формируется пучок частиц (обычно это электроны или в две тысячи раз утяжеленные протоны), и вот за счет непомерно высоких энергий их начинают разгонять. Коллайдер как бы сворачивают в кольцо, заставляя частицы многократно проходить участки, где действует ускоряющее магнитное поле. Притом чем выше энергия частиц, тем труднее завернуть их, пустить по круговой траектории. Чисто бобслей. Тут нужны очень мощные управляющие магниты. Но и это еще не вся история. Ведь частицы у нас заряжены одноименно, поэтому они взаимно отталкиваются, а еще и рассеиваются на остатках атмосферы в вакуумной трубке ускорителя. Значит, наряду с поворачивающими магнитами нужны еще магниты фокусирующие, которые, как разбредшихся овец, будут собирать частицы в тонкий пучок. Тогда, в 67-м году, разогнав пучок до неимоверной скорости, с бешеной для тех времен энергией получили эффект, который чуть позже назовут «Серпуховским». Это стало прорывом в физике. Ученые на практике доказали вклад глюонов, которые связывают кварки, в процессы множественного рождения вторичных частиц.

Алексей отработал на этом ускорителе двадцать с лишним лет. Правда, как он формулирует, в околонаучных кругах.

— Вообще-то я летчиком хотел стать. Или электронщиком. Нас перебросили сюда в 62-м.

— Что значит перебросили?

— Ну отец военным был.

Ушел в армию в 39-м, их везли в Саратов в летное училище, потом почему-то направили в пограничники. И вот мы мотались по гарнизонам, Челябинск-50, где хватанули радиации, когда взрыв на «Маяке» был, потом в Кирово-Чепецке жили, а потом сюда кинули, надо думать, тоже не просто так. Школу я здесь оканчивал. Потом всякие прорывы научные, а мы уже с ребятами на байдарках кучу горных рек прошли, обливались холодной водой, значки ГТО имели. Как-то пошли прыгать при ДОСААФ с парашютом, сиганули несколько раз. Ну чего, прыгнул, раскрыл, летишь. Организм молодой, горячий. Атомы бурлят. Понимаешь, иного хотелось, скорости, что ли, другой.

И я пошел на курсы летчиков здесь же, при ДОСААФ. С инструктором несколько часов налетал, потом один. Что ты, сердце в ботинках! Один раз, правда, чуть не разбился. Скорость уже погасил, а ручку на себя перебрал и как долбанулся, как шасси не сломал, ума не приложу. От полетов, ясное дело, отстранили, но я упертый был. Через время опять стал летать. А потом комиссию не прошел, оставалась вторая страсть — электроника. Окончил техникум, институт, пришел сюда работать.
Мы покрывали все это лаком для волос

Он сворачивает задубевшую карту. Холодно. И мы, меряя снег и гремя соплями, возвращаемся к шоссе, идем мимо девятиэтажек к гаражу, где у Алексея фотографии, брошюры, а также печка и чай. По дороге покупаем овсяного печенья и останавливаемся, здороваясь с прохожими. Здесь и сегодня каждый девятый житель — доктор наук. Каждый шестой — работник института, хоть чаще всего и бывший.

Гараж Алексея похож на деревенский музей. К необструганным доскам проволокой крепятся артефакты прошлого. Солдатские пуговицы, бляхи, значки ГТО, удила, авоськи, подковы, старинные зажигалки, вышедшие из употребления карманные фонарики, магнитофонные кассеты. Алексей растапливает печку и бросает туда несколько картофелин, тут же из-за занавески с полки достается банка огурцов. Молвит:

— Пузыря не хватает. А впрочем, и так хорошо.

— А чем занимались-то? — пытаю я его.

