IZLET U SOCIOLOGIJU: POREKLO VELIKE NAUKE

     Drugi svetski rat bio je prekretnica u naučnoistraživačkom radu. (Dobro zvuči kao početak nekog govora, a?) Takođe je označio početak nove faze u traganju za a-tomom. Da navedemo neke putanje kojima je to išlo. Rat je doveo do naglih uspona u tehnologiji, ponajviše u SAD, državi u kojoj nisu gruvale bombe bačene na susedne kuće, pojava koja je u evropskim zemljama malčice ometala naučni rad. Radar se razvio u toku tog rata, kao i elektronika i nuklearna bomba (tako treba da se zove, a ne 'atomska'); sve je to pokazalo koje ogromne uspehe mogu postići naučnici i inženjeri kad rade zajedno - i kad imaju na raspolaganju para koliko god požele.
     Vanevar Buš (Vannevar Bush), naučnik koji je tokom rata upravljao američkim naučnim naporima, opisao je ove nove odnose između nauke i države u jednom rečitom pismu predsedniku Frenklinu D. Ruzveltu. Od tog dana, američka savezna vlada bila je čvrsto rešena da podržava temeljna istraživanja u svim prirodnim naukama. Budžetska podrška za to, a i za istraživanja u oblasti primenjene nauke, tako se naglo povećala, da nam je danas smešan onaj iznos od hiljadu dolara koji je E. O. Lorens obezbedio uz onoliki trud početkom tridesetih godina ovog veka. Čak i kad uzmemo u obzir inflaciju koja se u međuvremenu dogodila, njegova svota je trunčica u poređenju sa onim što je savezna država dala za temeljna naučna istraživanja u godini 1990 - približno 12 milijardi dolara. Osim toga, Drugi svetski rat isterao je iz Evrope mnoštvo naučnika; oni su, cela jedna poplava njih, došli u Ameriku i bitno doprineli procvatu nauke ovde.
     Početkom pedesetih godina dvadesetog veka mi smo na dvadesetak univerziteta imali akceleratore sposobne da učestvuju u vrhunskim naučnim prodorima onog doba. Shvatali smo atomsko jezgro sve bolje i bolje, a granična linija između znanja i nepoznatog premestila se u subnuklearni vilajet, gde su, međutim, bile potrebne još veće - još skuplje - mašine. Brzo je nastupila era preustrojavanja naučnih zajednica, spajanja u veće 'firme'. Devet univerziteta udružilo se u jednu grupaciju kako bi uspelo da izgradi laboratoriju u Brukhejvenu na Long Ajlendu, a zatim i da njome upravlja. Naručili su i platili mašinu od 3 GeV godine 1952, a zatim drugu, novu, od 30 GeV godine 1960. Prinstonski i Pensilvanijski univerziteti udružili su se i sagradili protonsku mašinu nadomak Prinstona. MIT i Harvard su izgradili CEA - akcelerator elektrona u Kembridžu, Masačusets, sa snagom 6 GeV.
     Tokom godina ovi konzorcijumi postajali su sve veći. Ali broj mašina u prvom jurišnom redu nauke smanjivao se. Bila nam je potrebna sve viša i viša energija da bismo stremili ka odgovoru na pitanje "Šta ima unutra?" i da bismo tragali za pravim a-tomom - a to su nula i jedinica u onoj našoj alegoriji o binarnoj biblioteci. Predlagane su nove mašine, ali su stare isključivane iz upotrebe da bi se oslobodila budžetska sredstva za novo. Velika nauka (izraz koji neznalice u medijima ponekad upotrebljavaju u pogrdnom značenju) postajala je sve veća. U pedesetim godinama grupa od dva, tri ili četiri naučnika mogla je preduzeti po dva ili tri opita svake godine. Decenije su proticale, objedinjene družine postajale su sve mnogoljudnije, a opiti dugotrajniji, između ostalog i zbog toga što su detektori morali postajati sve složeniji. Sada, posle 1990. godine, samo na detektoru u Fermilabu angažovano je 360 naučnika i studenata sa dvanaest univerziteta, dve nacionalne laboratorije i nekoliko institucija iz Japana i Italije. Isplanirana neprekidna prikupljanja podataka u jednom jedinom opitu potraju i po godinu dana, pa i duže; tu onda imamo pauzu samo za Božić, Četvrti juli i kad se nešto pokvari.
     Američka vlada nadgledala je ovaj razvoj, od nauke na jednom radnom stolu do akceleratora čiji se obim meri kilometrima. Iz programa za pravljenje nuklearne bombe u Drugom svetskom ratu rodila se, posle rata, Komisija za atomsku energiju - AEC (Atomic Energy Commision), civilna agencija koja nadgleda istraživanja u oblasti nuklearnog oružja, kao i njegovu proizvodnju i čuvanje. Američka nacija poverila je ovoj ustanovi i da finansira i nadzire temeljno naučno istraživanje u atomskoj fizici, a naročito u onome što se danas naziva fizika čestica.
     Želja da se stigne do Demokritovog a-toma postala je poznata i u dvoranama američkog Kongresa koji je obrazovao Zajednički odbor (oba doma) za atomsku energiju, kako bi imao uvid u tu oblast. Odbor poziva ljude na informativne razgovore, a posle štampa ceo tekst takvih saslušanja u zbijenim knjižicama državne zelene boje. To su izdanja koja posle posluže kao pravi Fort Noks informacija za istoričare nauke. Tu možete čitati kako je svedočio E. O. Lorens, šta su tačno rekli Robert Vilson, I. I. Rabi, Dž. Robert Openhajmer, Hans Bete, Enriko Fermi, Marej Gel-Man i mnogi drugi koji su strpljivo odgovarali na pitanja o tome kako potraga za konačnom česticom napreduje - i zašto je opet, opet, potrebna nova mašina? Dijalog na početku ovog poglavlja, između Fermilabovog osnivača i prvog direktora Roberta Vilsona, koji je bio jedna zaista živopisna osoba, i senatora Džona Pastorea, prepisan je iz jedne takve zelene knjižice.
     Hajde da sipamo još slova u našu supu sa azbukom. Ustanova AEC pretopila se u nešto drugo, a to je ERDA (Agencija za energetska istraživanja i razvoj - Energy Research and Development Agency), koja je ubrzo pretvorena u Ministarstvo energije (US Department of Energy - DOE). U ovom trenutku, DOE nadzire sve nacionalne laboratorije u kojima neko razbija atome. Ali takvih laboratorija ima samo pet u ovoj zemlji. To su SLAC, Brukhejven, Kornel, Fermilab, a peta je tek u izgradnji, to je superprovodni superkolajder.
     Akceleratorske laboratorije uglavnom su u državnom vlasništvu, ali njima upravlja neki 'kontraktor' - dakle, neko ko je sa državom potpisao ugovor da to radi. Kontraktor može biti neki univerzitet, kao što je Stenford za SLAC, ili konzorcijum univerziteta i drugih institucija, kao ovaj što vodi Fermilab. Kontraktor postavi direktora, a onda ide u crkvu i moli Boga. Jer direktor upravlja svim poslovima u celoj laboratoriji, donosi sve važne odluke i često ostane na svom radnom mestu duže nego što bi bilo dobro. Ja sam bio direktor u Fermilabu od 1979. do 1989, a moj glavni zadatak bio je da ostvarim viziju Roberta R. Vilsona: izgradnju Tevatrona, prvog na svetu superprovodnog akceleratora. Trebalo je da stvorimo i proton-antiproton kolajder, kao i svakojake detektorčine da bi se videlo šta biva pri čeonim sudarima jednako ubrzanih čestica na energijama od blizu 2 TeV.
     Veoma mnogo sam se zabrinuo oko procesa istraživačkog rada kad sam postao direktor Fermilaba. Kako mogu postdiplomci i novi doktori osetiti onu radost, osvajati znanje i ispoljavati stvaralaštvo na nivou jednog Raderforda i njegovih studenata; na nivou osnivača kvantne teorije; na nivou koji dostigosmo ja i moja grupica kolega kad se trebalo preznojavati pored mašine Nevis i rešavati problem za problemom? Ali što sam više sticao uvid u rad tih novih ljudi u Fermilabu, sve bolje sam se osećao. U pojedinim noćima posećivao sam zgradu koju je ispunio onaj naš divovski detektor sudara i video sam (ali samo u onim slučajevima kad me tamo nije čekao Demokrit) da su studenti silno uzbuđeni zbog svojih opita. Na divovskom ekranu sevaju sve novi opaženi događaji, koje je kompjuter 'prevodi' da bi desetak fizičara koji su u toj smeni na dužnosti mogli da shvate šta se zbiva. Ponekad naiđe događaj koji u toj meri upućuje na 'novu fiziku', da svi posmatrači uglas uzviknu.
     Svaka velika istraživačka brigada sastoji se od mnogo četa u kojima je po pet do deset ljudi. Jednu četu sačinjavaju profesor (ili dva profesora), nekoliko novih doktora i nekoliko postdiplomaca. Profa pazi na svoje jato, da ga ne izgubi u gomili. Na početku su svi u poslu da projektuju opremu koja će im trebati, da je naprave i da je provere. Tek posle se dobijaju i analiziraju podaci. U samo jednom od tih opita na kolajderu dobije se tako ogromna količina podataka da često moramo čekati da ova ili ona grupa dovrši analizu, a tek posle toga možemo da se usmerimo na sledeći problem. Mladi naučnik ili naučnica, dakle samo pojedinac u svemu ovome, odabere, možda po savetu svog profesora, jedan problem, za koji dobije saglasnost (konsenzusom) svih drugih vođa četa. (Jer, oni svi sačinjavaju jedan savet, koji o ovome odlučuje.) A problema ima u izobilju. Na primer, kad se u sudaru proton-antiproton stvori par W+ i W-, koji je tačan oblik tog procesa? Koliko energije odnesu te dve čestice? Pod kojim uglovima bivaju emitovane? I tako dalje. Kad se na jedno ovakvo pitanje dobije odgovor, on može biti samo 'zanimljiva pojedinost', ali može se desiti da bude i ključ za neki važan mehanizam u radu slabe ili jake sile. U devedesetim godinama, najuzbudljiviji je zadatak pronaći kvark vrh i izmeriti njegove odlike. Sve do sredine 1992. godine na ovome su radile samo četiri čete među tih 360 ljudi u detektorskoj zgradi (CDF) u Fermilabu, i to svaka četa za sebe.
     I tako dođe dan kad se mladi fizičari nađu prepušteni sami sebi, prisiljeni da se rvu sa zapetljanim računarskim programima i sa neizbežnim izobličenjima do kojih dolazi zato što uređaji nisu savršeni. Njihov je problem: kako izvući jedan istinit zaključak o načinu na koji priroda dejstvuje; kako umetnuti bar još jedan komadić slagalice koja nam daje sliku mikrosveta - veoma zbunjujuću sliku. Fizičarima pomaže mnogobrojno osoblje: uvek su pri ruci kompjuterski stručnjaci za softver, drugi koji se bave samo teorijskim analizama, treći koji su umetnici traganja za makar jednim dokazom koji bi išao iole u prilog nekom provizorno nabačenom mogućem zaključku. Pretpostavimo da je primećena neka zanimljiva nepravilnost u načinu na koji, kad se proton i antiproton 'spucaju', dve W čestice polete iz tog mesta sudara. Otkud nepravilnost? Da li je nešto malčice razdešeno u našim aparatima? (Metaforično govoreći: da nam nije 'napukao mikroskop'?) Da nije u softveru našeg računara neki 'bag' - neka 'bubica', virus, kvar? Ili ta nepravilnost stvarno postoji? Ako postoji, ako je stvarna, onda, zaboga, zar ne bi nešto slično tome morao primetiti i kolega Hari u svojim analizama Z čestica? - ili koleginica Mardžori, možda, u svojoj analizi mlazeva nastalih zbog uzmaka pri sudaru?
     Velika nauka postoji i kod nekih drugih drugara, a ne samo kod fizičara čestica. Astronomi zajedno rade na džinovskim teleskopima, a opažanja jednih posle proveravaju i drugi, da bi se dobili valjani podaci o kosmosu. Okeanografi takođe zajednički rade na istraživačkim brodovima koji imaju složenu sonarnu opremu, posebna ronila, posebne kamere. Biolozi imaju program istraživanja genoma; to je njima Velika nauka. Čak i hemičaru su potrebni maseni spektrometri, skupoceni laseri tačno određene boje, ogromni kompjuteri. Sve je veći broj disciplina u kojima naučnici, neizbežno, moraju deliti između sebe raspoloživo vreme korišćenja opreme koja je skupa, a neophodna za dalji napredak.
     Pošto sam sve ovo ispričao, moram naglasiti da je takođe izuzetno važno da mladi naučnici umeju da rade i na druge, kudikamo tradicionalnije načine - recimo, okupljeni oko opita koji je ceo na jednom radnom stolu, gde učestvuje samo desetak njihovih kolega i jedan profesor. Tu oni imaju divnu mogućnost da izvuku neki utikač, okrenu neki prekidač, i kad su sva svetla isključena i sve prekinuto, odu kući da razmišljaju. A možda čak i da spavaju. I Mala nauka je izvor otkrića, promena, a to su doprinosi značajni za ukupno napredovanje znanja. Moramo naći pravu ravnotežu, u našoj naučnoj politici, između velikog i malog, i moramo Bogu zahvaljivati što su nam obe te mogućnosti na raspolaganju. Ali kad je u pitanju praktičan rad na daljim visokoenergetskim istraživanjima, možemo samo da maštamo o davnim vremenima kad je usamljeni naučnik sedeo u svojoj laboratoriji napravljenoj u 'narodnoj radinosti' i mućkao raznobojne eliksire. To je nostalgičan prizor, ali on nas neće nikada dovesti do Božije čestice.

