В самом центре Европы, рядом с границей между Францией и Швейцарией, недалеко от Женевы, расположен научно-исследовательский центр Европейской организации по ядерным исследованиям (CERN). Именно здесь построен Большой адронный коллайдер (БАК) — самая крупная экспериментальная установка в мире для проведения исследований, призванных доказать или опровергнуть многочисленные научные гипотезы, возникшие в теоретической физике за последние годы.
Последние строительные работы были закончены здесь в ноябре 2006 года, однако первый официальный запуск произошёл лишь в сентябре 2008 года. Естественно, при этом была использована только часть проектной мощности.

Гибель в чёрной дыре

Однако не всё в работе устройства сразу пошло гладко. Вскоре после запуска коллайдера, в сентябре, произошла авария, которая на целый год вывела его из строя. Многие журналисты поспешили заявить о мистических причинах аварии: якобы высшие силы не потерпят вмешательства в святая святых природы — её микромир. Тем не менее специалисты института спокойно дали неудаче вполне земное объяснение — просто не выдержала проводка.
Такое объяснение не устроило представителей СМИ. Многие из них, не имея, впрочем, достаточных оснований, предрекали миру ужасные последствия, если испытания на коллайдере будут продолжаться. Вокруг коллайдера развернулась настоящая истерия. Кто-то заявлял, что испытания откроют дверь в мир неизученной тёмной энергии и тёмной материи, которая заполняет вакуум Вселенной. А это приведёт к непредсказуемым последствиям. Кто-то кричал, что эксперименты неминуемо приведут к возникновению чёрных дыр, которые со всё возрастающей скоростью поглотят сначала сам институт, а затем и всю нашу планету. Ничто и никто не спасётся, если только не убежать от чёрной дыры со скоростью, превышающей скорость света. Но, как известно, на Земле ничто не может передвигаться с такой скоростью. Как бы то ни было, учёные проявили настоящее мужество, не поддавшись на предостережения дилетантов, и всё-таки запустили коллайдер.

Чудо-туннель

БАК — настоящее чудо современной техники. Представьте себе гигантское устройство невероятной сложности, расположенное по кругу в подземном туннеле. Внутри труб, из которых состоит БАК, с огромной скоростью в противоположных направлениях движутся пучки заряженных частиц. Туннель длиной почти 27 километров находится на глубине от 50 до 175 метров под уклоном к поверхности земли. В систему входят ускорители, которые позволяют разогнать частицы до нужной исследователям скорости, магниты, удерживающие движение потоков частиц в нужном направлении, и датчики, которые позволяют определить место нахождения частиц и их характеристики.
Несмотря на микроскопические размеры самого изучаемого вещества, всё в БАКе поражает своим масштабом. Например, детекторы высотой 25 метров, рабочая температура магнитов -271° С, потребляемая энергия, равная 10% суммарного годового потребления небольшой страны, фантастическая скорость сгустков частиц, позволяющая за секунду делать 10000 оборотов.
В качестве рабочего материала используются протоны и комбинации из протонов и нейтронов свинца, или тяжёлых ионов. Частицы двигаются с неимоверной скоростью, близкой к скорости света, которая без ВАКа была бы возможна только при их нагревании в миллионы градусов по Цельсию — в условиях, близких к условиям возникновения Вселенной. Во время движения частицы сталкиваются друг с другом и разлетаются в разные стороны, но уже в виде кварков, которые в десятки тысяч раз меньше протонов. Поэтому устройство и назвали коллайдером, от английского слова collide — «сталкиваться». Правда, кварки практически мгновенно соединяются в новые частицы — так быстро, что учёные не успевают их рассмотреть. Однако это всех устраивает, потому что изучения свойств новых частиц вполне достаточно для того, чтобы получить данные о свойствах кварков.

