Пять задач модернизированного адронного коллайдера

Пять задач модернизированного адронного коллайдера: физики взялись за сотворение мира и производство темной материи

   Владимир ЛАГОВСКИЙ (вчера, 17:40)
   Гигантский ускоритель, ставший мощнее в два раза, вновь запущен в работу. Что возродило прежние страхи.
  
   Физики хотят новую физику
   В среду 3 июня 2015 года утра по местному времени физики Европейской организации ядерных исследований (CERN) вновь запустили свою циклопическую машину - Большой адронный коллайдер (БАК) он же Large Hadron Collider (LHC ). Более того, они приступили к экспериментам. В 10 часов 40 минут утра по местному времени операторы доложили, что пучки стабильны и можно начинать собирать данные. То есть смотреть, что происходит, когда сталкиваются протоны, несущиеся навстречу друг другу почти со скоростью света. Физики занимались этим и прежде - более двух лет назад. В результате чего был обнаружен вожделенный бозон Хиггса, придающий массу всем другим частицам во Вселенной. Его - так называемую частицу Бога - удалось буквально выбить из мироздания, сталкивая пучки колоссальной мощности - в 7 тераэлектронвольт (ТэВ). Ныне же - после модернизации и, как выразились в CERN, после укрепления БАК - энергия столкновений составила 13 ТэВ. А в ближайшее время она достигнет всех 14 ТэВ. Одному Богу пока известно, что при этом будет происходить.
   Когда БАК только построили, кто-то из ученых родил афоризм: "Мы попытаемся увидеть что получится и попробуем понять что это значит". Ныне афоризм стал даже более актуальным. Потому что ученые намерены вторгнуться совсем уж в неведомое.

   Внутри коллайдера: справа труба, внутри которой летают протоны.
  
   - Пришло время для новой физики, - заявил Рольф Хойер (Rolf Heuer), генеральный директор CERN. - Стали поступать первые данные. Посмотрим, что они нам откроют о том, как работает наша Вселенная.
   Что он теперь ищет
   Никто не скрывал, что главная задача БАКа в первой серии экспериментов состояла в том, чтобы найти бозон Хиггса, которому положено было существовать согласно принятым физическим теориям. Или, наоборот, не найти и убедиться, что принятые теории никуда не годятся. Однако нашли. За что ученым, предсказавшим существование бозона Хиггса - Франсуа Энглеру и собственно самому Питеру Хиггсу в 2013 году была присуждена Нобелевская премия по физике. Какие планы на будущее?

   Протоны сталкиваются, разбиваются вдребезги и это фиксируют и визуализируют детекторы БАКа.
  