POVRATAK MAŠINAMA: TRI ZNAČAJNA TEHNIČKA UNAPREĐENJA

     Mnoga su tehnička unapređenja postignuta, tako da je sad, u suštini, moguće ubrzavanje do neograničeno velikih energija... ali kad bi budžeti bili neograničeni. Što nisu. Pogledaćemo tri takva unapređenja, izbliza.
     Prvi prodor bio je koncept fazne stabilnosti. To su otkrila dva naučnika u isto vreme, ali sasvim nezavisno jedan od drugog. Jedan je bio V. I. Veksler, ruski genije; drugi je bio Edvin Makmilan (Edwin McMillan), fizičar na Berkliju. Ali istu tu zamisao nezavisno je patentirao i naš sveprisutni norveški inženjer, Rolf Videroe. Fazna stabilnost toliko je važna da zaslužuje pristup kroz jedno poređenje. Zamislite dve istovetne poluloptaste činije za voće. Neki grnčar ih je napravio tako da svaka ima samo malo, malecko ravno dno, na kome stoji. Sad prevrnete jednu činiju; to njeno malo ravno dno postalo je mali ravni vrh jednog poluloptastog predmeta okrenutog nagore. Uzmite dve jednake lopte. Jednu stavite u onu činiju koja normalno stoji na stolu. Drugu loptu stavite na ravni vrh prevrnute činije. Obe lopte miruju. Jesu li obe u stabilnom položaju? Nisu. Test se sastoji u tome što gurnemo i jednu i drugu. Ona koja je na vrhu, skotrlja se i ode nekud; promeni svoje stanje iz osnove. Ona koja je u činiji zakotrlja se malo uz zakrivljenje činije, pa se zakotrlja unatrag do ravnotežne tačke, prođe kroz nju, i neko vreme tako oscilira pre nego što se ipak smiri u svom ravnotežnom položaju. E, to vam je stabilnost.
     Matematika naših čestica u akceleratorima ima mnogo sličnosti sa ovim opitom. Imaš neku česticu. Ona leti kroz tvoj akcelerator. Ako je dovoljno samo neko malo uznemirenje - na primer, jedan blag sudar sa atomom gasa zaostalim u cevi ili sa nekom drugom ubrzanom česticom, pa da dođe do velikih promena u kretanju čestice, onda to njeno kretanje nema osnovnu stabilnost i ranije ili kasnije ona će biti izgubljena. Ako, međutim, razni takvi poremećaji dovode samo do malih, oscilatornih iskoračenja posle kojih se čestica ipak smiri na svojoj idealnoj orbiti, onda posao ide stabilno.
     Napredak u smišljanju sve boljih konstrukcionih planova za nove akceleratore bio je divna mešavina analitičkih studija (sad se to uglavnom radi kompjuterski) i pronalaženja svakojakih domišljatih sprava i spravica, često sa osloncem na radarsku tehnologiju koja je izronila iz Drugog svetskog rata. Koncept fazne stabilnosti primenjen je u mnogim, raznovrsnim mašinama, kod kojih su radio-frekvencije prenošene na razne električne sile. Fazna stabilnost u jednom akceleratoru nastaje kad organizujemo radio-frekvenciju ubrzanja na takav način da čestica stiže pred Razmak u trenu koji je samo malčice pogrešan, što dovodi do samo male izmene putanje; već pri sledećem uletanju te čestice u taj Razmak, ovo odstupanje se samo od sebe ispravi. Dali smo ranije jedan primer ovoga, kod sinhrotrona. U stvarnosti se dešava da se odstupanje ne samo ispravi koliko treba nego i malo više nego što treba, zbog čega nastaje novo maleno odstupanje - na suprotnu stranu; i tako faza čestice osciluje, u odnosu na zadatu radio-frekvenciju, kao ona lopta u zdeli: prebacuje ili podbacuje u odnosu na idealnu fazu. Postiže se dobro ubrzanje.
     Drugo veliko unapređenje zbilo se godine 1952, kad je laboratorija Brukhejven dovršavala svoj akcelerator od 3 GeV kome su nadenuli naziv 'Kosmotron'. Očekivali su da im u posetu dođu evropske kolege iz laboratorije CERN u Ženevi, gde je bilo u toku projektovanje mašine od 10 GeV. Pripremajući se za ovaj susret, trojica fizičara dođoše do jednog važnog otkrića. Ta trojica bili su Stenli Livingston (rekao sam, jedan od Lorensovih studenata), Ernarst Kurant (Ernest Courant) i Hartlend Snajder (Hartland Snyder). Sva trojica pripadali su jednoj novoj rasi mačaka: bili su teoretičari akceleratora. Dosetili su se jednog načela koje se naziva jako fokusiranje. Pre nego što to opišem, trebalo bi da istaknem da su akceleratori čestica postali sami za sebe usavršena i jaka naučna disciplina. E, sad, krećemo, i to prvo od osnovnih pojmova (to se isplati raditi). Imamo Razmak, koji se zove i radio-frekventna šupljina. Čestica mora da proleti kroz to, a prolećući, dobija dodatnu energiju. Da bismo svaki ovakav Razmak koristili mnogo puta, ponovo i ponovo, mi, u suštini, pomoću magneta naterujemo čestice da jure ukrug. Koliku će najveću energiju moći čestice da dobiju u jednom akceleratoru, zavisi od dva bitna činioca: (1) koliki se najveći poluprečnik putanje može ostvariti pomoću raspoloživih magneta, i (2) koliko iznosi najveća jačina magnetnog polja koju možemo oko te putanje da stvorimo. Znači, mašinu sa višom energijom možemo da napravimo na dva načina: prvo, da joj poluprečnik bude veći, i drugo, da njeno najjače magnetno polje bude jače nego kod dotadašnjih mašina. Naravno, treći način je da postignemo i jedno i drugo.
     Kad su ta dva parametra konačno određena, onda, ako bismo česticama pridodali suviše energije, one bi izletele sa putanje, izgubili bismo ih. Ciklotroni u godini 1952. uspevali su da ubrzaju čestice do samo 1.000 MeV. A sinhrotroni uopšte i ne dopuštaju proširenje poluprečnika kruženja čestice nego samo pojačavaju svoje magnetno polje postupno, od vrlo slabog na početku do veoma jakog na kraju. Sinhrotron je mašina u obliku uštipka; u onim vremenima poluprečnik uštipka bio je tri-četiri metra, a kod nekih, najvećih, petnaestak metara. Postizane su energije do 10 GeV.
     Problem kojim su se pozabavili ovi prilično bistri teoretičari u Brukhejvenu bio je: kako postići da čestice jezde napred u nekoj zbijenoj, stabilnoj formaciji, blizu one putanje kojom bi se kretala neka zamišljena, idealna čestica koju ništa ne uznemirava, kad bi bila u idealnim, matematički savršenim magnetnim poljima. Pošto su kretanja tako dugotrajna, čak i najmanji poremećaj ili neka najmanja nesavršenost magnetnog polja dovoljni su da čestice počnu da 'vrljaju' sve dalje od idealne orbite... i još dalje... i mi uskoro nemamo zrak. Znači, moramo da stvorimo uslove da ubrzanje ide postojano. Matematika ovoga bila je, rekao je jedan od ove trojice, "dovoljno zamršena da popu veže obrve u čvor".
     Jako fokusiranje sastoji se u tome da izvajamo magnetna polja - damo im takav oblik da ona mogu voditi i 'pridržavati' čestice sa svih strana, tako da one ostanu što bliže idealnoj putanji. Ključna zamisao jeste da izvajamo, naravno, same magnete. Udubljenja u njima treba da budu tako oblikovana da magnetne sile navedu česticu da oscilira brzo, ali sa majušnom amplitudom (majušnim skretanjem na bilo koju stranu) u odnosu na idealnu orbitu. To vam je stabilnost kretanja. Pre jakog fokusiranja, vakuumska cev morala je da ima poprečni presek od pola metra ili metar, pa su i magnetni polovi morali biti neke slične veličine. Pronalazak u Brukhejvenu smanjio je to na desetak, možda dvanaest centimetara. Ishod? Pa, ogromna novčana ušteda. Cena jednog akceleratorskog MeV postignute energije bitno je smanjena.
     Jako fokusiranje omogućilo je, kao način ekonomisanja u našem poslu, da počnemo ozbiljno razmišljati o mašini čiji bi poluprečnik bio nekih 65 metara. Kasnije ćemo popričati o onom drugom parametru, jačini magnetnog polja. Dokle god ti koristiš gvožđe da pomoću njega vodiš česticu, najjače magnetno polje ti je oko 2 tesle, jer je to snaga posle koje gvožđe 'pomodri od muke' i ne može više. Ova trojica majstora dala su tačan opis jakog fokusiranja, u tome se sastojao njihov uspeh. Prvi put je njihova domišljatost primenjena u mašini za ubrzavanje elektrona do 1 GeV koju je u Kornelu sagradio Robert 'Brzi' Vilson. Pomenuta trojka saopštila je svoj predlog za izgradnju veoma fokusirane protonske mašine Komisiji za atomsku energiju - najobičnijim pismom, poštom. Priča se da je sve što su imali da kažu stalo na samo dve stranice! (Eh, sad bismo mogli početi žalopojke kako je danas birokratija mnogo veća... ali bio bi nam to uzaludan trud.) Komisija je odobrila zamisao i ljudi su u Brukhejvenu napravili mašinu od 30 GeV, kojoj su dali naziv AGS. Proradila je 1960. A u ženevskom CERN-u odustali su od planova za mašinu koja bi im, sa slabim fokusiranjem, davala 10 GeV, pa su pomoću ove brukhejvenske zamisli napravili umesto toga drugu mašinu, sa jakim fokusiranjem, i dobili 25 GeV - za iste pare. To njihovo je proradilo već 1959.
     Pred kraj šezdesetih godina napuštena je zamisao o daljem mučenju istih magneta da rade dva posla - da vode zrak i da ga fokusiraju. Preovladala je zamisao o 'razdvajanju funkcija': namestiš odlične dipole da vode zrak i namestiš kvadropole simetrično oko zraka (to jest, oko cevi kroz koju zrak proleće) da ga fokusiraju; oko putanje čestice načičkaš mnogo i jednih i drugih, a svaka vrsta radi svoj posao.
     Koristeći matematiku, fizičari su saznali na koji će način složena magnetna polja usmeravati i fokusirati čestice; počeli su da se upotrebljavaju i magneti sa većim brojem severnih i južnih polova - sa šest, osam ili deset (sekstapoli, oktapoli i dekapoli.) Počev od 1960, kompjuteri su dobijali sve važniju komandnu i nadzornu ulogu u vezi sa protokom i naponom struje, pritiscima i temperaturama u akceleratorima. Magneti sa jakim fokusiranjem i kompjuterska automatizacija omogućili su stvaranje izvanrednih novih mašina u šezdesetim i sedamdesetim godinama.
     Prva GeV mašina (sa hiljadu milijardi elektron-volti) dobila je skroman naziv Kosmotron. Počela je da radi u Brukhejvenu 1952. godine. Sledeći je bio Kornel sa mašinom od 1,2 GeV. Nabrojaćemo i druge zvezde te ere...

     AKCELERATOR ENERGIJA MESTO GODINA
     Bevatron 6 GeV Berkli 1954.
     AGS 30 GeV Brukhejven 1960.
     ZGS 12,5 GeV Argon kod Čikaga 1964.
     Dvestotka 200 GeV Fermilab 1972. (od 1974. 400 GeV)
     Tevatron 900 GeV Fermilab 1983

     U inostranstvu su izgrađeni akceleratori 'Saturn' (Francuska, 3 GeV), 'Nimrod' (Engleska, 10 GeV), 'Dubna' (Rusija, 10 GeV), 'KEK PS' (Japan, 13 GeV); takođe CERN-ov 'PS' (Ženeva, 25 GeV), 'Serpuhov' (Rusija, 70 GeV), 'SPS' (CERN/Ženeva, 400 GeV).
     Treće veliko otkriće bilo je kaskadno ubrzanje. Ovaj koncept se pripisuje fizičaru sa Kalteka po imenu Mat Sends (Matt Sands). On se dosetio da bismo mogli poređati nekoliko akceleratora u jedan niz, s tim da svaki akcelerator bude optimalno podešen za određeni energetski razmak, recimo od 0 do 1 MeV, od 1 do 100 MeV i tako dalje. To vam je kao menjač u sportskom automobilu, svaka brzina namenjena je da omogući najdelotvornije izvlačenje vozila do sledeće, još veće brzine. Kad povećavamo energiju, ubrzani zrak postaje sve zbijeniji. Znači, mogu se smanjivati i prečnici magneta, pa time i njihova cena. Ovo kaskadno rešenje korišćeno je pri izgradnji svih akceleratora počev od 1960. godine. Vrhunski primeri jesu Tevatron (u njega je ugrađeno pet ovakvih stepenova) i superkolajder (koji će imati šest, kad bude dovršen) u Teksasu.

DA LI JE VEĆE UVEK I BOLJE?

     Protutnjali smo kroz toliku raspravu o tehničkim vidovima rada na ubrzavanju čestica, a nismo zastali da pomislimo zvog čega je potrebno da ciklotroni i sinhrotroni budu veliki. Još su Videroe i Lorens pokazali da nije neophodno proizvoditi ogromne napone, kao što su pioniri našeg posla zamišljali, da bi se čestice ubrzale do visokih energija. Dovoljno je poslati česticu kroz niz Razmaka, ili udesiti da čestica putuje kružnom orbitom tako da jedan isti Razmak može biti upotrebljavan mnogo puta uzastopce. U kružnim mašinama preostaju samo dva parametra: jačina magnetnog polja i poluprečnik kružne putanje čestica. Graditelji akceleratora podese ova dva parametra da bi dobili onu energiju koju žele. Koliko para, toliko poluprečnika: o poluprečniku jednog akceleratora odlučuje uglavnom raspoloživa svota novca. Jačina magnetnog polja ograničena je, međutim, mogućnostima naše tehnologije. Ako ne možemo još više pojačati magnetno polje, a baš smo rešili da postignemo veću energiju, šta drugo onda da se radi - moramo da izgradimo veći krug. Znamo da u superkolajderu želimo da svaki zrak dobije energiju od po 20 TeV. Takođe znamo (ili mislimo da znamo) koliko je jak najjači magnet koji ikako možemo napraviti. Na osnovu toga izračunali smo koliko mora da iznosi obim superkolajdera: 85 kilometara.

