Осень-2009 закончилась в тревожных тонах — крушение «Невского экспресса», взрывы артиллерийских складов в Ульяновске, новое падение мировой экономики, да даже словенский позор российской футбольной дружины — все один к одному подобралось. На этом фоне не очень замеченным осталось событие, которое год назад чуть не свело с ума все прогрессивное человечество, — Большой адронный коллайдер снова заработал и вот-вот выйдет на проектную мощность.
Запуск Большого адронного коллайдера осенью 2008 года наделал много шума — в качестве возможных его последствий называли вселенскую катастрофу. Дошло до того, что уважаемая телекомпания BBC в документальном фильме «Конец света», перечисляя 4 наиболее вероятных сценария окончания существования человечества, последним назвала именно образование черной дыры вследствие столкновения элементарных частиц в гигантском ускорителе.
Свою версию урона человечеству, который может быть нанесен Большим адронным коллайдером, предложил и автор легендарного «Кода да Винчи» Дэн Браун. В его романе «Ангелы и демоны» именно похищенное в недрах ЦЕРНа (Европейского совета ядерных исследований, построившего Большой адронный коллайдер) антивещество использовалось сектой религиозных фанатиков для уничтожения Ватикана. В книге антивещество называлось самым разрушительным оружием в истории человечества, 1 грамм которого вызывает разрушения, эквивалентные 20-килотонной ядерной бомбе, сброшенной на Хиросиму. И хотя руководство ЦЕРНа сразу после выхода книги выступило со специальной статьей, разъясняющей невозможность хищения антивещества и применения его в качестве оружия террористов, но… сколько человек читали эту статью и сколько — книгу Брауна?
Запуск Большого адронного коллайдера состоялся осенью 2008 года, и ничего ужасного для человечества с тех пор вроде бы не случилось. Но не будем забывать, что, проработав всего 9 дней, чудо-ускоритель вышел из строя, был остановлен и с тех пор находился в ремонте. Лишь 20 ноября 2009 года БАК возобновил свою работу, а через 10 дней стал наконец самым мощным ускорителем частиц в истории человечества, побив рекорд разгона частиц, установленный американским ускорителем TEVATRON. При этом для коллайдера ЦЕРНа это вовсе не предел — в ближайшие месяцы здесь намерены увеличить скорость разгона частиц в 7 раз, так что все сценарии галактического апокалипсиса еще вполне могут сбыться.
27 километров под землей
Итак, коллайдер — ускоритель заряженных частиц на встречных пучках, предназначенный для изучения продуктов их соударений, позволяющий наблюдать образование других частиц. В настоящий момент в мире успешно работают полтора десятка коллайдеров, два из которых расположены в Институте ядерной физики Новосибирска. При этом коллайдеры подразделяются на линейные, где пучок частиц движется по прямому тоннелю, и кольцевые, где частицы перемещаются по закольцованному кругу. Нетрудно догадаться, что в кольцевом коллайдере частицы можно разогнать до значительно большей скорости. И размер кольца имеет для этого принципиальное значение.
Самыми большими по периметру коллайдерами до последнего времени были немецкий HERA и американский TEVATRON — их длина превышала 6 километров. Периметр коллайдера ЦЕРНа под скромным названием LHC составил 26,6 километра, сразу в 4 раза превысив существующие на планете аналоги. Неудивительно, что это сооружение получило название Большой адронный коллайдер.
Строить чудо-ускоритель начали в 2001 году, но более справедливо отсчитывать его историю с 1983 года, когда в окрестностях Женевского озера началось строительство Большого электрон-позитронного коллайдера (LEP). Это именно для него на глубине 100 метров на территории Франции и Швейцарии был вырыт тоннель длиной почти 27 километров. Причем когда в 1988 году концы тоннеля соединились, расхождение между ними составило всего 1 сантиметр! Однако к концу 2000 года ученые достигли максимальной мощности этого коллайдера и приняли решение демонтировать его и строить новый ускоритель — адронный. Общая стоимость проекта превысила 10 миллиардов долларов.
