Опасны ли "черные дыры", которые сгенерирует большой адронный коллайдер
После двухлетней остановки на модернизацию мощнейший в мире ускоритель заряженных частиц возобновил свою работу в июне этого года. О предстоящих экспериментах на Большом адронном коллайдере "ДС" рассказал знаменитый физик, представитель Европейской организации по ядерным исследованиям, профессор Университета Фрайбурга, член Комитета европейской стратегии физики высоких энергий Питер Йенни. Он известен как один из основателей эксперимента ATLAS Большого адронного коллайдера (исследование протон-протонных столкновений). Йенни принимал непосредственное участие в исследованиях, которые привели к открытию бозона Хиггса в 2012 году.
"ДС" Нельзя сказать, чтобы за эти три месяца открытия на БАК посыпались как из рога изобилия...
П.Й. Никто этого и не ожидал. Мы только начинаем работать, привыкаем к новому уровню энергии, обновленному оборудованию, оцениваем его возможности. Но даже в таком полутестовом режиме были вновь открыты почти все известные современной теории частицы. Исключение составляет пока разве что бозон Хиггса, но это дело времени. Кроме того, на главных детекторах коллайдера, ATLAS и CMS, были проведены первые измерения заряженных частиц - адронов на энергии 13 ТЭВ. Что позволит лучше разобраться в процессах, которые происходят при их рождении. На детекторе LHCb прошел эксперимент, подтвердивший, что во время протон-протонных столкновений один вида кварка, "красивый" (b-кварк), превращается в другой, верхний кварк (u-кварк). Сейчас по 27-километровому кольцу коллайдера проходят лучи из 100 млрд протонов, разделенных на 476 пучков. В ближайшее время на БАКе будет плановый перерыв, после чего количество сталкивающихся пучков достигнет 2000. Тогда и начнется настоящая работа.
"ДС" Хотя существование бозона Хиггса обновленный реактор пока не подтвердил, зато нашел новую частицу - пентакварк. Как вы оцениваете это открытие?
П.Й. Это, пожалуй, самое важное открытие за время повторного запуска БАК. Пентакварк был обнаружен до запуска реактора в июне, просто об этом не сообщалось. А подтвердилось открытие в июле этого года. Пентакварк - гипотетическая субатомная частица из пяти кварков с очень плохой репутацией. Дело в том, что все допускают ее существование, но никому не удалось это подтвердить, хотя ученые пытаются это сделать на протяжении более 30 лет. Был даже случай, когда две команды исследователей на гамбургском ускорителе HERA обнаружили пентакварк, но не смогли потом воспроизвести данные друг друга. На LHCb в БАК пентакварк возник при распаде "красивого" лямбда-бариона (элементарной частицы из двух кварков). Интересно, что специально мы пентакварк тогда не искали, а просто изучали процесс распада лямбд-бариона.
"ДС" А вы уверены, что нашли именно пентакварк?
П.Й. Был проведен сложный обстоятельный анализ с привлечением известных ученых из США, Англии, Китая, Нидерландов и других стран, предельно точно измерены свойства частиц - масса, параметры, квантовые числа, которые являются их "паспортом". В результате подтвердилось, что это действительно пентакварки. Для стопроцентной уверенности наш эксперимент по обнаружению пентакварка повторяют сейчас несколько исследовательских команд. Это, в частности, ученые, работающие на другом детекторе БАК - CMS и специалисты американского коллайдера Тэватрон. Результаты должны быть в конце текущего или начале следующего года.
"ДС" Насколько значимо открытие пентакварка для физики частиц?
П.Й. Его можно сравнить с обнаружением бозона Хиггса. Прежде всего, это подтверждает теорию существования огромного разнообразия комбинаций кварков и антикварков. Загадкой всегда было, почему мы этого не видим, поэтому многие сомневались в правильности теории. Теперь же очевидно, что такие комбинации существуют, просто нужно знать, где и как их искать. Важно также, что мы нашли не один пентакварк, а пару таких частиц примерно с одинаковой массой. Это интригующая загадка, которую еще предстоит разгадать. Кроме того, немало открытий будет связано с изучением устройства пентакварка. Возможно, существует много его разновидностей.
