О большом адроном коллайдере настолько часто упоминали в прессе, что название этого сложнейшего технического сооружения и устройства уже превратилось в нечто нарицательное. А между тем он действительно большой (длина расположенного на глубине в среднем ста метров кольцевого тоннеля превышает 26,5 километров), на самом деле адронный (так как работает с адронами, особыми элементарными частицами, которые подверглись сильному взаимодействию) и уж точно коллайдер (в переводе с английского «сталкиватель», ведь в нём на огромной скорости в специально заданных точках сталкиваются элементарные частицы).
Для работы с теориями нужна практика
Большой адронный коллайдер, функционирующий на границе Швейцарии и Франции (вернее, под границей между этими странами) в структуре Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН), вовсе не является чем-то революционным в истории физики. В том же ЦЕРН, помимо коллайдера, функционируют ещё несколько ускорителей, а первый ускоритель частиц был построен ещё в двадцатые годы прошлого века. Необходимость для физиков в ускорителях элементарных частиц возникла в связи с практической необходимостью разрешить противоречия между двумя основными теориями. На которых и основано современное научное понимание мира – между теорией относительности Альберта Эйнштейна и квантовой механикой, берущей начало в квантовой теории Макса Планка.
Дело в том, что для рассмотрения вопросов о несовпадениях между этими теориями и для дальнейшего развития физики необходимо изучение свойств и строения элементарных частиц. Сведения же об этом можно получить лишь при столкновении этих частиц после контролируемого и детально фиксируемого их разгона, что и осуществляется в ускорителях. Примечательно, что масштабные проекты ускорителей частиц не исчерпываются только большим адронным коллайдером, запущенным в 2008 году: в США до 2011 года действовал почти тридцать лет подобный ускоритель под названием Теватрон, в России был построен подобный ускоритель, но в девяностые годы из-за нехватки средств работы по его окончательному завершению были заморожены. Но большой адронный коллайдер является наиболее масштабным из подобных сооружений, что позволяет производить на нём уникальные эксперименты. Разумеется, теоретическая наука такого масштаба требует отнюдь не теоретических, а конкретных финансовых затрат: в 2009 году суммарная стоимость строительства коллайдера, его обслуживания и проведения экспериментов превысила 6 миллиардов евро.
Чтобы разогнать ничтожные частицы – столько усилий
Тоннель большого адронного коллайдера расположен под землёй на глубине от 50 до 175 метров, при этом кольцо туннеля имеет наклон относительно земной поверхности на 1,4%. Он состоит из двух труб, которые почти по всей протяженности идут параллельно и пересекаются в местах расположения особых детекторов, которые и фиксируют столкновения элементарных частиц. Разгон частиц осуществляется не в самом коллайдере, а во вспомогательных ускорителях, из которых пучки частиц, приобретая всё большую скорость, в итоге подаются в главный ускоритель. В итоге пучки достигают такой скорости, что совершают свыше десяти тысяч оборотов по круговому тоннелю за одну секунду.
Одну из главных ролей в работе большого адронного коллайдера играют детекторы, в которых и фиксируется информация о столкновении частицы. В общей сложности в комплексе находится семь детекторов, четыре из которых (ATLAS, CMS, ALICE, LHCb) являются основными, а три вспомогательными. Детекторы ATLAS и CMS это детекторы общего назначения, задача которых состоит в поиске фактических доказательств бозона Хиггса, теоретически предсказанной элементарной частицы, а также для обнаружения тёмной материи, то есть такой гипотетической формы материи, которая не взаимодействует с электромагнитным излучением. В свою очередь, детектор ALICE изучает проблему кварк-глюонной плазмы в столкновениях тяжёлых ионов свинца, а детектор LHCb исследует вопросы различий между материей и антиматерией. Нужно отметить, что при работе коллайдера столкновения частиц проводятся одновременно во всех четырёх детекторах, вне зависимости от типа ускоряемых частиц.
На большой адронный коллайдер уже потрачены огромные и ещё будут потрачены наверняка немалые деньги. Остаётся лишь верить специалистам, которые заверяют что средства эти потрачены не зря. Так, вроде бы уже большой шаг сделан к обнаружению бозона Хиггса – сама неуловимая частица, правда, не обнаружена, зато отвергнуты довольно широкие энергетические слои, где этот бозон мог быть, но его там нет. В общем, область поисков сужается. Зато в ходе поисков была обнаружена другая элементарная частица, которая получила предварительное рабочее название chi b(3P). Это тоже оказался бозон, но не бозон Хиггса, а некий другой вариант частиц, которые придают вес другим частицам – в данном случае бозон состоит из двух частей, тогда как бозон Хиггса должен быть неделимым.
Александр Бабицкий
