Наука продолжает исследование Вселенной, а самая большая в мире экспериментальная установка «впала в спячку».

Она находится в Швейцарии и Франции, рядом с Женевой. И называется Большой адронный коллайдер или БАК. Опекает рукотворное чудо научной мысли Европейский центр ядерных исследований (Conseil européen pour la recherche nucléaire – CERN). Международный научный проект объединил вокруг исследования Вселенной многих.

CERN открыт миру. На сайте легко узнать, что в 2019 году на БАКе делали разные опыты, улучшали сам ускоритель, строили важное, находили новое. Благодаря чему стало больше известно о частицах, из которых состоит Вселенная и как это работает, веществе и антивеществе и много чего ещё. А большая часть энергии всё равно ревниво охраняет свои тайны. На видео – яркое из прошлого года.

 

 

В начале года нынешнего CERN сообщил, что коллайдер переходит в стадию длительного отключения и будет перезапущен в мае 2021-го. Остановка связана с капитальной модернизацией. С 25 марта из-за коронавируса часть сотрудников работают удаленно. При этом всё базовые службы в рабочем режиме. А состояние материалов и оборудования позволяет быстрый перезапуск. Желаете узнать больше? Этот текст для вас.

Как это начиналось?

Прежде дела было слово. Потому что в 80-х годах прошлого века физика придумала Стандартную модель. Она описывает взаимодействие элементарных частиц: электромагнитное, слабое и сильное. В общем, эта прекрасная модель описала 61 частицу или 5% известной Вселенной. Гравитация, тёмная материя (25%), темная энергия (70%) и многое удивительное осталось вне «стандарта».

О частице, которая замкнула Стандартную модель, подробно рассказал британский ученый Петер Хиггс в 1964 году. Его именем её и нарекли. На бумаге-то пресловутый бозон обнаружили. А во Вселенной? Очень скоро желание «увидеть» бозон Хиггса стало идеей фикс последней четверти прошлого века. Лучшие умы ломали над этим головы, трудились в поте лица в разных странах.

 

 

Так, например, американец Ледерман назвал бозон Хиггса в своей книге «Частица Бога: если Вселенная – это ответ, то каков вопрос?» ни больше ни меньше как «божьей частицей» (god particle). Впрочем, такое громкое имя выбрано по настоянию редактора, самому Ледерману, Нобелевскому лауреату 1988 года, больше нравилось «чёртова частица» (goddamn particle).

А некоторые предлагали наречь малышку «бозон бутылки шампанского» (champagne bottle boson). Это из-за того, что потенциал какого-то там поля Хиггса напоминает донышко бутылки шампанского. К тому же не только нобелевские лауреаты, но и простые люди знают наверняка: кто рискует – пьет шампанское. Ожидалось, что открытие бозона Хиггса подтвердит или опровергнет Стандартную модель.

Пошли опытным путем

Но как? Решили пойти экспериментальным путем. К тому времени физика имела значительный опыт по ускорению элементарных частиц. Первый надежный циклический ускоритель (бетатрон) был создан американским физиком Дональдом Вильямом Керстом на пороге Второй мировой войны в США. Затем было изобретено много разных ускорителей для разных частиц, в частности синхрофазотрон стал массово известен советским людям из песни Аллы Пугачевой «То ли ещё будет».

Бетатрон на энергию 6 МэВ, 1942 год. Экспонат музея в Бонне. (Общественное достояние)

Бетатрон на энергию 6 МэВ, 1942 год. Экспонат музея в Бонне. (Общественное достояние)

Шире горизонты – больше обзор. Подумали и предложили построить очень большой, прямо скажем, огромный ускоритель. Когда научную мысль очаровал бозон Хиггса, международный центр ядерных исследований вблизи Женевы существовал уже 10 лет. Под начальным соглашением 12 подписей: Бельгия, Дания, Германия, Франция, Греция, Италия, Норвегия, Швеция, Швейцария, Нидерланды, Великобритания, Югославия.

Во второй половине XX века наука за мир подсказала общий язык ранее сражавшимся в мировых войнах. Девиз новой организации можно сформулировать так: «преследовать мирные цели, результаты опытов и теории должны быть общедоступны». А в 1984 году родилась идея нового ускорителя заряженных частиц на встречных пучках – Большого адронного коллайдера.

«Большим» его назвали из-за размеров: длина основного кольца ускорителя – более 26,7 км. Тоннель проходит под землей Швейцарии и в основном Франции на глубинах от 50 до 175 метров. «Адронный» – потому, что ускоряет адроны: протоны и тяжелые ядра атомов. «Коллайдер» (collider – сталкиватель) – потому, что два разнонаправленных пучка ускоренных частиц сталкиваются при встрече внутри детекторов.

Что же там творится?

На подготовку ушло десять лет. Строительство начали в 2001-ом, а в 2006-ом установили последний сверхпроводящий магнит. История строительства БАКа достойна отдельного рассказа. Желающие легко найдут многое в интернете. Впервые коллайдер запустили 10 сентября 2008-го, и исследования закипели. А теперь вернемся к нашей Стандартной модели, бозону Хиггса, ассиметрии вещества и антивещества, темной материи, темной энергии и так далее.

Итак, что же творится в коллайдере? Элементарные частицы в кольце мощных электромагнитов разгоняются до весомых долей скорости света. Они мчатся во встречных потоках, сталкиваются, дробятся, осколки разлетаются, а в точках удара происходят чудеса. «Чудеса» можно измерять, считать, прикладывать к ним теории, математические инструменты, думать и открывать новое.

