Рассказывает заведующий сектором физики высоких энергий Физического института РАН им. П. Н. Лебедева, доктор физико-математических наук, профессор Игорь Дремин:
- Во-первых, сразу хочу заверить читателей: опасаться будущего эксперимента не стоит.
Я каждый год дважды езжу на место будущих испытаний, но как теоретик, а не разработчик исследования. Постройка коллайдера - это и инженерная, и научная проблема. К работе готовятся экспериментаторы, которые будут обрабатывать поступающую информацию, накапливать её и выводить в виде таблиц, графиков и так далее. Моя роль - роль теоретика – с помощью теории понимать эти экспериментальные данные, интерпретировать их, а также предлагать новые физические методы исследования.
- Словосочетание «Большой адронный коллайдер» в связи с шумихой вокруг эксперимента не заучил только ленивый. Однако мало кто понимает, что же это на самом деле.
– Это ускоритель, который стоит в тоннеле. Длина тоннеля – 27 км, то есть он больше, чем кольцевая линия московского метро (19,4 км). Это уникальное инженерное сооружение: длина кабелей, которые использованы в тоннеле, достаточны для того, чтобы протянуть их от Земли до Солнца несколько десятков раз. Конструкция располагается на глубине от 15 до 120 метров. В ней очень сильные магнитные поля: огромное количество сверхпроводящих магнитов, которые ускоряют частицы. Они работают при экстремальных условиях - температура в тоннеле близка к абсолютному нулю: 1,8 градуса Кельвина (- 271,2 градуса по Цельсию).
- Где находится тоннель?
- Коллайдер находится в ЦЕРНе, это Европейский центр ядерных исследований в Женеве. Ускоритель этот стоит так, что часть его находится во Франции, часть его кольца проходит по территории Швейцарии. Можно сказать, что пучок будет всё время без виз пересекать границы. Много-много раз. (Смеётся)
- Каков принцип действия коллайдера?
- Большой адронный коллайдер – это укоритель заряженных частиц, самый мощный из всех созданных в мире. Принцип его действия следующий: встречные пучки протонов или ядер сталкиваются друг с другом, и энергия соударения является наивысшей из всех, которые сейчас достигнуты на ускорителях. Эта энергия исчисляется в электронвольтах и составляет 14 триллионов электронвольт.
На самом деле эта энергия не такая уж большая. Если переводить её в более известные калории, то это всего половина от миллионной доли калории. Если привести бытовой пример, то фактически эта энергия равна той, которая выделяется при столкновении двух комариков, то есть это мизерная энергия, но поскольку она выделяется в очень маленьком объёме - внутри объёма протона или внутри объёма элементарной частицы - то плотность этой энергии велика.
Когда сталкиваются два протона или два ядра, например, два ядра атомов свинца, то энергия выделяется в виде вновь рождающихся частиц. Это может быть несколько тысяч и даже десятков тысяч новых рождённых частиц.
- Расскажите о главных задачах эксперимента.
- Основная задача эксперимента – понять структуру пространства на малых расстояниях и при малых временах. На этом кольце - тоннеле стоит четыре огромных детектора, которые и будут изучать эти пучки частиц.
Размер этих детекторов можно представить себе, если сказать, что высота детектора – примерно восьмиэтажный дом. Длина его тоже огромна. Учёные будут заниматься разными вопросами взаимодействия адронов, нуклонов, протонов и ядер.
Весь эксперимент нацелен на то, чтобы понять, какова же структура вещества, или структура протонов, структура ядер, но в очень маленьких масштабах - на расстояниях порядка 10-12 сантиметра, когда уже играют роль составляющие протона, кварки и глюоны. Таким образом, мы планируем получить сведения о строении нашего пространства.
Новые измерения
Предполагается, что у нашего пространства может быть, например, дополнительная размерность. Сейчас известны четыре измерения - трёхмерное пространство плюс время. Но может быть и пятая, и шестая размерность, которые настолько малы, что мы их в обычной жизни не замечаем. В ходе эксперимента мы надеемся получить доказательство существования дополнительных измерений.
