Адронный коллайдер и всё о нём

Большой адронный коллайдер – огромное сооружение на границе Швейцарии и Франции, предназначенное для разгона и столкновения элементарных частиц. Огромные магниты БАК, охлажденные почти до температуры абсолютного нуля, будут удерживать пучок элементарных частиц на постоянной орбите и с каждым витком разгонять его. Максимальная скорость, с которой протоны будут облетать кольцо ускорителя длиной 27 километров, составляет 99,9999991 процента от скорости света. Двигающиеся с такой немыслимой скоростью частицы будут сталкиваться друг с другом, и эти столкновения должны породить что-то страшное.

Маленькая, но очень черная

Одним из самых страшных последствий работы коллайдера большинство однозначно признало образование микроскопических черных дыр. Черные дыры – это области пространства, гравитационное притяжение которых столь велико, что не отпускает от себя даже свет, не говоря уже о веществе. Черные дыры хорошо известны астрономам – они обнаружены в центре многих Галактик, в том числе, и нашего Млечного Пути. В наиболее "типичном" случае черные дыры образуются при коллапсе звезд, которые исчерпали все свое ядерное топливо.

В мире, который живет по законам так называемой Стандартной модели, - наиболее общепринятой физической теории, объясняющей взаимодействие частиц, - черные дыры должны быть большими. Диаметр самой маленькой из известных черных дыр составляет около 24 километров. Однако в рамках конкурирующей теории мироздания – теории струн – возможно образование микроскопических черных дыр. Причем (внимание!) возможно именно при соударении быстрых элементарных частиц.

Однако крошечная черная дыра, образовавшаяся в рамках теории струн, которая, в частности, предполагает, что окружающий нас мир многомерен, должна немедленно рассеяться, выпустив множество элементарных частиц (так называемое излучение Хокинга). Так что, даже если мир работает в согласии с теорией струн (что пока не доказано), о том, что в туннеле коллайдера образовались черные дыры, ученые узнают только после анализа данных с детекторов.

Однако скептики уверяют, что микроскопическая черная дыра может не рассеяться. Это произойдет в том случае, если хокинговского испарения не произойдет. Почему? Ну просто потому, что мы еще очень мало знаем об окружающем мире и, может быть, существует закон, заставляющий микроскопические черные дыры образовавшиеся в коллайдере оставаться стабильными. Маленькая черная дыра вырастет, поглотит сначала коллайдер, потом Женеву, потом Европу, а потом и всю Землю. Энтузиасты уже смоделировали, как будут развиваться события.

В редакции Ленты.Ру вопрос об образовании черной дыры в коллайдере также обсуждался. В основном всех интересовали два аспекта. Первый: так как для находящихся в черной дыре время тянется бесконечно, в каком состоянии лучше всего быть поглощенным. Второй: когда материя засасывается в черную дыру, она разогревается до температуры в несколько миллионов градусов. Редакторы (особенно те, кто сидит под кондиционером) обсуждали, поставить его утром 10 сентября на 18 градусов или все же оставить на 23.

Тоже материя, но другая

Противники БАК требовали (и требуют) остановить его не только из-за черных дыр. Его один пугающий продукт столкновения элементарных частиц в ускорителе – это антиматерия. Частицы антиматерии являются двойниками "нормальных" частиц, с той разницей, что они несут противоположный заряд. То есть, антиэлектрон, например, заряжен положительно, а антипротон – отрицательно. Нейтральные частицы и античастицы отличить друг от друга очень сложно. Но существует один проверенный способ. Частицы вещества и антивещества при контакте друг с другом аннигилируют – взаимоуничтожаются. При этом выделяется немалое (в строгом соответствии с формулой E=mc2) количество энергии.

Это свойство антиматерии давно пугает человечество. Писатель Дэн Браун даже написал книгу, в которой злоумышленники похищают из CERN антиматерию, чтобы с ее помощью взорвать Ватикан. Сотрудники CERN опубликовали статью, в которой подробно объясняли, почему в действительности подобный заговор бы провалился. Коллайдер вновь спровоцировал споры об антивеществе.

Не все смогли справиться с массовой истерией, возникшей вокруг Большого адронного коллайдера. Газета The Times сообщила, что утром 10 сентября индийская девушка Чайя (Chayya) покончила с собой, опасаясь предстоящего конца света.

