Для чего физики ищут «уравнение Господа»

Все философы мечтали описать мир одним уравнением. Оно должно быть красивое, не очень сложное и небольшое, такое, чтобы помещалось на футболке. Когда его найдут, физики будут довольны. Они назовут это «уравнением Господа» и выйдут на пенсию. До этого, к счастью, еще далеко.

Пока весь мир озабочен своими повседневными делами и проблемами -- кризисом, футболом, свиным гриппом и прочими радостями, в Европейском центре исследований ядра (CERN) познают загадки Вселенной и определяют будущее нашей цивилизации. Корреспонденту "ВП" удалось побеседовать с Максимом ГУЗЕВИЧЕМ, двадцативосьмилетним ученым, который родился в Петербурге, живет во Франции и работает на Большом адронном коллайдере. Он поведал нам о том, что же это такое, а главное -- для чего.

Уравнение для Вселенной

-- Максим, расскажите, пожалуйста, нашим читателям, что же это такое -- Большой адронный коллайдер.

-- To collide по-английски -- сталкивать. Коллайдер сталкивает частицы. Адронный -- потому что он сталкивает протоны (они входят в группу адронов, частиц, участвующих во всех видах фундаментальных взаимодействий). Он действительно большой -- 24 километра. Потому что чем мощнее столкновение, тем больше вырабатывается энергии, и тем нужно больше материи, чтобы этот процесс притормозить.

Здесь на глубине 100 метров находится Большой адронный коллайдер

Сначала в Гамбурге построили туннель поменьше, он назывался LAP и сталкивал электроны, эксперименты там начались в 92-м году. В 2000-м его разобрали и сделали Большой адронный коллайдер. Протоны намного тяжелее электронов -- разница, как если сталкивать маленькие шарики и грузовики. Сам коллайдер в виде кольца используется для ускорения частиц.

Вот как делают краш-тесты автомобилей? Их разгоняют и разбивают, чтобы узнать, как они деформируются, их механические свойства. Так же и мы сталкиваем протоны. С нулевой скорости ученые разгоняют их до скорости света и сталкивают ровно посередине. Они разлетаются на мелкие кусочки, и образуются новые частицы, очень энергичные, как вредные комары. Чтобы их идентифицировать, существует детектор.

-- А для чего же все это делается?

-- Есть такая гипотеза, что сразу после Большого взрыва, когда Вселенная сжалась до неимоверной плотности, все, что в ней происходило, можно было описать одним уравнением. Потом материя начала расширяться, расстояние между частицами увеличилось. И некоторые составляющие уравнения, то есть взаимодействия, которые работали на малых расстояниях, стали незаметны и поэтому неведомы для человеческого разума.

Сейчас нам уже известны четыре составляющих этого уравнения: гравитация, магнетизм, сильное взаимодействие (которое гарантирует жизнь ядра) и слабое взаимодействие (бета-радиация) -- оно было открыто в CERNe, за это ученые получили Нобелевскую премию. На настоящий момент смогли объединить два из них -- слабое и магнитное взаимодействия.

Это объединение взаимодействий -- постоянный процесс познания для человечества. В давние времена греки знали четыре стихии, взаимодействующие между собой, -- вода, огонь, земля и воздух. Потом Ньютон и Галилей объединили то, что на небе, и то, что на земле. В XIX веке Максвелл объединил магнетизм и электричество. В конце XIX века мир представлялся людям (об этом писал лорд Кельвин) в виде двух взаимодействий: гравитация для планет и мира и электромагнетизм для света и всего остального. И Кельвин писал, что физика закончена.

То есть бывают исторические периоды, когда человечество думает, что оно вычислило и объединило всю цепочку взаимодействий, но потом находится что-то новое, и происходит революция. Сейчас мы на той стадии, когда думаем, что, скорее всего, существует только четыре взаимодействия. Если есть какие-то другие, то как раз их мы и ищем в коллайдере, потому что в нем можно наблюдать взаимодействия на малых расстояниях.

-- Значит ли все это, что в будущем, когда ученые поймут, как создавалась Вселенная, они смогут сами что-то создавать?