ČETVRTO VELIKO OTKRIĆE: SUPERPROVODLJIVOST

     Davne 1911. godine, jedan holandski fizičar otkrio je da izvesni metali, kad se ohlade do krajnje niskih temperatura - a to znači, samo stepen-dva iznad apsolutne nule na Kelvinovoj lestvici (-273 na Celzijusovoj) - ne daju više nikakav otpor proticanju električne struje. Na takvoj temperaturi, struja bi kroz jedan krug od žice mogla da protiče, da kruži, večno, bez ikakvog daljeg utroška energije.
     U tvom stanu, električna snaga se isporučuje (da bi ti mogao/mogla da je trošiš) kroz bakarne žice. Ovaj poslić obezbeđuje tvoja draga elektrodistributivna kompanija. Žice se donekle i zagrevaju zato što pružaju otpor proticanju struje: to je otprilike kao jedno trenje, koje ne dopušta struji da protiče sasvim slobodno. Na to zagrevanje žica, koje je čista šteta i rasipanje, potroši se izvesna količina energije. Zato tvoj račun za struju bude veći. Kod konvencionalnih elektromagneta koji rade u motorima, generatorima i akceleratorima, struja takođe protiče kroz bakarne žice, tako namotane da se dobija jako elektromagnetno polje. U motoru to polje obrće neke druge namotaje žice (rotor) kroz koje takođe protiče struja. Pruži ruku i opipaj motor: topao je. U akceleratoru, magnetno polje usmerava čestice i fokusira ih. Bakarne žice se ugreju, a začas bi se i pregrejale, ali ih hladimo tako što puštamo da kroz njih teče ogromna količina vode, obično kroz rupe koje su namerno ostavljene u debelim namotajima žice. A ako se pitate kuda otiče lova, evo jednog podatka: Fermilabov akcelerator nakarikao je u toku 1975. godina račun za struju u ukupnom iznosu od 15 miliona dolara. Nekih 90% toga potrošili su moćni magneti u glavnom prstenu od 400 GeV.
     Početkom šezdesetih godina dogodilo se veliko tehničko unapređenje. Dobili smo nove legure nastale mešanjem egzotičnih metala. Ove legure su sposobne da ostanu u tom osetljivom stanju zvanom 'superprovodljivost' i kad provode kroz sebe ogromne količine struje i proizvode magnetna polja ogromne jačine. Sve to na srazmerno 'civilizovanim' temperaturama od 5 do 10 stepeni iznad apsolutne nule, što je nama neuporedivo lakše da postignemo i održavamo nego 1 ili 2 stepena koliko je potrebno kod običnih metala. Helijum ostaje prava tečnost i na 50K (sve drugo se na tako niskoj temperaturi stvrdne) i zato nam se ukazala prilika za stvarnu, praktičnu upotrebu superprovodljivosti. U većini velikih laboratorija naučnici su tada otpočeli neka posla sa žicama koje nisu od bakra nego od legura kao što je niobijum-titanijum ili niobijum-3-kalaj. Puštali su da se preko tih žica sliva tečni helijum, koji ih zadržava na temperaturi gde je tim legurama superprovodljivost još moguća.
     Veliki magneti ove vrste pravljeni su za detektore čestica; namestiš takve magnete, recimo, svuda oko tvoje maglene komore. Ali nisu korišćeni u akceleratorima, u kojima se jačina magnetnog polja mora stalno povećavati dok se i energija čestica povećava. To povećavanje - dakle, menjanje - kvari nam posao zato što nastaju dejstva koja su kao trenje (vrtložne struje), i žice se zagreju, pa superprovodljivost bude upropašćena. Ogromne količine istraživačkog rada ulagane su u ovaj problem tokom nekih dvadeset mukotrpnih godina. Fermilab je, pod upravom Roberta Vilsona, bio negde na čelu ovih nastojanja. Jedan Vilsonov tim bacio se na istraživanje i razvoj superprovodnih magneta godine 1973, ubrzo posle aktiviranja prvobitne Dvestotke. Jedna od pobuda za ulaganje ovog rada bila je i ta što se cena struje naglo povećavala zbog naftne krize koja je nastala u svetu u to doba. Drugi motiv bio je taj što su naši evropski takmaci, oni u konzorcijumu CERN u Ženevi, grabili napred.
     Sedamdesete su bile mršave godine za budžete američkih naučnoistraživačkih ustanova. Posle Drugog svetskog rata, ova zemlja je bila čvrsto ispred svih u naučnom istraživanju zato što su svi ostali morali da se trude da obnove, posle ratnih razaranja, svoju privredu i svoju naučnu infrastrukturu. Pred kraj sedamdesetih, neka ravnoteža opet se uspostavila. Evropljani su gradili mašinu od 400 GeV, superprotonski sinhrotron (SPS). Za to su imali veće pare nego mi ovde, i ne samo to nego su uspeli da nameste i veći broj skupocenih detektora od kojih zavisi kvalitet istraživačkog rada. (Ta mašina označila je početak novog ciklusa u međunarodnoj saradnji, ali i u utakmici. Sada, u devedesetim godinama, Evropa i Japan su ispred Amerike u nekim oblastima istraživanja, a u nekim drugim zaostaju, ali ne mnogo.)
     Vilsonova zamisao bila je sledeća: ako se otarasimo te nevolje sa vrtložnim strujama, pa okružimo ceo akcelerator superprovodnim magnetima, uštedećemo ogromne količine struje, a dobićemo jača magnetna polja, što će značiti, bez ikakvog povećanja poluprečnika, da ćemo dobijati čestice sa većom energijom. Pomagao mu je Alvin Tolestrup (Alvin Tollestrup), profesor sa Kalteka, koji je došao da u Fermilabu provede svoju slobodnu godinu (ali je to produžio i nastavio da produžava, i ostao za stalno). Vilson i Tolestrup su veoma potanko proučavali kako promene u proticanju struje i u magnetnom polju izazivaju lokalno zagrevanje. Fermilabovoj grupi pomagali su i naučnici koji su radili u nekim drugim laboratorijama, naročito oni u Raderfordovoj laboratoriji u Engleskoj. Fermilabovci su napravili stotine modela, magneta za probu. Sarađivali su i sa metalurzima i sa onima koji se bave isključivo naukom o materijalima. Između 1973. i 1977. rešenje je najzad nađeno. Uspeli smo da pojačamo struju u superprovodnim magnetima od nule do 5.000 ampera za samo 10 sekundi, a da ne izgubimo superprovodljivost. U zimu 1978-79. godine počela je da radi jedna proizvodna linija koja je pravila magnete sedam metara dugačke, sa izvrsnim odlikama. Godine 1983, rad Tevatrona u Fermilabu pojačan je tako što je na izlazni deo cevi dodato jedno veliko superprovodno parče - kao ono kad na izlazni deo avionskog mlaznog motora nakače još i komoru za dodatno sagorevanje. Time je energija podignuta sa 400 na 900 GeV, a potrebna snaga električne struje smanjena sa 60 na 20 megavata, a i to se većim delom troši na proizvodnju tečnog helijuma.
     Kad je Vilson pokrenuo svoj program istraživanja i razvoja, 1973. godine, ukupna godišnja proizvodnja superprovodnog materijala u Americi iznosila je stotinak ili dvesta kilograma. Fermilab je, međutim, počeo da kupuje po šezdesetak hiljada kilograma godišnje, što je toj industriji omogućilo da se izgradi na sasvim drugačiji način. Glavni kupci superprovodnog materijala danas jesu one firme koje prave MRI (magnetno-rezonantne) skenere, pomoću kojih lekari, kad treba da odrede dijagnozu, zavire u pacijenta. A to je industrija koja obrne 500 miliona dolara godišnje. Može se reći da za uspeh tog posla neku malu zaslugu ima i Fermilab.

KAUBOJ DIREKTOR

     Čovek koji je dobrim delom zaslužan što Fermilab uopšte postoji jeste naš prvi direktor, umetnik/kauboj/konstruktor, Robert Ratban Vilson. Znate šta, ima harizme i harizme, ali on je u tom pogledu bio superšampion! Odrastao je u Vajomingu, gde je jahao konje i vredno učio u školi, i izborio se da mu daju stipendiju, pomoću koje se ubacio na Berkli. Tamo je postao student E. O. Lorensa.
     Već sam opisao neimarske podvige ovog renesansnog čoveka u izgradnji Fermilaba. Dodao bih da je on bio i tehnološki mudar. Vilson je postao direktor-osnivač Fermilaba 1967. godine i obezbedio budžet od 250 miliona dolara da bi sagradio (tako je pisalo u specifikaciji) mašinu od 200 GeV sa sedam zrakastih linija. Izgradnja je počela 1968. i trebalo je da traje pet godina, ali je Vilson dovršio mašinu pre roka, godine 1972. Već 1974. radila je postojano na 400 GeV sa 14 zračnih linija, a od para namenjenih za izgradnju preostalo je nepotrošenih još deset miliona dolara. Sve to, uz najveličanstveniju arhitekturu ikada ostvarenu u ma kojoj američkoj državnoj instalaciji. Nedavno sam izračunao sledeće: da je Vilsonu povereno da upravlja, sa tim istim veštinama i sposobnostima, našim budžetom za nacionalnu odbranu tokom proteklih petnaest godina, sada bi Sjedinjene Države imale prijatan plus u budžetu, a naši tenkovi bi bili glavna tema u svetu likovnih umetnika.
     Priča se da je Vilsonu prvi put palo na pamet da sagradi nešto nalik na Fermilab još na početku šezdesetih godina. Jedne od tih godina našao se u Parizu kao profesor u sklopu međunarodne razmene. Jednog dana dadoše mu zadatak i da učestvuje u javnoj sesiji slikanja. Tako se Vilson našao u Gran Šomijeu, gde je zajedno sa grupom drugih umetnika morao da sedi i crta nagu ženu - a kao model im je pozirala neka baš obilato građena. U to vreme u SAD su vođene rasprave o Dvestotki i Vilsonu se nije sviđalo ono što je čitao u pismima koja su mu stizala. I dok su svi drugi crtali okrugle sise, Vilson je crtao drugačije krugove - kako bi se zraci mogli savijati - i ukrašavao ih jednačinama. To vam je posvećenost poslu.
     Vilson nije bio savršen. Prilikom zidanja Fermilaba koristio je 'prečice' da bi dobio na vremenu, ali to mu se nije svaki put uspešno završilo. Ogorčeno se žalio da je zbog samo jednog jedinog promašaja izgubio deset miliona dolara i godinu dana (inače bi završio Fermilab još 1971. godine). Umeo je on i da 'poludi'; godine 1978, zgađen sporim priticanjem budžetskih sredstava za njegov rad na superprovodljivosti, podneo je ostavku. Mene su onda pitali da postanem njegov naslednik. Ja - pravo kod njega. On mi je zapretio da će me avetinjski pohoditi ako ne prihvatim to radno mesto. Ova pretnja me je slomila. Naprosto nisam mogao izdržati pomisao da u noćima za mnom jaše Vilsonov duh na konju. I zato sam prihvatio taj posao i pripremio tri koverte.