Доводы тех, кто опасается страшного двойника привычной материи, примерно следующие: если при работе коллайдера будет образовываться антивещество, то оно постепенно будет уничтожать вещество "обычное". Сначала исчезнет коллайдер, потом Женева, потом Европа, а потом и вся Земля. Пытливый читатель легко сможет заметить логическую неувязку в этом рассуждении. Если предположить, что образовавшаяся при работе коллайдера антиматерия будет скапливаться где-то в одном месте и оставаться стабильной (в действительности для этого используются мощные магнитные ловушки), то для получения достаточного для уничтожения Земли количества антивещества потребуется примерно вечность. Ну, или по крайней мере, срок, за который наша Солнце успеет пару раз погаснуть.

В редакции Ленты.Ру на вопрос об антиматерии были получены следующие ответы: "Антиматерия - очень важная штука. Но я стараюсь о ней не думать, а то можно не увидеть горизонта событий" (раздел "Выборы в США"), "Я не хочу с ней познакомиться при жизни. Я ее бАюсь" (раздел "О высоком"), "Я мечтаю ею стать" (выпускающий редактор).

Очень странно

Кроме антиматерии жителям Земли внушает страх еще одна материя. Странная. Капельки странной материи превращают в странную материю все вокруг. Когда самое ничтожное количество странной материи образуется в ускорителе, то в странную материю сначала превратится коллайдер, потом Женева, потом Европа, а потом и вся Земля. Почему этот ужасный сценарий, скорее всего, не реализуется, было написано уже немало. Если выбирать между уничтожением планеты с помощью антиматерии или страпелек, то лучше остановиться на антиматерии.

В редакции Ленты.Ру страпельки уже давно стали всеобщими любимицами. Так что их никто не боится, а, напротив, все очень любят.

Совсем один

Магнитный монополь – нечто вроде отдельно существующего полюса магнита – был теоретически предсказан довольно давно. Его пытались обнаружить различными способами, но пока он успешно скрывается от ученых. Большинство физиков считают, что в коллайдере магнитный монополь возникнуть не должен (но, опять же, если принять во внимание различные "но", его можно там представить). Гипотетический монополь обладает способностью ускорять распад протонов. Но даже если он просуществует в БАК достаточно долго (что еще менее вероятно, чем возникновение монополя), то чтобы найти "погибшие" протоны, придется долго анализировать показания детекторов.

В последние дни перед запуском Большого адронного коллайдера многие решили узнать, что же это такое. В эти дни среди поисковых запросов Яндекса встречались: "андронный коллайдер", "андронный колаидр", "андрогинный коллайдер", "колаэдр", "большой огромный коллайдер", "гудронный коллайдер", а также "базон хикс".

Разное

По Сети бродит еще некоторое количество версий, самой разумной из которых является версия о появлении в результате столкновений элементарных частиц ходов в иные миры (то, что они существуют, принимается как данность). Большинство довольствуется самыми растиражированными версиями. Хотя "большинство" в данном случае – не самый корректный термин. Проведенный опрос показал, что 45 процентов россиян не знают, что такое Большой адронный коллайдер. Но многие при этом доверяют ученым и считают, что "Если эта штука запускается, значит надо запускать. Конечно, если это не какой-нибудь ужасный микроб или оружие массового поражения".

Некоторые все же склонны не ждать от ученых ничего хорошего. Позицию таких людей можно пояснить на примере Сергея Стиллавина, который в своем ЖЖ заявил, что коллайдер опасен, потому что при проведении эксперимента никогда нельзя предсказать результат. Радиоведущий забанил всех, кто в комментах высказывал иную точку зрения ("не обладая ни реальным пониманием сути, ни культурой поведения, ринулись защищать аццкий коллайдер от совершенно справедливых моих опасений"). Некоторые блогеры увидели в дате запуска БАК предзнаменование грядущего конца света. Коллайдер был запущен 10.09.08. Не правда ли, это напоминает обратный отсчет?

