Прогресс
Большой адронный коллайдер оживет завтра
Завтра в Европейском центре ядерных исследований должна ожить самая крупная на планете экспериментальная установка - Большой адронный коллайдер, или БАК. Состоится пробный пуск, и первый пучок протонов пройдет по всему 27-километровому кольцу ускорителя. Это событие откроет новую эпоху в мировой науке. По своему значению оно может сравниться разве что с полетом человека в космос и на Луну, пуском первого ядерного реактора.
 |
На 10 сентября намечен первый полномасштабный запуск Большого адронного коллайдера.
О том, что ждут от него ученые и, главное, состоится ли конец света, телеканалу "Вести", рассказал доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник НИИ ядерной физики Московского университета Эдуард Боос.
- Эдуард Эрнестович, здравствуйте. Нe вот настал долгожданный момент, которого ждали, по-моему, не только ученые, но и простые обыватели - запускается адронный коллайдер. Когда я готовился к этому интервью, то вспомнилась песня Владимира Высоцкого про Бермудский треугольник. То есть, чтобы там ни случилось, треугольник должен быть выпит. И вот все также волнуются по поводу этого адронного коллайдера. Начнем с самого начала: каким уровнем образования человек должен обладать, чтобы ему это было хоть как-то понятно?
- Добрый день. На мой взгляд, конечно, чем выше уровень образования, тем лучше. Но в принципе даже для человека, который совершенно не связан ни с наукой, ни с техникой, так или иначе интересно то, как человечество проникает в неизведанное. Пусть он не понимает деталей, но сам факт прогресса интересен даже, мне кажется, простым людям.
- Я специально поговорил с простыми людьми перед интервью, почитал, что пишут в Интернете на форумах. Вот общая картина: в основном люди знают, что это ускоритель элементарных частиц, которые будут разгонять до бешеных скоростей, а потом сталкивать. В результате чего образуется черная дыра, и мы все погибнем. Это вкратце история. И где здесь правда?
- Правда в том, что действительно будут сталкивать, будут разгонять частицы до очень высоких энергий. Эти энергии - по 7 тераэлектрон-вольт на каждый из сталкивающихся пучков, на каждую из частиц в сталкивающемся пучке. Тераэлектрон-вольт - это 10 в 12-й степени электрон-вольт. Электрон-вольт - это, в общем-то, знает каждый школьник – энергия, которая приобретает электрон при прохождении разности потенциала в 1 вольт. А здесь 10 в 12-й степени.
- То есть очень-очень-очень много.
- Очень и очень много. И их будут сталкивать - вот это действительно правда. Что будет рождаться – для того, чтобы выяснить это, собственно говоря, ученые и пытаются произвести эти столкновения…
- То есть вы не знаете еще, что будет рождаться? Вот это интересно.
- Нет, очень-очень многое понятно, что должно быть, и с этого, собственно говоря, и начнется. Начнется с того, что будут смотреть на уже известные процессы, но при новых энергиях. И смотреть, в основном, как детектирующая аппаратура, насколько она хорошо работает – так, как ожидается и, возможно, будут какие-то корректировки, настройки. Ну, в общем-то, детектирующая аппаратура уже была настроена по космическим лучам и многие-многие тесты проводились, и поэтому люди ожидают, что должно работать. Хотя, конечно, возможны какие-то небольшие нюансы. Какие-то катастрофические вещи типа рождения черных дыр, которые поглощают все и поглотят все… Поскольку такое беспокойство в обществе было, то специально была образована серьезная рабочая группа, которая совершенно на полном серьезе это дело исследовала. Хотя ответ был более-менее очевиден заранее - хотя бы из очень простого факта, что наша Земля облучается все время космическими лучами. Энергии космических лучей многие существенно превосходят те энергии, которые нам удастся воспроизвести в лабораторных условиях. Таких лучей, конечно, не много. Но время существования Земли уже очень большое, и за это время на много порядков больше столкновений уже произошло, просто мы их не репетировали.
 |
- Но, тем не менее, какой-то процентик - я смотрел статистику, одна пятидесятимиллионная степени, существует?
- Ну, 10 в минус в какой-то очень большой степени.
- То есть, вероятность есть того, что будет катаклизм?