"ДС" Планируется ли в дальнейшем наращивать мощность БАК?
П.Й. На мощности 13 ТэВ мы проработаем до середины 2018 года, потом коллайдер остановится на полтора года, после чего выйдет на финальную энергию столкновений в 14 ТэВ. Так он будет функционировать до конца 2022-го, а затем остановится на 2,5 года на глобальную реструктуризацию. После этого светимость коллайдера должна увеличиться в 5-7, а, возможно, и в 10 раз от номинальной. Это значит, что за год можно будет получить столько информации, сколько сейчас собирается за пять лет.
"ДС" Расскажите о самых важных экспериментах.
П.Й. Главная задача на ближайшие годы - разгадка тайны темной энергии и темной материи, которые ускоряют расширение Вселенной. Темное вещество не излучает и не поглощает свет или другое электромагнитное излучение, но влияет на звезды, галактики, пыль и другую видимую материю. Обычная видимая материя составляет лишь около 5% Вселенной, остальное заполнено темной материей и темной энергией. Но пока все, что мы знаем о темной материи, это то, что она существует. Пора, наконец, понять, что она представляет собой на самом деле и как влияет на галактики и эволюцию Вселенной. Важная задача также найти новые доказательства существования бозона Хиггса, а также гипотетических субатомных партнеров кварков, лептонов и других частиц. Многие предстоящие эксперименты связаны с поиском суперсимметрии и дополнительных пространственных измерений, изучением гравитации. Более мощная установка также поможет ответить на вопросы по поводу Большого взрыва, например, куда делась антиматерия, созданная при Большом взрыве в таком же объеме, как и материя.
"ДС" Для этого будут создаваться искусственные черные дыры, не опасно ли это? В свое время американский физик Уолтер Вагнер с 30-летним стажем подал в суд, требуя от CERN еще раз оценить все возможные риски проекта?
П.Й. На БАК будут сталкивать два пучка протонов, чтобы воссоздать условия, сложившиеся в миллиардные доли секунды после Большого взрыва. Возможно, это столкновение частиц в коллайдере приведет к созданию микроскопических черных дыр. Однако они не опасны: если микродыры и появятся, то тут же закроются, и, разумеется, не станут ничего в себя засасывать. Ускоритель частиц будет также искать так называемые страпельки (killer-strangelets) - гипотетические куски материи, существенно отличающейся от окружающей нас. Многие переживают и по этому поводу, опасаясь, что слившись с обычной, эта странная материя способна уничтожить Землю. Но на протяжении миллиардов лет наша планета, как и другие, бомбардируется выcoкoэнepгeтичecкими лучaми, и ecли бы такая катастрофа могла случиться, то давно бы уже произошла.
"ДС" БАК не вечен, какие реакторы придут ему на смену?
П.Й. То, что будет после Большого адронного коллайдера, во многом зависит от итогов работы на действующем реакторе. Причем речь идет не только об открытиях, но и о взаимоотношениях человек-технологии: готовы ли люди справляться с мощными, сложноустроенными ускорителями частиц? Никто ведь не знает, что будет, когда мы добьемся максимальной производительности коллайдера. Скорее всего, БАК будет работать еще лет 20, а потом ему на смену придет новый ускоритель. Что это будет, пока неизвестно: либо адронный коллайдер по типу БАК по столкновению протонов, либо лептонный коллайдер электронов и позитронов, либо ускоритель, где сталкиваются адроны с лептонами. А, возможно, вскоре появятся и кардинально новые идеи. Самый реалистичный проект - строительство адронного коллайдера нового поколения. Несколько лет назад обсуждался проект Международного линейного коллайдера - ILC (International Linear Collider). Где он будет простроен, пока неизвестно: на его размещение претендовали Япония, Европа (CERN) и США (Fermilab). Теперь эта тема не поднимается, но это не значит, что от создания ILC отказались. Многое зависит от Японии - она является наиболее вероятным кандидатом на сооружение Международного линейного коллайдера, поскольку японское правительство готово покрыть половину затрат: общая стоимость проекта составляет около $8 млрд.