Категорически против запуска БАК высказались 14 процентов жителей России. Они аргументировали свою позицию тем, что не стоит подвергать землян опасности ради сомнительных научных достижений. По мнению противников запуска, вложенные в проект БАК огромные деньги лучше было бы потратить на что-нибудь более полезное. Например, на строительство больниц или на борьбу с голодом в Африке. Такого же мнения придерживаются жители других стран, протестующих против опасного эксперимента. Так, завершающая фраза ролика, выложенного на сайте LHCDefence.org (защита от БАК), звучит так: "И все это во имя науки, которая разрабатывает теории, не несущие никакой практической пользы".

Тут они не совсем правы. Журнал Scientific American подсчитал, что с помощью Большого адронного коллайдера можно разморозить пиццу всего за 30 наносекунд.

На сайте cmsmon.cern.ch хакерами была размещен текст на греческом языке, озаглавленный "GST: Greek Security Team". Кроме того, хакеры повредили один из файлов CERN. Сейчас сайт cmsmon.cern.ch недоступен.

Система CMSMON, доступ к которой пытались получить хакеры, контролирует работу компактного мюонного соленоида (Compact Muon Solenoid, CMS), созданного, чтобы отслеживать данные в ходе столкновения элементарных частиц в ускорителе БАК.

Газета отмечает, что ученые в CERN были обеспокоены атакой хакеров, поскольку те были в "одном шаге" от компьютерной системы, которая контролирует CMS. Источники издания сообщили, что если бы хакеры взломали компьютерную сеть второго уровня, то смогли бы частично отключить CMS.

Впрочем, источники The Times в CERN утверждают, что хакеры могли добраться до CMSMON из-за многоступенчатой системы безопасности сети организации.

В CERN полагают, что хакеры лишь хотели показать уязвимость компьютерных систем лаборатории.

Стоит отметить, что взлом сети CERN произошел в среду, 10 сентября, когда первый пучок протонов был запущен по туннелю ускорителя БАК длиной 27 километров.

БАК, построенный на границе между Швейцарией и Францией, является самым большим на Земле ускорителем элементарных частиц. С его помощью ученые надеются понять природу массы и подтвердить или опровергнуть несколько теорий, объясняющих, как устроена Вселенная.

Ученый также добавил, что предложение было встречено международным комитетом очень серьезно. Представители комитета, по словам академика, "прислали очень влиятельную делегацию в Дубну, которая детально изучила предложение, обследовала предлагаемые места, и считает, что это одно из наилучших мест в мире для такого рода сооружения".

По мнению Матвеева, участие в таком масштабном проекте даст России возможность крупного скачка как в области фундаментальных исследований, так и в сфере технологий. Проект такой величины позволит подключить к работе молодых российских специалистов, что, как добавляет академик, очень необходимо, так как "Россия сейчас крайне нуждается в обновлении кадров".

Интересно отметить, что именно в России была впервые озвучена идея создания коллайдера. Так, Матвеев отметил: "Самая первая идея использования методики столкновения пучков, создания встречных ускоренных пучков заряженных частиц при проведении экспериментов в области физики высоких энергий - это идея, которая пришла из России. Она родилась в Институте ядерной физики имени Будкера Сибирского отделения академии". По словам ученого, "Будкер в своем институте доказал миру, что это не просто фантастика, а гениальная идея, которая позволяет, используя законы релятивистской физики, чрезвычайно повысить энергию, которая получается при столкновении частиц".

Матвеев подчеркнул, что именно в Новосибирске был создан первый коллайдер, мощность которого составляла десятки гигаэлектронвольт. По словам академика, этот ускоритель до сих пор используют ученые.

Участник пресс-конференции Эдуард Боос также напомнил, что в Советском Союзе существовал план постройки крупного коллайдера в подмосковном Протвине. Для него был даже создан тоннель длиной 21 км, однако в 1990-е гг. стройка была заморожена.

На сегодняшний день БАК является самым мощным в истории ускорителем элементарных частиц. В его разработке участвовали несколько тысяч физиков из 85 стран, в том числе около 700 российских ученых. Объем данных, генерируемых информационной системой БАК, настолько велик, что если бы его переносили на компакт-диски, каждую секунду заполнялась бы стопка дисков высотой 137 метров.

