Пол Хэлперн - Коллайдер

• Название: Коллайдер
• Автор: Пол Хэлперн
• Издательство: Эксмо
• Жанр: Физика
• Год: 2010

Осенью 2008 года газеты запестрели заголовками, сообщавшими» будто в недрах Большого адронного коллайдера (БАК), на котором физики собирались расщепить вещество на элементарные частицы, родятся микроскопические черные дыры, способные поглотить Землю.

Какое значение имеет БАК для науки? Что ученые ищут? Почему физика, возможно, вскоре совершит один из величайших рывков в своей истории? Все эти вопросы обсуждаются в книге «Коллайдер». Автор, кроме всего прочего, доказывает, почему невозможно ни практически, ни теоретически, что на БАК появятся черные мини-дыры, которых все так боятся.

---

Хотя полезно иногда порассуждать, что было бы, если бы произошло то-то и то-то, физики не могут себе позволить смаковать свою горькую долю. Некогда оглядываться на прошлое - на границе достигнутых энергий еще много необследованных участков. Обронив сожаления на техасских прериях, в конце 90-х американские физики, занимающиеся частицами, собрались с духом и устремились кто на север Иллинойса - выжимать из «Теватрона» все соки, - а кто за океан в страну кантонов - исследовать гурманское взаимодействие между плавленым сыром и порубленным кубиками мясом. В конце концов, у швейцарской Женевы есть свой шарм, секрет которого хорошо описал Ледерман. Сравнивая ее с Ваксахачи, он написал: «В Женеве… не так много ресторанов, где подают ребрышки, зато есть фондю, а ее имя запоминается и произносится гораздо легче»83.

Все надежды обнаружить бозон Хиггса и получить легчайшие суперсимметричные частицы человечеству сейчас следует возлагать на Большой адронный коллайдер. Хотя его максимальная энергия будет меньше, чем у ССК, - 14 ТэВ против 20,-теоретические оценки дают оптимистический прогноз: если «хиггс» существует, БАК должен его найти. Если все пойдет как задумано, скоро у современной физики будет повод для радости.

Рожденный наносить удары. Как строился Большой адронный коллайдер

Век, в который мы живем, - это век открытия основных законов природы, и это время уже никогда не повторится.

Ричард Фейнман.

Характер физических законов 84, 1965 г.

В отличие от захватывающих дух водных горок американской физики высоких энергий, в ЦЕРНе исследования шли плавно, как пароход по реке Роне. На каждом витке естественной эволюции ускорителей возникали все более мощные агрегаты, разгонявшие частицы до все более высоких энергий. У американской физики элементарных частиц появился сильный политический привкус, с которым судьба проектов стала зависеть от настроений власть предержащих. Что касается ЦЕРНа, благодаря независимой администрации, а также его заинтересованности во всяческой поддержке и сопровождении уже утвержденных программ он мог успешно закладывать план работы лабораторий на десятилетия вперед.

Один из секретов эффективной работы ЦЕРНа - его способность задействовать старые проекты в качестве узлов новых современных приборов. Скажем, протонный синхротрон, закончив функционировать как отдельная установка, стал инжектором частиц в составе протонного суперсинхротрона (ПСС). Тот, в свою очередь, тоже много где пригодился. Он, в частности, производил предварительный разгон частиц для более мощных машин. Из ЦЕРНа мало что прямиком отправляется на свалку, поэтому-то и обходится он сравнительно недорого.

Это умение разбирать устаревшие проекты «на запчасти» отражает общее стремление европейцев сэкономить пространство и драгоценные ресурсы. Люди в Европе живут теснее, и расточительствовать не в их привычках. Трудно себе вообразить, чтобы Старый Свет решился на постройку комплекса вроде ССК с нуля, да еще вдалеке от всех лабораторий.

Классический пример «вторичной переработки сырья» в ускорительной технике - это тоннель Большого электрон-позитронного коллайдера (БЭП), ставший домом для Большого адронного коллайдера. С 1983 по 1988 г. этот тоннель являлся крупнейшим объектом гражданского строительства в Европе. По сути, инженерам особо негде было развернуться: основное кольцо планировалось вклинить между женевским аэропортом и Юрскими горами. Закладывая заряды, рабочие медленно одолевали твердую горную породу. Чтобы подстроиться под местный рельеф, пришлось наклонить кольцо на полтора градуса. Как ни удивительно, но оно получилось нужного размера и почти идеально уместилось в одной плоскости (когда кольцо замкнули, его концы состыковались с точностью до сантиметра). Это поис-тине подарок судьбы, что под БАК не понадобилось рыть новый тоннель, а можно было использовать уже готовый.