JEDAN DAN U ŽIVOTU PROTONA

     Sve što je u ovom poglavlju objašnjeno možemo ilustrovati tako što ćemo opisati Fermilabov kaskadni akcelerator, koji se sastoji od pet uzastopnih mašina (sedam, ako ubrojite i ona dva prstena u kojima pravimo antimateriju). Fermilab je jedna složena koreografija, sačinjena od pet različitih akceleratora, a svaki od njih znači po jedan korak naviše u energiji i usavršenosti, kao ontogenetska rekapitulacija filogeneze (ili šta već rekapitulira).
     Prvo moramo da imamo nešto što bismo ubrzavali. Skoknemo prekoputa u prodavnicu, i to u gvožđaru, i kupimo jednu od onih visokih metalnih boca u kolima se nalazi gas vodonik pod velikim pritiskom. Vodonikov atom sastoji se od jednog elektrona i jezgra koje je sasvim jednostavno - njega čini samo jedan proton. U toj jednoj boci ima dovoljno protona da Fermilab radi godinu dana. Cena: dvadeset dolara, bez kaucije (znači, ako ćemo vratiti praznu bocu). Prva mašina u kaskadi je Kokroft-Voltonov elektrostatički akcelerator, sazdan isto kao onaj prvi iz tridesetih godina. To je daleko najstariji od svih akceleratora u Fermilabu, pa ipak, kod novinara najpopularniji za slikanje zato što izgleda futuristički, ukrašen je ogromnim blistavim kuglama i kružnim prstenovima nalik na uštipak. U Kokroft-Voltonu prasne varnica i oguli elektrone sa atoma, tako da ostaju samo protoni, pozitivno naelektrisani. U tom trenutku oni, otprilike, miruju, ne idu nikud. Ta mašina ih onda ubrzava, i napravi zrak od 750 KeV koji je nanišanjen pravo ka ulazu u sledeću mašinu, a to je linearni akcelerator, skraćeno linak. Ovaj linak baci protone kroz jedan 150 metara dugačak niz radio-frekventnih šupljina (Razmaka) i time ih izvuče do 200 MeV.
     Sa ovom, sada već poštovanja dostojnom energijom, oni bivaju prebačeni, magnetnim usmeravanjem i fokusiranjem, u 'buster', to jest 'dodavač snage'. To je sinhrotron, koji ih dočepa i vrti, vrti, i podigne njihovu energiju na 8 GeV. Samo pomislite: već smo postigli veću energiju nego što je imao Bevatron u Berkliju, prvi giga-akcelerator, a tek nam ostaju dva najjača prstena. Ovu dobijenu količinu protona ubrizgavamo u glavni prsten, a to nam je taj od šest i po kilometara u obimu; to je naša Dvestotka, koja je od 1974. do 1982. postizala 400 GeV, dvostruko više nego što je projektovana da postiže. Ovaj glavni prsten bio je radni konj celog Fermilaba.
     Kad smo uključili i Tevatron, godine 1983, Dvestotki je život postao nešto lakši. Sada ona povuče protone samo do 150 GeV, a onda ih dodaje superprovodničkom Tevatronu, čiji je prsten tačno istog poluprečnika kao glavni, ali je ukopan nešto dublje u zemlju - samo dva-tri metra dublje. Kad Tevatron primenjujemo na konvencionalan način, superprovodni magneti dohvate česticu i nose je ukrug, ukrug, 50.000 puta u sekundi, a pri svakom krugu ona dobije još po, približno, 700 KeV; posle nekih 25 sekundi izvučena je do energije od 900 GeV. Sada kroz magnete protiče struja snage 5.000 ampera, a jačina njihovog magnetnog polja povećala se na 4,1 tesla, što je više nego dvostruko jače od onog što se može dobiti od starih, gvozdenih magneta. Energija koju treba trošiti da bi se održala struja jačine tih 5.000 ampera jednaka je približno nuli! Tehnologija superprovodnih legura neprestano se poboljšava. Do godine 1990. toliko je poboljšana, da će u superkolajderu biti postizana magnetna polja jačine šest i po tesli, a oni drugari u CERN-u rade svim silama da tu tehnologiju poguraju do možda krajnjih granica mogućih za niobijumske legure - 10 tesli. Godine 1987. otkrivena je nova vrsta superprovodnika, sa keramičkim materijalima kojima je dovoljno i hlađenje samo tečnim azotom. Tu su se ljudi mnogo ponadali da će troškovi biti drastično smanjeni, ali potrebna jaka magnetna polja još nisu postigli; zasad niko ne može predvideti kad će, i da li će ikad, ti novi materijali zameniti leguru niobijuma i titanijuma.
     Dobro. Mi smo u Tevatronu gde je ograničenje 4,1 tesle. Sad elektromagnetne sile 'ritnu' protone i izbace ih na jednu orbitu koja ih izvede sasvim iz te mašine. Oni uleću u jedan tunel. Tu ih raspodelimo na ukupno 14 zračnih linija - znači, od jednog mlaza napravimo 14 manjih, zasebnih mlazeva. Svakome od tih mlazeva po jedna ekipa naučnika podmetne metu, u koju mlaz udari, ali namesti i detektore da vidi šta će onda da bude. U ovom našem programu, gde se protonima nameštaju nepokretne mete, radi nekih hiljadu fizičara. Mašina radi u ciklusima. Treba joj oko 30 sekundi da postigne sva ta pomenuta ubrzanja. Onda prosipa svoj zrak, ne sve odjednom nego malo-pomalo, tokom dvadesetak sekundi, da eksperimentatori ne bi bili zasuti prevelikom količinom čestica što bi im pokvarilo opit. To je jedan ciklus. On se svakog minuta ponovi iz početka.
     Spoljašnji zrak - to je onaj koji, već krajnje ubrzan, izleće iz Tevatrona - veoma je usko fokusiran. Moje kolege i ja izveli smo jedan opit sa vrlo oštrim brijačem. Zrak smo usmerili u 'proton-centar', vodili još dva i po kilometra, i njime gađali oštricu brijača. Protoni su pogađali samo oštricu i odbijali se o njenu debljinu, koja je manja od stotog dela milimetra. Opit je potrajao nedeljama i zrak je svakog minuta ponovo i ponovo pogađao i nijednom nije promašio; njegova kolebanja bila su mnogo manja od debljine te mete.
     Drugi način korišćenja Tevatrona jeste kolajderski, sudarni. To je nešto sasvim drugo. Zaslužuje da se objasni natenane. Na početku, protoni ušpricani u Tevatron kruže i kruže, ali ne dobijaju nikakvu novu energiju - ostaju na 150 GeV, sa koliko su i ušli. Oni čekaju antiprotone. U pravom trenutku, naš izvor 'pi-bara', to jest antiprotona, uradi svoj posao: proizvede antiprotone i baci ih u Tevatronov prsten, ali tako da se kreću u suprotnom smeru, protonima u susret. Kad imamo u Tevatronu oba ta zraka, počnemo da pojačavamo magnetna polja. Time ubrzavamo oba. (O tome uskoro podrobnije.)
     U svakoj fazi ovog našeg radnog niza, kompjuteri kontrolišu magnete i radio-frekventne sisteme, tako da protoni ostaju čvrsto zbijeni i vođeni. Senzori daju informacije o jačini i naponu raznih struja, o pritiscima, temperaturama, o mestu gde se protoni trenutno nalaze, kao i najnovije berzanske izveštaje. Samo jedna greška, i zrak bi mogao da izleti sa predviđene putanje i zarije se u okolne magnete. U njima bi izbušio rupicu, vrlo finu i... vrlo skupu. Ovo se nikad nije dogodilo. Do sada.

ODLUKE, ODLUKE: PROTONE ILI ELEKTRONE?

