Наконец снова запущен большой коллайдер, и ученые обещают, что к концу 2012 года все увидят первые результаты его работы.

Из народного юмора. 

После нашумевшего фильма «Код да Винчи» вышло его продолжение – «Ангелы и демоны». Сюжет фильма закручен вокруг похищенного антивещества, которое получили в Большом адронном коллайдере, и с помощью которого похитители хотели взорвать Ватикан. Во многих фильмах-катастрофах описываются события, произошедшие якобы после аварии на БАК. Так возможна ли жизнь после Большого адронного коллайдера? Может ли БАК быть связан каким-то образом с предсказанием 2012?

Чтобы выяснить это, ответим вначале на вопрос: «А зачем вообще построили БАК?»

Цели самые благородные – провести эксперименты, которые ранее было невозможно провести и подтвердить или опровергнуть часть фундаментальных теорий устройства Вселенной.

Дело в том, что физики давно пытаются объединить в одну теорию четыре фундаментальных взаимодействия.

В конце 1960-х физикам удалось разработать Стандартную модель (СМ), которая объединяет три из четырёх взаимодействий — сильное, слабое и электромагнитное. Гравитационное взаимодействие по-прежнему описывают в рамках общей теории относительности (ОТО) Альберта Эйнштейна. Таким образом, в настоящее время фундаментальные взаимодействия описываются двумя общепринятыми теориями: ОТО и СМ. Их объединения пока достичь не удалось из-за трудностей создания теории квантовой гравитации.

Для дальнейшего объединения фундаментальных взаимодействий в одной теории используются различные подходы: теория струн, теория супергравитации, петлевая квантовая гравитация и др. Многие из этих теорий предполагают существование «суперсимметрии» — например, теория струн, которую иногда называют теорией суперструн именно из-за того, что без суперсимметрии она утрачивает физический смысл. Подтверждение существования суперсимметрии, таким образом, будет косвенным подтверждением истинности этих теорий.

В 1960 году в рамках Стандартной Модели шотландский физик Питер Хиггс предсказал существование так называемого бозона Хиггса — частицы, которая является квантом поля Хиггса. Сам бозон нестабилен и имеет большую массу (более 120 ГэВ/c²). На самом деле, физиков интересует не столько сам хиггсовский бозон, сколько хиггсовский механизм нарушения симметрии электрослабого взаимодействия. Именно изучение этого механизма, возможно, натолкнёт физиков на новую теорию мира, более глубокую, чем СМ.

Но проблема в том, что для проведения соответствующих экспериментов нужны энергии, недостижимые на современных ускорителях заряженных частиц. Вот для этих целей и было принято решении создания Большого адронного коллайдера.

Но пока БАК работает только на десятые доли процента от запланированной мощности. Поэтому в ближайшее время планируется увеличить число сгустков в пучке (сейчас 2 сгустка, проектное значение — 2808), увеличить число частиц в сгустке (сейчас 10 миллиардов, расчетное число — 100 миллиардов), улучшить фокусировку пучков в точках столкновений (сжать пучки).

Научная отдача за это время будет невелика, очень сомнительно, что бозон Хиггса будет обнаружен или что БАК позволит качественно улучшить результаты Теватрона по его поиску. Тем не менее, работая даже на энергии 3,5 ТэВ, БАК за предстоящий сеанс работы может собрать статистику, сопоставимую в плане научной значимости с суммарной собранной статистикой Теватрона.

В таком режиме БАК будет работать до лета или осени 2011 года.

После этого коллайдер будет закрыт на долговременный ремонт. Поэтому, проблемы 2012 года не будет – БАК станет на модернизацию, которая займёт весь 2012 год или более длительное время. После ремонта ожидается повышение энергии протонов до проектной энергии в 7 ТэВ на пучок.

После того, как БАК выйдет на проектную энергию и светимость, планируется провести модернизацию каскада предварительных ускорителей, что позволит заметно повысить светимость коллайдера.

Также обсуждается возможность проведения столкновений протонов и электронов, для чего потребуется пристроить линию ускорения электронов.

Итак, наш ответ на вопрос: «Возможна ли жизнь после Большого адронного коллайдера?» утвердительный.

Но не одним коллайдером живы ученые. Очень интересный эксперимент задумали в Дубне. Это проект нового ускорителя коллайдера NICA-MPD. Работы уже идут полным ходом. Так, на первой стадии осуществлена модернизация Нуклотрона, о котором мы писали в 3 главе.

Эскиз ускорительного комплекса NICA-MPD

В 2010-2011 годах планируются проектирование и производственные работы, создание инфраструктуры и т.д., а далее сборка и монтаж устройства. Ввод в эксплуатацию намечен на 2014 год.

Комплекс NICA позволит работать с протонами и ядрами химических элементов, вплоть до ядер золота.

Еще один грандиозный проект задуманный ядерщиками - Международный линейный коллайдер (МЛК). Стоимость новой установки оценивается в 6,5 млрд долларов США.

