Google+
Бесконечная история МИРЫ. WARHAMMER FANTASY артур кларк пЛУТОН
Версия для печатиФутурология: Футурология. Большой адронный коллайдер
Кратко о статье: Статья, объясняющая природу Большого адронного коллайдера, некоторые принципы его работы, а также связанные с ним теории конца света.

Взрыв всегда возможен?

Большой адронный коллайдер

Во всем виноват Эйнштейн. В 1905 году он заявил, что абсолютного покоя нет, и с тех пор его действительно нет.

Стивен Ликок

Вот будет смешно, если не успеют уничтожить мир до его конца.

Станислав Ежи Лец

Нас постоянно пугают скорым наступлением конца света. Чаще других это делают сектанты, астрологи и уфологи, прогнозы которых, к счастью, весьма далеки от реальности. Но иногда в качестве мрачных пророков выступают ученые. Они предсказывают, что человеческая цивилизация погибнет либо в результате падения кометы, либо в результате взрыва сверхновой, либо из-за экспериментов других ученых, которые пытаются проникнуть в тайны мироздания. Очередной «конец света» уже назначен ― 21 октября 2008 года будет запущен Большой адронный коллайдер, который в мгновение ока уничтожит привычный нам мир. Неужели мы все обречены? Неужели нельзя остановить физиков-убийц? Зачем вообще маньякам от большой науки понадобилась эта жуть?

Элементарные «микроскопы»

Два летних месяца прошли под знаком близящейся всемирной катастрофы. Паническим настроениям поддались не только рядовые обыватели, но журналисты, ученые, политики и даже популярные писатели-фантасты.

Камнем преткновения стал так называемый Большой адронный коллайдер или, попросту говоря, БАК. Кстати, эту аббревиатуру используют только в России, во всем остальном мире дьявольскую машину называют LHC ― от английского словосочетания Large Hadron Collider.

БАК — не что иное как кольцевой ускоритель элементарных частиц, построенный в Исследовательском центре Европейского совета ядерных исследований, который известен под аббревиатурой ЦЕРН (CERN ― Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire).

Идея проекта родилась в 1984 году и была официально одобрена десятью годами позже. Само строительство началось в 2001 году, после завершения работы предыдущего большого ускорителя — электрон-позитронного коллайдера LEP (Large Electron-Positron Collider). БАК построен в туннеле, который прежде занимал LEP. Этот туннель с длиной окружности в 26,7 километров проложен на глубине 175 метров под землей на территориях Франции и Швейцарии. Стоимость проекта ― 6 миллиардов евро.

ЦЕРН — вид сверху.

27-километровый подземный туннель, предназначенный для размещения БАК.

Первый ускоритель частиц Большого адронного коллайдера.

Физики щедры на похвалы самим себе, а потому зачастую склонны к преувеличениям. Например, физик Франк Вильчек, лауреат Нобелевской премии 2004 года, заявил, что строительство БАК знаменует «начало золотого века физики элементарных частиц». Интересно, стало быть, другие ускорители ― это век каменный?

Если отбросить малосущественные подробности, то ускорители элементарных частиц выполняют роль микроскопов, позволяющих рассмотреть породивший нашу вселенную Большой взрыв в деталях. Частицы разгоняются в них до скоростей, близких к скорости света, и сталкиваются друг с другом. Наблюдая за происходящими при этом процессами, ученые получают информацию о свойствах этих частиц и взаимодействиях между ними. Чем больше энергия сталкивающихся частиц, тем ближе физики подбираются к полноценной модели Большого взрыва, то есть тем больше «увеличение» такого «микроскопа».

За недолгую историю создания ускорителей, начавшуюся в 1928 году после запуска циклотрона Эрнеста Лоуренса в Университета штата Калифорния в Беркли (США), максимальная энергия разгоняемых в них частиц возрастала приблизительно в десять раз каждое десятилетие. Физики научились «разгонять» легкие (электроны и позитроны) и тяжелые элементарные частицы (протоны и антипротоны) до энергии в несколько триллионов электрон-вольт (ТэВ).

Эрнест Орландо Лоуренс — создатель первого циклотрона.

Действующий циклотрон Лоуренса помещался на ладони.

Для разгона легких частиц используются линейные ускорители, а для разгона тяжелых ― циклотроны в форме кольца. В линейных ускорителях частицы разгоняются подобно камешку в цепочке стоящих друг за другом электромагнитных «рогаток», в циклотронах ― подобно камешку в раскручиваемой праще.

Линейный ускоритель Стэнфордского университета.

Медицинский циклотрон, используемый для радиационной терапии.