     Napričasmo se toliko o protonskim mašinama, a protoni, ipak, nisu naša jedina mogućnost. Kod njih je fino to što ih možemo jeftino ubrzavati, sve do hiljade milijardi elektron-volti. Superkolajder će ih ubrzavati do 20 biliona eV. Zapravo, možda ne postoji teorijska gornja granica energije koja bi se tako mogla dostići. Ono što kod protona ne valja, to je što su puni drugih čestica - kvarkova i gluona. Kad se samo jedan proton raspuca o metu, iz njega izleti... svašta. Zato neki fizičari više vole da ubrzavaju elektrone, koji su kao tačka, kao a-tom. Baciš tačku u sudar, sudar ostane čist. Ili, bar, čistiji nego sa protonom. Ali kod elektrona, opet, ne valja to što im je masa daleko manja, pa je teško i skupo ubrzavati ih. Veliku količinu elektromagnetnog zračenja moramo utrošiti da bismo tako malenu masu vodili željenom kružnom putanjom. To zračenje se rasipa, odlazi na sve strane. Da bismo nadoknadili gubitak, moramo trošiti dodatne količine struje. Odoše pare. Međutim, upravo ovo zračenje, koje sa našeg gledišta 'ide u štetu', nekim drugim naučnicima ide baš u korist zato što je veoma snažno i veoma visoke frekvencije. Postoje mnogi kružni akceleratori elektrona koji, u stvari, ne rade ništa drugo korisno - posvećeni su u celosti proizvodnji ovih sinhrotronskih elektromagnetnih zračenja. Dolazi mnogo mušterija: biolozi koji pomoću snažnih fotonskih zraka proučavaju ogromne molekule; proizvođači elektronskih čipova, koji rade rendgensku litografiju; proučavaoci kondenzovane materije, koji proučavaju strukturu materijala, i mnogo drugog sveta koji se bavi tim, tako, praktičnim stvarima.
     Jedan način da se izbegne ovaj gubitak energije bio bi da se upotrebi linearni akcelerator, kao što je onaj tri kilometra dugačak linak u Stenfordu, SLAC, sagrađen još početkom šezdesetih. Tu stenfordsku mašinu prvobitno su zvali 'M', što je bilo skraćeno od 'Monstrum'; bio je stvarno, za svoje vreme, čudovišno veliki. Počinje kod stenfordskog studentskog grada, nekih četiri stotine metara od raseline Sveti Andreja, i pruža se ka zalivu San Francisko. SLAC za svoje postojanje ima da zahvali zamahu i snalažljivosti svog prvog direktora, Volfganga Panofskog (Wolfgang Panofsky). Ali, vidite, Dž. Robert Openhajmer mi je ispričao da su taj sjajni Panofski i njegov jednako sjajni brat-blizanac Hans išli na Prinston zajedno, postigli obojica zvezdano visok akademski uspeh, ali jedan je ipak za dlaku bolji od drugog. Od tada ih zovu, rekao je Openhajmer, Pametni Panofski i Glupi Panofski. Ali koji je koji? "To je tajna!" izjavljuje Volfgang. A zvali smo ga, uistinu, Pif.
     Razlike između Fermilaba i Prinstona su očigledne. Ovaj radi protone, onaj elektrone. Ovaj je okrugao, onaj ravan. A kad kažemo da je linearni akcelerator prav, to znači stvarno u pravoj liniji. Na primer, pretpostavimo da neko izgradi tri kilometra druma. Građevinari jemče da je drum prav kao strela, ali nije. On je zakrivljen u skladu sa vrlo blagim zakrivljenjem površine planete Zemlje. Geometru koji stoji na njemu izgleda sasvim prav, ali viđen iz kosmosa, to je jedan blagi luk. Za razliku od toga, cev kroz koju se kreću elektroni SLAC-a jeste prava. Kad bi Zemlja bila savršena kugla, ovaj linak bio bi trikilometarska tangenta na njenu površinu. Mašine sa elektronima su se namnožile po svetu, ali je SLAC ostao najspektakularnija od njih, ubrzavao je elektrone do 20 GeV u 1960. godini i do 50 GeV u 1989... a onda su Evropljani preuzeli stvari u svoje ruke.

KOLAJDERI PROTIV META

     Dobro, znači ovo su naše mogućnosti izbora do sad. Možeš ubrzavati protone, ili elektrone; i možeš ih ubrzavati u krugovima ili u pravoj liniji. Ipak, mora još jedna odluka da se donese.
     Konvencionalni način sudaranja sastoji se u tome što 'spasemo' jedan zrak iz njegovog magnetnog zatvora i pustimo ga da poleti - naravno, uvek kroz cevi u kojima je vakuum - do mete. Kada se zrak zabije u metu, nastanu sudari. Objasnili smo kako analiza tih sudara daje informacije o subnuklearnom svetu. Ubrzana čestica donosi sa sobom izvesnu količinu energije, ali samo deo te energije stvarno posluži svrsi, istraživanju prirode na vrlo malim razdaljinama ili proizvodnji novih čestica pomoću E = mc2. Zakon o očuvanju impulsa kaže da će jedan deo unete energije biti očuvan i naprosto predat konačnim proizvodima sudara - to će sad biti njihov impuls. Neka nam ovo posluži kao poređenje: autobus u punom zaletu tresne u kamion. Veliki deo tog impulsa biće prenet na razne komade metala, gume i stakla koji će poleteti napred, u smeru kojim se do sudara kretao autobus. To odnosi deo energije, što znači da nije sva utrošena na rasturanje kamiona; mogao je biti još potpunije razlupan.
     Ako 1.000 GeV tresne u jedan proton koji miruje, priroda insistira na tome da čestice koje odatle proisteknu, ma koje bile, moraju imati ukupno kretanje napred jednako kretanju koje je proton-upadač doneo. Kad se ovo lepo izračuna, pokaže se da samo 42 GeV (od tih hiljadu) preostaju za pravljenje novih čestica.
     Mi smo negde sredinom šezdesetih godina shvatili, konačno, da bismo postizali daleko silovitije sudare kad bismo udesili da dva zraka, svaki ubrzan najviše što je u tom akceleratoru moguće, pojure jedan drugome pravo u susret, pri čemu se čestice sudare čeomice (čeoni sudar). Ista energija akceleratora bila bi u isti sudar uložena dvaput i bila bi sva na raspolaganju, jer je uneti momenat sile jednak nuli zato što se jednaki, ali suprotni impulsi dvaju sudarenih čestica u tom slučaju međusobno oduzimaju, to jest potiru. Ergo, u akceleratoru od 1.000 GeV čeoni sudar dve čestice ostavlja nam na raspolaganju 2.000 GeV energije samo za pravljenje novih čestica, a ne 42, kao kad smo gađali nepomičnu metu. Ima, doduše, i jedna 'kazna' da se plati. Nije problem iz mitraljeza pogoditi ambar; ali jeste malo nezgodno udesiti da se dva mitraljeza uzajamno gađaju tako da se kuršumi sudaraju u vazduhu. To vam je ta nezgodacija kod rukovanja akceleratorom u kome se zraci sudaraju - kolajderom.