Загадок меньше не становится

С помощью ВАКа учёные надеются получить подтверждение многим гипотезам. Например, всё ещё ведутся горячие споры о том, из чего же всё-таки состоит материя, то есть всё, что находится вокруг, включая нас самих. До последнего времени считалось, что так называемая теория Стандартной модели построения Вселенной изучена досконально. Однако учёные до сих пор не получили ответы на все свои вопросы. Например, они размышляют о том, какова природа массы, как масса образовывалась после Большого взрыва, который дал начало космосу, как возникают материя и антиматерия, и почему они не уживаются друг с другом, что такое тёмная энергия и тёмная материя, где, как и почему они возникают.
При этом в последние годы появляются все новые научные гипотезы, которые выходят далеко за рамки Стандартной модели и пытаются ответить на эти самые вопросы. Ну, например, знаменитая теория струн, согласно которой вокруг нас находится огромное количество других измерений, которые скручены до такой степени, что мы просто не подозреваем — об их существовании. Но внутри этих тончайших струн существуют целые миры. Если эта теория благодаря ВАКу найдёт своё подтверждение, то мы, возможно, сможем найти ответ на многие загадки нашей истории и современности. Ну, например, почему около 40000 лет назад вдруг внезапно исчезли неандертальцы, которые до этого многие тысячелетия вполне мирно уживались на нашей планете вместе с предками человека — кроманьонцами. Или откуда в небе над нашими головами появляются НЛО, своим перемещением нарушая все известные законы физики, и куда они пропадают так же внезапно, как и появились. А корабли, дрейфующие в Бермудском треугольнике при полном штиле, но без единой души на борту? А знаменитый Филадельфийский эксперимент? Список загадочных явлений, связанных с появлением и исчезновением людей и объектов, можно продолжать.
Кстати, во время одного из экспериментов учёные обнаружили, что часть протонов по дороге к детектору… просто исчезла. То есть материя исчезла. Чем это не подтверждение теории струн?

Волшебные кирпичи, или о пользе прогулок в горах

Кроме того, есть в Стандартной модели ещё одна закавыка. Вроде бы учёные докопались до самых маленьких, так называемых элементарных частиц, из которых состоит Вселенная. Ан нет, не тут-то было! Если говорить упрощённо, то из школьных уроков физики мы все знаем, что любое вещество состоит из молекул, молекулы из атомов, а атомы, в свою очередь, состоят из ещё более мелких частиц — протонов и нейтронов, которые также называют адронами (отсюда название — адронный коллайдер), которые в свою очередь состоят из кварков. Но есть, оказывается, ещё более мелкая частица — бозон, названная так в честь знаменитого индийского учёного Шатьендраната Бозе, члена Лондонского королевского общества, предположившего её существование ещё в середине прошлого века.
Несколько десятилетий спустя шотландский физик-теоретик Питер В. Хиггс, профессор Эдинбургского университета, развил теорию Бозе и в свою очередь предположил, что бозон превращает фотон поля в частицу вещества, обладающую массой. Другими словами, с помощью бозона из ничего возникает что-то.
Итак, бозоны Хиггса должны отныне стать основой Стандартной модели, теми самыми кирпичиками, из которых с помощью волшебной силы, называемой учёными суперсимметрией, строится любой объект природы. Его уже называют то «частицей Бога», то «проклятой частицей». А некоторые шутники даже окрестили его «бозон» бутылка шампанского».
Однако до сих пор существование бозона не доказано экспериментальным путём. Интересно, что идея о роли бозона в молекулярных процессах пришла к Хиггсу во время пешей прогулки в горах Эдинбурга. Вот что значит свежий воздух в сочетании с физическими нагрузками!
Так вот, одной из целей ВАКа как раз является подтверждение существования этого самого бозона Хиггса. Найти его для физиков — это всё равно что обнаружить самое важное недостающее звено в эволюции человека для антропологов. Вот нашёл его — и все в картине мироздания сразу встаёт на свои места. Закрыта последняя клеточка пазла. Как бы то ни было, за последние месяцы специалисты Центра уже сделали немало открытий, а ещё больше, согласно их прогнозам, будет сделано в очень скором времени. Например, учёные вплотную подобрались к подтверждению существования мифического нейтралино и вот-вот сделают сенсационное открытие о существовании тёмной материи.Автор: С.Суханов
Источник: "Тайны ХХ века" №3, 2012 г.