До сих пор самыми мощными ускорителями считались протон-антипротонный коллайдер Tevatron в Национальной ускорительной лаборатории имени Ферми (США) и релятивистский коллайдер тяжелых ионов RHIC в Брукхейвенской лаборатории (США). Но БАК должен «побить» всех.

Американский коллайдер Tevatron был первым в своем классе. Теперь он стал вторым.

В поисках божества

БАК на долгое время, если не навсегда, станет самым мощным среди себе подобных ускорителей. Физики шутливо называют его «Властелином Колец». На нем предполагается сталкивать протоны (ядра атомов водорода) с суммарной энергией 14 ТэВ (против 0,98 ТэВ коллайдера Tevatron). Кроме того, на протяжении одного месяца в году в БАКе будут сталкиваться ядра атомов свинца.

Простите, коллега, тут протон, часом, не пробегал?

В случае пожара звоните... родственникам. И прощайтесь.

Для удержания и коррекции протонных пучков используются 1624 сверхпроводящих магнита, которые будут работать при температуре, близкой к абсолютному нулю. Физики говорят: «Если в двух словах, то наша задача сводится к тому, чтобы провести через холодную, как космический лед, дыру экстремально горячий объект так, чтобы он не коснулся стенок».

Вставка трекера в соленоид.

В каждой из двух кольцевых труб БАК будет циркулировать протонный пучок, состоящий из 2808 сгустков по 100 миллиардов протонов в каждом. Его поперечник ― всего 0,03 мм, а суммарная масса всех протонов в пучке меньше 1 нанограмма. Это намного легче пылинки, но в пучке запасена чудовищная энергия, сопоставимая с кинетической энергией летящего авиалайнера. Не удивительно, что предусмотрены строжайшие меры безопасности, начиная от системы слежения за пучком и заканчивая специальным «аварийным выходом» для него: в случае дестабилизации специальные магниты в доли миллисекунды уведут пучок по длинному туннелю в бункер, где он поглотится огромной графитовой мишенью.

Работающие на пределе технических возможностей устройства требуют ювелирной точности при обращении с ними. Один брак в обмотке магнитных катушек или крошечная металлическая стружка рядом со сверхпроводящим кабелем могут привести к катастрофе. Поэтому каждый элемент гигантской конструкции многократно проверяется и перепроверяется.

Питер Хиггс придумал теорию существования бозона, который и будет искать БАК.

Первая задача, которая стоит перед Большим адронным коллайдером, ― получить и зафиксировать бозон Хиггса, называемый в литературе «божественной частицей».

Проблема в том, что существующая сегодня теория не может объяснить, каким образом элементарные частицы обрели массу. А ведь именно масса отвечает за инертность основных кирпичиков мироздания, включая атомные ядра и вращающиеся вокруг них электроны. В 1964 году Питер Хиггс предположил, что в момент Большого взрыва возникло особое поле, которое и сообщило элементарным частицам массу при соприкосновении.

Физики описывают процесс следующим образом: «Когда бежишь по грязи, она прилипает к ботинкам, которые тяжелеют и замедляют движение». В этой аналогии грязь ― поле Хиггса. Чем больше ее прилипнет к ботинкам, тем медленнее бег, тем тяжелее частицы. А комочек этой грязи и есть пресловутый бозон. Доказать существование бозона Хиггса ― значит понять, как устроена вселенная, что в свою очередь позволит использовать ее тайные законы при создании новых технологий.

Кстати, о новых технологиях. БАК не появился бы на свет, если бы не стремительное развитие компьютеров. Вручную невозможно анализировать терабайты данных, собираемых с тысяч детекторов, которые фиксируют миллионы столкновений частиц. Даже сверхмощные компьютеры ЦЕРН смогут сохранить для дальнейшего анализа только сто из миллиарда событий, происходящих за одну секунду. Запись требует гигантского объема памяти — за год накопится от 10 до 15 петабайт (миллионов гигабайт). Если записать эту информацию на обычные CD и сложить их, получится башня высотой в 20 километров!

Чтобы контролировать невероятный информационный поток и предоставить ученым свободный доступ к нему, уже создается глобальная вычислительная сеть на основе Grid-технологий ― около ста компьютерных центров в институтах, расположенных на разных континентах, образуют единый «суперкомпьютер», который сможет уследить за бесконечными потоками невидимых частиц.

Вид аналитического центра при инсталляции серверов БАК.

Конец света или его начало?

Казалось бы, ничего страшного во всем этом нет. Есть большой международный проект, в котором, между прочим, принимают активное участие и российские физики. Есть благородные намерения заглянуть в сокровенные тайны мироздания и объяснить наконец детям, откуда возник мир, и как он устроен. Что же так всех напугало?

