Новые эксперименты на Большом адронном коллайдере могут породить черную дыру или темную материю... Большой адронный коллайдер (БАК) – «шайтан-машина», как называют этот крупнейший в мире ускоритель заряженных частиц, вновь включен в работу. Физики существенно модернизировали его. Укрепили. И теперь планируют новые эксперименты – мощнее прежних. А это пугает не только наивных обывателей, но и маститых ученых. Например, Мартина Риса (Martin John Rees) - известного британского астрофизика и космолога. Еще в процессе модернизации БАКа он опубликовал книгу под названием «On The Future: Prospects for Humanity» - своеобразное предостережения с описанием тех бед, которые могут обрушиться на Землю, а возможно, на всю Вселенную, если переусердствовать с экспериментами повышенной мощности. Конечно, люди, не верящие страшилкам, возразят: за предыдущие 10 лет весьма интенсивной работы ускорителя ничего страшного не случилось. Наоборот, произошло небывало радостное для физиков событие: они наконец-то обнаружили бозон Хиггса - так называемую частицу Бога, которую долго не могли найти. Чего бояться-то? Никаких взрывов ученые устраивать не собираются. Будут, как и прежде, сталкивать летящие друг на встречу другу частицы – протоны, ядра тяжелых металлов – разбивать их в дребезги и наблюдать, что получается. Смотреть в том числе, вдруг какая новая частица объявится. Но Мартин Рис – королевский астроном, барон из Лудлоу, пожизненный пэр, кавалер ордена Заслуг, одно время возглавлявший Лондонское королевское общество, нашел чем напугать. Первооткрывателем, правда, он не стал. Обобщил существующие страхи, которые то и дело возникали из разных источников...


1. Провалимся в черную дыру

Микроскопические черные дыры, по мнению физиков, могут появиться в результате столкновений частиц. Они предсказывали такое еще в 1970-е годы, имея в виду гигантские ускорители - сравнимые по размеру с БАК. В 2001 году появились расчеты, из которых следовало: столкновения частиц высоких энергий способны порождать производить по одной дыре в секунду. В 2008 году на сайте CERN - Европейской организации по ядерным исследованиям, отвечающей за работу коллайдера, было, по сути, признано, что феномен возможен.

Моделирование на компьютере, которое вскоре провели канадские и американские физики, показало: микроскопические черные дыры могут появляться в результате гравитационных эффектов, возникающих при столкновениях частиц. И чем интенсивнее столкновение, тем вероятность события выше.


- Черные дыры породят частицы, испустят их и рассосутся, - успокаивал знаменитый британский астрофизик Стивен Хокинг, пока был жив. С ним спорил немецкий химик Отто Ресслер, профессор из Университета Тюбингена (Германия) — утверждал, что образовавшаяся микроскопическая черная дыра, наоборот, станет расти, захватывая частицы со стороны. Например, электроны. Гравитация притянет ее к центру Земли. Оттуда дыра начнет пожирать нашу планету. Уничтожит примерно за 2 года.

- Может появиться черная дыра и всосать все вокруг себя (Maybe a black hole could form, and then suck in everything around it), - вторит коллегам Мартин Рис в своей книге.

Пока, не смотря на многочисленные угрозы, проносило— то ли черные дыры не образовывались вовсе, то ли вели себя, как им велел Хокинг.

2. Утонем в истинном вакууме

Одна из теорий, в которую уверовал Мартин Рис, гласит, что поле Хиггса, а стало быть, и вакуум, в котором оно действует, придавая массу всему сущему, может пребывать в разных состояниях. Подобно тому, как вещество может быть жидким, твердым или газообразным.

Ныне у поля Хиггса низкий, но не нулевой энергетический уровень. Оно словно бы расстилается по равнине, которую физики называют «ложным вакуумом». В нем и находится наша Вселенная. Благодаря чему, собственно, и существует в весьма удобном для нас виде.

Стивен Хокинг в свое время убедил Мартина Риса, что нынешнее положение не незыблемое. Поле может занять как более высокий энергетический уровень, так и более низкий. В обоих случаях это грозит коллапсом, поскольку изменится весь баланс сил.

Более вероятен переход на более низкий энергетический уровень. А именно падение в некую «впадину» с минимальной энергией — в тот самый «истинный вакуум». А это, полный конец. Всем.

Провал может быть вызван какой-нибудь квантовой флуктуацией в нашем «ложном вакууме» или сильным энергетическим воздействием, созданным, например, опасными экспериментами. Результатом их может стать появление нестабильного бозона Хиггса. Он проделает квантовый тоннель, сквозь который Вселенную засосет в «истинный вакуум». «Ложный» при этом распадется.

В вольном переводе слова физика звучат примерно так: «У бозона Хиггса есть черта, вызывающая опасение. Он может стать крайне нестабильным при энергиях порядка 100 миллиардов гигаэлектронвольт (ГэВ)… Если такое произойдет, то во Вселенной начнется распад вакуума. И появится пузырь «истинного вакуума», который будет раздуваться со скоростью света. Подобное может случиться в любое время».


3. Обычная материя переродится в странную

Эксперименты с высокими энергиями могут спровоцировать цепную реакцию, в результате которой наша обычная материя превратится в так называемую странную — невероятно плотную, сотканную из экзотических частиц страпелек (strangelet).

