Начало света. Большой адронный коллайдер позволит заглянуть в тайну сотворения мира

Научная революция началась: под Женевой произвели пробный запуск Большого адронного коллайдера (Large Hadron Collider – LHC) – самого мощного ускорителя элементарных частиц в мире. Однако главные волнения еще впереди, когда ускоритель начнет работать в полную мощность. Чего ждать человечеству от этого эксперимента – торжества науки или апокалипсиса?

Комментарий «УГ»Теоретически элементарные частицы должны были бы летать со скоростью света и не обладать никакой массой, но фактически – что очевидно всем нам, живущим в материальном мире, – она есть. Для снятия этого парадокса ныне почетный профессор Эдинбургского университета Питер Хиггс еще в 1964 году выдвинул гипотезу об «отягощающем» поле, пронизывающем все на свете. По Хиггсу, частицы проталкиваются сквозь это поле, и оно их тормозит. Это поле еще сравнивают с морем, в котором «плавают» частицы и за счет взаимодействия с «водой» становятся массивными. В ходе эксперимента на коллайдере ученые надеются обнаружить это поле через тот самый бозон Хиггса, который можно сравнить с рябью на море.

Пожалуй, это самый амбициозный и дорогостоящий проект современной науки: Европейская организация по ядерным исследованиям CERN (Conseil Europeen pour la Recherche Nucleaire) потратила на его создание около 20 лет и, по разным данным, от 6,3 до 8 миллиардов евро. В международном во всех отношениях проекте участвуют 80 государств – членов CERN в Европе и государства-наблюдатели, такие, как США, Япония, Россия, а также другие страны, например, Канада и Китай. Одну только нашу страну представляют около тысячи ученых.

По сути Большой адронный коллайдер – это целый огромный подземный город, построенный в скалах на глубине 100 метров под пригородом Женевы на территории Швейцарии и Франции. На сегодня это самый мощный ускоритель элементарных частиц: так, он в 70 раз мощнее своего предшественника ЛЭП, проработавшего в том же кольце 16 лет. Там в 27-километровом туннеле проложено кольцо труб, в котором с помощью мощных сверхпроводящих магнитов будут одновременно разгоняться почти до скорости света два пучка протонов. Во время столкновения пучков выделится такая колоссальная энергия (14 триллионов электронвольт!), что частицы образуют подобие протоплазмы, которая «кипела» в первые мгновения существования Вселенной после Большого взрыва. Физики надеются увидеть и понять, из каких мельчайших частиц-кирпичиков создавалась наша Вселенная сразу после своего появления.

Однако некоторые ученые протестуют против проведения эксперимента. Американский физик доктор Уолтер Вагнер даже подал в суд на Европейский центр ядерных исследований (CERN), требуя остановить запуск Большого адронного коллайдера. Вагнер выдвигает гипотезу о том, что работа коллайдера приведет к образованию миниатюрных черных дыр, которые начнут поглощать окружающую материю и со временем уничтожат Землю.

Словом, с работой Большого адронного коллайдера связано множество вопросов и неясностей. Их мы решили прояснить у известного российского физика, главного научного сотрудника Института ядерных исследований (ИЯИ) РАН академика Валерия РУБАКОВА.

– Валерий Анатольевич, я правильно понимаю, что на Большом адронном коллайдере хотят воспроизвести ситуацию сразу после Большого взрыва и заглянуть в первые мгновения создания Вселенной?

– На LHC собираются изучить, как устроена физика на сверхмалых расстояниях, как взаимодействуют между собой разные элементарные частицы (электроны, протоны, кварки) и какие новые частицы рождаются в результате их столкновений. Они не были открыты раньше, потому что не было такой энергии, при которой они могли бы родиться. Почему это важно для космологии и объяснения происхождения Вселенной? Потому что в первые доли секунды после Большого взрыва были очень высокие температуры, а чем выше температура, тем выше энергия. Примерно такая же энергия частиц, которые плавали в том первом горячем «супе», будет достигнута на коллайдере. Но одно дело изучать элементарные процессы, другое – Вселенную в целом. Коллайдер изучит именно элементарные процессы, которые происходили в ситуации Большого взрыва.

– Главное, чего ожидают в ходе испытаний, – это обнаружение так называемого бозона Хиггса. Чем так важна для науки эта частица?