-- А мы уже создаем. Частиц после столкновения вылетает больше, чем было изначально. Из энергии можно создать объекты. Например, сейчас можно создавать антиматерию. В «Ангелах и демонах» один из героев как раз хотел украсть антиматерию из коллайдера, чтобы взорвать Ватикан. Потому что если взять материю и антиматерию и соединить вместе, получится самая чистая энергия, которая только бывает.

Тайна пятого измерения

-- А есть какие-то более конкретные цели ваших исследований?

-- Одна из наших целей -- найти частицу, которая дает вещам массу. Как у вещей появляется масса? Один физик придумал народное объяснение этой теории. Есть некое поле. Представим себе зал, заполненный журналистами, которые ждут интересных событий. Журналисты -- это поле. Как они дают массу? Например, вхожу я, Максим Гузевич. Всем все равно, они вряд ли ждут меня. Кроме вас, конечно, спасибо. Поэтому я не имею массы. Я пройду через этот зал, и меня никто не остановит.

Теперь входит Владимир Путин. Журналисты начинают вокруг него собираться. Соответственно, Путин не сможет пройти быстро из одного конца зала в другой. У него есть масса. То есть, есть частицы, которые стягивают поле вокруг себя, а есть те, которые не стягивают.

И есть такой феномен, называется частица Хикса. Если кто опять же смотрел фильм «Ангелы и демоны», там это называется «частицей Господа». Феномен состоит в том, что поле само собирается вместе и дает частицу. Как это происходит? Входит человек и говорит: «Сейчас войдет Путин и ответит на один вопрос». Журналисты собираются вместе и начинают обсуждать, какой вопрос задать. То есть, без прохода частицы поле уже собралось вместе и создало пучок, который может двигаться, -- частицу Хикса. Что побуждает их собраться вместе? Клич, то есть присутствие плотной энергии. А создать плотную энергию можно, как раз столкнув в коллайдере два протона. Если мы найдем частицу Хикса, это подтвердит нашу теорию о том, как масса появляется у вещей.

Другая задача -- поискать, нет ли пятого измерения. Если есть одно уравнение, которое все описывает, значит, все взаимодействия должны иметь примерно одну силу. А электрическое взаимодействие в миллиарды раз сильнее, чем гравитационное.

Это ненормально, такой разницы быть не должно. В физике есть один очень человеческий постулат -- это красота. Создать уравнение красивым с такой разницей невозможно. Поэтому существует теория о том, что гравитация имеет право «ходить» в пятое измерение. Если это так, то в наших четырех она слабее. И если это пятое измерение есть, у него есть какой-то размер. Он должен быть очень маленьким, иначе мы бы его уже заметили. Скорее всего, мы все имеем свое пятое измерение, но не видим его.

-- Могут ли исследования на коллайдере принести человечеству уже сейчас какую-то прикладную пользу?

-- Для прикладной науки польза будет, но не в ближайшем будущем. Пока что это удовлетворение собственного любопытства за государственный счет. Фундаментальная наука становится прикладной лет через 50. Правда, одно достижение уже применяется, это карбонная протонная терапия. Ею лечатся несколько видов раковых опухолей. Их можно устранять не химиотерапией, а выжигать. Используются ускорители такого же типа, как коллайдер, только в разы меньше. Частицы могут пролетать через материю и выдать свою энергию на маленьком участке. Голову пациента фиксируют, точно до миллиметра определяют, где находится опухоль, частица проходит насквозь, а потом ее ускоряют в нужном месте, и опухоль выжигается без хирургического вмешательства.

Коллайдер не опасен?

-- Множество людей во всем мире опасаются, что эксперимент на коллайдере может чуть ли не привести к концу света.

-- Вы о возникновении Черной дыры? Это была шикарная реклама для CERNа, когда об этом стали говорить. Дело в том, что Землю постоянно обстреливают частицы. Даже через вашу ладонь они постоянно пролетают. Есть такие частицы, энергия которых в миллиард миллиардов больше, чем у тех, что в коллайдере. В верхних слоях атмосферы примерно раз в год происходят столкновения, которые потенциально могут создать Черную дыру. Если бы это было возможно в нашем эксперименте, то вероятность того, что Землю уже поглотила бы Черная дыра, очень высока. Но если учесть, что Земля живет пять миллиардов лет и этого до сих пор не произошло, то она меньше, чем вероятность самозапуска ядерной ракеты Советского Союза. Мы решили рискнуть ради познания.