- В физике всегда есть вероятность.
- Пустячок, а приятно. Знать, что катастрофы есть.
- Но она 10 в минус очень-очень большой степени, то есть это невероятное событие. И куда более вероятно было бы, что если бы это было бы, то наша Земля уже давно бы - и не только наша Земля, и другие планеты, - поглотили бы соответствующую очень высокоэнергичную частицу, и такая черная дыра уже давно образовалась бы, и давно бы уже все это перестало существовать. Но этого не произошло.
- Но, может быть, мы будем прецедентом? И где-то в учебниках физики в далекой Галактике будут говорить, что вот на Земле в свое время запустили...
- Ну, вот я говорю: люди специально исследовали и пришли к выводу, что это событие из ряда фантастики. Оно практически невероятное.
- Это получается своего рода большой микроскоп. То есть мы знаем все со времен школы, что все тела состоят из молекул, все молекулы из атомов. Атомы далее из ядер, где там есть протоны и нейтроны, правильно?
- Абсолютно правильно.
- Вокруг них вращаются электроны.
- Правильно.
- Потом есть какие-то кварки, это внутри этих протонов, да, еще меньше? И они склеены между собой глюинами?
- Глюонами.
- Глюонами, да.
- Глюины тоже существуют, но это гипотетическая частица, которая пока не найдена. А вот глюоны существуют.
- Она, видимо, мне приснилась. Глюон, значит. И вы просто хотите их увидеть?
- Мы хотим увидеть их проявление. Эти вещи все уже были обнаружены и надежно установлены. Они были надежно установлены на коллайдерах "Хера", на коллайдере "Теватрон". "Хера" - это в Гамбурге, "Теватрон" - под Чикаго, в фирме National Laboratory. Кстати, "Теватрон" работает, там энергия на пучок - 2 тэва. По 1 тэву на каждый пучок, в сумме 2 тэва. Здесь будет 7 тэв на каждый пучок, в сумме 14 тэв.
- То есть в 14 раз больше получается?
- Ну, да, да. В 7 раз больше.
- В 7?
 |
- 14 на 2 - в семь раз больше. Вот. Но тот коллайдер функционирует и очень хорошо сейчас работает. И вот эти все вещи, они наблюдались и очень хорошо установлены и проявления известны. Собственно говоря, вот это то, что первое будет тестироваться на БАК.
- Но вот дилетантская как бы точка зрения, скажем так: существует же понятие бесконечности, правильно? Есть бесконечно большие величины.
- Да.
- Логично предположить, что и в обратную сторону - есть бесконечно маленькие. Можно предположить, что и кварки состоят еще из каких-то частиц.
- Они называются прионы.
- Прионы? А прионы могут состоять еще из чего-то?
- А прионы могут состоять еще из чего-то, и так далее. И это одна из гипотез, которая будет тестироваться. Теории в этом направлении называются "модели составленности" или "составные модели", когда предполагается, что внутри кварков есть еще степени свободы, более мелкие. Но до сегодняшнего дня размеры кварков и, кстати, лептонов, установлены: найдены те пределы, до которого они точечные, то есть внутренняя структура их не обнаружена. И это расстояние примерно 10 в минус 16-й степени сантиметра. Вот размер протона - 10 в минус 13-й сантиметра. На расстоянии в 10 минус в 16-й степени сантиметра мы уже, в общем-то, очень неплохо понимаем, как устроен микромир. Но с помощью БАК мы хотим продвинуться в 10 минус 18-й сантиметра. И вот тут ожидается, что проявится что-то новое, чего раньше не наблюдалось.
- Помимо того, что это очень интересно вам, я так понимаю, школьникам и студентам прибавится страница в учебнике, которую придется учить. Насколько известно, этот проект стоит, по-моему, что-то 10 в 9-й степени, да?
- Почти.
- Почти, да. Получается порядка 10 миллиардов долларов. Какой-то практический результат от этого будет?
- В этом смысле трудно оценить, какой будет прогресс, вот такой фундаментальный. Но такие крупные проекты, как LHC, на самом деле чисто экономически окупаются достаточно быстро.
- LHC - я поясню - это и есть адронный коллайдер.