В CERN отмечают, что проблема затронула систему охлаждения высокоэнергетических магнитов, предназначенных для разгона элементарных частиц до скоростей, близких к скорости света. Сообщается, что сейчас весь 27-километровый туннель коллайдера временно остановлен.

"Большой адронный коллайдер все еще находится в стадии запуска, поэтому некоторые сбои вполне возможны, так как это очень масштабный и сложный механизм", - говорит представитель CERN.

В институте говорят, что если неполадка будет максимально быстро устранена, то магниты доведут до необходимой температуры, после чего коллайдер будет вновь запущен. Для того, чтобы коллайдер отмечал всем заданным параметрам, его огромные стержневые магниты следует охладить до температуры минус 271 градус по Цельсию.

По словам Коржавина, подобные сбои являются нормой на начальных этапах работы коллайдера. Старт самого большого ускорителя частиц на Земле (длина окружности туннеля ускорителя составляет 27 километров) состоялся 10 сентября 2008 года. Пучки протонов прошли полный круг по кольцу ускорителя в направлении по часовой стрелке и против. Энергия инжекции (запуска частиц) пучков составила 450 гигаэлектронвольт. Максимальная энергия, которую возможно получить в БАК, составляет 7 тераэлектронвольт. Соответственно, энергия столкновения пучков будет равна 14 тераэлектронвольтам.

Первый эксперимент, во время которого протоны противоположно направленных пучков столкнутся, назначен на 21 октября. Выйти на максимальную энергию столкновений ученые планируют не раньше 2009 года.

Большой адронный коллайдер предназначен для моделирования условий, существовавших сразу после Большого Взрыва и экспериментального доказательства наиболее общепринятой на сегодняшний день теории взаимодействий элементарных частиц - Стандартной модели. Если ученым удастся обнаружить так называемый бозон Хиггса, то с большой долей вероятности можно будет утверждать, что Стандартная модель правомерна.

"Внутри коллаборации (коллектива ученых – примечание Лента.Ру) создан целый комитет, который исследует выводы, которые сделает определенная группа. И только после того, как все внутри этого сообщества согласятся, что результаты правильны, будет сделана научная публикация и все эти данные станут общедоступными", - сказал Бондарь. По его словам, такая процедура необходимо для того, чтобы исключить появление неправильных выводов.

Большой адронный коллайдер является крупнейшим ускорителем элементарных частиц и расположен на границе Франции и Швейцарии. Первые тестовые пуски коллайдера состоялись 10 сентября. Первое полноценное встречное столкновения пучков намечено на 21 октября. Целью экспериментов коллайдера является уточнение так называемой Стандартной модели (теории элементарных частиц), поиск бозона Хиггса, а также моделирование условий, который возникли сразу после Большого Взрыва.

Еще на стадии разработки высказывались опасения, что эксперименты, проводимые на коллайдере, могут вызвать масштабную катастрофу и привести к разрушению Земли. Среди возможных сценариев назывались образование страпелек (частиц странной материи), черных дыр и монополей Дирака. Однако все эти домыслы неоднократно опровергались. Не смотря на это, судя по всему, руководство CERN решило обезопасить себя от нездоровых спекуляций, которые могли бы возникнуть на основе экспериментальных данных.

Причиной аварии стало так называемое "гашение тока" (quench), в результате которого магниты перешли из сверхпроводящего состояния в обычное и начали нагреваться.

По словам представителя CERN (Европейский центр ядерных исследований), ученые были готовы к такого рода проблемам при запуске коллайдера. Он, однако, затруднился назвать даже приблизительный ущерб от аварии, заявив, что коллайдер будет остановлен как минимум до понедельника.

Он также сообщил, что в связи с инцидентом первые пробные столкновения частиц в коллайдере, запланированные на следующую неделю, очевидно, будут отложены на неопределенный срок. По словам другого представителя CERN, устранение поломки может занять от нескольких дней до нескольких недель.

Как отмечает The Times, для того чтобы вновь охладить магниты с -171,3 градусов по Цельсию до рабочей температуры (-271,3 градуса), как правило, требуется около двух недель.

Напомним, первый раз БАК был остановлен в среду из-за проблем с электроснабжением. Через несколько часов, когда был заменен неисправный трансформатор, коллайдер был вновь запущен.