– Это очень необычная частица. Она существует пока только в теории, но просто необходима для объяснения, откуда берется масса у элементарных частиц – электронов, кварков и т.д. Одна из теорий, которая пытается это объяснить, принадлежит Хиггсу, точнее, Брауну – Энглеру – Хиггсу, поскольку эти трое ученых открыли этот механизм почти одновременно. Эта теория предсказывает существование новых частиц, очень сильно отличающихся от известных физике.

…Лично я думаю, что бозон Хиггса или нечто аналогичное так или иначе обнаружат. Вопрос в том, найдут ли что-то еще? На этот счет существует много предположений, которые выдвигались в течение последних тридцати лет. Очень популярна теория суперсимметрии, по которой у каждой частицы (электрона, кварка, мюона, нейтрино) должен быть партнер, причем, как правило, не один. Это предполагает существование огромного зоопарка новых частиц. Но я думаю, что на LHC обнаружат нечто другое, может быть, совершенно неожиданное.

– Есть ряд ученых, например, доктор Вагнер, которые предупреждают общество о глобальной катастрофе, которая может произойти в результате запуска LHC. Основной их аргумент звучит довольно убедительно – процессы, которые произойдут на коллайдере, просчитаны чисто теоретически, то есть нет никаких гарантий, что они не выйдут из-под контроля…

– Я думаю, это самопиар товарища Вагнера. Он выдвигает изначально неверный аргумент. Во-первых, есть глобальные законы физики, которые нельзя изменить, подавай в суд – не подавай: например, нельзя нарушить закон сохранения энергии, поэтому вечный двигатель создать невозможно. Мы можем неправильно предсказывать теоретически какие-то конкретные вещи, но общие утверждения типа невозможности того, что столкновения частиц приведут к катастрофическим последствиям, мы можем делать с полной уверенностью на основании общих законов физики.

Во-вторых, расчеты по коллайдеру основаны не на теоретических выкладках, а на экспериментально полученных фактах. Астрофизики давно наблюдают, как частицы космических лучей ускоряются до гигантских скоростей (в космосе ускорители получше нашего) и стукаются об атмосферу Земли. Мы знаем, сколько этих протонов пролетает в секунду на квадратный сантиметр, с какой скоростью, с какой энергией. Энергии при этом выделяется больше, чем будет достигнуто на LHC, а ничего катастрофического не происходит. Столкновений этих космических лучей с земной атмосферой за 4 миллиарда лет существования Земли произошло в 50 миллионов раз больше, чем это будет воспроизведено на коллайдере. Вот мы с вами сейчас спокойно сидим, а над нашими головами космические лучи бомбардируют Землю, но никакого конца света не происходит.

– А как же быть с докладом самого CERN, на который ссылается доктор Вагнер, о том, что на коллайдере возможно образование одной черной дыры в секунду? Разве это не опасно?

– Смотря что понимать под термином «черная дыра». В данном случае имеются в виду микроскопические частицы, которые настолько неустойчивы, что разваливаются в считанные доли секунды. Я-то думаю, что и этого не произойдет. В любом случае, если бы при столкновении образовывались черные дыры и если бы они представляли хоть какую-то опасность, Земля бы давно уже перестала существовать.

– Если предположить в духе научной фантастики, что на LHC найдут некие необычные новые частицы, то может ли это привести к каким-то грандиозным научным прорывам вроде изобретения машины перемещения, если не по времени, то по пространству?

– Ну, если предположить самый фантастический вариант развития событий, то, может быть, откроются новые размерности пространства. То есть подтвердится гипотеза, что пространство не трехмерно, а есть дополнительные размерности. Мы их не видим, потому что они очень маленькие, скрученные. Если пофантазировать, то эксперимент с высокими энергиями позволит их обнаружить, теория это допускает. Но создание машины перемещения в пространствах и мирах – это, мягко говоря, не в близкой перспективе. Эксперимент на коллайдере – может быть, первый шажок в этом направлении, хотя я скептически к этому отношусь.

– Но ведь вы сами еще в 80-е годы выдвинули гипотезу буквально о том же – о дополнительных размерностях пространства!

– Теоретически это очень интересно, и возможность существования многомерного пространства я допускаю. Но вы знаете, надо критически относиться к своим гипотезам, ведь насколько это реально – вопрос…