— А, на ускорителе? Фотоэлектронный умножитель делал. Самые примитивные были тогда ФЭУ-29. Вот на такие схемы, — вытаскивает он из ящика плату, — катодное покрытие, спецсостав наносишь, рисуешь вручную и дело готово. Дальше уже собирали сам умножитель, монтировали. Правда, они быстро из строя выходили от радиации. Как это происходило. Созданный ускорителем поток частиц разгоняется до определенной скорости, потом часть их схватывается магнитами и вбрасывается в канал отвода, каких в ускорителе несколько. А там мишень. Так вот в зависимости от скорости схватывания магнитов, от того, какая мишень там стоит, и от других тысяч факторов отсеиваются определенные частицы — беты, гаммы и ударяются об эту мишень, где находится второе ядро. Этот процесс фиксируется разными датчиками, детекторами. И нашим фотоэлектронным умножителем. Попросту говоря, мы эти частицы увеличивали и считывали. Сколько их, как, с какой скоростью и отклонением они мчатся. Дальше уже математика, темный лес. На ЭВМ, с помощью нашей информации восстанавливали всю траекторию движения и всю последующую картину взаимодействия ускоренной частицы с веществом мишени. Много было разных открытий, которые способствовали потом, ну взять многие нанотехнологии. Счетчики потерь делали, пузырьковые камеры длинные, заполненные керосином, уайтспиритом. Частицы тоже пролетали, оставляли след, мы фотографировали. Кроме этого, делали телевизионные камеры, чтоб следить за пучком. Маленький экранчик вводишь, сами-то камеры громоздкие получались. Бывало такое, что какой-то магнит начинал врать, пучок задевал за стенки, и там, где он задевал, возникала радиация, появлялось излучение, которого в том месте не должно быть. И вот смотришь, посылаешь это на осциллограф, а там уже регулируют, чтоб пучок был по центру.

— Смотришь?

— Можно было, конечно, и глазом, — усмехается Алексей, ворочая шампуром в печке картошку. — Но при рабочем ускорителе это грустное мероприятие. Окошко закрепляли в определенных местах с помощью стеклотекстолита, обрабатывали швы люминофором, а чтоб порошок не осыпался, мы покрывали все это женским лаком для волос «Прелесть». Потом сидишь на пультовой в помещении за 800 метров, наблюдаешь. Вот здесь, — снова водит он пальцем по карте, — лабиринт на случай, чтоб не было прямого выхода взрыва. Если неполадки в магнитах, ускоритель отключают, 15 минут он, что называется, остывает, воздух ионизируют, потом спускаешься. От аппаратуры тамошней в глазах рябило.

Гараж Алексея тоже напичкан всевозможными приборами, изготовленными собственноручно. Думаешь, что на стеллаже это старинный приемник под названием «Чайка», а там начинка, едва ли не как у андроида, от прежнего используются только динамик, как объясняет хозяин, чтоб слышать «дыхание». Из динамиков «дышит» Том Уэйтс. Мы сидим в самолетных креслах от Ту-134, глушим чай, заедаем горячей картошкой.

— У-70 пять лет был самым крупным в мире протонным ускорителем. Но, несмотря на ту рекордную энергию, уже тогда было ясно, что ее будет мало для более глобальных исследований микромира. В конце 70-х ходили разговоры, что будут строить огромный двухступенчатый ускорительно-накопительный комплекс в подземном тоннеле на глубине от 40 до 70 метров, длиной около 21 километра. По проекту пучок должны были разгонять в У-70, потом переводить его в канал инжекции, где он жестко фокусируется через кучу приборов, магнитов, через 46 датчиков положения и 26 измерителей профиля, интенсивности, а кроме того, ореола и потерь пучка. После он должен был выходить в новый тоннель, на шесть метров ниже. Тоннель стали рыть в 84-м. Тогда же с бешеной скоростью стали возводить и здания на различных участках. У одного из них мы с тобой были. В 93-м ожидался запуск ускорителя, во второй ступени которого пучок разгонялся бы до энергии 3000 ГэВ. Разогнав частицы до этой энергии или меньшей, через другой канал планировалось запустить второй, встречный пучок. Во время столкновения выделилась бы такая чудовищная энергия, что осколки материи образовали бы некое переходное состояние кварко-глюонной плазмы с атомами, которая когда-то, после Большого взрыва, бушевала в первые мгновения зарождения Вселенной. Когда из хаоса частиц родилась упорядоченная материя. Многие называют это эффектом «присутствия Бога». В теории все просто. На практике это сегодня пытаются сделать на Большом адронном коллайдере. Тогда для постройки этого ускорителя не хватило совсем немного. Уже и уникальные, сделанные ювелирно и поштучно магниты лежали на складах. Но… Сам знаешь, что было в 93-м. Начался, так сказать, большой исход ученых. Люди уезжали во Францию, Америку, Швейцарию. Платили копейки, но как-то держались. Потом финансирование несколько раз вспыхивало и снова глохло. Мы с дикой тоской наблюдали, как те магниты, на огромных трейлерах увозили куда-то, нам объясняли, чтоб залатать дыры в зарплатах. Я и ушел под землю. Держался бы еще, конечно, но ведь и радиоэлектроника кончилась.
Диггеры замучили

