CERN: аргументы «за» и «против»

О запуске Большого Адронного Коллайдера, который 10 сентября состоялся в ЦЕРНе (CERN: Conseil Europeen pour la Recherche Nuclearire – Европейский центр ядерных исследований), сказано уже очень много. Но сообщения в СМИ, как правило, не содержали подробного научного комментария и так и не ответили на вопрос, почему эксперимента не стоит бояться. Наш корреспондент не только собрал максимум информации на форумах Интернета, но и обратился за подробным комментарием к доценту кафедры общей физики ИФП СФУ В.И. Гуркову, специалисту по ядерной физике.

— Физики-теоретики редко привлекают к себе внимание СМИ. Но в течение года вокруг БАК в СМИ и на форумах в Интернете была истерия — многие обвиняли физиков, что те, мол «не ведают, что творят», что появившиеся в ходе эксперимента чёрные дыры засосут планету, и. т. п. Двое учёных на Гавайях даже подали в суд на ЦЕРН, требуя запретить пуск коллайдера, пока не будет предоставлена 100% гарантия безопасности. Как вы это прокомментируете?

— Действительно, БАК представляет опасность… для того человека (а не человечества), который заберётся в туннель коллайдера и облучится смертельным для него пучком протонов сверхвысокой энергии. Наибольшую угрозу представляют собой образующиеся при столкновениях протонов мюоны, но это было учтено при проектировании коллайдера. Кольцо туннеля залегает под монолитной скалой на глубине 50–150 метров (в месте столкновения толщина защитного слоя наибольшая), и для радиации это надёжная преграда.

— То есть единственная угроза — это радиация?

— Да, но… мало кто знает, но через наше тело ежесекундно проходит около 1000 мюонов высоких энергий, образующихся на высотах порядка 20 км под действием протонов, летящих от Солнца. И ничего — живём. Что касается опасности глобальной катастрофы — типа аннигиляции (превращения материи в энергию) или там чёрных дыр, то всё это слухи, распространяемые способом ОБС (Одна Бабка Сказала). Суммарной энергии не хватит на рождение этих дыр. По моему мнению, если что человечеству и может грозить — то это открытия в области биологии и генетики.

— В чём тогда причина массовой фобии?

— Низкая грамотность и, прошу прощения, участие журналистов в погоне за сенсациями. Если в СМИ рассказывать о народу о сложных вещах — либо мало кто поймёт, о чём идёт речь, либо смысл будет упрощён, а значит и искажён.

— Тогда не могли бы вы, как учёный-физик, рассказать читателям о том, что это такое на самом деле?

— БАК представляет собой самую большую и самую мощную экспериментальную установку из всех когда-либо созданных человечеством. В её создании приняли участие около 5000 человек, в том числе около 400 из России. В коллайдере (от англ. Collide — сталкивать, прим корр.) будут сталкивать между собой протоны практически со световой скоростью. Фактически столкновения будут происходить между частицами, из которых состоят протоны — кварками и глюонами.

— А для чего он нужен? Для чего такая мощность?

— Для начала приведу несколько цифр, чтобы было с чем сравнить БАК. В химии и физике твёрдого тела характерные энергии — несколько электронвольт (эВ). При ядерных реакциях — до десяти миллиардов эВ (10 МэВ). В конце ХХ века физики создали ускорители частиц с энергиями до 270 МэВ. В БАКе же энергия достигает 7 тераэлектронвольт (7000000 МэВ). Такая энергия позволит исследовать физику самых малых расстояний, вплоть до 10-18 м (размер протона менее 10-13 м). При таких энергиях, возможно, проявятся новые физические явления и новые частицы. Такие как бозоны Хиггса.

— Расскажите, пожалуйста, о них.

