Вот Серпуховский ускоритель. Его протонный пучок разгоняется до 76 ГэВ и несет примерно два с половиной триллиона частиц в каждом импульсе. В полуторакилометровом подземном туннеле установлены 120 магнитных блоков общим весом 20 тысяч тонн…
Батавия. «Колечко» радиусом один километр, по которому разбросано 954 магнита весом от 5 до 11 тонн каждый. Достигнута энергия 405 ГэВ…
Американцы, умеющие мгновенно находить долларовый эквивалент чего угодно, как-то подсчитали, что один гигаэлектрон-вольт нового ускорителя обходится в среднем ни много ни мало ровно в миллион долларов! Так что каждый очередной шаг в глубь микромира требует и серьезных экономических размышлений.
Нужно иметь высокоразвитую техническую и экономическую базу, чтобы создавать мощные ускорительные установки. Пока этими возможностями располагают две страны: СССР и США. Уже сейчас ни одна страна мира, за исключением Советского Союза и Соединенных Штатов, не способна собственными силами построить ускоритель с энергией пучка 100–1000 ГэВ и обеспечить необходимое финансирование дальнейшей его работы. Двенадцати крупнейшим государствам Западной Европы, среди которых Франция, ФРГ, Англия, Италия, пришлось объединить усилия, чтобы создать ЦЕРН, где работает ускоритель на 30 ГэВ. Несколько лет назад там было создано накопительное кольцо, позволяющее исследовать взаимодействия протонов при энергиях до 2000 ГэВ. Уже подготовлен к пуску новейший суперсинхротрон с энергией протонного пучка до 400 ГэВ, а на очереди — новое накопительное кольцо, которое позволит столкнуть два пучка по 400 ГэВ друг с другом, то есть наблюдать процессы, происходящие при 320 тысячах ГэВ (320 триллионов электрон-вольт!).
Прекрасным примером «эволюционизирующего ускорителя» служит Батавийский синхротрон. Первоначальный проект предполагал вывод пучка до 200 ГэВ. Сейчас уже достигнут рубеж 400. Не за горами и покорение следующего рубежа — 500. После этого предусмотрена серьезная перестройка ускорителя — будет введено в строй кольцо со сверхпроводящими магнитами, которое обеспечит гораздо большее магнитное поле. Это позволит при том же радиусе кольцевого туннеля получить частицы с энергией до 1000 ГэВ. Предусмотрено также строительство накопительного кольца, что позволит в не слишком далеком будущем приступить к исследованию адронных процессов при энергиях до 2 миллионов ГэВ.
Развитие физики элементарных частиц и атомного ядра рассматривается как ведущее направление в советских научно-исследовательских программах.
Большая программа реконструкции намечена сейчас и в Серпухове. Рабочие площадки Института физики высоких энергий станут настоящим «комбинатом» по раскрытию тайн микромира. Главные усилия будут приложены к сооружению нового ускорителя примерно на 1200 ГэВ. Длина кольцевого туннеля достигнет 20 километров! Рядом с этим гигантом расположатся накопительные кольца и другие ускорительные установки, где будут разгоняться до фантастических скоростей не только протоны, но и электроны. Предусмотрены специальные установки для получения интенсивных пучков античастиц, прежде всего антипротонов и позитронов. Таким образом, физики получат уникальные возможности решения множества задач. Исследования будут вестись гораздо более широким фронтом, чем в любом ныне действующем центре, — ведь у экспериментаторов появятся пучки самых различных частиц при различных энергиях, причем в невиданно широком диапазоне. В проекте заложены и превосходные возможности развития. Для всех крупнейших ускорителей Серпуховского комплекса предусмотрен последующий переход к сверхсильным магнитам, которые позволят значительно увеличить энергии частиц.
Интересную идею проводят в жизнь ученые Объединенного института ядерных исследований в Дубне. По инициативе директора Лаборатории высоких энергий, члена-корреспондента АН СССР А. Балдина старый Дубненский синхрофазотрон «переведен на новую работу» — теперь он ускоряет не отдельные частицы, а целые атомные ядра.
