Большой адронный коллайдер готов к новому старту

Большой адронный коллайдер, год назад разочаровавший общественность, готов к новому старту. Вопрос о черной дыре, которая по одной из версий появится в результате его работы, остается открытым.

Несколько дней назад специалисты приступили к охлаждению до температуры, близкой к абсолютному нулю, последнего из восьми секторов Большого адронного коллайдера (БАК) — Large Hadron Collider (LHC). Это значит, что до его пуска осталось совсем немного. Ученые обещают, что это произойдет в ноябре. Новость совпала с другой: прошел ровно год, как 10 сентября 2008 года коллайдер «торжественно открыли». Значимость этой даты, конечно, условная. Во-первых, еще в августе того же года проводились отдельные тестовые запуски пучков частиц. Во-вторых, после сентябрьского старта коллайдер с грехом пополам успел проработать лишь 9 дней, а затем встал на серьезный ремонт, который обошелся налогоплательщикам в дополнительные десятки миллионов евро. До столкновений встречных пучков протонов дело тогда не дошло. Пришлось заняться заменой полусотни вышедших из строя сверхпроводящих магнитов, обеспечивающих разгон заряженных частиц.Если на этот раз все пройдет удачно, нас, судя по всему, ожидает жаркая осень. Ведь запуск коллайдера, по всеобщему мнению, стал самым обсуждаемым научным событием последних десятилетий. Несмотря на то что никаких открытий женевский коллайдер (по вполне понятным причинам) еще не принес, американский журнал Time, составлявший список важнейших научных достижений 2008 года, поставил БАК на одно из первых мест. А британский журнал Nature присвоил руководителю этого проекта звание ньюсмейкера года.
Что, впрочем, понятно: на сей пир научного духа ушли немалые деньги — более 8 миллиардов долларов. Его бюджет подобен черной дыре, затягивающей в себя новые суммы на непредвиденные расходы. Однако популярность проекту обеспечило вовсе не это.

Истинный интерес общественности к суперколлайдеру привлекают сомнительные рассуждения тех «специалистов», которые сами не принимают непосредственного участия в работе БАКа, но зато обладают хорошей фантазией. В этом случае отправной точкой скандала стали рассуждения о том, что получаемая в результате экспериментов сверхплотная материя может коллапсировать в черную дыру и поглотить всю нашу планету.

Сенсации бывают разные

Так бывает — иной раз научные направления получают новый импульс в своем развитии из-за интереса общественности, вызванного фантазиями (вспомним проекты вроде SETI — связи с внеземными цивилизациями). Случается, что весьма достойные проекты могут оказываться в центре внимания после того, как с ними произошло что-то нехорошее — катастрофа или невиданный скандал. Так, общество никогда еще не узнавало так много нового о радиоактивности и АЭС, как в дни Чернобыльской катастрофы, о функционировании ракетной техники — в ходе расследования причин аварий «Аполлона-13», «Челленджера» или «Колумбии», а о принципах устройства гидроэлектростанций — в дни ликвидации последствий аварии на Саяно-Шушенской ГЭС. Циники по этому поводу, вероятно, тоже скажут, что «плохого пиара не бывает»… Впрочем, Большому адронному коллайдеру на фоне космических кораблей и электростанций все же повезло — ведь грозящая человечеству по его вине катастрофа пока исключительно воображаемая, а вакханалия в Интернете мало вредит самому проекту, лишь раздувая его популярность.

Ничего принципиально нового «недоброжелатели» БАКа не изобрели. До Большого адронного коллайдера «пробой пера» предсказателей всемирной катастрофы становились и Брукхейвенская национальная лаборатория, в 2000 году получившая предсказанную ранее сверхплотную форму материи — кварк-глюонную плазму, и никому сейчас уже не памятный ускоритель Бевелак, построенный в 1970-х в Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли. Именно тогда впервые появилась гипотеза об аномальной материи, которая поглотит и преобразует в свое подобие обычное вещество.

