До встречи в черной дыре?
Стоит ли бояться Большого адронного коллайдера? Осенью этого года мир ждет… конец света? Или открытия, расширяющие горизонты человеческого познания Вселенной, дающие инструмент господства над пространством и временем? Теоретически возможны оба ответа на поставленный вопрос. Все зависит от того, как относиться к проекту Большого адронного коллайдера, запуск которого намечен на октябрь 2009 года. Этот самый крупный международный научный проект вызывает неоднозначную реакцию даже среди специалистов, что уж говорить о простой публике, читателях популярных журналов, интернет-сайтов… Что же таит в себе Большой адронный коллайдер? Об этом, об участии саровских ученых в проекте рассказывают сотрудники Российского Федерального ядерного центра — ВНИИЭФ, непосредственно занятые работами по этой тематике. Как изменить картину мира Коллайдер включает комплекс наземных и подземных сооружений, находящихся на глубине 100 метров на границе Швейцарии и Франции, неподалеку от Женевы. Это самый большой в мире ускоритель элементарных частиц. По кольцу диаметром 26,6 километра заряженные частицы (протоны) будут разгоняться почти до скорости света для того, чтобы столкнуться друг с другом. Впервые в истории элементарные частицы удастся столкнуть друг с другом с невиданной доселе энергией — 14 тераэлектронвольт (ТэВ). Большим БАК назван из-за своих размеров (длина основного кольца ускорителя составляет 26 659 м); адронным — из-за того, что он ускоряет адроны, то есть частицы, состоящие из кварков; коллайдером (англ. collide — сталкиваться) — из-за того, что пучки частиц ускоряются в противоположных направлениях и сталкиваются в специальных местах. Основная задача физиков состоит в том, чтобы построить замкнутую и непротиворечивую теорию, в рамках которой можно было бы объяснять и прогнозировать определенный круг природных явлений. На основе таких завершенных теорий инженеры и физики разрабатывают сложнейшие технические устройства, которые становятся неотъемлемой частью нашей жизни: сотовая связь, лазеры, телевидение, компьютеры, ядерные реакторы… Принятая ныне физиками так называемая Стандартная модель не может быть признана фундаментальной теорией. Она содержит привносимые извне феноменологические параметры. В ней проведено объединение только двух из четырех известных науке взаимодействий — электромагнитного и слабого взаимодействий. Сильное взаимодействие рассматривается как независимое, а гравитация вообще не входит в теоретическую схему. Наконец, Стандартная модель не дает ответа на такие фундаментальные вопросы, как механизм удержания кварков и невозможность их появления в виде отдельных экспериментально регистрируемых частиц, размерность нашего пространства-времени. Эксперименты, которые будут проводиться на коллайдере, могут вывести ученых на новую, более совершенную картину мира. Задачи БАКа Перед БАК поставлено несколько задач — изучение хиггсовского механизма нарушения электрослабой симметрии и экспериментальное обнаружение предсказанного теоретически хиггсовского бозона (согласно гипотезе шотландского физика Хиггса, все пространство Вселенной пронизано так называемым полем Хиггса, при взаимодействии с которым элементарные частицы приобретают массу); изучение топ-кварков; кварк-глюонной плазмы (предполагается, что она существовала в первые доли секунды после Большого взрыва, то есть в первые мгновения жизни Вселенной). Работы на БАК должны помочь в поиске суперсимметрии (теории, согласно которой любая элементарная частица имеет гораздо более тяжёлого партнера, или «суперчастицу»), а также в изучении фотон-адронных и фотон-фотонных столкновений. Кроме того, БАК позволит приоткрыть завесу тайны над темной материей и темной энергией, которые составляют большую часть вещества Вселенной, но практически не взаимодействуют с ее наблюдаемой частью. Ученые пока не могут сказать, из каких частиц состоит темная материя, какова ее природа. Результатом экспериментов на БАК, уверены оптимисты, станут теории, которые позволят в будущем управлять гравитацией, искусственно искривлять пространство-время, взаимодействовать с вселенными в других измерениях, создавать каналы, позволяющие мгновенно обмениваться информацией за счет квантовой телепортации, создавать двигатели для космических аппаратов на принципиально новых механизмах действия. Сюрпризы БАКа Но у проекта есть и другая сторона. Как осторожно выражаются сами ученые, вероятность появления в процессе работы коллайдера