Реальность фантазии
В Швейцарии приступили к завершающему этапу самого большого научного проекта в истории человечества
Европейская организация ядерных исследований (ЦЕРН) назначила датой тестового запуска Большого адронного коллайдера (БАК) 10 сентября.
Ученые ЦЕРН полагают, что эксперимент позволит в миниатюре воспроизвести «Большой взрыв», который многие миллионы лет назад положил начало Вселенной. Кроме того, исследователи ожидают получить новые данные о процессах преобразования материи в энергию, а также рассчитывают, что эксперимент поможет приоткрыть загадки антивещества и взаимосвязи пространства и времени.
Эти проблемы издавна волновали и украинских ученых. Один из них — харьковчанин, выдающийся физик ХХ века академик Дмитрий Васильевич Волков. Он и его ученики в свое время разработали теорию суперсимметрии и суперпространства, получившую широкое признание у физиков – специалистов по теории элементарных частиц и космологии. Теория родилась из размышлений над тем, как можно с единой точки зрения объяснить происхождение двух фундаментальных семейств частиц с, казалось бы, принципиально разным коллективным поведением – так называемых бозонов и фермионов. Эти размышления привели группу Волкова к выводу: у каждой из известных нам элементарных частиц должен существовать ее куда более тяжелый «суперпартнер». Однако наблюдать их на тогдашних ускорителях было невозможно: ускоренным в них частицам не хватало энергии, которая должна «превратиться в массу» для рождения таких «тяжеловесов».
БАК – первый в истории физики ускоритель, в котором энергия сталкивающихся частиц уже может оказаться достаточной для рождения суперпартнеров. Наблюдение таких процессов стало бы моментом триумфа для харьковских физиков.
Существуют ли суперпартнеры, находит ли экспериментальное подтверждение теория суперсимметрии? Это один из вопросов, ответ на который можно ждать от БАКа.
Еще один, не менее интригующий: почему при наблюдаемой в микромире симметрии между частицами и античастицами такой симметрии абсолютно нет в макромире (нет в наблюдаемой вселенной объектов, построенных из антивещества)? И на него, вероятно, даст ответ БАК.
Наконец, надо сказать о главной задаче, для решения которой сооружался коллайдер. Это поиски так называемого бозона Хиггса. Его открытие пролило бы свет на важнейший вопрос: откуда у частиц – а следовательно, и у материи – берется масса? Какова природа этой физической величины?
Ещё Эйнштейн в последние годы жизни хотел разработать Единую Теорию Поля, но количества эмпирического материала была тогда недостаточно. Во второй трети XX века физикам удалось разработать Стандартную Модель, которая объединила три из четырёх фундаментальных взаимодействий — сильное, слабое и электромагнитное. Самое же слабое взаимодействие – гравитационное – по сей день стоит особняком. Оказалось, что его очень трудно включить в Стандартную Модель, так что, если говорить о «теории всего», то она состоит из двух очень разных частей – общей теории относительности (ОТО) и Стандартной Модели (СМ). Открытие бозона Хиггса станет решающим подтверждением СМ, превращающим гипотезу в экспериментально обоснованную теорию.
Для этого и строился БАК. Проект был задуман в 1984 году, а его реализация началась в 2001-м. Разгоняющиеся протонные пучки будут сталкиваться с энергией до 14 тераэлектронвольт (10 12). Коллайдер, как ожидается, позволит обнаружить бозоны Хиггса и сымитировать состояние Вселенной через миллиардную долю секунды после «Большого Взрыва».
Средства массовой информации уже не один раз сообщали о пуске коллайдера. Однако пишущим об этом трудно осознать, что пуск такой громадной машины – не одномоментное событие: махнули флажком, нажали кнопку, «оно» пошло-поехало, маэстро взмахнул палочкой и оркестр «врезал» приветственный марш.
Все гораздо сложнее и прозаичнее: не одномоментно, а через несколько сложных и длительных этапов, на каждом из которых вовлекаются в работу и отлаживаются все новые и новые системы, пока все они не заработают в штатном режиме.
8 августа нынешнего года ускоряемые частицы прошли по каналу ускорения более 3 км. Об этом сообщили как о «пуске». А полная длина канала – 26,7 км! 10 сентября экспериментаторы намерены провести их по всей длине ускорителя.
К тому же частицы должны ускоряться в двух направлениях – по часовой стрелке и против, а после достижения должной энергии – сталкиваться. При столкновении движущихся с большой скоростью (близкой к скорости света) частиц выделяется энергия, многократно превосходящая ту, которая выделилась бы при ударе о неподвижную мишень. В этом-то и состоит «фишка» ускорителей на встречных пучках – коллайдеров.
На 3 октября назначен пуск компьютерной сети, обслуживающей ускоритель, а парадный пуск коллайдера – с торжественной церемонией, обедом и пр. — должен состояться 21 октября. Вот тогда (если все получится!) будет и оркестр, и маэстро с палочкой.
Справка «УТГ»
Большой адро?нный колла?йдер — ускоритель, предназначенный для разгона протонов и тяжёлых ионов, созданный в исследовательском центре Европейского совета ядерных исследований CERN (Conseil Europ?en pour la Recherche Nucl?aire).
БАК не имеет аналогов в мире. Эта кольцевая конструкция протяженностью 27 км сооружена на 100-метровой глубине. С помощью 120 мощных электромагнитов в ней предполагается разогнать до близкой к световой скорости (99,9%) встречные пучки протонов. Тысячи датчиков будут фиксировать моменты столкновения, что позволит исследователям глубже проникнуть в тайны материи.