На это предположение ядерщики возражают тем, что в самой природе постоянно происходит столкновение частиц с такими же или с еще более высокими энергиями. Землю то и дело бомбардируют частицы и ядра, энергия которых превосходит все мыслимые возможности какого-либо рукотворного ускорителя. Однако, по мнению сторонников «аномальщины», ситуации здесь все же существенно разные: сверхплотные сгустки вещества, летающие по космосу, без особого вреда «прошивают» нашу планету насквозь и летят себе дальше, ну а в сталкивающихся пучках в коллайдере будут рождаться медленно движущиеся сгустки, способные опуститься к центру земного шара и там начать разрушительную деятельность. Удивительно было обнаружить среди футуристов уважаемых российских математиков Ирину Арефьеву и Игоря Воловича из Математического института им. Стеклова, которые пророчили появление в момент запуска БАКа «червоточин». Суть в том, что «червоточины» — этакие родственники черных дыр, через которые практически мгновенно можно перемещаться на сверхдальние расстояния, могут якобы действовать и как машины времени, позволяющие путешествовать в прошлое или будущее с нарушением причинно-следственных связей. Разумеется, ученые не стремились к эпатажу, да и их коллеги отмечали, что «по существу придраться не к чему», работа с формальной точки зрения имеет право на опубликование.
Вообще-то «червоточины» и даже черные дыры тоже остаются гипотетическими объектами, вероятность их образования при столь небольших (по космическим масштабам) энергиях, как в БАКе, большинством современных физиков всерьез не рассматривается. Конечно, если сквозь «червоточину» может «протискиваться» хотя бы какая-то информация, принципиальная возможность контактов с прошлым и будущим уже появляется, однако для этого вовсе не обязательно дожидаться запуска Большого адронного коллайдера. Путешественники во времени (если такие сыщутся) могут воспользоваться процессами, протекающими в экстремальных условиях — при взрывах сверхновых звезд, в центрах галактик...

Кто не рискует...

Подобные рассуждения заставляют нас лишний раз ощутить свое бессилие перед лицом природы, нами еще далеко не познанной. Сами создатели БАКа с гордостью напоминали, что впервые в истории науки проводится эксперимент, результаты которого непредсказуемы в принципе. То есть нельзя быть уверенным в том, что процессы, которые будут протекать в коллайдере, являются точным подобием тех процессов, которые происходят в космическом пространстве. А может, в таком случае лучше воздержаться от исследований, пусть даже гипотетически угрожающих гибелью человечеству? Или же ошибкой станет, наоборот, отказ от познания мира? Ответить на эти вопросы никто не может и реально оценивать риски на основе гипотез тоже никто не решается, поэтому человечество вынуждено и по сей день руководствоваться принципами, не имеющими отношения к науке.
Скажем, не менее опасными, чем запуск коллайдера, выглядели в свое время первые ядерные испытания, но на них шли без особых колебаний, поскольку был велик соблазн обладания «абсолютным оружием» и сильны опасения, что это оружие первым получит враг. Почему сейчас люди считают, что даже небольшой риск непомерно велик? Возможно, потому, что обороноспособность страны мысленно ставится на более высокую ступень, чем удовлетворение исключительно научного любопытства, да и с военными, наверное, не подискутируешь, не то что с учеными...

Именно благодаря осознанию этого риска вокруг запуска БАКа возникла своя специфическая субкультура — интернет-счетчики, отмечающие «часы, оставшиеся до конца существования этого мира», анекдоты («У физиков есть традиция: собираться и раз в 14 миллиардов лет запускать очередной коллайдер»). Масштабы гибели в недрах черной дыры разрослись до гибели всей нынешней Вселенной, и многие старые и новые документальные, художественные фильмы и «анимешки» так или иначе обыгрывают тему гибели Земли в результате безответственного эксперимента.

Накануне сентября прошлого года в Живом Журнале новость о запуске коллайдера занимала первые места в «самых популярных записях». Появились даже стихотворные конкурсы «на тему БАКа». Разумеется, основная идея всех этих сообщений не восхищение научными достижениями, а обсуждение возможности самого дурного исхода. Свое отношение к происходящему вынуждены были озвучить даже представители властей и церковные круги, которые, впрочем, продемонстрировали полное спокойствие («Господь не допустит»). Что характерно, в «Яндексе» топовые запросы зачастую выглядели совершенно безграмотно: пользователи Сети с увлечением искали «аНдронный колаидр», «базон хикс», «колаэдр» и «колайдр».

После прошлогодней неудачи с запуском шумиха стала постепенно спадать, однако для некоторых «аналитических» натур сам неуспех послужил новым поводом заговорить о том, что «Вселенная защищает самое себя», даже разразившийся финансовый кризис оказался к месту и был объявлен проявлением неведомых законов природы, стремящейся вернуть пространственно-временному континууму утраченное было равновесие… Странно, что при этом никто еще не обвинил руководство ЦЕРНа в том, что оно просто позаботилось о сохранении интриги и о наращивании своих дивидендов — ведь благополучно запущенный на полную мощность БАК вряд ли будет так уж интересен широкой общественности, даже если он действительно отыщет неуловимый хиггс. С наступлением холодов нам еще предстоит возможность наблюдать второй акт этой довольно-таки затянувшейся пьесы под названием «Гибель мира при запуске Страшного Коллайдера»…

Недостающее звено

Один из ключевых вопросов современной физики высоких энергий — это подтверждение или же опровержение существования теоретически предсказанной еще в 1964 году шотландским физиком Питером Хиггсом экзотичной субатомной частицы, называемой обычно бозоном Хиггса (Higgs boson, H), или просто хиггсом. По сути это единственное на сегодняшний день недостающее звено Стандартной модели элементарных частиц. Предполагается, что бозон Хиггса сыграл основную роль в механизме, посредством которого некоторые частицы (кварки, лептоны) во время Большого взрыва приобрели массу, а другие остались безмассовыми (фотоны).