   В серии экспериментов на модернизированном БАКе - удвоенной мощности, которые закончатся в 2018 году - как раз к чемпионату мира по футболу в России, ученым хотелось бы вот чего:
   1. Получить темную материю. По теории, этой субстанции в нашей Вселенной аж 85 процентов. Но практически она пока неуловима. Неизвестно, из чего состоит темная материя, где, как и почему скрывается.
Физики не уверены, что смогут увидеть темную материю непосредственно - расчитывают зарегистрировать частицы, на которые она распадается. Аналогичным образом был обнаружен, кстати, и бозон Хиггса.
   2. Выбить из протонов какие-нибудь экзотические частицы - например, суперсимметричные, которые представляют собой более тяжелые версии обычных частиц. Теоретически, они опять же должны существовать.
   3. Понять, куда делась антиматерия. По существующим ныне физическим теориям, наш мир существовать не должен бы. Ведь как нас уверяют, образовался он в результате Большого Взрыва, когда нечто невообразимо крошечное и невероятно плотное вдруг "взорвалось", расширилось и превратилось в материю. Однако вместе с ней обязана была образоваться и антиматерия - ровно столько же, сколько и материи. Далее им следовало аннигилировать - то есть исчезнуть со вспышкой света. Результат - никакой Вселенной. Однако она имеется. А раз так, то в результате чего-то материи стало больше, чем антиматерии. Что и привело, в итоге, к появлению всего сущего. Но что стало причиной плодотворного дебютного перекоса? И куда, в итоге, подевалась вся антиматерия? Неразрешимые загадки. Вот их-то и попробуют решить, получая в экспериментах на БАКе частицы антиматерии.
   4. Узнать, существуют ли дополнительные измерения. Теория вполне допускает, что в нашем мире не три измерения - длина, высота, ширина (X, Y, Z), а гораздо больше. От этого, мол, и гравитация проявляет себя гораздо слабее, чем остальные фундаментальные взаимодействия. Ее силы уходят в другие измерения.
   Физики полагают: доказать существование дополнительных измерений можно. Для этого нужно обнаружить частицы, которые могут существовать только при наличии дополнительных измерений. Соответственно, в новых экспериментах на БАКе они - физики - попытаются это сделать.
   5. Устроить нечто вроде сотворения мира. Физики намерены воспроизвести первые мгновения жизни Вселенной. Вернуться к самым истокам должны позволить эксперименты, в которых вместо протонов будут сталкивать куда более тяжелые ионы свинца. И производить субстанцию, которая появилось примерно 13,7 миллиардов лет назад сразу же после Большого Взрыва. И в результате его. Ведь именно с этого головоломного события якобы и произошло сотворение мира. И сначала в нем - мире - не было ни атомов, ни тем более молекул, а существовала лишь так называемая кварк-глюонная плазма. Ее-то и породят вдребезги разбитые после лобовых столкновений ионы свинца.
   Прежние аналогичные эксперименты мало что прояснили - не хватало мощности столкновений. Ныне она увеличена в два раза. И плазма должна получиться такой, из какой и состояла новорожденная Вселенная.
   По одной из гипотез, едва появившись, Вселенная вела себя отнюдь не как газ. Как предполагалось ранее. Скорее была жидкой - плотной и сверхгорячей. И выражение "кварк-глюонный суп", которое применяли к первичной материи в ней, возможно, окажется не просто образным.

   По альтернативной точки зрения, сначала был сотворен невероятно горячий газ, потом он превратился в нечто горячее и жидкое. А уж потом - из этого - постепенно стал "всплывать" окружающий нас мир. Возможно, новые эксперименты на запредельной мощности позволят точнее разобраться в первичной материи. И определить, жидкая она была или газообразная.

   Исследователи радуются началу новой серии экспериментов.



   Запустив протоны, ученые CERN это обмыли. Как положено.
  
   Опять страшно
   Новые эксперименты на БАКе, ставшем в два раза мощнее, возродили прежние страхи - с удвоенной силой. Некоторые ученые опять грозят глобальным, а то и вселенским катаклизмом. Если даже не концом света. Мол, столкновения протонов породят черную дыру. Эта дыра вырастет и засосет все вокруг.
   Страхи, на удивление, не лишены физической основы. Ведь ученые так и не пришли к единому мнении по поводу черных дыр. И не берутся утверждать, что их вообще не будет.
   Еще в 1970-е годы теоретики предсказали появление микроскопических черных дыр в ускорителях масштаба БАК. В 2001 году появились расчеты, из которых следовало: коллайдер способен производить по одной дыре в секунду. В 2008 году на сайте CERN было по сути признано, что такое возможно.
   Потом канадский физик Мэтью Чоптуйк (Matthew Choptuik) из Университета Британской Колумбии (University of British Columbia in Vancouve) и его американский коллега Франс Преториус (Frans Pretorius) из Принстонского Университета (Princeton University) смоделировали на компьютере столкновение двух элементарных частиц. И получили гравитационные эффекты, которые привели к образованию микроскопической черной дыры.
   Кстати, те самые дополнительные измерения, которые будут искать посредством БАКа, облегчают зарождение черных дыр. Если, конечно, они - эти измерения - существуют. А наличие во Вселенной дополнительных измерений предсказывает популярная ныне теория струн.
   - Черные дыры породят частицы и исчезнут, - успокаивал еще перед экспериментами первой серии знаменитый британский астрофизик Стивен Хокинг. - То есть, быстро рассосутся.
   Отто Ресслер, профессор химии из Университета Тюбингена (Германия), наоборот, утверждал, что образовавшаяся черная дыра быстро вырастет, захватывая частицы. Например, электроны.
   Далее она может быть притянута гравитацией к самому центру Земли за ничтожные доли секунды. И разрастаясь, уничтожит планету. Но не сразу - примерно за два года.