Бозон Хикса
Наиболее интересный вопрос с физической точки зрения – это вопрос выявления бозона Хикса. Бозон Хикса – это гипотетическая частица, которая пока ещё не наблюдалась. В теории она ответственна за появление масс у всех других частиц. Если такой бозон будет найден, то мы поймём природу возникновения массы у частиц, поймём, почему электрон такой лёгкий, а протон в 2000 раз тяжелее, и как в связи с этим образованы атомы. Это фундаментальный вопрос о природе силы, о природе взаимодействий.
Чёрные дыры
Наиболее ажиотажная тема обсуждения – это вопрос о возможности рождения чёрных дыр. Чёрная дыра – это такое образование, когда сильное гравитационное поле притягивает всё и ничего не выпускает наружу. Почему сейчас утверждают, что чёрные дыры, которые могут родиться на Большом адронном коллайдере, безопасны? Давайте проведём аналогию с воздействием космических лучей, энергия которых даже превосходит ту, которую мы сейчас получим на адронном коллайдере. Эти космические лучи падают на Землю уже 5 млрд. лет. А на другие объекты, как, например, белые карлики или нейтронные звёзды, которые значительно более массивны и образовались раньше, чем Земля, они падают гораздо дольше - и никаких особых процессов не происходит. Кроме того, если всё же чёрные дыры и будут образовываться на коллайдере (подчёркиваю, что это маловероятно), они будут распадаться за ничтожно короткое время: 10-100 секунды. Напомню, что когда-то Колмогоров говорил, что такого числа - «10-100» - нет, а есть только нуль.
Кроме того, у чёрных дыр может и должно возникнуть квантово-механическое излучение, которое называется излучение Хокинга. От этого они тоже будут распадаться. В общем, образование сколь-либо стабильных чёрных дыр практически будет невозможно, и никакой опасности они не представляют.
Неизведанное
Кроме этих чёрных дыр, обсуждается ещё и возможность зарождения других объектов, которые пока не были открыты. Естественно, что исследования на адронном коллайдере будут проводиться не только в связи с тем, чтобы найти нечто только что предсказанное или то, что теоретически уже понятно: учёные надеются на то, что будут какие-то совершенно неожиданные открытия в этой новой области энергии.
- На какой день назначен запуск коллайдера?
- Коллайдер собирались опробовать ещё в мае-июле, но пока его запуск отложили, видимо, до сентября. Это связано с тем, что сооружение фундаментальное, в нём применены новые технические решения, и, конечно, сложностей в создании такого ускорителя очень много, поскольку ничего подобного пока в мире не делалось.
- Участвуют ли в эксперименте наши учёные?
- В строительстве, которое продолжалось более десяти лет, были объединены усилия всех стран. В проекте приняли непосредственное участие в том числе и наши, российские учёные, которые вложили немало сил в создание детекторов и в формулировку тех физических проблем, которыми нужно заниматься при изучении соударения адронов. Сейчас детекторы спущены под землю, собраны и будут опробованы в ближайшее время. Конечно, те, кто их собирал, будут следить за их работой.
Кроме того, сейчас встаёт на повестку дня более важный вопрос: это уже физические исследования и обработка результатов экспериментов. Происходит сдвиг акцентов от чисто технических проблем в сторону физических результатов этих экспериментов.
- По поводу безопасности ускорителей Большого адронного коллайдера было много дискуссий. Многие обыватели запаниковали, говорят, что с запуском ускорителя наступит конец света. Как вы можете это прокомментировать?
- Созданная в 2003 году специальная комиссия в Европейской организации по ядерным исследованиям (CERN) написала доклад о том, что установка полностью безопасна. Но в связи с вновь появившимися слухами и ажиотажем, связанным с возможным зарождением чёрных дыр на этом коллайдере, вопрос безопасности вновь был пересмотрен. Выводы комиссии были подтверждены и усилены.
Альтернативное мнение экспертов читайте в материале «Конец света будет! ...Но адронный коллайдер тут ни при чём»
Постскриптум
В Московской области блогеры обнаружили загадочное сооружение. Независимые эксперты утверждают, что это наш ответ ЦЕРНу на создание Большого адронного коллайдера. Его фотография обошла весь мир...
