Способен ли Большой адронный коллайдер уничтожить Землю
В воскресенье утром после двух лет модернизации специалисты Европейской организации ядерных исследований - CERN, вновь запустили Большой адронный коллайдер, мощнейший в мире ускоритель заряженных частиц, расположенный на границе Франции и Швейцарии. Обновление БАК, который стал вдвое продуктивнее, обошлось в $185 млн. Исследователи надеются, что коллайдер поможет раскрыть большинство секретов Вселенной, а также произвести множество интереснейших научных открытий.
Большой адронный коллайдер - почти 27-километровые замкнутые в круг тоннели, предназначенные для разгона элементарных частиц, остановили на модернизацию 14 февраля 2013 года. Как и любая сложная система, он перезапускался по частям: каждая зона детально тестировалась во избежание проблем в том ответственный момент, когда установка начнет функционировать как единое целое.
Рольф Хойер, генеральный директор CERN, рассказывает, что модернизация включала не только усовершенствование самого ускорителя, что позволит разгонять частицы до более высоких энергий, но и модернизацию оборудования для всех основных экспериментов: ALICE, CMS, ATLAS и LHCb, датчики которых обрели более высокую чувствительность и разрешающую способность. Помимо замены части оборудования системы управления на более современное, технический персонал произвел реконструкцию сигнальных, силовых кабелей, протонных синхотронов, элементов системы вентиляции туннеля ускорителя и других необходимых для работы компонентов.
Изначально предполагалось запустить полную систему БАК в конце марта 2015 года. Однако 21 марта было зафиксировано короткое замыкание в одном из магнитов. Потребовалось время для выяснения причин неполадки и ее устранения. Спустя 10 дней специалисты решили проблему: сразу сработал самый первый метод, который обеспечил максимально быстрый повторный перезапуск ускорителя. Глава одного из технических отделов CERN Пол Коллир рассказал, что после подключения источника напряжения к проблемным цепям, постороннюю металлическую частицу буквально испарили импульсом тока в 400 Ампер. Реакция была примерно такая, как при сгорании проволоки обычного предохранителя при коротком замыкании.
Сжигание металлической частицы электрическим током избавило инженеров CERN от необходимости нагрева электромагнита, который уже был охлажден до температуры в 1.9 градусов по шкале Кельвина, его ручного ремонта и последующего повторного охлаждения до нужной температуры. Если бы пришлось это делать, перезапуск отложили бы как минимум на месяц.
Начиная с воскресенья, состоялся рестарт Большого адронного коллайдера, который начал разгонять лучи протонов, не сталкивая их друг с другом, при сравнительно низком уровне энергии. При нормальном прохождении теста, элементарные частицы вновь начнут сталкивать примерно через месяц при энергии до 13 тераэлектронвольт, что вдвое больше мощностей коллайдера до реконструкции. Сейчас пучки запускаются без взаимодействия друг с другом, их столкновение на полной мощности планируется начать в начале июня.
Изначально БАК и был рассчитан на высокую мощность, но проблемы с магнитной системой и подводом энергии, которые возникли еще на этапе строительства ускорителя, привели к тому, что в 2008 году произошла авария, ставшая причиной задержки начала выполнения научных операций. Этот инцидент и несколько других проблем более мелкого масштаба вынудили CERN проявить осторожность и не позволить включения оборудования коллайдера на максимальную расчетную мощность.
При прошлом включения коллайдера физики нашли доказательства существования бозона Хиггса, частицы, существование которой теоретически предсказывала Cтандартная модель физики элементарных частиц. Уникальное оборудование БАК позволило сделать и другие важные научные открытия. В частности, эксперименты со столкновениями частиц позволили ученым обнаружить новую, неизвестную ранее форму материи, получившую название color-glass condensate. Она состоит из глюонов, элементарных частиц, скрепляющих воедино кварки протонов и нейтронов. Такое состояние материи формирует механизм квантовой запутанности, который можно использовать для осуществления квантовой телепортации и мгновенной передачи информации на большие расстояния. Исследования в этой области будут продолжаться. Безусловно, на новом энергетическом уровне БАК откроет новые горизонты для будущих открытий.
Более мощная установка, в частности, поможет ответить на вопросы по поводу Большого взрыва, в результате которого, как считается, появилась Вселенная почти 14 миллиардов лет назад. Один из вопросов, на которые предстоит найти ответ: куда делась антиматерия, созданная при Большом взрыве в равном объеме с материей. На БАК физики будут сталкивать два пучка протонов, чтобы воссоздать условия, сложившиеся в миллиардные доли секунды после Большого взрыва. Исследователи считают, что столкновение частиц в коллайдере может привести к созданию микроскопических черных дыр. Однако ученые заверяют, что они не будут представлять никакой опасности: если микродыры и появятся, то они тут же схлопнутся, а не станут засасывать страны и континенты, чего многие опасались при первом запуске коллайдера и боятся и поныне.
Команда БАК намерена впервые найти и так называемые суперсимметричные частицы, или глюин. Если они обнаружатся в коллайдере, это будет первым непосредственным доказательством существования темной материи, которая, как и бозон Хиггса, существует в теории, но никто не может подтвердить ее наличие на практике. Исследователи также собираются обнаружить следы суперсимметрии и дополнительных пространственных измерений. Параллельно будет изучаться явление гравитации, проводиться дополнительные измерения пространства-времени.
Ускоритель частиц будет также искать так называемые страпельки ("странные капельки") убийцы - killer-strangelet. Это особая форма материи, отличающаяся от той, которая нас окружает. Многие ученые полагают, что, слившись с обычной, эта странная материя способна превратить всю Землю в одну большую страпельку, комок странной материи. Хотя ученые CERN говорят, что при таких высоких температурах, которые производятся на коллайдере, соединить странную материю с обычной невозможно, неизвестность пугает и некоторые ученые выступают против подобных разработок. Так, после взрыва коллайдера в 2007 году знаменитый американский ученый с 30-летним стажем, подал в суд, требуя от CERN еще раз оценить все возможные риски проекта. В своем иске он утверждал: "Земля упадет в растущую микрочерную дыру, которая превратит Землю в черную дыру средних размеров, вокруг которой будут продолжать вращаться луна, спутники, МКС и т. п". Иск был отклонен, потому что ученый не смог доказать наличие "реальной угрозы". А еще потому, что за проектом, который создавался на протяжении 30 лет и обошелся в $6 млрд стоят, кроме CERN, Министерство энергетики США и не менее влиятельные научные организации.