Помимо полей, «отвечающих» за тройку фундаментальных взаимодействий (электромагнитное, сильное и слабое), в Стандартной модели предполагается наличие еще одного скалярного поля, которое неотделимо от пустого пространства, не совпадает с гравитационным и называется полем Хиггса (Хиггс в свое время выдвинул гипотезу, что пространство между частицами как бы заполнено тяжелой, вязкой субстанцией, вроде сиропа). Считается, что все фундаментальные частицы приобретают массу в результате взаимодействия с этим вездесущим полем (тяжелые частицы взаимодействуют с полем Хиггса сильнее, легкие — слабее). В силу корпускулярно-волнового дуализма полю Хиггса должна соответствовать по крайней мере одна частица — посредник, квант этого поля, собственно бозон Хиггса (бозон — потому что частицы Хиггса подчиняются статистике Бозе — Эйнштейна).

Драматизм ситуации состоит в том, что если хиггс будет обнаружен, то заполнится прямо-таки зияющая лакуна в основании Стандартной модели и подтвердится правильность нашего понимания Вселенной (до сих пор Стандартная модель в общем-то не терпела поражений, напротив, получала одно блестящее подтверждение за другим). Но если будет доказано, что никакого бозона Хиггса нет, то это откроет путь для целого ряда альтернативных теорий, давно готовых заменить Стандартную модель, вплоть до всякой экзотики с «параллельными Вселенными» или «высшими измерениями».

Предыдущие эксперименты показали, что если мистическая частица существует, то она должна иметь массу между 114 и 211 гигаэлектронвольтами (ГэВ). Кстати, подобных частиц может быть в принципе и сразу несколько… Трудности на пути открытия хиггса были столь велики, а его предполагаемая роль столь важна, что частица получила ироническое прозвище Частица Бога, хотя физики от этого «термина», пущенного для эффектности, далеко не в восторге. LHC специально задуман достаточно мощным для того, чтобы изучить оставшуюся часть возможных значений масс частицы вплоть до 211 ГэВ и вынести окончательный вердикт о существовании или несуществовании загадочной частицы.

Суперколлайдер, рассчитанный на энергию 14 ТэВ, предназначен не только для поиска бозона Хиггса, но и для обнаружения многих других вещей — в том числе и проявлений суперсимметрии, уточнения свойств топ-кварков и т. д. Ожидается, что полученные данные дадут важный толчок развитию ядерной физики, а вслед за этим и всей науки в целом. Весьма вероятно, что отдаленным последствием строительства LHC станет и изменение всего образа жизни человечества, точно так же как ядерная энергетика преобразила когда-то жизнь некоторых районов земного шара.

Смежники

Проект Большого адронного коллайдера, несомненно, относится к разряду глобальных. И не только потому, что позволяет ученым рассчитывать на эпохальный прорыв в человеческих знаниях. Этот самый прорыв окажется возможным только в результате параллельной работы по всему миру множества научных групп, осмысливающих результаты, которые будут получены с помощью экспериментальной установки. Ведь заранее неизвестно, какая из исследовательских групп ближе к успеху, и потому эффективность научного поиска можно существенно повысить, если один и тот же эксперимент будет обрабатываться независимо различными исследовательскими группами. Невозможно, однако, каждую группу снабдить мощными средствами вычислений, также как невозможно собрать вместе все группы ученых из центров Европы, Азии, Америки, заинтересованных в экспериментальных данных. Фактически для их хранения, обработки и анализа нужен распределенный по всему миру вычислительный центр, который одновременно является огромным вычислителем, необъятным хранилищем данных и высокоскоростной магистралью обмена данными. Специально для этих целей была разработана технология распределенных вычислений Grid и построена глобальная вычислительная инфраструктура, объединившая 140 вычислительных центров в 34 странах. В частности, среди российских участников этой сети Объединенный институт ядерных исследований (ОИЯИ), НИИ ядерной физики МГУ, Курчатовский институт.

• Наш адронный коллайдер