всевозможных «сюрпризов» типа так называемых «черных дыр», уничтожающих материю, отлична от нуля. То есть, хотя существующие теории отрицают возможность в земных условиях искусственно воссоздать ситуацию, при которой во Вселенной вещество сжимается в точку и вместо звезд, галактик образуются «черные дыры», сами эти теории нуждаются в доказательстве. Другая возможность, которую теоретически открывает коллайдер, — так называемые «кротовые норы», то есть каналы, по которым можно выйти в другое измерение. Наконец, столкновение частиц с такими скоростями и энергиями может запустить механизм «машины времени». Когда энергия БАК сконцентрируется на субатомной частице, с тканью Вселенной, которую ученые называют «пространство-время», могут произойти странные вещи — эта ткань способна измениться. Гравитация Земли слабо искривляет пространство-время, а БАК способен исказить время настолько, что оно замкнется в кольцо. Подобное явление физики называют «замкнутой временеподобной кривой» — оно позволяет, по крайней мере теоретически вернуться в прошлое. РФЯЦ ВНИИЭФ В БАКе В чем выразилось участие саровских ученых в международном проекте? Об этом рассказывает доктор физико-математических наук Валерий Тихонович Пунин: — Столкновения в ускорителе БАК будут порождать потоки частиц. Для их отслеживания в ЦЕРН строятся 4 огромные детектирующие системы: ATLAS, CMS, ALICE и LHCb. ВНИИЭФ участвует в разработке элементов двух детекторов: абсорбера мюонного спектрометра (оптимизация геометрии, разработка конструкции) и фотонного спектрометра PHOS (разработка механической структуры, системы охлаждения и термостабилизации, программного обеспечения). Для размещения детекторов эксперимента ALICE ЦЕРНом произведен демонтаж оборудования в магните L3, которое использовалось в экспериментах на LEP. Достаточно сложной технической задачей был демонтаж центральной опорной трубы массой около 300 тонн, длиной 32 метра, диаметром 4,5 метра. ЦЕРН объявил конкурс на разработку проекта по демонтажу опорной трубы. В институте ядерной и радиационной физики был разработан проект демонтажа: схема и порядок работ, технологическое оборудование, были проведены прочностные расчеты. Проект был представлен в ЦЕРН на экспертизу и одобрен. В 2002 году специалистами монтажной организации из Сарова под руководством специалистов института ядерной и радиационной физики успешно выполнены работы по демонтажу трубы. Что дает институту участие в программе БАК? Опыт участия в экспериментах на современных ускорителях в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН). Опыт организации совместных работ с иностранными коллабораторами. Опыт создания систем автоматизации сложных экспериментальных установок (PHOS). Опыт работы с программными продуктами, созданными в ЦЕРН. Полученный в работе над коллайдером опыт успешно используется во ВНИИЭФ в проведении ядерно-физических расчетов в институте теоретической и математической физики и институте ядерной и радиационной физики, в разработке современных систем измерений и управления для экспериментальных и технологических установок во ВНИИЭФ. Специалисты, участвующие в проекте, смогли повысить свою квалификацию благодаря высоким требованиям к выполняемым разработкам со стороны ЦЕРНа и знакомству с современными достижениями в области научных исследований. Наконец, немаловажен престиж института в мире. Выполняемая работа высоко оценивается в ЦЕРН. Специалистов из Ядерного центра в Сарове узнали во многих институтах России и за рубежом. Опубликован ряд статей с соавторством сотрудников ВНИИЭФ в ведущих зарубежных физических журналах. И все же даже серьезные ученые не могут обойти «сюрпризы», которые, возможно, готовит нам запуск БАК. Свой посвященный вкладу саровчан в международный проект доклад на торжественном заседании Научно-технического совета РФЯЦ-ВНИИЭФ, посвященном Дню российской науки, Валерий Тихонович Пунин закончил констатацией факта: — Каждые 15 млрд лет во Вселенной находятся физики, которые строят Большой адронный коллайдер. До встречи в «черной дыре»! Напомним, согласно современным научным воззрениям, возраст Вселенной как раз составляет 15 млрд лет. И, исходя из количества вещества и динамики его изменений, мир ждет еще 800 млн спокойных лет. Если пессимистические сценарии, связанные с БАК, окажутся несостоятельными. При подготовке публикации использованы материалы торжественного заседания Научно-технического совета РФЯЦ — ВНИИЭФ, посвященного Дню российской науки.