Дело в том, что наши представления о вселенной пока еще недостаточно полны, чтобы предсказать точно, какие эффекты возникнут при столкновении пучков протонов такой энергии. Теоретически явится бозон Хиггса ― ну а если Хиггс ошибся, и вселенная устроена как-то иначе?

Аккреционный диск горячей плазмы, вращающийся вокруг черной дыры.

Отдельные ученые говорят о том, что в БАК может образоваться черная дыра — область пространства с фантастической плотностью, которая начнет втягивать окружающую материю и уничтожит в конце концов нашу планету. На самом деле создатели коллайдера рассчитывают получить и изучить некоторое количество микроскопических черных дыр. Однако, уверяют они, согласно нашим представлениям, такая дыра мгновенно испарится, оставив после себя только след из характерных частиц. И действительно ― до сих пор во Вселенной не обнаружены черные дыры, сопоставимые по размерам хотя бы с Землей, а эксперименты на других ускорителях ни разу не приводили к ущербу для окружающей среды. Кроме того, Земля и все ее обитатели постоянно бомбардируются потоками космических частиц с гораздо более высокими энергиями, чем будут получены в БАК, но при этом мы не испытываем ни малейшего дискомфорта. Но даже если случится невероятное и в коллайдере все-таки возникнет стабильная черная дыра, ей понадобится несколько миллиардов лет на то, чтобы поглотить нашу планету.

Противники запуска БАКа указывают еще на одну гипотетическую опасность: коллайдер может стать генератором «странной материи», состоящей из так называемых «страпелек» ― ядер совершенно иной природы, чем наше мироздание. Существует теоретическая возможность, что «страпельки» способны катализировать процесс превращения обычной материи в свое подобие. То есть после их зарождения волна изменений пронесется по всей Земле, а потом и по всей вселенной, придав им некое новое состояние. Создатели БАК утверждают, что даже в этой ситуации их детище не представляет опасности, поскольку энергии столкновения частиц там на порядки ниже, чем те, при которых могут образовываться ядра (обычные или «страпельки»). И если бы «страпельки» имели шанс на зарождение в нашем мире, то они давно зародились бы ― еще при запуске релятивистского ускорителя тяжелых ионов RHIC.

Так или иначе, но серьезной опасности для мира Большой адронный коллайдер не представляет. Ученые, непосредственно занятые в проекте, отвечают за это головами. И фигурально, и буквально.

Машина времени

Профессор Ирина Арефьева и доктор физико-математических наук Игорь Волович из математического института имени Стеклова в Москве полагают, что масштабный эксперимент в ЦЕРН может привести к появлению первой «машины времени».

В 1949 году физик Курт Гедель с помощью теории относительности доказал техническую возможность перемещений в прошлое. Именитые физики неоднократно пытались опровергнуть его гипотезу, поскольку путешествия во времени подрывают принцип причинности и угрожают рождением парадоксов: путешественник во времени может вернуться в прошлое и убить собственного дедушку, но тогда получится, что он сам не смог бы появиться на свет.

По словам российских ученых, когда чудовищная энергия БАК сконцентрируется на субатомной частице, ткань Вселенной «порвется». Известно, что гравитация Земли слабо искривляет пространство-время, а БАК способен исказить время настолько, что оно замкнется в кольцо. Подобное явление физики называют «замкнутой временеподобной кривой», и оно позволяет, по крайней мере теоретически, вернуться в прошлое.

Один из ведущих ученых, полагающих, что путешествия во времени возможны, профессор Дэвид Дойч из Оксфордского университета, говорит: «Это гипотетические измышления, но придраться к ним по существу невозможно. Тем не менее, я считаю, что этот механизм не сработает по ряду причин, даже если догадки верны».

Комментарии к статье
Для написания комментария к статье необходимо зарегистрироваться и авторизоваться на форуме, после чего - перейти на сайт
РАССЫЛКА
Новости МФ
Подписаться
Статьи МФ
Подписаться
Новый номер
В ПРОДАЖЕ С
24 ноября 2015
ноябрь октябрь
МФ Опрос
[последний опрос] Что вы делаете на этом старом сайте?
наши издания

Mobi.ru - экспертный сайт о цифровой технике
www.Mobi.ru

Сайт журнала «Мир фантастики» — крупнейшего периодического издания в России, посвященного фэнтези и фантастике во всех проявлениях.

© 1997-2013 ООО «Игромедиа».
Воспроизведение материалов с данного сайта возможно с разрешения редакции Сайт оптимизирован под разрешение 1024х768.
Поиск Войти Зарегистрироваться