   И все-таки... Вдруг люди не зря опасаются по поводу черной дыры?
  
   В свое время журнал NewScientist опубликовал идею, которую высказал один из ученых CERN, пожелавший остаться неизвестным. Мол, надо сделать ловушку для черной дыры. Ведь когда она - дыра - начнет поглощать частицы, то приобретет заряд. Допустим, отрицательный. И тогда ее можно будет спрятать в коробочку с отрицательно заряженными стенками. Вроде той, в которой хранили антивещество из фильма по роману Дэна Брауна "Ангелы и демоны", то же, кстати, изготовленное в CERN. Пошутил? Не понятно. Но и не возразил против того, что дыры будут разрастаться.
   Эксперименты по сотворению мира тоже пугают. Но совсем уж безграмотных, которые опасаются, что может произойти новый Большой взрыв - то есть, возникнет еще одна Вселенная. Нет, конечно же. Физики же не боги…
  
   СПРАВКА "КП"
Гигантский бублик
   Большой адронный коллайдер (БАК) он же Large Hadron Collider (LHC )- это супермашина. В ее создании и в последующих экспериментах участвовали представители 100 стран, более 10 тысяч ученых и специалистов, в том числе и несколько сотен из России.
   БАК- это ускоритель протонов в виде бублика диаметром 27 километров. Он зарыт на глубинах от 50 до 175 метров на границе Швейцарии и Франции. Обложен сверхпроводящими - разгоняющими частицы - магнитами, охлаждаемыми жидким гелием. Два пучка частиц двигаются по кольцу в противоположных направлениях и сталкиваются почти на скорости света (0,9999 от нее). И разбиваются вдребезги: на такое количество осколков, на которое раньше ничего разбить не удавалось. Результаты фиксируют с помощью огромных детекторов ALICE, ATLAS, CMS и LHCb.
   Ученые стремятся к тому, чтобы довести число столкновений до миллиарда в секунду. Пучки протонов, несущихся по кольцу коллайдера, следуют так называемыми пакетами. Пока пакетов - 6, в каждом примерно по 100 миллиардов протонов. Далее число пакетов будет увеличено до 2808.

Больше БАКа только московское метро.
  
   Первая серия экспериментов, продолжавшихся с 2009 по 2013 годы, пробный запуск модернизированного коллайддера, который состоялся 5 апреля 2015 года, не вызвали никаких катаклизмов - ни глобального, ни местного масштабов. Вероятнее всего пронесет и сейчас. По крайней мере столкновение пучков протонов на энергии 13 ТэВ, устроенное 3 июня 2015 года, не стало началом конца света. Впрочем, есть планы к 2035 году довести энергию столкновений протонов до 33 тераэлектронвольт (ТэВ).
  
   КСТАТИ
   Явление микроскопического Сатурна
   Два физика, специалиста по теории струн - Генриетта Элванг из Массачусетского технологического института и Пау Фигуэрас из университета Барселоны - вычислили, что БАК может породить удивительную черную дыру. Объект, который будет похож на Сатурн. Черный Сатурн. С центральной черной дырой и черной дырой в виде кольца. Кольцо будет вращаться, увлекая за собой пространство-время. Подобный микроскопический объект, по мнению ученых, может существовать лишь в четырех измерениях. И по идее, он должен быстро исчезнуть.