- В русской терминологии называется БАК - Большой адронный коллайдер, Large Hadron Collider по-английски.
- Или, как уже говорят сторонники катастрофической теории, last - последний.
- Да, иногда есть такие шутки, но будем надеяться, что это, конечно, шутки.
- Мне не нравится слова "будем надеяться".
- Будем надеяться с огромной вероятностью.
- Понятно.
- Да, нет, не будем надеяться. Ничего не будет, конечно.
- Ничего не будет, вот именно.
- Ничего катастрофического не будет, в этом нет вопросов даже. Да, так вот: это ведь, так сказать, гигантские вложения, которые делают страны-участницы, и заказы на изготовление отдельных компонентов, ускорителей, детекторов размещаются в фирмах по всему миру. В частности, многое чего было сделано и на российских предприятиях. Вот. Фирмы, чтобы изготовить вот эти уникальные вещи, должны разработать соответствующие уникальные технологии. Это сплошь, примеров очень много. Уникальная технология, будучи разработана здесь, начинает вкладываться, быть применима в другие области и дает очень быстро экономический эффект.
- А нельзя было сделать его поменьше? Почему такие гигантские размеры?
- Можно сделать поменьше, но тогда, чтобы энергию получить такую, нужно, как говориться, заворачивать покруче. Когда вы заворачиваете покруче, то происходит существенно большее энерговыделение, потеря. Потеря возрастает пропорционально энергии в четвертой степени. Поэтому, чем большее кольцо, тем меньше вот эти вот потери. Потому что можно ставить немножко меньшие поля и немножко меньший радиус кривизны иметь.
- То есть на самом деле, чем больше бы он был, тем было бы вам лучше как ученым?
- Ну, в принципе, да. Чем больше, тем лучше. Ну, вот, кстати, один из проектов, который обсуждался как следующий шаг, гипотеза следующей возможной машины: коллайдер вокруг штата Иллинойс. Там многие-многие сотни миль. Но в принципе, вот я говорю, затраты, они окупаемы. Более того, скажем, для многих российских предприятий в свое время полученные заказы от Швейцарии и от наших участников проекта были крайне важными, чтобы продержаться на плову и встать на ноги и сегодня процветать в общем-то.
- То есть по-любому, даже если, ну, опять-таки, гипотетически, там, с малой долей вероятности, если кроме, скажем так, спортивного интереса, никаких результатов не будет, этот проект уже принес пользу, по крайней мере благодаря инвестициям?
- Абсолютно, абсолютно. Но, просто, мы все-таки должны быть, ну, человечество в целом должно быть гордо тем, что вообще это самый сложный технический проект, осуществленный человечеством когда бы то ни было.
- Ну и хотелось бы узнать про линейный коллайдер, который, возможно, будет построен в Дубне. По крайней мере шансы неплохие.
- Ну, это один из следующих проектов. На БАК будут сталкиваться протонные пучки. Два протона вот с теми энергиями, как мы обсуждали. Другой коллайдер, который сейчас очень интенсивно обсуждается, очень хорошо проработан тоже и, в общем-то, видно, что это вполне реализуемый проект. Это ускоритель электронов и позитронов с двух сторон, но вот здесь именно и за потерянное излучение нельзя строить, чтобы достичь высоких энергий, нельзя иметь больше кольца. Поэтому единственная технология, которая может быть, - это два линейных таких плеча, две линии. И вот такие линейные электроны и позитроны будут сталкиваться, и будет тоже стоять детектирующая аппаратура. Надо не только разогнать, но и еще надо этот пучок держать очень маленьким, чтобы он не разошелся, не высадился на стенки аппаратуры.
- Концентрированным, да?
- Очень концентрированным, да. И только концентрированные пучки можно столкнуть, чтобы получить много этих столкновений вот здесь. Потому что иначе они, как говорится, пройдут сквозь друг друга и никаких столкновений особо не будет. И тогда того результата тоже не достичь.
- А когда первые результаты будут? Через сколько после запуска этого коллайдера?