PRAVLJENJE ANTIMATERIJE

     Na Stenfordu je posle prvog kolajdera napravljen i drugi, veoma produktivan. Nazvaše ga SPEAR ('Stanford Positron-Electron Accelerator Ring' - 'Stenfordski pozitron-elektron akceleratorski prsten'). Dovršen je 1973. godine. Tu se, u linearnom akceleratoru dugačkom tri kilometra, zrak elektrona ubrzava do energije koja iznosi između 1 i 2 GeV, a onda se ostavlja da kruži i kruži u jednom malom magnetnom prstenu koji služi samo za to, za čuvanje već ubrzanih elektrona. Pozitrone, čestice Karla Andersona, proizvodimo pomoću jednog niza reakcija. Prvo jakim zrakom elektrona bombardujemo neku metu, što dovodi do proizvodnje, između ostalog, i jednog jakog zraka fotona. Magneti raskrče svakojaki krš naelektrisanih čestica - počiste ih sve u stranu; ali ne utiču na fotone, koji su neutralni. Tako dobijenom čistom zraku fotona dozvolimo da udara u metu koja je načinjena od vrlo tankog lista nekog materijala, recimo platine. Najčešći ishod je taj da se čista energija fotona pretvara u jedan elektron i jedan pozitron; u kretanju ta dva očuvana je upadna energija fotona minus ono što je masa mirovanja dvaju stvorenih čestica.
     Jedan magnetni sistem uspeva da pokupi bar deo nastalih pozitrona. Njih ubrzavamo i bacamo u onaj prsten za čuvanje, u kome ubrzani elektroni za sve to vreme strpljivo jure ukrug, ukrug... Pošto elektroni i pozitroni imaju suprotno naelektrisanje, magnet ih zavrće na suprotnu stranu. Ako mlaz jednih juri u smeru kretanja kazaljki na satu, mlaz onih drugih juriće u suprotnom smeru. Jasno nam je šta će se onda desiti: sudariće se čeono. Ovaj SPEAR je postigao nekoliko značajnih otkrića, kolajderi su postali popularni, i da vidite koja su poetična imena podarena svetu. Naravno, na engleskom spear znači koplje. Pre ovog našeg koplja, bio je ADONE (Italija, 2 GeV); posle SPEAR-a (3 GeV), došetala je DORIS (Nemačka, 6 GeV), pa PEP (opet Stenford, 30 GeV); PETRA (Nemačka, 30 GeV); CESR (Kornel, 8 GeV), pa ruski VEPP, onda TRISTAN (Japan, 60 do 70 Gev), LEP (CERN, 100 Gev) i SLC (Stenford, 100 GeV). Imajte na umu da se kolajderi rangiraju tako što se saberu energije oba zraka. Na primer, LEP daje 50 GeV jednom svom zraku, a drugom još 50 GeV, dakle to je mašina od 100 GeV.
     Godine 1972 postali su nam dostupni i sudari proton-proton, takođe čeoni, u prvoj instalaciji te vrste na svetu, u CERN-u. To je instalacija ISR (Intersecting Storage Rings) u kojoj postoje dva nezavisna prstena. Iako su zasebni, ti prstenovi se ipak prepliću. Kroz oba prstena jure protoni, ali u suprotnim smerovima. Namešteno je osam tačaka preseka, gde se protonski zrak iz jednog ukršta sa protonskim zrakom iz onog drugog smera i gde dolazi do čeonog sudara. Vi možete naterati materiju i antimateriju, na primer elektrone i pozitrone, na kruženje kroz samo jedan prsten, a zatim sudaranje, jer isti magneti teraju materiju u jednom, a antimateriju u suprotnom smeru; ali kad hoćete tako nešto da izvedete sa protonima, morate izgraditi dva odvojena prstena.
     U tom ISR, svaki prsten ispunjava se protonima koji su već ubrzani do 30 GeV, a proizvedeni u jednom konvencionalnijem CERN-ovom akceleratoru, koji se zove PS. Instalacija ISR bila je, na kraju, veoma uspešna, ali kad su je Švajcarci prvi put stavili u dejstvo, godine 1972, postizano je samo po nekoliko hiljada sudara u svakoj od tih osam tačaka 'visoke luminoznosti'. Termin 'luminoznost' koristimo u smislu: broj sudara u sekundi. Ti rani jadi ISR-a pokazali su koliko je teško udesiti da se zrna ispaljena iz dva mitraljeza (to jest, protoni iz dva pravca) sudaraju međusobno. Preduzete su razne popravke, pa se nekako doguralo do 5 miliona sudara u sekundi. Naučni učinci instalacije ISR bili su... šta reći. Skromni. Neka važna merenja su ostvarena. Ali glavna korist od ISR-a bila je, ipak, trenažna; tu smo učili neke tehnike rada sa kolajderima, a naročito tehnike otkrivanja. ISR beše elegantna mašina, kako po tehničkim osobinama, tako i po izgledu. Tipičan švajcarski rad. Tamo sam radio tokom moje slobodne godine, 1972, a i u sledećih deset godina sam navraćao često. Prilikom jednog od prvih takvih mojih povrataka, poveo sam u obilazak I. I. Rabija, koji je tada boravio u Ženevi da bi učestvovao na konferenciji 'Atomi za mir'. Čim smo ušli u elegantno uređeni akceleratorski tunel, Rabi uzviknu: "Ah! Patek Filip!"
     Građenje najtežeg od svih kolajdera, a to je onaj u kome se bacaju protoni na antiprotone, bilo je moguće zahvaljujući pronalasku jednog slavnog Rusa, Geršona Budkera. Taj Geršon radio je u ruskom 'gradu nauke' - Novosibirsku. Budker je do tada gradio po Rusiji mašine sa elektronima. U tome se takmičio sa svojim američkim prijateljem, Volfgangom Panofskim. Onda sovjetska vlast baci Budkera u Sibir, u taj novoizgrađeni naučnoistraživački kompleks. Kaže Budker: pošto oni tamo nisu na sličan način bacili Panofskog na Aljasku, takmičenje je postalo neravnopravno, pa sam morao ja da smislim nešto novo.
     U Novosibirsku je u pedesetim i šezdesetim godinama Budker vrlo uspešno vodio jedan čisto kapitalistički sistem prodaje malih akceleratora sovjetskoj industriji u zamenu za materijal i pare potrebne da se istraživački rad nastavi. Budkera su očaravali izgledi da upotrebi antiprotone kao jednu stranu u sudaranju u akceleratorima, ali je shvatio da se antiprotoni teško daju nabaviti. Jedino ih možeš naći posle visokoenergetskih sudara, u kojima se proizvode - pomoću koje jednačine, šta mislite? Da, da. Pomoću E = mc2. Mašina sa mnogo desetina GeV davaće, u gomili raznog krša posle svojih sudara, i poneki antiproton. Da bi čovek prikupio dovoljno antiprotona za neko kasnije korisno sudaranje sa protonima, morao bi ih 'hvatati' satima. Što je najgore, antiprotoni, kada se u nekoj meti stvore prilikom sudara, izleću zaista na sve strane. Akceleratorski naučnici vole da iskazuju ta kretanja u terminima glavnog pravca, energije i suvišnih kretanja (odstupanja od glavnog pravca) koja odvode česticu u one delove vakuumske komore gde mi to ne bismo želeli. Budker je video jednu mogućnost da se ova suvišna kretanja antiprotona 'ohlade' i da se antiprotoni prikupe u jedan, mnogo gušći zrak i tako šalju na čuvanje. To je složen posao. Prvo su morali biti dostignuti novi nivoi savršenstva u kontroli zraka, stabilnosti magneta i čistoći ultračistog vakuuma. Antiprotone treba hladiti, čuvati i polako prikupljati možda deset ili više časova; tek tad ih bude dovoljno za ubacivanje u kolajder i ubrzavanje. To je bila jedna lirska zamisao, ali put do ostvarenja bio je mnogo složeniji nego što je Budkeru, sa ograničenim izvorima u Sibiru, bilo izvodljivo.
     Ulazi nova ličnost, Simon Van der Mer (Simon Van der Meer), holandski inženjer zaposlen u CERN-u, koji je ovu tehniku hlađenja unapredio pred kraj sedamdesetih godina i pomogao da se izgradi prvi antiprotonski izvor koji je onda stvarno i upotrebljen u prvom kolajderu proton-antiproton. Der Mer je iskoristio CERN-ov prsten od 400 GeV i za čuvanje i za sudaranje; prvi sudari p/p- krenuli su 1981. godine. Van der Mer je 1985. dobio Nobelovu nagradu zajedno sa Karlom Rubijom (Carlo Rubbia) za svoj doprinos - nazvan 'stohastičko hlađenje' - Rubijinom programu; ishod je bio taj da su otkrivene čestice W+, W- i Z0, o kojima ćemo kasnije reći više.