План строительства Международного линейного коллайдера в Московской области

МКЛ представляет собой электрон-позитронный коллайдер энергией 500 ГэВ и будет состоять из 2 линейных ускорителей, пучки которых будут направлены навстречу друг другу. Общая длина установки оценивается в 31 км. Впоследствии ускоритель может быть дополнен новыми секциями, вследствие чего длина установки возрастёт до 50 км, а энергия — до 1 ТэВ.

Короче, планы серьезные. А на вопрос, для чего все это, ответим словами Стивена Хокинга «Если мы действительно откроем полную теорию, … то узнаем почему так произошло, что существуем мы и существует Вселенная. …Это будет полным триумфом человеческого разума, ибо тогда нам станет понятным замысел Бога» (книга «Философия науки», М . 2006.)

Профессор Стивен Хокинг (родился в 1942, Англия.)

PS. После каждого неудачного запуска Большого Адронного Коллайдера, количество физиков, верующих в Бога, увеличивается вдвое (из народного юмора).

Краткая Википедия

Бетатрон — циклический ускоритель электронов с постоянной равновесной орбитой, ускорение в котором происходит с помощью вихревого электрического поля.

Бэватрон (Billions of eV Synchrotron) — ускоритель элементарных частиц, позволяющий получать частицы с энергией в миллиарды электрон-вольт. Используется для реакций ядерного синтеза и исследования ядерных превращений. Также Бэватрон - название ускорителя в Беркли, начавшего работать в 1954 году, затем модернизированного и сменившего название, с 2009 года окончательно демонтируется.

Теватрон (англ. Tevatron) — кольцевой ускоритель-коллайдер, расположенный в национальной ускорительной лаборатории им. Энрико Ферми в городке Батавия штата Иллинойс, недалеко от Чикаго. Теватрон — синхротрон, ускоряющий заряженные частицы — протоны и антипротоны в подземном кольце длиной 6.3 км до энергии 980 ГэВ (~ 1 ТэВ), отсюда машина получила свое имя — Теватрон.

Зэватрон (Зеватрон) — циклопический ускоритель элементарных частиц, позволяющий получать частицы с энергией в триллион миллиардов электрон-вольт (1021эВ, или 1 ЗэВ) и более. Название получено по аналогии с Бэватроном (109 эВ) и Теватроном (1012 эВ).

Природными зеватронами являются активные ядра галактик — квазары и радиогалактики, которые выбрасывают струи раскалённой плазмы, состоящие из частиц данной энергии. Так, например летом 2008 года учёные обнаружили в районе Крабовидной туманности природный зеватрон.

Учёным такие энергии пока недоступны.

Большой электрон-позитронный коллайдер (LEP) — ускоритель частиц, осуществляющего столкновения электронов и их античастиц — позитронов. Осенью 1983 года началось строительство ускорителя. Был расположен в долине Женевского озера на глубине ста метров в кольцевом туннеле общей длиной около 27 километров.

Ускоритель неоднократно перестраивался для достижения все больших энергий частиц. В настоящее время в этом же туннеле размещен Большой адронный коллайдер.

Большой адронный коллайдер (англ. Large Hadron Collider, LHC; рус.сокр. БАК) — ускоритель заряженных частиц на встречных пучках, предназначенный для разгона протонов и тяжёлых ионов (ионов свинца) и изучения продуктов их соударений. Коллайдер построен в научно-исследовательском центре Европейского совета ядерных исследований (CERN), на границе Швейцарии и Франции, недалеко от Женевы. БАК является самой крупной экспериментальной установкой в мире. Руководитель проекта — Лин Эванс.

Стивен Уильям Хокинг  — один из наиболее влиятельных в научном смысле и известных широкой общественности физиков-теоретиков нашего времени. Родился в 1942 году в Англии. В 1962 году он закончил Оксфордский университет и начал занятия теоретической физикой. Тогда же у Хокинга стали проявляться признаки бокового амиотрофического склероза, которые привели к параличу. Несмотря на тяжёлую болезнь он ведёт активную жизнь. В январе 2007 года он совершил полёт в невесомости (на специальном самолёте), а в 2009 году даже собирался полететь в космос.

Основная область исследований Хокинга — космология и квантовая гравитация.

К его заслугам можно отнести применение термодинамики к описанию чёрных дыр; разработка в 1975 г. теории о том, что чёрные дыры «испаряются» за счёт явления, получившего название излучение Хокинга. 21 июля 2004 года Хокинг представил доклад, в котором он изложил свою точку зрения на разрешение парадокса исчезновения информации в чёрной дыре.

Хокинг активно занимается популяризацией науки. В апреле 1988 года вышла книга «Краткая история времени», которая стала бестселлером. Благодаря этой книге Хокинг стал знаменит на весь мир.

Потом появились книги «Чёрные дыры и молодые вселенные» (1993) и «Мир в ореховой скорлупке» (2001). В 2005 году вышло новое издание «Краткой истории…» — «Кратчайшая история времени», написанное в соавторстве с Леонардом Млодиновым. В 2006 году совместно с дочерью Люси Хокинг написал книгу для детей «Джордж и тайны вселенной».

Хокинг был одним из подписавших декларацию «Проекта Стивов» в поддержку теории эволюции и за недопущение преподавания креационизма в государственных школах США.