Все эти достижения превосходны. Однако дальнейшее движение вперед потребует новых особых усилий. К сожалению, накопительные кольца — не панацея от всех бед. На встречных пучках нельзя поставить многие необходимые эксперименты, да и точность доступных измерений в этом случае значительно ниже, чем на обычной установке с пучком, падающим на неподвижную мишень из конденсированного вещества. Поэтому физики не «почили на лаврах». Они упорно ищут новые идеи получения чрезвычайно высоких энергий при сравнительно небольших размерах и весе установки. Уже много лет в Дубне разрабатывается оригинальный метод коллективного ускорения. Высокая эффективность достигается здесь за счет того, что разгоняется, скажем, не чистый пучок протонов, а целый коллектив частиц — своеобразный комок плазмы с большим суммарным зарядом. В случае успеха этот метод откроет исключительные перспективы.
Но не следует, конечно, забывать, что сама разработка новых принципов ускорения тоже требует значительных средств. Это показала и история внедрения сверхпроводящих магнитных систем, и исследования по коллективным методам. Реальные затраты на осуществление крупных высокоэнергетических программ достигают астрономических цифр. Бюджет ЦЕРНа на 1976 год составлял около 663 миллионов швейцарских франков. Европейский центр занимает территорию свыше 550 гектаров по обе стороны франко-швейцарской границы. Под площадку Национальной ускорительной лаборатории в Батавии было отведено 2750 гектаров, и американцы за одну только электроэнергию платят несколько миллионов долларов в год!
Все эти затраты на штурм микромира наводят на разнообразные размышления. Почему общество столь щедро на организацию исследований в области физики высоких энергий? Такой вопрос нередко возникает и у ученых, и у людей, далеких от науки. Подробное обсуждение данной проблемы не входит в наши цели. Отметим только один общий момент. Щедрость — дело тоже относительное. Разумеется, сумма, которую конгресс США выделил на строительство ускорителя в Батавии, — 250 миллионов долларов — производит неотразимое впечатление. Но ведь, скажем, одна подводная суперлодка «Огайо» с ядерными «трайдентами» на борту стоит «всего-навсего» один миллиард долларов…
Проблема конкуренции физики высоких энергий с другими разделами физики и с целыми областями науки — тема очень глубокая и интересная. Государственный бюджет не резиновый, и каждый лишний миллион на ускорители заставляет притормаживать другие важные и дорогостоящие исследования. По этому поводу высказывались многие крупнейшие ученые, и появились даже некие крайние позиции: развивать физику высоких энергий, что называется, по потребности и предельно мощными темпами или, наоборот, притормозить ее развитие ради более активного финансирования других жизненно важных работ, например, термоядерной энергетики, медико-биологических исследований, повсеместного внедрения лазерной технологии и тому подобное.
Сейчас трудно сказать, кто первым начал отстаивать такие крайние позиции, но обе они не кажутся приемлемыми.
Развитие физики высоких энергий в ущерб другим областям таит серьезную опасность, и едва ли не в первую очередь для нее же самой. Дело в том, что успешная работа современных ускорителей обеспечивается огромной совокупностью самых современных достижений в десятках разделов науки и техники. Гигантские камеры для регистрации событий — подлинное чудо физико-химической и инженерной мысли. А куда деваться сейчас без электроники, без «думающих» машин? Подобно тому, как растение увядает без питательной, непрерывно обновляемой среды, физика высоких энергий не способна развиваться в области экспериментальных средств без интенсивного развития всей науки.
Противоположная крайность приводит к не меньшему застою. Процессы с элементарными частицами при высоких энергиях крайне далеки от человеческой практики, считают сторонники такой точки зрения. Другое дело атомно-молекулярный и даже ядерный уровень. Прорыв к ним обеспечил фантастический прогресс в понимании структуры обычного вещества, позволил добыть новые виды энергии. Теперь же, когда исследования ушли в область редко осуществляющихся условий, а вещество, разогретое до тысяч триллионов градусов (соответствует энергиям батавского пучка), представляет собой редкое явление — нет смысла слишком спешить, поскольку «не типичное — не используешь». Не лучше ли обратить, если не все, то хотя бы значительную часть средств, которые затрачиваются на ускорители, на другие важные и благородные задачи, прежде всего на ускоренную разработку термоядерных станций и борьбу с самыми опасными заболеваниями?