-- Год назад эксперимент не удалось провести. С чем это было связано?

-- Нам нужно охлаждать проводник до температуры абсолютного нуля -- это минус 270 градусов. Для этого используют жидкий гелий, он находится в специальных трубах, как в большом термосе. Когда магниты запускаются, если температура почему-то поднимается выше, гелий мгновенно начинает испаряться, вырываться через все клапаны, и все разносится на клочки. Так и случилось. Было примерно так же, как когда от сильного нагревания взрывается паровой котел. Магниты разнесло на расстояние множества метров. Три магнита пришлось заменить. Перед тем, как запускать все снова, не хочется повторить ту же глупость -- это дорого стоит, и многие государства уже решили, что, мол, хватит, раз не умеете работать, и вышли из эксперимента. Поэтому сейчас проверяют каждое из миллиона соединений -- боятся, что все повторится.

Байки из Большого адронного коллайдера

«Туннельный чай»

В туннеле коллайдера очень сухой воздух. И это очень плохо для почек, начинаются колики. Ученые могут покупать напитки. Но французские ученые привыкли пить воду из-под крана и не привыкли специально ее покупать. А тут кранов не было, поэтому они вообще не пили. После того, как у одного пожилого француза из нашей лаборатории случились колики, руководство CERNа поставило всюду краны для воды, чтобы заставить людей пить. Но рядом с туннелем есть этаж для дежурных, где можно посидеть и покурить. Там продавался только кофе. Но не у всех есть на него деньги, а пить нужно всем. Поэтому придумали мерзкий чай с лимоном, в автомате он бесплатный. Люди наклеили на него свое название -- «туннельный чай». Теперь все, кто сидит на вахтах, лакают этот чай.

Противный программист

Есть у нас контрольный зал, где все помещения отображаются на экранах. Некоторые из экранов находятся далеко, и на них обычно никто не смотрит. Но если что-то сломается на участке с тех экранов, не уследивший будет виноват. Один из программистов придумал систему -- вредным голосом наговорил: «Сектор выключился» на центральную систему объявлений, которую никто не мог выключить, пока не решишь проблему. После этого его все возненавидели, но у него всегда все работало.

Любовь физика

Наши коллеги, девушки- ученые, увлекаются музыкой. Они сняли клип на песню о любви к ученому-физику, прямо в туннеле коллайдера. Это очень грустная песня, там есть такие слова: "Ты никогда не проводишь со мной ночи, ты и с другими девушками тоже не ходишь никуда, ты любишь только свой коллайдер!".

СПРАВКА

На коллайдере трудятся 10 тысяч человек. В самом CERNe -- 20-30 тысяч. Остальные -- люди из международных сообществ. Всего в экспериментах участвуют более 180 стран.

Протон -- это 10 в минус пятнадцатой метра. Впечатляет тот факт, что столкновение протонов с большой энергией производит вполне физические результаты на несколько метров.

CERN -- Европейский центр исследований ядра, хотя ядерных исследований там почти не ведется. Сейчас они -- чисто фундаментальные, никак не связанные с ядерными бомбами.

«Ангелы и демоны» -- второй фильм от создателей «Кода да Винчи», снятый по роману-бестселлеру Дена Брауна. Негласный сын римского папы ирландец Патрик МакКенна решает возродить величие католической церкви. Для этого он идет на крайние меры: инсценирует заговор иллюминатов и от их имени совершает убийство своего отца и похищение четырех кардиналов, у которых были наибольшие шансы на папский престол, а также организовывает хищение антивещества из ЦЕРНа, чтоб произвести взрыв могилы святого Петра. Для большей убедительности вызывают специалиста по иллюминатам Роберта Лэнгдона, который включается в расследование и находит трупы трех кардиналов и спасает из воды четвертого. Лэнгдон понимает, что следы ведут в Ватикан. Патрик, ставший на время выборов главой Ватикана, выставляет себя героем, взорвав антивещество на вертолете вдали от Ватикана. У него все шансы стать римским папой, но его коварный замысел раскрыт. Осознав свое падение, он кончает с собой посредством самосожжения. Новым папой становится спасенный из фонтана кардинал.