— Бозон Хиггса — пока ещё «теоретическая» частица, ответственная за наличие массы у других элементарных частиц и у материи в целом. Энергия бозона, предсказанная теорией, составляет 1 ТэВ. Легко подсчитать, что только 1/7 всей энергии будет уходить на их рождение. Ожидается, что 1 хиггсовский бозон будет рождаться в среднем раз в 2.5 секунды. Пока о нём мало что известно, но судя по его большой массе, живёт Хиггсовский бозон недолго. Так, W-бозоны, открытые в 1986 году там же, в ЦЕРНе, имеют время жизни порядка 2.10-25 секунд. W-бозоны участвуют в превращениях кварков, из которых состоят протоны и нейтроны. Бозоны напрямую, вне протона, не засечь — они распадутся задолго до того, как выйдут за его пределы. Для того, чтобы их обнаружить, и нужен коллайдер. Поскольку энергия БАК значительно выще (одного порядка с энергией бозона Хиггса), чем в предыдущих коллайдерах, есть надежда, что он будет зарегистрирован.

— Данные исследования носят глубоко фундаментальный характер…

— Кроме того, эксперименты на коллайдере, возможно, дадут понять различие между двумя видами фундаментальных взаимодействий – слабого и электромагнитного. Может быть даже будут открыты другие, доселе неизвестные, формы материи и сделан важный рывок в понимании сути пространства-времени. Также возможно открытие частиц, ответственных за так называемую «тёмную» материю, составляющую большую часть вещества во Вселенной. Когда начинаешь эксперимент — мало ли что получится (смеётся).

— Говорят также о том, что БАК приблизит нас к пониманию зарождения Вселенной…

— Вообще физики говорят, что при столкновении 2-х протонов может родиться весь мир. Правда, новые частицы, которые рождаются, являются нестабильными и распадаются. Подобные процессы фиксируются астрофизиками при исследовании космических лучей, но это носит случайный характер. Наличие же установки позволит не просто вести наблюдение за микромиром, а регулировать параметры и ставить эксперименты в воспроизводимых условиях.

БАК В ЦИФРАХ

Представляет собой огромное кольцо. Расположен под землёй около Женевы, Швейцария. Длина окружности составляет 27 км. В коллайдере будут сталкивать протоны со скоростью 99.9999991% скорости света, отчего каждый протон будет иметь семикратную энергию относительно собственной энергии, содержащейся в его массе. В зонах расположения детекторов будет происходить более 600 млн. столкновений в секунду. Данные об этих столкновениях будут проходить через многоуровневую систему сбора и отбора, для чего задействуют десятки тысяч ЭВМ. Отбираться будут только 100 событий из 600 млн. Протоны будут двигаться в виде 3 тысяч сгустков, в каждом сгустке до 100 миллиардов протонов. Их суммарная кинетическая энергия достаточна для того, чтобы вскипятить 2000 литров воды комнатной температуры.

АРГУМЕНТЫ СТОРОННИКОВ КАТАСТРОФИЧЕСКОГО СЦЕНАРИЯ
(по материалам wikipedia.ru)

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 (летящие со скоростью, близкой к скорости света) элементарные частицы с элементарными частицами на Земле, скорость которых мала. Образующиеся частицы 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.

Общая теория относительности в виде, предложенном Эйнштейном, не допускает возникновения микроскопических чёрных дыр в коллайдере. Однако они будут возникать, если верны теории с дополнительными пространственными измерениями. Хотя такие теории и умозрительны, вероятность того, что они верны, составляет десятки процентов. Излучение Хокинга, приводящее к испарению чёрных дыр, также является гипотетическим — оно никогда не было экспериментально подтверждено.

Комментирует В.И. Гурко:
Во-первых насчёт так называемого «улёта» образующихся в верхних слоях атмосферы ульрарелятивистских частиц: те, кто так считают, явно не учили физику. По закону сохранения импульса, даже в непостоянном квантовом микромире, образующиеся частицы полетят тем же курсом, что и породившие их. То есть на Землю.

Во-вторых. Чёрные дыры. Да, действительно, в ходе эксперимента возможно (но не гарантировано!) образование микродыр. Вот только время жизни их сопоставимо с временем жизни бозона Хиггса и никуда они не вылетят — «лопнут» там же, где родились. Про вероятность в десятки процентов — явная глупость, она много меньше и стремится к нулю (в официально отчете Церна она оценивалась как 10-22. — прим. корр.).

Александр ЛЕШОК
Средняя оценка: 4.1 (проголосовало: 19)