Страпельки в основном состоят из странных кварков. Сталкиваясь с ядрами «нормальных» атомов, они обращают их в себе подобные. Словно вампиры. Процесс сопровождается выделением энергии и появлением роя новых страпелек.

Цепная реакция, начавшаяся в БАКе со случайного столкновения с какой-нибудь залетной страпелькой, может привести к тому, что странным станет все вещество Земли. Наша планета превратится в плотный шар диаметром в 100 метров.

А В ЭТО ВРЕМЯ

Чего хотят добиться физики, экспериментируя на модернизированном коллайдере:

1. Получить темную материю. По теории, этой субстанции в нашей Вселенной аж 85 процентов. Но практически она пока неуловима. Неизвестно, из чего состоит темная материя, где, как и почему скрывается.

Физики не уверены, что смогут увидеть темную материю непосредственно - рассчитывают зарегистрировать частицы, на которые она распадается с помощью отдаленно расположенного детектора. Кстати, и бозон Хиггса был обнаружен опосредованно.

2. Изучить бозон Хиггса и выбить из протонов другие экзотические частицы - например, суперсимметричные, которые представляют собой более тяжелые версии обычных частиц. Теоретически, они опять же должны существовать.

3. Понять, куда делась антиматерия. По существующим ныне физическим теориям, наш мир существовать не должен бы. Ведь как нас уверяют, образовался он в результате Большого Взрыва, когда нечто невообразимо крошечное и невероятно плотное вдруг «взорвалось», расширилось и превратилось в материю. Однако вместе с ней обязана была образоваться и антиматерия - ровно столько же, сколько и материи. Далее им следовало аннигилировать - то есть исчезнуть со вспышкой света. Результат - никакой Вселенной. Однако она имеется. А раз так, то в результате чего-то материи стало больше, чем антиматерии. Что и привело, в итоге, к появлению всего сущего. Но что стало причиной плодотворного дебютного перекоса? И куда, в итоге, подевалась вся антиматерия? Неразрешимые загадки. Вот их-то и попробуют решить, получая в экспериментах на БАКе частицы антиматерии.

4. Узнать, существуют ли дополнительные измерения. Теория вполне допускает, что в нашем мире не три измерения - длина, высота, ширина (X, Y, Z), а гораздо больше. От этого, мол, и гравитация проявляет себя гораздо слабее, чем остальные фундаментальные взаимодействия. Ее силы уходят в другие измерения.

Физики полагают: доказать существование дополнительных измерений можно. Для этого нужно обнаружить частицы, которые могут существовать только при наличии дополнительных измерений. Соответственно, в новых экспериментах на БАКе они - физики - попытаются это сделать.

5. Устроить нечто вроде сотворения мира. Физики намерены воспроизвести первые мгновения жизни Вселенной. Вернуться к самым истокам должны позволить эксперименты, в которых вместо протонов будут сталкивать куда более тяжелые ионы свинца. И производить субстанцию, которая появилась примерно 13,7 миллиардов лет назад сразу же после Большого Взрыва. И в результате его. Ведь именно с этого головоломного события якобы и произошло сотворение мира. И сначала в нем - мире - не было ни атомов, ни тем более молекул, а существовала лишь так называемая кварк-глюонная плазма. Ее-то и породят вдребезги разбитые после лобовых столкновений ионы свинца.

СПРАВКА

Шайтан-машина

Большой адронный коллайдер (БАК) он же Large Hadron Collider (LHC )- это супермашина. В ее создании и в последующих экспериментах участвовали представители 100 стран, более 10 тысяч ученых и специалистов, в том числе и несколько сотен из России.

БАК - это ускоритель протонов и ядер тяжелых металлов. Имеет форму бублика диаметром около 9 километров. Зарыт на глубинах от 50 до 175 метров на границе Швейцарии и Франции. Обложен сверхпроводящими - разгоняющими частицы - магнитами, охлаждаемыми жидким гелием. Два пучка частиц двигаются по кольцу в противоположных направлениях и сталкиваться почти на скорости света (0,9999 от нее). И разбиваться вдребезги: на такое количество осколков, на которое раньше ничего разбить не удавалось. Результаты фиксируют с помощью огромных детекторов ALICE, ATLAS, CMS и LHCb.

Ученые стремятся к тому, чтобы довести число столкновений до миллиарда в секунду.


Когда БАК только построили, кто-то из физиков родил афоризм: «Мы попытаемся увидеть, что получится и попробуем понять, что это значит». С каждым годом афоризм становится все более актуальным.

В 2009 БАК работал на пониженной энергии. К 2012 году она достигла 4 тераэлектронвольт (ТэВ). В 2015 году протоны удалось разогнать до 6,5 ТэВ, энергия столкновения достигла 13 ТэВ. А потом и 14 ТэВ. В 2018 году коллайдер был закрыт на модернизацию.

Энергию БАКа можно довести до 33 ТэВ. Но и этого физикам мало. В их планах — строительство еще более крупного коллайдера диаметром более 30 километров Future Circular Collider с энергией до 100 ТэВ. С таким мы уж точно сольемся в «истинный вакуум». Или в черную дыру.Источник: Комсомольская правда