Моделирование, показывающее появление бозона Хиггса при столкновении двух протонов. (CERN)

Моделирование, показывающее появление бозона Хиггса при столкновении двух протонов. (CERN)

Для простоты опишем данный научный метод на бутылках шампанского. Берем, скажем, две таких бутылки и что есть силы лупим одна об другую. Бутылки – в дребезги, осколки разлетаются, шампанское тоже. Несомненно, в итоге что-то можно узнать и о составе стекла, и о пробке, и о жидкости, которая была внутри. Будем надеяться, это приблизит нас к пониманию, как виноделы создали шампанское.

Верящие в других богов будут обескуражены.

Потому что в марте 2013 года CERN подтвердил открытие бозона Хиггса. Более того, возможно, что эти самые бозоны множественны. После официального заявления еще два года перепроверяли. В итоге приверженцы Стандартной модели укрепились в своем мнении, а скептики остались при своих интересах. То есть к суперсимметрии, темной материи, темной энергии и прочим белым пятнам ещё копать и копать. Может даже построят в будущем ещё больший новейший коллайдер.

Не по дням, а по часам

На сегодня в проекте Европейского центра ядерных исследований участвуют 23 государства. В 2012-ом стать ассоциированным участником CERN хотела и Россия. А в 2018-ом передумала, сейчас у неё статус наблюдателя. Украина является ассоциированным участником с 2013 года. Всего с центром сотрудничают более 10 тысяч учёных и инженеров более чем из 100 стран, приблизительно треть заняты непосредственно на объекте.

Главная площадка CERN, на переднем плане - Швейцария, на заднем – Франция. (Brücke-Osteuropa, общественное достояние)

Главная площадка CERN, на переднем плане – Швейцария, на заднем – Франция. (Brücke-Osteuropa, общественное достояние)

Современные технологии развиваются не по дням, а по часам. Поэтому Большой адронный коллайдер периодически собирает экспериментальные данные об элементарных частицах и регулярно модернизируется. Многоуровневая защита обеспечивает безопасность экспериментов и режима отключения. Так продолжится, наверное, до 2035 года. Сколько это стоит?

Поиск доказательств или опровержений Стандартной модели ежегодно требует почти 1 млрд долларов. Много это или мало? Всё в мире относительно. Например, Швейцарская Конфедерация производит такое количество внутреннего валового продукта приблизительно за полдня. А что будет дальше?

Вопрос интересный. Если верить поэтам, жизнь человека достаточно длинна, чтобы успеть всё. «И опыт, сын ошибок трудных, / И гений, парадоксов друг, / И случай, бог изобретатель» говорят нам, что фундаментальные исследования попутно дарят людям много радостей. Каких?

Например, пресловутое www (world wide web), которое мы часто видим в строке браузера, выросло именно в питомниках CERN. А в минувшем году благодарное человечество как раз отметило 30-летие всемирной паутины.

XXI – век вирусологии?

С начала нынешнего года земляне получили возможность по-новому взглянуть на интернет. Чтобы контролировать коронавирус, правительства предлагают гражданам работать и учиться удаленно, из дома.

Прогресс и доверие позволяют добрым людям, будучи в разных уголках планеты, достигать общих целей. А вирусология, может быть, станет идей фикс XXI века. И есть надежда, что скоро повод открывать шампанское появится не только у физиков.

А пока, похоже, сама Вселенная создала условия для уникального международного опыта на Земле. Информация о пандемии коронавируса постоянно обновляется.

По данным Федерального совета Швейцарии на утро 7 апреля 2020 более 200 стран или регионов сообщили о том, что у них выявлены новые случаи заражения коронавирусом. Всего в мире подтверждено более 1,347 млн таких случаев, более 74,5 тыс. заразившихся умерли.

В Швейцарии 7 апреля на 8:00 тесты на коронавирус оказались положительными у 22 242 граждан (за сутки 590 новых), госпитализированы 2 537 пациентов. Швейцарская медицина назвала вирус covid-19 причиной смерти 641 человека.

#

Текст: Марина Охримовска

Изображения:

Коллайдер будет перезапущен в 2021 году после длительной остановки. Модернизация сделает его более чувствительным. (Maximilien Brice, CERN)

Бетатрон на энергию 6 МэВ, 1942 год. Экспонат музея в Бонне. (Общественное достояние)

Моделирование, показывающее появление бозона Хиггса при столкновении двух протонов. (CERN)

Главная площадка CERN, на переднем плане – Швейцария, на заднем – Франция. (Brücke-Osteuropa, общественное достояние)

 

Lemanika: культурный карантин

21 марта 2020 можно было поучаствовать в вебинаре «Зачем вообще этот коллайдер?». Бесплатную лекцию онлайн на платформе женевского клуба интеллектуального досуга Lemanika прочел учёный и исследователь Михаил Бродский, который давно работает на БАКе. Лекция и вопросы-ответы поместились в два часа.

Всего онлайн к платформе Lemanika в субботний вечер подключилось больше 60 пользователей. Schwingen.net дружит с Lemanika давно и является её информационным партнером. Мы вывели картинку на экран телевизора – смотрели дома всей семьей, даже кошке и псу было интересно. А когда вебинар закончился, еще долго беседовали об элементарных частицах и дерзких планах ученых, исследующих Вселенную и «частицы Бога».

Женевский клуб Lemanika приглашает в абонементную онлайн библиотеку:

https://lemanika.online/

 

Дополнительно:

https://home.cern/

https://www.bag.admin.ch/

Комментарий через Facebook