2012 год. Версии и факты - Вадим Панин

Альберт Эйнштейн, один из отцов-основателей современной молекулярной физики, создатель общей теории относительности и просто гений

Позже, в конце 1960-х годов, ученые пришли к созданию так называемой Стандартной модели, объединившей три из четырех фундаментальных взаимодействий – слабое, сильное и электромагнитное. Однако модель не вместила гравитационное взаимодействие, поэтому общая теория относительности, которая его все же учитывала, по-прежнему остается актуальной. Ученым пока не удалось объединить Стандартную модель и общую теорию относительности, и они используют обе системы. На практике это ведет к тому, что любое открытие в области молекулярной физики оказывается либо верным по Стандартной модели и невозможным согласно теории относительности, либо наоборот. Таким образом, одно и то же явление может быть описано, например, как луч и как взрыв, что, согласитесь, не совсем одно и то же.

Большой адронный коллайдер (LHC, Large Hadron Collider), по сути, предназначен для экспериментов, которые могли бы подтвердить или опровергнуть часть теорий, что способствовало бы созданию единой непротиворечивой квантовой гравитационной теории. БАК является ускорителем заряженных частиц на встречных пусках. В сущности, он предназначен для разгона протонов и тяжелых ионов (ионов свинца) и изучения продуктов их соударений. Двигаясь в противоположных направлениях, потоки частиц будут разгоняться до самых высоких показателей, когда-либо достигавшихся в ускорителях, а затем сталкиваться с частотой 30 миллионов раз в секунду, создавая при каждом столкновении тысячи еще меньших частиц, разлетающихся почти со скоростью света.

Данных, получаемых коллайдером, слишком много, и обработать их в полном объеме невозможно. Основную информацию будет отбирать специальная автоматическая система

Факты

Эта самая крупная экспериментальная установка в истории человечества построена в научно-исследовательском центре CERN (Conseil Europeen pour la Recherche Nucleaire – Европейский совет ядерных исследований) в горах швейцарского кантона Юра на границе с Францией, недалеко от Женевы. Строительство этой подземной системы заняло 7 лет – недолго, поскольку основная часть сети подземных туннелей у CERN уже была.

Основной кольцевой туннель коллайдера с длиной окружности 26,7 километра проложен под землей на глубине от 50 до 175 метров. Чтобы поместить большую часть кольца туннеля в цельную скалу, создателям пришлось наклонить его на 1,4 % относительно поверхности земли.

Для удержания и коррекции протонных пучков в БАК используются 1624 сверхпроводящих магнита, общая длина которых – свыше 22 километров. Магниты работают при температуре, близкой к абсолютному нулю (температура перехода гелия в сверхтекучее состояние), – 271°. Для охлаждения магнитов используется уникальная криогенная линия. Таким образом, работающий БАК будет одним из самых холодных мест во Вселенной.

Любопытная деталь: ученые из CERN вполне серьезно относятся к возможности воспроизведения в БАК микроскопической модели Большого взрыва, с которого и началась наша Вселенная много миллиардов лет назад.

Создание Большого адронного коллайдера обошлось в общей сложности в 8 миллиардов евро, причем около 3 миллиардов ушли на расчеты. По всей вероятности, строительство коллайдера не принесет создателям коммерческой выгоды, поскольку изначально направлено на развитие фундаментальной науки, оказавшейся в конце XX века в тупике.

По словам инициаторов проекта, чтобы записать данные, получаемые на работающем адронном коллайдере за год, понадобилась бы стопка компакт-дисков без упаковки высотой 20 километров. Ученые нашли довольно сложное решение для борьбы с переизбытком информации – ключевые данные будет отбирать специальная автоматическая система. Вероятно, большая часть полезной информации останется за пределами внимания автоматики. Однако это единственное реальное решение «информационного вопроса», поскольку для обработки всей поступающей информации необходимо количество физиков, во много раз превышающее население земного шара.

