Глава 3. Тот самый коллайдер
Словосочетание, с которым сегодня у многих ассоциируется научный прорыв и которое на слуху у каждого, кто смотрит новости, – «Большой адронный коллайдер» (БАК). Огромный прибор, созданный с туманными для простого человека целями, стал объектом бурных обсуждений всего ученого сообщества. Постепенно информация перекочевала на телевидение и в газеты, естественно, упростившись по дороге, – ведь обывателю нужны не научные подробности, а сенсации.
БАК – это прибор, который должен ни много ни мало пролить свет на то, как образовалась наша Вселенная.
Коллайдер – это устройство, в котором элементарные частицы разгоняют до больших скоростей, сталкивают вместе и следят за последствиями этих соударений. БАК разгоняет протоны и ионы до скорости, стремящейся к скорости света (которую, как известно, достичь нельзя). Два луча заряженных частиц будут наворачивать круги по 27-километровому туннелю под Женевой до тех пор, пока не столкнутся друг с другом. Энергию каждого луча можно упрощенно представить так: вообразите себе объект размером меньше вашего ногтя, при этом имеющий инерцию авианосца, идущего на предельной скорости.
Задач, которые коллайдер может решить описанным выше способом, множество. Но, напомню, ключевая из них такова – столкновение пучков заряженных частиц должно повторить в миниатюре так называемый Большой взрыв, с которого началось существование Вселенной. Эксперимент даст физикам много новой информации об устройстве нашего мира на уровне элементарных частиц, меньших по размеру, чем атомы.
В теоретической физике существует система уравнений, называемая Стандартной моделью. Она призвана описать все возможности взаимоотношения элементарных частиц – то есть, попросту говоря, все законы физики. Построена она была, когда далеко не все элементарные частицы были открыты, и предсказала существование «незнакомцев». Теперь в Стандартной модели есть всего одна «темная лошадка» – бозон Хиггса, неуловимая элементарная частица, ответственная за гравитацию. Грубо говоря, мы до сих пор не знаем, почему предметы обладают разной массой, и обнаружение бозона позволит ответить на этот фундаментальный физический вопрос. Эксперименты меньшего масштаба, чем БАК, здесь, увы, не годятся. Мировой научной элите потребовалось много лет, чтобы наконец спроектировать и возвести это грандиозное сооружение.
Чтобы вы представили себе сложность задачи, приведу метафору. Авторами ее являются создатели одного из учебников по ядерной физике Ю. М. Широков и Н. П. Юдин.
«Посредине темной сферической полости размером с земной шар размещено очень большое количество одинаковых предметов, например радиоприемников одной и той же марки. В условиях невесомости и отсутствия сопротивления воздуха вы стреляете по ним из пулемета, а на поверхности полости регистрируете скорость и место падения осколков. Подумайте, как по этим данным восстановить конструкцию приемника, и вы получите представление о том, как изучают элементарные частицы».
С коллайдером связано и множество страшных историй, ни одна из которых до сих пор не стала реальностью, но сбрасывать которые со счетов все же не стоит. Метко окрещенные газетчиками как «большие адронные кошмары», они находятся где-то в очень далеком и пыльном углу теории вероятностей, но, если о них забыть, потом может оказаться поздно.
В чем же опасности коллайдера? Моделируя космические процессы, БАК может «случайно» воспроизвести и космические катаклизмы. Не Большой взрыв, но тоже весьма немаленькую катастрофу. Объясню подробнее.
Первая опасность – теоретическая возможность образования в коллайдере черной дыры. Эти редкие космические объекты неплохо изучены, и описать, что же произойдет с Землей в этом случае, не представляет труда. В центре черной дыры гравитационные силы так велики, что за ее пределы не могут выбраться даже объекты, движущиеся со скоростью света. Поэтому, кстати, космическое тело и называется черной дырой – оно поглощает весь свет, до которого может добраться.
Все элементарные частицы, окружающие «свежеиспеченную» аномалию, устремятся к ней, и Земля буквально исчезнет! Если бы мы могли очень сильно замедлить процесс поглощения материи черной дырой и наблюдали бы за этим из космоса, то увидели бы, как в районе Швейцарии образуется гигантский кратер, в который начинают сползаться все материки и океаны. В этой точке Земля будет как бы выворачиваться наизнанку. Наконец кратер достигнет размеров планеты и на ее месте останется только черный сгусток. И все это – за доли секунды!
Вторая опасность – монополи. Это теоретически существующие объекты, своего рода магниты, имеющие только один полюс. Их образование на уровне элементарных частиц не доказано, но не обоснована и невозможность этого явления. Появившийся в Большом адронном коллайдере монополь вызовет распад ближайших атомов. Процесс этот будет неконтролируемо продолжаться, пока вся планета и окружающие ее космические объекты не будут распылены «вровень» с окружающим Землю вакуумом. Есть, конечно, вероятность, что монополь пулей покинет нашу планету и улетит в далекий космос, но она еще ниже, чем сама вероятность появления этого «магнита».
Ученые предлагают не волноваться по таким ничтожным поводам – и они правы. Вероятность того, что наша планета сию секунду взорвется сама по себе, в миллиарды раз выше возможности «большого адронного кошмара», однако мы не паникуем – просто потому, что это все еще очень маленькая вероятность.
Паникуют в основном газетчики – им удобно стращать общественность сценариями адронного апокалипсиса, не приводя никаких цифр, ведь это повышает продажи.