Большой
адронный коллайдер (Large Hadron Collider - LHC), он же Большой
адронный ускоритель на встречных пучках - амбициознейший проект по
созданию гигантского ускорителя частиц, с помощью которого будут
проводиться фундаментальные эксперименты, связанные со
сверхпроводимостью, высокими энергиями и ещё, бог знает, чем.
Одна из последних статей про чёрные дыры вызвала бурный отклик на
форумах на тему “нужна ли нам чёрная дыра на Земле”, как раз потому,
что в конце статьи приводилась информация об одном из готовящихся
экспериментов - моделированию чёрной дыры в этом самом LHC.
Довольно странно полагать, что кто-то сейчас позволил бы проводить
решительно непредсказуемые эксперименты с материей и высокими
энергиями, если бы существовала сколько-нибудь серьёзная угроза жизни
на Земле - времена не те, равно как и технологии.
Впрочем, всё новое имеет обыкновение пугать. А LHC действительно обещает быть чем-то новым.
Строящийся на границе Франции и Швейцарии, к востоку от Женевы, у
подножья Юрских гор, Большой адронный коллайдер будет представлять из
себя кольцевой ускоритель заряженных частиц на встречных пучках с
кольцом длиной в 26,65 км.
“Зачем это нужно?” Дело, прежде всего, в длине кольца, в котором
будет осуществляться разгон частиц до сверхвысоких скоростей, и
соответственно, сверхвысоких энергий столкновений. Создавая такие
условия и изучая процессы, происходящие при них, учёные надеются
получить сведения о самых фундаментальных законах физики частиц.
Как гласит уведомление на сайте проекта LHC, “всё указывает на то,
что при энергиях в районе 1 ТэВ (тераэлектронвольт) речь идёт о новой
физике, и именно там скрываются ответы на некоторые самые
фундаментальные вопросы нашего времени”.
Строительство Большого адронного коллайдера - международное
предприятие, в котором принимает участие и Российская Федерация,
осуществляется под эгидой CERN (Conseil Europeen pour la Recherche
Nucleaire - Европейский совет по ядерным исследованиям).
Вторая мировая война в огромной степени помешала развитию физики и
других фундаментальных наук в Европе, в то время как в США, державе, от
Второй мировой не слишком пострадавшей, наука в изрядной степени
продвинулась вперёд. В частности, как написано на сайте LHC, в Америке
началось строительство крупных ускорителей частиц, а отдельные
эксперименты уступили крупным научным предприятиям, в которые входили
десятки и сотни учёных и инженеров (собственно говоря, к 1945 году, как
известно, Штаты обладали атомной бомбой, которой и не преминули
воспользоваться против Японии и в назидание остальным).
В Европе, что называется, “опомнились” довольно быстро. Стало
очевидно, что, несмотря на всю славу и традиции наиболее знаменитых
европейских университетов, ни одна европейская держава не сможет
добиться реального научного прорыва в одиночку. В 1950 году совет
ЮНЕСКО принял постановление-рекомендацию относительно создания
общеевропейской организации по научным исследованиям, и спустя менее
трёх лет 12 стран подписали конвенцию о создании CERN.
Сейчас CERN ассоциируется, в первую очередь, с ускорителями частиц.
Первым был протонный коллайдер Intersecting Storage Rings (ISR),
запущенный в действие в 1971 году и протонно-антипротонный
суперсинхротрон (Super Proton Synchrotron), запущенный в 1981 году. С
помощью него удалось доказать объединённую теорию электромагнитных и
слабых взаимодействий.
В 1996 году на электронно-позитронном ускорителе LEP (Large
Electron-Positron Collider) удалось достичь энергии столкновения в 90
ГэВ (гигаэлектронвольт), открыв совершенно новую область в науке.
Однако строили LEP, что называется, “с запасом”. В частности, данные,
получаемые с LEP, настолько точны, что они дают представление о
явлениях, проходящих при энергиях, превышающих энергию самого
ускорителя. Таков “предварительный” взгляд издалека на будущие открытия.