В туннеле Большого адронного коллайдера

Большой адронный коллайдер изнутри. Обеспечить надлежащий разгон частиц – непростая задача. Настолько непростая, что БАК признан самым сложным прибором за всю историю человечества

В 1960-х годах профессор Эдинбургского университета Питер Хиггс предположил, что в природе должна существовать «предэлементарная» частица, отвечающая за массу всех элементарных частиц. Эта теоретическая выкладка произвела фурор – существование такой частицы объясняло многие физические закономерности, до этого времени считавшиеся необъяснимыми. Гипотетическая частица была названа бозоном Хиггса (сегодня она имеет также альтернативное название – «частица Бога»). Экспериментальное подтверждение ее существования – одна из приоритетных задач работы коллайдера. По словам самого первооткрывателя, если гипотеза о существовании бозона Хиггса окажется неверна, «это будет значить, что ни я, ни другие больше ничего не будут понимать в том, что мы знаем о слабом и электромагнитном взаимодействии». В этом случае теоретическая физика будет отброшена на уровень середины прошлого столетия.

CERN посчитал, что интересы теоретической физики – достаточное основание, чтобы подвергнуть серьезному риску само существование нашей планеты. За время с начала проектирования БАК Европейский совет ядерных исследований обнародовал несколько докладов, призванных опровергнуть основные риски. При этом аргументы CERN многим физикам кажутся весьма спорными. К примеру, эксперты этой организации неоднократно указывали на то, что космические лучи постоянно воздействуют на атмосферу Земли – при этом пучки частиц сталкиваются с большей скоростью, чем это будет происходить в коллайдере, но ни один образованный вследствие этого процесса коллапсар еще не нанес нам вреда.

Однако многие именитые ученые указали на то, что приведенный специалистами CERN пример не соответствует тому, что будет происходить в БАК. Скорость частиц, образующихся при столкновении в атмосфере, остается близкой к скорости света, поскольку речь идет о «бомбардировке» неподвижной атмосферы движущимися частицами (закон сохранения импульса). При столкновении встречных пучков частиц в коллайдере импульс нейтрализуется – здесь имеет место взаимная нейтрализация импульса частицами, движущимися в противоположных направлениях. Поэтому если при столкновении космических лучей с атмосферой образуются микроскопические черные дыры, то они продолжают двигаться со скоростью света и пролетают Землю насквозь (материя не может быть препятствием для подобных явлений, так как размеры этих коллапсаров изначально меньше даже размеров электрона). Если источником подобных черных дыр станет коллайдер, на их скорость будет влиять лишь земная гравитация – примерные результаты этого явления кратко описаны в начале главы.

Своеобразный пункт отправления Большого адронного коллайдера. Именно здесь частицы начинают свой разгон

Еще один существенный риск работы БАК – образование гипотетической кварковой материи, способной присоединять к себе атомы обычного вещества. Частицы этой новой материи называются stranglets – стрейнджлеты, так называемые «странные частицы», также именуемые страпельками. Сразу после образования стрейнджлеты начнут неограниченно поглощать и преобразовывать вещество Земли. В результате вся планета, а возможно, и вся Солнечная система очень быстро превратится в единый сгусток «странной материи».

Протяженность туннеля – почти 27 километров. Чтобы добраться до интересующей точки БАК в определенном секторе туннеля, технические работники CERN вынуждены использовать специальные транспортные средства

Кроме страпелек, БАК может спровоцировать образование еще нескольких десятков наименований опасных объектов, подобных страпелькам. Например, частицы «истинного вакуума», которые будут расширяться с еще большей скоростью. В своих заверениях о безопасности коллайдера CERN изначально исходит из Стандартной модели, а эта система опровергает само существование подобных объектов. Однако опровергает она и существование бозона Хиггса, поиск которого является, как уже говорилось, приоритетной задачей в работе коллайдера.

Получается, что «безопасный» БАК создан во многом для того, чтобы опровергнуть свою безопасность. Безусловно, история цивилизации знала и не такие парадоксы, но человечество впервые вышло в своих экспериментах на качественно новый уровень – только в первом десятилетии XXI века у людей появилась возможность уничтожить всю планету всего одной экспериментальной установкой.