Представьте себе подземный туннель в форме кольца длиной в 27 км, настолько большой, что он проходит по территории Франции и Швейцарии. Это и есть Большой адронный коллайдер, созданный Европейским центром ядерных исследований, более известным как CERN (ЦЕРН), который должен был начать работу в августе 2008 года. Стоимость этого «кольца» достигает 10 миллиардов долларов. Существует мнение, что Большой адронный коллайдер в будущем может создать черные дыры, которые поглотят Землю. Так ли на самом деле?
Что происходит внутри коллайдера
Коллайдер является основным инструментом в физике элементарных частиц: потоку частиц придают ускорение до по-настоящему высокого уровня кинетической энергии, и направляют их в цель. В зависимости от типа эксперимента, происходят всевозможные экзотические вещи. Большинство экспериментов направлено на получение новых частиц, которые уже предсказаны теоретически, и изучение их характеристик.
В Большом адронном коллайдере, или БАК, два пучка протонов направлены во встречном направлении по всей протяженности 27 км, каждый из них имеет ускорение до 7 ТэВ (триллионов электрон-вольт) энергии и движется со скоростью, равной 99,999999% скорости света. Это очень высокий уровень энергии, и ученые ожидают, что эти эксперименты позволят им узнать много нового и интересного о Вселенной. Но больше всего ученые надеются открыть теоретически предсказанный бозон Хиггса – элементарную частицу, квант поля Хиггса, возникающий в стандартной модели вследствие хиггсовского механизма спонтанного нарушения электрослабой симметрии и отвечающий за массу элементарных частиц. Однако даже если бозон Хиггса не будет открыт, различные эксперименты с коллайдером дадут нам знания практически во всех известных человеку областях науки.
Но некоторые люди высказывают опасения, что столкновения частиц в БАК приведет к созданию крошечных черных дыр. Черные дыры обладают такой сильной гравитацией, что втягивают в себя все вокруг, даже свет. Таким образом, за какую-то долю секунды эта крошечная черная дыра поглотит сам коллайдер, Францию, Швейцарию, а затем и всю Землю, и, предположительно, за Землей последует вся наша солнечная система. Как видно, причины для опасений действительно есть.
Опасения, протесты и пугающие перспективы
Самый известный протест против запуска Большого адронного коллайдера – иск в марте 2008 года от Луиса Санчо и Уолтера Вагнера. Ответчиками по иску стали: Министерство энергетики США, национальные лаборатории Ферми (Fermilab), CERN, Национальный научный фонд и другие (неустановленные) лица. В иске представлены письменные показания истцов и пяти других лиц, которые полагают, что работа коллайдера может привести к образованию опасных черных дыр. Требование запретить запуск коллайдера до тех пор, пока не будет гарантирована его безопасность, кажется разумной мерой предосторожности, учитывая невероятные размеры и мощность БАК, а также поистине апокалипсический масштаб возможных разрушений.
Тем не менее, Большой адронный коллайдер – просто крошка по сравнению со «Сверхпроводящим Суперколлайдером», проект которого президент Рейган утвердил в 1980-е годы. Это должна была быть гигантская конструкция, достигающая 87 км в окружности. Первоначально проект был одобрен, но в последние дни слушаний Конгресс США все же отклонил его. Но даже Сверхпроводящий Суперколлайдер – это сущие мелочи по сравнению с гипотетическим «Очень Большим адронным коллайдером», предложенным Fermilab, предполагаемая длина окружности которого должна была составлять от 105 до 650 км, а энергия стакивающихся частиц – от 40 до 200 триллионов электронвольт. Итак, если сравнить Большой адронный коллайдер с другими возможными коллайдерами, становится очевидным, что да, он огромен, но не так огромен, как остальные, и что его энергия далека от катастрофического максимума. И уж конечно БАК – это никакой не «инструмент Судного Дня», каким хотят его представить некоторые паникеры-недоброжелатели.
И, если даже ознакомившись с другими возможными большими коллайдерами, вы по-прежнему обеспокоены тем, что 14 ТэВ – это апогей опасности, просто посмотрите на естественные столкновения частиц, которые происходят вокруг нас каждый день. Атмосфера непрерывно, на протяжении 4 миллиардов лет, подвергается воздействию космических лучей, имеющих энергию, сопоставимую с энергией БАК. Столкновение лучей и слоев атмосферы происходит по тому же типу, что в коллайдере. Энергия некоторых из этих лучей, называемых «космическими лучами со сверхвысокой энергией», превышает 1020 электрон-вольт, что в десять миллионов раз превосходит максимальную энергию БАК. Хотя эта величина кажется невероятной, она сопоставима с кинетической энергией бейсбольного мяча, летящего со скоростью 100 км/ч. Это большая энергия для одного протона, но едва ли достаточная для разрушения планеты.
Таким образом, Большой адронный коллайдер – это всего лишь маленькая безобидная макаронина по сравнению с наибольшим суперколлайдером из всех – Вселенной. Суперколлайдер природы работает уже в течение миллиардов лет, а его энергия в миллионы раз превышает энергию, о которой может мечтать человек.
О черных дырах
До сих пор ни Земля, ни другие планеты, ни даже сверхплотные небесные тела, такие как нейтронные звезды, не пострадали от столкновений частиц. Более того, по словам доктора Брайана Кокса из CERN, во Вселенной каждую секунду происходят столкновения частиц, энергия которых эквивалентна суммарной энергии БАК, помноженной на десять триллионов, и все это продолжается в течение миллиардов лет, и без каких-либо очевидных катастрофических последствий.
Основная причина в том, что черные микродыры, к образованию которых могут привести столкновения частиц, ведут себя совершенно иначе, чем гигантские сверхновые черные дыры, которые нам показывают в кино. Они ничего не поглощают. Они взрываются с крошечным микрохлопком. Большинство людей хотя бы краем уха слышали об излучении Хокинга – процессе испускания черной дырой разнообразных элементарных частиц, преимущественно фотонов. Черные дыры действительно поглощают пространство вокруг, но при этом испаряются в виде излучения Хокинга. Чем меньше черная дыра, тем более интенсивно это излучение. В черной микродыре это испарение происходит в момент ее образования, или, по крайней мере, так принято считать: в частности, черная микродыра мгновенно распадается на струи адронов и лептонов с высоким значением PT. Именно это и является одной из целей работы Большого адронного коллайдера.