     Karlo Rubija je tako živopisna ličnost da zaslužuje da se o njemu napiše cela jedna knjiga, a toliko je i dobio. (Nobelovi sni, autor Gari Taubs /Gary Taubes/.) Jedan od blistavijih studenata na zastrašujućoj Skuola Normale u Pizi (gde je studirao i Enriko Fermi), Karlo je generator koji se nikad ne može zaustaviti. Radio je na mašini Nevis, pa u CERN-u, pa na Harvardu, pa u Fermilabu, pa opet u CERN-u, pa opet u Fermilabu. Pošto je toliko putovao, razvio je složen matematički sistem za minimalizovanje troškova, zasnovan na tome da uvek razmenjuje kod avio-kompanija svoje neutrošene 'do' i 'od' polovine povratnih karata. Jednom sam uspeo da ga ubedim (ali ne zadugo) da će zbog tog sistema imati, u trenutku kad bude odlazio u penziju, neutrošenih osam celih karata, i to sve za letove sa zapada na istok. Godine 1989. Rubija je postao direktor CERN-a. U to doba ova zajednička evropska institucija već je držala, šest uzastopnih godina, svetsko vođstvo u sudarima proton-antiproton. Ali otprilike tad kad se on tamo popeo na vlast, Fermilab im je preoteo prvo mesto zato što smo mi ovde sa našim Tevatronom poboljšali CERN-ov sistem rada i uveli u upotrebu naš, bolji izvor antiprotona.
     Niti antiprotoni rastu na drveću, niti ih možete kupiti u gvožđari. Sad su devedesete godine, a najveći svetski magacin antiprotona jeste ovde u Fermilabu. Držimo ih u jednom magnetnom prstenu. Bila je jedna futuristička studija koju je izvelo američko ratno vazduhoplovstvo u saradnji sa korporacijom 'Rend'. Došli su do zaključka da bi idealno raketno gorivo bili antiprotoni zato što jedan miligram antiprotona sadrži istu količinu energije kao dve tone benzina. Pa, pošto je Fermilab svetski prvak u proizvodnji antiprotona (mi pravimo 1010 toga na sat), koliko bi nam vremena trebalo da prikupimo jedan miligram? Trebalo bi nam, ako ovako nastavimo, nekoliko miliona godina, pod pretpostavkom da to radimo dvadeset četiri sata na dan. Neke neverovatno optimističke pretpostavke o budućim tehnološkim poboljšanjima smanjile bi ovaj rok na samo nekoliko hiljada godina. Zato vam savetujem da ne uložite svoju ušteđevinu u Zadrugu za antiprotonsko gorivo 'Solidnost'.
     U Fermilabu sudari idu ovako. Uključimo stari dobri 400 GeV akcelerator (glavni prsten), ali da radi na samo 120 GeV, i on baca protone u jednu metu, i to svake dve sekunde ponovo. Pri svakom takvom sjurivanju 1012 protona u metu proizvede se i nekih 10 miliona antiprotona - govorim samo o onima koji idu u poželjnom pravcu i imaju poželjan iznos energije. Na svaki takav antiproton dobijemo i hiljade neželjenih pi-mezona, kaona i drugog otpadnog materijala, ali sve je to nestabilno i zato, ranije ili kasnije, nestane. Antiprotone fokusiramo i uvodimo u jedan magnetni prsten za koji imamo naziv 'dibančer'. Tu ih obradimo, organizujemo i sabijemo, a zatim prebacimo u drugi prsten, 'akumulator', koji služi da se oni u njemu nakupljaju, nagomilavaju. Obim 'dibančera' je oko 150 metara, obim 'akumulatora' isto toliko. Antiprotoni koji kruže kroz njih imaju energiju od 8 GeV, istu kao što daje naš buster-akcelerator, onaj što nam je treći po redu. Pet do deset sati radimo da bismo napabirčili dovoljno antiprotona. Kad ih imamo dovoljno, možemo ih ubrizgati natrag u akceleratorski kompleks. Čuvati antiprotone, to je delikatan posao zato što je sva naša oprema napravljena od materije (molim lepo, od čega bi drugog?), a antiprotoni su antimaterija. Ako antiprotoni dođu u dodir sa materijom - bum! Anihilacija. Zato moramo veoma dobro da pripazimo da antiprotoni budu uvek negde blizu sredine vakuumske cevi. A kvalitet vakuuma mora biti izuzetan; mora to biti najbolje ništa koje se našom tehnologijom može kupiti.
     Posle, recimo, deset sati pabirčenja antiprotona i njihovog održavanja u zbijenom mlazu, spremni smo da ih štrcnemo nazad u akcelerator odakle su i došli. Počinjemo proceduru koja podseća na ono kad NASA lansira kosmičku raketu. Imamo odbrojavanje, veoma napeto, čija je svrha da obezbedi da svaki protok struje, svaki napon, svaki magnet, svaki prekidač budu tačno kako treba. Ispalimo ih u glavni prsten, gde oni kruže suprotno od smera kazaljke na satu zato što su negativni. Tu ih ubrzamo na 150 GeV i onda premestimo, opet pomoću naših elegatnih magnetnih trikova, u Tevatronov superprovodni prsten. A tu čekaju, još odavno, protoni, koji strpljivo i neumorno kruže, kruže, ali, naravno, u smeru kazaljki na satu. Sad imamo dva zraka u istoj cevi. Oni 'trče' jedan nasuprot drugome. Svaki podelimo na šest 'gomilica' čestica, a u svakoj gomilici bude 1012 protona i nešto manji broj antiprotona.
     Nagazimo do daske: oba zraka podignemo sa 150 na 900 GeV, što je Tevatronov maksimum. Poslednji korak je 'sažimanje'. Pošto su oni jurili kroz istu cev u suprotnim pravcima, neminovno je dolazilo do sudara proton/antiproton, ali veoma retko. Debljina mlaza protona je nešto kao slamka kroz koju pijete razne sokove (tri-četiri milimetra), a debljina mlaza antiprotona takođe toliko. Postupak zvani stiskanje sastoji se u tome da uključimo dotok energije posebnim četvoropolnim magnetima koji 'slamku' sabiju na 'vlas ljudske kose' (izvestan broj mikrona). Ovim zbijanjem, gustina čestica se ogromno poveća. Sad se pri svakom proletanju jednog zraka kroz drugi desi bar jedan sudar proton/antiproton. Magnete malo 'vučemo za nos' tako da se ovi sudari dešavaju tačno u središtu detektora. Ono što preostaje, moraju mali trkači da urade sami.
     Kad postignemo da operacija krene stabilno, uključujemo detektore i počinjemo da prikupljamo podatke. U tipičnom opitu, to prikupljanje podataka potraje sledećih deset ili dvadeset sati. Za to vreme stari, dobri glavni prsten nakuplja nove količine antiprotona. Vremenom i protonski i antiprotonski zrak postaju sve više difuzni, a i sve siromašniji. Zato dobijamo sve manji broj 'događaja', to jest sudara. Kad luminoznost (rekoh, to je broj sudara u sekundi) spadne na nekih 30 posto početne, oba zraka pustimo da odu, da izlete iz akceleratora. Dakle, njih više nema, cev je prazna. Naravno, to uradimo samo ako smo sigurni da je napabirčena dovoljna količina novih antiprotona da se sve počne iz početka. Sad opet ono odbrojavanje kao da NASA ispaljuje nešto u kosmos. Treba nekih pola sata rada da se Tevatronov kolajder napuni. Smatra se da je oko 200 milijardi antiprotona pristojan broj sa kojim se može ići u novi ciklus posla. Ukoliko je više od 200 milijardi, utoliko bolje. Ubrizgamo ih. Njima u susret leti nekih 500 milijardi protona, koje smo neuporedivo lakše pribavili. U detektoru bude stotinak hiljada sudara u sekundi. Spremili smo razna poboljšanja u ovom procesu i trebalo bi da ih ugradimo do kraja ovog veka. Tada će se ovi brojevi povećati otprilike desetostruko.
     Godine 1990. CERN-ov p/p- kolajder se penzionisao, tako da je to polje rada sad prepušteno Fermilabu i njegovim moćnim detektorima.