В поисках истины
Зачем такие деньги зарывались в землю — большой вопрос для дилетантов. Ученые ЦЕРНа потратили, отвечая на него, наверное, не меньше времени, чем, собственно, работая с коллайдером (особенно если вспомнить, что до первой поломки он отработал чуть больше недели). Если свести эти тысячи слов к одному знаменателю, то получится простой ответ — фундаментальная наука. В ходе экспериментов по столкновению элементарных частиц ученые хотели проверить предположение о существовании так называемой гипотетической частицы Хиггса, обнаружение которой могло бы стать величайшим открытием в мировой физике. Теоретически существование этой частицы уже обосновано, и, более того, на факте ее существования выстроена целая Стандартная модель, которая сейчас широко используется для описания всех процессов в микромире. Но пока эта частица не будет открыта, эту модель нельзя считать полностью обоснованной и подтвержденной.
Несмотря на отсутствие очевидного прикладного значения исследования столкновений частиц, значение Большого адронного коллайдера для человечества трудно оценить адекватно. В конце концов, именно на основе фундаментальной науки и многолетних исследований ученых-теоретиков в тихих лабораториях вдруг рождаются технологии, способные перевернуть мир. Специалисты, к примеру, утверждают, что в результате экспериментов на коллайдере могут открыться абсолютно неожиданные вещи, например совершенно новые свойства пространства и времени. А уж как их будет использовать человечество, и представить себе сложно.
Впрочем, при желании и 27-километровому тоннелю ЦЕРНа можно найти практическое применение. Так, журнал Scientific American подсчитал, что с помощью Большого адронного коллайдера можно разморозить пиццу всего за 30 наносекунд.
9 дней и 14 месяцев
Конец света, приуроченный к запуску Большого адронного коллайдера, первоначально был назначен на 10 сентября 2008 года. Самые прозорливые увидели в этой дате даже намек на обратный отсчет — 10.09.08. Но состоявшийся в этот день официальный запуск коллайдера не принес никаких потрясений. Тем более что ускоритель вводили в действие постепенно — сначала запустили пучок протонов по часовой стрелке, затем — против часовой, потом начали тестировать магнитную систему.
Время «Ч» для ЦЕРНа наступило 19 сентября, когда в 12.05 по европейскому времени коллайдер… сломался. Из-за скачка напряжения один из контактов сверхпроводящего магнита расплавился, была пробита изоляция гелиевой системы охлаждения, и в туннель вылилось… 6 тонн жидкого гелия. Поначалу специалисты ЦЕРНа пообещали произвести ремонт системы охлаждения за 2 месяца и потратить на это 26 миллионов долларов, но в итоге и сроки работ выросли в 6 раз, и объемы финансирования пришлось увеличивать.
И вот 20 ноября 2009 года историческое событие случилось во второй раз — Большой адронный коллайдер снова заработал. На этот раз ему удалось проработать без сбоя и 9 дней, и 10, и разогнать пучки частиц до рекордной скорости в 1 180 гигаэлектронвольт. Даже странно, что столь бурно переживавшее первый запуск коллайдера человечество отреагировало на новость о его реинкарнации с таким олимпийским спокойствием. Ведь, по сути, сейчас и начинается все самое интересное.
Образуется ли в результате работы коллайдера черная дыра, которая поглотит сначала сам коллайдер, затем Францию и Швейцарию, а потом и всю Землю? Будет ли выделяться в процессе столкновения частиц антивещество, которое уничтожит не только ЦЕРН, но и все человечество Земли? Откроются ли в результате смелых научных экспериментов тоннели в другие миры и чем это может быть чревато для нашего пространственно-временного континуума? Все это вопросы, которыми можно бесконечно занимать себя и окружающих.
Впрочем, в стране, где на перегоне между двумя столицами террористы пускают под откос пассажирский поезд, где в областном центре рвутся склады с артиллерийскими снарядами, а крупнейшая ГЭС выходит из строя в результате таинственного гидроудара, только по-настоящему увлеченные люди могут опасаться антивещества и рукотворных черных дыр. У нас тут свой коллайдер. Размером с одну шестую часть суши.
Аркадий Баташев, «Вечерний Красноярск»