Большой адронный коллайдер (LHC) будет частично использовать уже
существующую инфраструктуру того же самого LEP, выключенного в 2000
году: его 27-километровый туннель, а также источники частиц и
предускорители. При этом LHC будет снабжён самыми передовыми
технологиями ускорения и лучшим в мире сверхпроводящим магнитом (по
крайней мере, на момент его запуска, теперь планирующегося на осень
2008 года; ранее ожидалось, что запуск будет осуществлён в 2005 году).
Эксперименты, которые собираются проводить на LHC, ориентированы на
искусственное воссоздание явлений, которые пока предсказаны лишь
теориями. “Впрочем, не стоит упускать из виду и вероятность сюрпризов,
так что от физиков и инженеров требуются колоссальное мастерство и
изобретательность”.
Предполагается, что на LHC удастся достичь энергии столкновения
пучков протонов до энергий порядка 7 ТэВ на 7 ТэВ, электронно-протонные
пучки будут сталкиваться с энергиями до 1,5 ТэВ, а пучки тяжёлых ионов
(например, свинца) сталкиваться с общей энергией свыше 1250 ТэВ, что в
30 раз больше, чем на релятивистском коллайдере тяжёлых ионов
(Relativistic Heavy Ion Collider), который сейчас строит у себя
Брукхейвенская лаборатория в США.
А теперь самое интересное.
Все эти колоссальные значения энергии, так сказать, “вполне
подходят” для проведения одного исключительной важности эксперимента.
Точнее, речь идёт о подтверждении теории, согласно которой при
тераэлектронновольтных энергиях и в условиях соответствующей гравитации
происходит образование чёрных дыр.
Так вот, касательно вопроса их опасности: упомянутый в предыдущей
статье Стивен Хокинс, автор чуть ли ни всех ныне существующих концепций
чёрных дыр, сделал ключевое для понимания физики этих объектов открытие
- чёрные дыры неизбежно испаряются со временем. Даже самые крупные из
них.
Крупные - медленно, за миллиарды лет. А вот мелкие…
Мелкие исчезают моментально, за 10-17 секунд, и, соответственно, у
них просто нет времени на то, чтобы втянуть в себя хоть сколько-нибудь
существенный объём материи.
Зато, испаряясь, они оставят после себя некое излучение, которое
можно будет обнаружить с помощью сверхчувствительной аппаратуры LHC.
Ещё несколько лет назад профессор Стивен Джиддингс, профессор физики
в Университете штата Калифорния в Санта-Барбаре вместе со своим
коллегой, Скоттом Томасом из Стэнфордского университета, пояснили в
своей работе, что при “тэраэлектронновольтной гравитации” возникают
чёрные дыры. По словам Джиддингса, единственный известный сценарий
появления чёрных дыр связан с возникновением новых измерений в
пространстве-времени, а следовательно, в теории, учёные, добившись
возникновения чёрных дыр, получат возможность изучать именно эти
дополнительные измерения, от чьих характеристик зависят и
характеристики чёрных дыр. Звучит фантастично, но это, по-видимому,
пока лишь издержки недостаточного знания.
В общем и целом, ожидается, что чёрные дыры в LHC будут возникать
приблизительно каждую секунду, исчезая, как уже сказано, за такие
короткие сроки, что никакой опасности представлять не будут даже в
теории.
Зато с их помощью удастся лучше понять, как между собой соотносятся
квантовая механика и гравитация, ведь испарение чёрных дыр является
квантовомеханическим процессом. Наблюдать это в космосе не
представляется возможным в силу того, что гигантские чёрные дыры
испаряются слишком медленно, а микроскопические - пойди поищи. Остаётся
лишь создавать их искусственно. Изучение их эволюции очень многое
прояснит в области фундаментальных физических процессов в нашей
Вселенной.
И последнее. Джиддингс, помимо всего прочего, заявил: “Если природа
позволит нам и вправду создавать чёрные дыры в ускорителях, это будет
также означать, что они (чёрные дыры) должны возникать и тогда, когда
космические лучи бомбардируют земную атмосферу”.
Если это так, то, кажется, вопрос “нужна ли нам чёрная дыра на Земле” немного теряет в весе, не так ли?