Впервые о планах опустить в кольцо БЭП охлажденные сверхпроводящие магниты и превратить его тем самым в адронный коллайдер (как предлагал Руббиа с соавторами) заговорили в 80-х гг. (Адроны, в том числе протоны, гораздо тяжелее электронов, поэтому, чтобы их удерживать в том же самом кольце, требуются магниты посильнее, например сверхпроводящие.) Ходят слухи, что Руббиа засматривался на этот тоннель с того самого времени, как открылся БЭП. Впрочем, многие церновские физики надеялись, что БАК получится закончить прежде, чем на свет вылупится ССК. То и дело раздавались возгласы, призывавшие установить срок открытия БАК на два года раньше, чем у ССК, и продемонстрировать американцам свое превосходство. Закрытие американского проекта прибавило европейцам энтузиазма. БАК становился главной и единственной надеждой экспериментально обнаружить определенные типы тяжелых частиц. Эпоха миниатюрных ускорителей прошла, и на смену конкуренции мировых лабораторий, проверяющих результаты друг друга, должно было прийти международное сотрудничество с центром в Европе.

Окончательное решение начать возводить БАК было принято через год с небольшим после заморозки ССК. 16 декабря 1994 г. девятнадцать стран, входивших тогда в ЦЕРН, постановили выделить в течение 20 лет 15 млрд долларов на строительство самого мощного коллайдера на Земле. Благодаря твердому слову европейских лидеров континент, подаривший миру Галилея и Кеплера, готовился снова выйти в авангард науки.

БАК, в отличие от ССК, был избавлен от пристального внимания политики. Каждая европейская страна - член ЦЕРН облагается ежегодным взносом, который определяется ее валовым национальным продуктом. Бюджет ЦЕРНа пополняется в основном за счет более богатых стран, таких как Германия, Франция и Великобритания, и обычно размер взносов не выносится на ежегодное обсуждение. (Правда, Великобритания в последнее время проявляет некоторую осторожность в отношении будущих научных программ.) То есть руководство ЦЕРНа рассчитывает на вполне конкретные суммы и, соответственно, учитывает их в своих планах.

Кроме того, европейцы никогда не брали пример с Америки и не организовывали конкурсов на лучшую площадку под проект. Французское население Пэи-де-Жекс, региона, где пролегает большая часть тоннеля, никто не втягивал в кампании а-ля «Руки прочь от Жекса!» и не устраивал здесь политических игрищ. Наоборот, местные жители мирно уживаются с обосновавшимся надолго соседом, и ЦЕРН делит землю с фермерами, виноделами, производителями сыра и другими завсегдатаями здешнего ландшафта. Как гласит местный девиз, Жекс - это «un jardin ouvert sur le monde»[23].

Что касается швейцарской стороны границы, в Женеве всевозможные международные ассоциации давно стали привычным делом. Город, в котором родилась Лига Наций и подписывались судьбоносные договоры, изобилует штаб-квартирами мировых организаций: европейское отделение ООН, Всемирная организации здравоохранения, Международная организация труда, Международная федерация обществ Красного Креста и Красного Полумесяца и другие. ЦЕРН с его организациями-партнерами тоже встретил здесь теплый прием. В калейдоскопе языков, на которых говорят исследователи из разных стран, слышны и английский, и русский, и теория поля. Тактичные обитатели Женевы со всеми найдут общий язык - они бы и на вавилонском столпотворении не потеряли присутствия духа.

Женеву трудно чем-то удивить: она насмотрелась революционных преобразований. На фоне Реформации и Просвещения подземные сражения частиц вряд ли наберут хоть сколько-нибудь больше нуля по исторической «шкале Рихтера».

А вот если поехать на запад от Женевы, то попадешь во французскую сторону, где царят тишина и покой. Чтобы не нарушить эту идиллию, ЦЕРН стремился ступать по здешней земле очень осторожно. По разбросанным тут и там пастбищам и винным фермам у подножия укутанных в туман Юрских гор ни за что не догадаешься, что на глубине около ста метров здесь пролегло гигантское ускорительное кольцо. И только редкие указатели, по которым ориентируются водители церновских микроавтобусов, и линии электропередач, прочерчивающие золотисто-зеленый пейзаж, служат едва заметным намеком.

Кстати, об электроэнергии. Она вызвала, пожалуй, больше всего толков, так как львиная доля электропотребления в этом регионе приходится на ЦЕРН. Сначала лаборатория находилась на попечении Швейцарии, а теперь электричество сюда поставляет Франция. Когда все системы вступят в строй, ЦЕРНу будет нужно столько же электроэнергии, сколько потребляет весь кантон Женева. А поскольку в регионе преобладает электрическое отопление, зимой энергоресурсы будут в особом дефиците.

В итоге, будучи соседом, всегда готовым пойти навстречу, ЦЕРН решил подстраивать свое энергопотребление под текущую ситуацию, например, заранее планируя на самый холодный период технические перерывы. Хоть из-за них накопление данных и задерживается, зимнее выключение, к счастью для экспериментаторов, увлекающихся спортом, приходится как раз на разгар лыжного сезона в прилегающих Альпах.