Спогади вигнанця, фізика, громадянина світу - Жорж Шарпак
Дух новизни рухав фізиками з усієї Європи, до того ж канікули в університетах тимчасово звільняли викладачів від їхніх обов’язків. Насамперед тут відчувалася неймовірна свобода. Кожен захищав свою думку, а оскільки лакун було дуже багато, приймалися будь-які задуми. Єдиним суддею була природа, а для цього достатньо було запропонувати експеримент, що його — в разі наявності хоч якоїсь інновації — урочисто освячував комітет. Вільнодумство підкріплювалося вільноробством. Керівництво демонструвало відкритість новим ідеям. Прилади ще не вражали розмірами, і п’ятьох фізиків для одного досліду було достатньо. Але під тиском часу атмосфера, де кожен міг робити те, що вважав за доцільне, значно змінилася.
Група Жоржа Шарпака займала дві-три кімнатки та робітню на п’ятому поверсі одного з корпусів, звідки, за ясної погоди, видно Монблан у всій його величі; на першому плані — високі дерева, за листям яких можна простежити зміну сезонів. Шарпакові допомагали двоє інженерів та асистент — молодий італієць, випускник аспірантури.
Робітня Шарпака, заповнена шафками, розкиданими газовими балонами та дротами, натягнутими в усіх напрямках, нагадувала лабораторію початку ХХ ст., діяльність якої дуже скидалася на в’язання. Група прагнула розвивати нові ідеї щодо виявлення частинок.
Задум Шарпака був вельми простий: зібрати велику кількість рурок Ґайґера і прибрати перетинки між ними. Залишається велика кількість паралельних натягнутих дротів під високою напругою, причому масу обабіч чутливої поверхні утримує металева решітка.
Утворення електричного сигналу під час проходження зарядженої частинки — відоме явище. Спостереження його в рурках Ґайґера давно описано. Дріт під високою напругою протягнено в осередді циліндричної ємності, заповненої аргоном — газом, який легко іонізується. Електрони та іони розділяються під дією панівного електричного поля. Якщо електронів, які притягуються до центрального дроту, достатньо, вони породжують електричний струм, що його збирають у пристосованій для цього мережі. Сигнал іде не від прибуття надто швидких електронів, а від відхилення іонів до катодів, відхилення набагато повільнішого, ніж те, що його у змозі зафіксувати електроніка. Аби прилад був справді дієвим, варто використовувати дуже тонкий дріт. У найближчому околі він підтримуватиме електричне поле, яке буде то сильнішим, що меншим буде радіус (поле змінюється за формулою 1/r, де r — радіус дроту; як наслідок — швидке примноження вторинних послідовних іонізацій, які утворюють поблизу дроту лавину та електричний сигнал.
Винахід, який було зроблено, виник завдяки затятій незгоді з думкою більшості колег, переконаних, що поєднання рівнолежних металевих дротин у газі під достатньою електричною напругою ніколи не дасть сигналу в разі проходження іонізуючої частинки. Боялися не того, що частинка не залишить жодного сліду по своєму проходженні, а, навпаки, що відгукнуться всі дротини одночасно. Традиціоналісти стенали плечима і казали: індукція. Сумнівалися, що сигнал обмежиться дротиною, найближчою до траєкторії. Проте Жоржа не зачіпали, адже його досліди, зрештою, коштували недорого.
Одна з найбільших проблем експерименту полягала у стабільності приладу. Вибір упав на дроти з позолоченого вольфраму: вольфрам чинив опір високій механічній напрузі, а податне золото згладжувало вади вольфрамової поверхні. Постачальник — здається, швед — виробляв дроти діаметром у 20 мікрон — це діаметр тоненької волосини.
Друга проблема вимагала ще глибших розмислів. Виявилося, що камери працювали хоча безпомилково, але впродовж дуже короткого проміжку часу. Звичайно експеримент з високими енергіями триває багато років, а отже, навіть найкращий з-поміж детекторів, який пропрацював би щонайбільше добу, не підходить — це антикваріат, гідний музею і абсолютно безпорадний. Після кількох годин роботи спостерігалася поява дивних волокон між дротинами. Росло волосся, утворюючи «мости», що коротили весь прилад. Звідки бралися ці нарості? Винного знайшли швидко: використовуваний газ полімеризувався під дією електричної напруги.
Ми вже писали, що газом, який наповнював ємність, де народжувалась іонізація, був аргон, але чистий аргон — дуже чутливий газ, тому сигнал, викликаний проходженням однієї частинки, не релаксує, залишаючи камеру в намагніченому стані. Щоб обмежити сигнал у часі, слід було додавати інший газ — дезактиватор, що душить численні фотони, утворені в лавині. Проблема полягала у виборі іншого газу та його кількості. Формула нагадувала кулінарний рецепт — поєднували іноді три різні гази. Отриману мікстуру назвали чарівним газом. Складні змішувачі відправляли газ крученою руркою — точнісінько крапельниця в лікарні, що підтримує життя у хронічних хворих.
Після перших неуспіхів, метод невдовзі показав свої переваги. Відстань між дротинами визначили у 2 мм, — тож просторові показники були значно більші за розміри наявних приладів. Склавши купу з багатьох рамок, можна було зафіксувати проходження частинок у трьох і відтворити траєкторії у просторі з високою точністю.
Камери ширшали, ставали вищими, досягали площі у кілька квадратних метрів, точність значно покращилася. Тож великі відкриття у фізиці частинок, зроблені в середині 1970-х років, великою мірою завдячують методові, розробленому Шарпаком і його командою. Після 1975 р. всі великі експерименти проводились у таких камерах та їхніх спадкоємицях — і це не дивно, адже вони являли значний прогрес як у просторових вимірах, так і в швидкості досліду.
Довгий час ці камери називали MWPC (багатодротовий пропорційний лічильник) або камерами Шарпака. Коли електронне обладнання стало швидшим, камери Шарпака еволюціонували в електронно-дрейфові. У 1992 р. Жорж Шарпак отримав найвищу у фізиці відзнаку за «винахід і розвиток багатодротових пропорційних камер».
Запаморочення від успіхів
Попри зростання ваги європейського центру, у серці каліфорнійської Силіконової долини — тоді відомої значно менше, ніж нині, та все ж уже тоді провідного осередку винахідництва — сталася «листопадова революція 1974 р.».
Площа університетського містечка у Стенфорді дорівнює площі Парижа. На самому краю існує лабораторія, про яку вже йшлося вище — SLAC, і головною робочою силою якої є лінійний прискорювач електронів, введений у дію 1966 р. Обіч цього монстра звели енергетичний колайдер доволі скромних розмірів. Його бомбардували електронами і позитронами напругою до 2 ГеВ.
Що таке колайдер? Це прилад, який у протилежних напрямках пришвидшує частинку та її античастинку. Машина складається з одного-єдиного кільця, оскільки частинка і античастинка летять у протилежних напрямках і перетинають однакову електромагнітну структуру. Колайдер у Стенфорді назвали SPEAR (Стенфордське кільце — прискорювач позитронів та електронів). Він мав діаметр близько 80 м, тобто доволі невеликий порівняно з іншими приладами тієї доби. Таку машину звели не вперше. Схожі прилади будували у Фраскаті неподалік Рима, а потім в Орсе (Франція), а точнісінько така сама машина стояла у Гамбурзі. Проте стенфордський колайдер був на той час найпотужнішим.
Інтерес до колайдерів