- После запуска самые первые результаты пойдут сразу, только они, я говорю то, что люди ожидают, это будут первые "раны" ("ран" - это первый запуск, он называется тестовый). Тестовый запуск с меньшими интенсивностями пучков и на меньшей энергии для начала, чтобы посмотреть как все магниты отрабатывают. Как все это вообще срабатывает. И сразу же будут и детекторы тоже работать и люди будут анализировать ту информацию, очень пока такую, самую предварительную. Первые интересные физические результаты, но вот так люди ожидают примерно год надо поработать, чтобы понять, как, как все функционирует, что мы все понимаем. Как оно работает, так как надо и тогда начнется систематическое повышение интенсивности столкновений, то есть все больше и больше протонов будет в эти пучки, а пучки состоят из так называемых сгустков или "банчей". Вот в каждый банч будет все больше и больше протонов набиваться, и тогда результатов столкновений будет больше и больше, и в какой-то момент можно будет ожидать той физики, которую мы еще не знаем.
- Вернемся к этой теме, и хотел все-таки еще раз оговорить про черные дыры. Хотя бы расскажите, вот, опять-таки, что это такое и, вообще - откуда речь то пошла про черные дыры, как они образуются? Вот если берем эти протоны, нейтроны, кварки - где, на каком уровне она появляется?
- Во Вселенной существуют такие образования, которые называются черные дыры, которые, как говорится, поглощают все, что к ним приходит и, так сказать, ничего не выпускают.
- Это мы знаем. А что это такое?
- Это мы знаем. Детали того, что это такое - это в гравитационных теориях, это, так сказать, такие сингулярности с очень высокой плотностью чего-то. Их природа тоже, так сказать, неизвестна по-настоящему. Но, то, о чем шла речь здесь для вот физики на ускорителях и на коллайдерах, - это совсем другое; появилась после того, как люди стали рассматривать варианты новых теорий, где объединялись существующие взаимодействия, такие как сильные, слабые электромагнитные с гравитационными и была сделана гипотеза, что вот такое объединение может произойти на масштабах порядка тех энергий, которые мы достигнем. Если вот так произойдет, то тогда люди считают, что будут какие-то специфические гравитационные эффекты. Но это может быть только в таких вариантах сценария, где наш мир имеет не просто одно время и три пространственных измерения, как мы знаем, но должны быть, по крайней мере, одно, а может быть еще несколько дополнительных измерений. Правда, они очень маленькие по размерам и поэтому для нас незаметны. Но если размер их примерно соответствует тем энергиям, которые мы достигаем, то есть обратным энергиям (это примерно эти 10 в минус 17-й, 10 в минус 18-й сантиметра), тогда люди начали думать, что возможно уже вот тут могут быть какие-то специфические гравитационные эффекты, которые мы знаем по гравитационным теориям с масштабом, примерно масштаб Планка. Масштаб Планка - это 10 в 19-й степени тэв. Но стали думать, что может быть здесь тоже могут быть черные дыры. Но эти черные дыры - это так называемые мини черные дыры, очень маленькие, которые, если и образуются - это тоже люди исследовали, - они распадутся за за исключительно малые времена, порядка 10 в больших степенях секунды.
- То есть мы и не заметим просто?
- Мы заметим их как результат их распада вот в этой вот детектирующей аппаратуре, но не как что-то, что начинает всасывать в аппаратуру Женеву, землю.
- Эдуард Эрнестович, большое спасибо вам за ваши комментарии. Ну, если все пройдет нормально, надеемся, что мы с вами в студии увидимся еще раз. Обсудим уже результаты запуска.
- Я тоже надеюсь, потому что физика очень интересная. Мы вот так сконцентрировались на черных дырах или на катастрофах, которые возможны, но если отбросить все вот это, то люди ожидают получить какую-то новую информацию о структуре материи, обнаружить возможно, бозон Хикса, суперсимметрию, возможно, составленность, возможно проявление дополнительных измерений или еще что-то чего мы не знаем.
- Надеюсь, надеюсь, с большой долей вероятности поговорим в следующий раз. Ну и как физику скажу вам – Бог даст, свидимся.
- Бог даст - свидимся.
- Спасибо.
Обсуждение:
Блог Владимира Соловьева
Группа "Владимир Соловьев. Для неравнодушных" VKONTAKTE.ru
Блог 2 - зеркало на LiveInternet
Блог 3 - зеркало на LiveJournal
09.09.2008, 07:40