OSMATRANJE CRNE KUTIJE: DETEKTORI

     Znanje o subnuklearnom području stičemo tako što osmatramo, merimo i proučavamo sudare izazvane visokoenergetskim česticama. Ernest Raderford je zatvarao svoju ekipu u mračnu komoru, pa su ljudi uspevali da vide i prebroje svetlucanja od udara alfa-čestica po cink-sulfidnim ekranima. Naše tehnike prebrojavanja čestica znatno su usavršene od tada, posebno u razdoblju posle Drugog svetskog rata.
     Pre Drugog svetskog rata glavni alat bila je maglena komora. Anderson je pomoću nje otkrio pozitron. Mogli ste da vidite maglenu komoru u laboratorijama za istraživanje kosmičkih zraka, širom sveta. Moj zadatak na Kolumbiji, kad sam spremao doktorsku disertaciju, bio je da napravim maglenu komoru koja će raditi sa ciklotronom Nevis. Pošto sam bio postdiplomac, i to potpuno zelen, nisam znao ništa od onog istančanog, majstorskog znanja koje je potrebno za maglenu komoru; a takmičio sam se, eto, sa stručnjacima koji su radili isto to na Berkliju, Kalteku, Ročesteru i na drugim takvim mestima. Maglene komore su osetljiva i ćudljiva stvorenja, lako se 'otruju', ako u njih prodre neka nečistoća koja stvara neželjene kapljice što postaju 'konkurencija' onim željenim - tragovima proletanja čestica. Niko na Kolumbiji nije imao nikakvo iskustvo sa ovom ogavnom vrstom detektora. Pročitao sam svu literaturu koja je postojala, a takođe sam usvojio sva sujeverja: staklo čisti natrijum-hidroksidom, pa ispiraj vodom triput destilovanom; gumenu dijafragmu prokuvaj u stopostotnom metil-alkoholu; mumlaj bajalice, i to ne bilo koje nego... Pa, i malo molitve možda neće škoditi.
     U očajanju, pokušao sam da nađem rabina koji bi blagoslovio moju maglenu komoru. Na nesreću, namerio sam se na pogrešnog rabina. Taj je bio pravoveran, veoma religiozan, i kad sam ga pokušao navesti da očita bruhu za moju maglenu komoru, on je zatražio objašnjenje: šta je to maglena komora. Pokazao sam mu fotografiju, a on se silno naljutio: kako se usuđujem da dođem kod njega sa tako svetogrdnim... Sledeći tip kod koga sam pokušao bio je konzervativni rabin. Kad je video fotografiju, zapitao je kako maglena komora dejstvuje. Ja počnem da objašnjavam. On sluša, klima glavom, gladi bradu i najzad saopšti tužnim glasom da ne može. "Zakon..." Odem najzad kod rabina one treće vrste - kod reformiste. Stignem pred njegovu kuću upravo kad je tip izlazio iz svog automobila, jaguara XKE. "Rabine, možete li mi očitati bruhu za moju maglenu komoru?" počnem da moljakam. "Bruhu?" odgovori on. "Šta ti je to bruha?" Brige, brige.
     Najzad sam bio spreman za veliku probu. U tom trenutku trebalo je da sve već dejstvuje, ali kad god smo komoru upotrebili, dobio sam samo gusti beli 'dim'. Tih dana došao je na Kolumbiju Đilberto Bernardini, pravi stručnjak, i počeo da gleda preko mog ramena.
     "Pronto, a ono bronza sipka, u komora, sta to bilo?" pita on.
     "To mi je radioaktivni izvor", kažem ja. "Da bih dobio tragove. Ali dobijam samo beli dim."
     "Ti izvaa-di."
     "Molim? Da izvadim bronzanu šipku?"
     "Ma si, si! Sipka izvaaadi!"
     I ja uhvatim bronzanu šipku, izvučem je iz komore. Nekoliko minuta kasnije... Tragovi! Divni krivudavi tragovi proletanja čestica, samo frcaju kroz moju komoru: pif, paf! Najlepši prizor koji sam ikada video. A desilo se ovo. Ta šipka je bila moj milikirijski izvor zračenja. Ali bio je to izvor daleko prejak. Zato se cela komora ispunjavala jonima, a svaki jon dobije po jednu kapljicu. Ishod: gusta belina, izgledom kao dim. Nije, zapravo, ni bio potreban nikakav izvor radioaktivnosti. Kosmički zraci pogađaju sve nas i sve oko nas, pa i maglene komore koje uspemo da skrpimo. To je bila, u mom slučaju, sasvim dovoljna radioaktivnost. Ecco!
     Pokazalo se da je ta moja maglena komora jedan veoma produktivan uređaj. U maglenoj komori, kao što rekosmo, duž putanje čestice obrazuju se majušne kapi vode, koje daju beli trag, kao končić, koji se može fotografisati pre nego što nestane. Ako dodamo magnetno polje, tragovi će se povijati na jednu ili na drugu stranu. Merenjem poluprečnika ovog zakrivljenja putanje dobijemo impuls kojim je ta čestica raspolagala. Što je trag praviji (manje savijen), to je, dakle, čestica imala veći impuls. (Pamtimo protone u Lorensovom ciklotronu: oni su dobijali sve veći i veći impuls, pa su zato opisivali putanju sve većeg poluprečnika, koja se spiralno širila.) Ovu moju maglenu komoru slikali smo hiljadama puta i doznali mnoštvo raznih podataka o odlikama piona i muona. Maglena komora - gledana kao uređaj za naučno istraživanje, a ne kao sredstvo za dobijanje doktorske titule i doživotnog univerzitetskog zaposlenja, kako sam je ja upotrebio - omogućuje da se prave fotografije na kojima bude uhvaćeno i po deset, pa i više sudara. Pion prohuji kroz komoru za, približno, jedan milijarditi deo sekunde. Ako mu namestimo na put ploču od nekog gustog materijala, pion će se možda sudariti sa nečim na toj ploči; ishodi toga biće uhvaćeni na možda svakoj stotoj fotografiji. A pošto smo pravili po jednu sliku na minut, naš tempo prikupljanja podataka bio je prilično ograničen.