— А что ж там, под землей? — А туда деньги, как ни странно, выделялись. Как считали. Дырку-то сделали, надо, ребята, за ней смотреть. А то это будет черная дыра. Что там надо было? Трубы варить, швеллера, кабель тянуть, освещение делать, охранные, пожарные сигнализации устанавливать. Короче, нужны были люди с руками и смыслящие в электронике. И вот два дня через два мы туда по лестнице почти две девятиэтажки вниз шныряли. Есть только один участок, оборудованный лифтом. Там кран козловой, не помню сколько тонн. Чтоб оборудование через трубы подавать. Я был начальником участка, девять километров в моем ведении. С 95-го по прошлый год работал. Да и платили хорошо очень. 25 тыщ в месяц. И вообще привык очень к этой подземке. Сколько раз все вокруг облазил.

— Пешком?

— Почему пешком? У нас там сначала было несколько паровозов. Ну этих, электровозов маленьких.

— Что же там и железная дорога есть?

— Хм. Конечно.

Из-за занавески, с полки, он извлекает папку с фотографиями тоннеля. Вот он на борту одного из таких электровозов. Вот утыканный огоньками свод уходит за поворот.

— Диггеры только замучили. У деревни Шатово есть коллекторы, здание ну не такое громоздкое, которое мы видели. Поменьше. И там боковой вход, спуск. Все, конечно, забетонировано, заварено. Но они умудряются лазить. Однажды надпись оставили краской: «Заводы — рабочим, землю — крестьянам, подземку — диггерам». Ладно бы просто лазили, они, черти, на электровозах там гонки устраивали, а ты потом пёхаешь, машину ищешь. Чешешь километров шесть. Затем мы, правда, сигнализацию установили. Как-то сработала. Задержали несколько человек из Тулы. Представляешь, выводят их, а у них глаза по тарелке, ноги не слушаются. Там тишина стоит… Так сказать, могильная. Капля за полкилометра упадет — слышно. А тут сигнализация. Да, всякое было. Но год назад и эта лавочка закрылась. Жалко Анатолий в больницу угодил, товарищ мой. А то бы съездили в то же Шатово. Там вход есть прямо с кладбища. Охранники знакомые. А с другой стороны, тоннель он и есть тоннель. Дырка. Метро безжизненное.

— Кручинитесь?

— А ты думал. Жалко. Столько сил вбухали, нервов, аппаратуры. Он чистил картофелину, обжигался, подкидывал, дул на пальцы. Сказал потом:

— А может, так и надо. Иногда нужно остановиться, оглядеться. Кругом суета какая-то возня. Люди что-то делают, не зная этому названия. Ходят мимо зимнего леса на работу, домой. Как мимо обоев. Ну елки, и что? Я вот сейчас охранником на мясокомбинате работаю, выйду территорию осмотреть. Встану, бывает, как вкопанный — толстые от снега крыши, вереница огней по шоссе, сугробы. Красиво, однако.