БОЛЬШОЙ АДРОННЫЙ КОЛЛАЙДЕР: МИФЫ И РЕАЛЬНОСТЬ

Большой адронный коллайдер вызвал к себе огромный общественный интерес. В последнее время активно обсуждаются его возможности в фундаментальном и прикладном аспектах, а также вероятные последствия эксперимента с его применением, что и представлено в данной работе.

Большой адронный коллайдер (БАК) – ускоритель заряженных частиц на встречных пучках, предназначенный для разгона протонов и тяжёлых ионов и изучения продуктов их соударений. Коллайдер был создан в научно-исследовательском центре Европейского совета ядерных исследований (фр. Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, CERN), на границе Швейцарии и Франции, недалеко от Женевы. По состоянию на 2009 год БАК является самой крупной экспериментальной установкой в мире [1]. Длина его основного кольца составляет 26,7 км. Для удержания и коррекции протонных пучков используются 1624 сверхпроводящих магнита, общая длина которых превышает 22 км. Магниты будут работать при температуре -271 °C. Во время работы коллайдера расчётное потребление энергии составит 180 МВт.

Одной из основных целей проекта является проверка двух основополагающих теорий – общей теории относительности Альберта Эйнштейна, которая описывает Вселенную на макроуровне, и квантовой теории поля, которая описывает Вселенную на микроуровне. Проблема заключается в том, что две эти теории несовместимы друг с другом. Например, для адекватного описания происходящего в чёрных дырах нужны обе теории, а они вступают в противоречие.

Так же целью проекта является экспериментальное доказательство существования бозона Хиггса – частицы, предсказанной шотландским физиком Питером Хиггсом в 1960 году в рамках Стандартной Модели. Бозон Хиггса является квантом так называемого поля Хиггса, при прохождении через которое частицы испытывают сопротивление, представляемое нами как масса [2]. Первым значительным научным достижением экспериментов на БАК может стать доказательство или опровержение «суперсимметрии» – теории, гласящей, что любая элементарная частица имеет гораздо более тяжёлого партнера, или «суперчастицу» [3].

Кроме того, ожидается, что в ускорителе в режиме ядерных столкновений будут происходить не только протон-протонные столкновения, но и столкновения ядер свинца. При неупругом столкновении двух ядер на ультрарелятивистских скоростях на короткое время образуется и затем распадается плотный и очень горячий комок ядерного вещества. Понимание происходящих при этом явлений нужно для построения более совершенной теории сильных взаимодействий, которая окажется полезной как для ядерной физики, так и для астрофизики.

Также прогнозируется обнаружение физических явлений вне рамок Стандартной Модели. Планируется исследование свойств W и Z-бозонов, ядерных взаимодействий при сверхвысоких энергиях, процессов рождения и распадов тяжёлых кварков (b и t) [4], и проверка экзотических теорий. Сюда относятся теории с сильной гравитацией на масштабе энергий порядка 1 ТэВ, модели с большим количеством пространственных измерений, преонные модели, в которых кварки и лептоны являются составными частицами, модели с новыми типами взаимодействия [5]. Дело в том, что накопленных экспериментальных данных оказывается всё ещё недостаточно для создания одной-единственной теории. А сами все эти теории совместимы с имеющимися экспериментальными данными. Ожидается, что результаты, полученные на ускорителе, смогут ограничить фантазию теоретиков.

Некоторые специалисты и представители общественности высказывают опасения, что имеется отличная от нуля вероятность выхода проводимых в коллайдере экспериментов из-под контроля и развития цепной реакции, которая при определённых условиях теоретически может уничтожить всю планету [6]. В этой связи наиболее часто упоминается теоретическая возможность появления в коллайдере микроскопических чёрных дыр [6], а также теоретическая возможность образования сгустков антиматерии и магнитных монополей с последующей цепной реакцией захвата окружающей материи. В качестве же основных аргументов в пользу необоснованности катастрофических сценариев приводятся ссылки на то, что Земля, Луна и другие планеты постоянно бомбардируются потоками космических частиц, скорость и энергия которых значительно выше, чем в коллайдере [7]. Такие природные частицы обнаружены учеными в космических лучах. Поверхность планеты Земля частично защищена от этих лучей, но, проходя через атмосферу, частицы космических лучей сталкиваются с атомами и молекулами воздуха. В результате этих природных столкновений в атмосфере Земли рождается множество стабильных и нестабильных частиц. В результате, на планете уже в течение многих миллионов лет присутствует естественный радиационный фон. Упоминается также успешная работа ранее введённых в строй ускорителей, включая релятивистский коллайдер тяжёлых ионов RHIC в Брукхейвене.

По мнению сторонников катастрофического сценария, существует принципиальная разница между бомбардировкой Земли космическими частицами и экспериментами на ускорителе. В первом случае сталкиваются прилетающие из космоса ультрарелятивистские элементарные частицы с элементарными частицами на Земле, скорость которых мала. Образующиеся частицы также являются ультрарелятивистскими и улетают в космическое пространство, не успев причинить Земле никакого вреда. В коллайдере же сталкиваются пучки элементарных частиц, летящие с ультрарелятивистскими скоростями в противоположных направлениях. Образующиеся микроскопические чёрные дыры и другие опасные частицы могут вылетать с любыми скоростями. Некоторые из них будут настолько медленными, что не смогут покинуть Землю.

Есть мнение, что эксперименты приблизят науку к созданию машины времени. По информации международного издания New Scientist, профессор, доктор физико-математических наук Ирина Арефьева и член-корреспондент РАН, доктор физико-математических наук Игорь Волович полагают, что этот эксперимент может привести к созданию машины времени. Они считают, что протонные столкновения могут породить пространственно-временны́е «червоточины» или «кротовые норы». Противоположных взглядов придерживается доктор физико-математических наук из НИИ ядерной физики МГУ Эдуард Боос, отрицающий возникновение на БАК чёрных дыр, а, следовательно, «кротовых нор» и путешествий во времени [8].

В любом случае, необходимость экспериментов с ускорением заряженных частиц неоспорима. В связи с этим в сентябре 2008 года директор Института ядерных исследований РАН Виктор Матвеев заявил журналистам о том, что в Подмосковье может быть построен Большой линейный коллайдер, который будет мощнее БАКа. По его словам, с предложением о строительстве коллайдера в Московской области выступили российские ученые из Объединенного института ядерных исследований в Дубне. Матвеев отметил, что при помощи Большого линейного коллайдера Россия сможет продвинуться в области фундаментальных исследований и сделать скачок в сфере высоких технологий. Япония также заявила о готовности построить Большой линейный коллайдер на своей территории [9].

Поиск по сайту: