БАБОЧКА ИЗ МЕЗОЗОЯ

ДЛЯ ЧЕГО ЗЕМЛЯНАМ НУЖНА МАШИНА ВРЕМЕНИ —

БОЛЬШОЙ АДРОННЫЙ КОЛЛАЙДЕР?

http://eu-objective.info/2015/06/babochka-iz-mezozoya/ 

 Отдел расследований

В Курчатовском институте в Москве физики-ядерщики любят рассказывать такой анекдот: «Один раз в 50 миллионов лет ученые нашего института собираются, чтобы создать очередной адронный коллайдер». Это, конечно, шутка… Но человечество постоянно мечтает попасть в Будущее, которое описал в своем хронометражном романе «Машина времени» Герберт Уэллс. На календаре тогда был 802701 год. Только не очень веселым получилось это путешествие: научный прогресс, по мнению Уэллса, привел к деградации человечества.

Еще дальше пошел Рэй Брэдбери в своей повести «И грянул гром». Его герой — Экельс, охотник-любитель, с группой профессионалов отправляется в мезозойскую эру, эру динозавров, на сафари. Однако охота на динозавров определена жесткими условиями: идти можно только по антигравитационной тропе, чтобы случайно не задеть даже травинку и не внести изменения в будущее. Раздавишь ногой мышь — это будет равносильно землетрясению, которое исказит облик всей Земли. Жизнь сразу поменяется в корне! Не будет королевы Елизаветы, Вашингтон не перейдет Делавер, в природе не будет Соединенных Штатов Америки! Держитесь тропы. Но во время охоты Экельс, увидев тираннозавра, мгновенно впадает в панику. И сходит с антигравитационной тропы. После возвращения из мезозоя охотники обнаруживают, что их настоящий мир изменился. И изменился не только язык общения… У власти в стране находится диктатор. Выходит, не уберегли мезозойскую мышь?

В какую эру и по какой тропе собирается отправиться Большой адронный коллайдер (БАК)? Об этом мы сегодня говорим с ученым-физиком, доктором естествознания (диплом имеет немецкое происхождение), непосредственным участником создания БАК Юрием Григорьяном.

— О Большом адронном коллайдере все мы наслышаны. Закольцованную трубу длиной 27 км закопали на 100 метров под землю на границе Швейцарии и Франции. Для чего нужен БАК?

Юрий Григорьян:

— Этот инструмент построен для исследований в фундаментальной физике — то есть не имеет прямого прикладного значения. Проект в этом смысле затратный. Здесь уместна шутка академика Л. Арцимовича: «Наука — лучший способ удовлетворить личное любопытство за счет государства». Но для тех, кто не сомневается в необходимости научно-технического прогресса для процветания человечества, такой инструмент просто необходим. Существенные инвестиции в фундаментальную науку способно делать только здоровое, процветающее общество. Я назвал бы это «долгосрочным» прагматизмом. Без преувеличения — почти все современные технические достижения являются побочным результатом деятельности ученых, занятых «чистой» наукой: радио, телевидение… Разве могли Гюйгенс в XVII веке или Максвелл в XIX предвидеть, что могут «делать» электромагнитные волны? А лазеры? Эйнштейн предсказал еще в начале прошлого века существование вынужденного излучения — это основа работы любого лазера — могли ли мы представить, какое место они займут в нашей повседневности через несколько десятков лет? Электроника, атомная энергетика, изотопы — все начиналось с теории и фундаментальной науки. Так что ваш вопрос можно перевернуть: прекратится ли технологический прогресс, если свернуть фундаментальные исследования? Ответ — да, прекратится.

— С какого времени ведутся работы по созданию БАК?

Ю.Г.: — Идея родилась в 1984 году. А строительство продолжалось 5 лет, с 2001 по 2006 годы. И в августе 2008 года состоялась первая проводка пучка.

— Кто идейный вдохновитель этого проекта?

Ю.Г.: —В наши дни строительство ускорителей «старается» идти в ногу с возникающими в физике задачами, которые, в свою очередь, являются плодом деятельности практически всего научного сообщества. Вот смотрите: авторский коллектив двух основных экспериментов, CMS и ATLAS, в которых проводился поиск бозона Хиггса, насчитывал без малого 6000 сотрудников из многих стран мира, в числе которых были сотни россиян. А сам ускоритель конструировали, строили и теперь работают на нем 10000 ученых из 100 стран мира. Понятно, что приписать кому-то одному идею его создания затруднительно. Последние три десятка лет ознаменовались новым достижением — возможностью ускорять не только элементарные частицы (электроны и протоны), но и ядра атомов. Эти эксперименты чрезвычайно важны для космогонии — теория предсказывает, что в столкновениях ядер может образовываться так называемая кварк-глюонная плазма, аналог состояния материи на ранних фазах существования Вселенной.

— Про Вселенную. Ученые утверждают, что на сегодняшний день из известных нам частиц состоит всего 4% Вселенной, а остальные 96% — это нечто неизвестное.

Ю.Г.: — Устоявшийся взгляд: всего 4,9% приходится на атомы и излучение. Остальное — темная энергия (68%) и темная материя (27%). Необходимость введения темной энергии в космологические модели была обусловлена открытием ускоряющегося расширения Вселенной. То же и с темной материей — это гипотетическая материя, составляющая вместе с темной энергией основную массу Вселенной. Ее невозможно наблюдать в телескопы, как «светлую» материю. Вы спросите: откуда ученые знают, что она есть, да еще подсчитали ее количество? Дело в том, что существование и свойства темной материи были выведены из гравитационных эффектов и изучения крупномасштабной структуры Вселенной — метагалактики и другие мегаобъекты. Оказалось, существует разница между массой всех видимых объектов — звезд, галактик, излучения — и массой Вселенной, полученной расчетом, исходящим из движения космических тел по отношению друг к другу — имеется в виду то, что тела эти движутся так, как если бы в пространстве присутствовала еще какая-то материя. Эту разницу довольно точно подсчитали и ввели — как параметр. Тогда все стало на свои места.

— Большой адронный коллайдер — это не единственный коллайдер? В пригороде Чикаго работает Тэватрон. У них есть родственные связи? Есть также другой коллайдер в Соединенных Штатах — коллайдер тяжелых релятивистских ионов RHIC. Он находится в Брукхейвенской национальной лаборатории. Что их объединяет?

Ю.Г.: — Сначала пару слов о коллайдерах. Это ускорители, в которых в противоположиных направлениях разгоняются частицы, а затем их направляют в лоб друг другу. Преимущество: при одном и том же радиусе кольца (а значит, и затрат на строительство и эксплуатацию) можно получить в 2 раза большую энергию столкновения. Например, в случае БАК, это 6,5 на 6,5 Тэв = 13 Тэв (13х10^12 эв). Тэватрон — предшественник БАК — несколько лет назад закрыт по финансовым причинам и по причине конкуренции со стороны запущенного БАК. В настоящее время помимо БАК есть только 1 действующий адронный коллайдер — RHIC. Объединяет их, во-первых, один и тот же принцип работы, и, во-вторых, строились они подсходные задачи. Но RHIC слабее — максимальная энергия гораздо ниже энергии БАК, которая равна 2,76 Тэв на каждую пару нуклонов (протонов и нейтронов, составляющих ядра атомов).

— Большой адронный коллайдер представляет собой кольцевой ускоритель с периметром 27 километров. Почему именно 27 км?

Ю.Г.: — Длина кольца определяет максимально достижимую энергию ускорителя при определенных величинах магнитного поля в магнитах. В БАК используются сверхпроводящие магниты, которые могут на сегодня создать магнитное поле напряженностью до нескольких Тесла. Что касается цифры 27 км — исходили, во-первых, из теоретических соображений— решение поставленных задач (бозон Хиггса, электрослабая симметрия, топ-кварки, кварк-глюонная плазма и т.п.). И, во-вторых, думаю, из-за финансовых ограничений. Если бы денег было «немерено», я бы лично построил более мощный коллайдер. Но это другая история.

— Про катастрофу. Что предрекают скептики? Образование черных дыр и нарушение пространственно-временного континуума? В столкновениях частиц на БАК может открыться какой-то портал в другие измерения? Во многих СМИ появляются высказывания, что там возникнет «черная дыра» и засосет всю Вселенную. Любой эксперимент на коллайдере с подъемом уровней энергии, интенсивности столкновений, температуры или других параметров столкновений частиц может оказаться последним для планеты? «Земля может мгновенно исчезнуть в результате техногенной катастрофы мощным взрывом как один массив большой протонно-электронной бомбы, блеснув в Космосе сотрясением всей Солнечной системы, оставив на своей орбите лишь астероидный пояс» (из писем в редак- цию)?

Ю.Г.: — Начну с конца, и не с ответа, а со встречного вопроса: а чем во Вселенной выделен пояс астероидов, находящийся в планетной системе одинокой, ничем не примечательной звезды, на окраине одной из 500 млрд галактик? Ладно, отвечу сам. Ничем. Поэтому, если уж жахнет, то и ему — крышка. Но поспешу успокоить читателей — не жахнет. Не жахнет, как и несуществующая протонно-электронная бомба. И сотрясения Солнечной системы тоже не будет. Да, действительно, среди неспециалистов обсуждалось развитие катастрофического сценария. Например, нестабильность вакуума, способная разрушить не только Землю, но и всю нашу Вселенную; возможность образования материи, состоящей из так называемых «странных» кварков — она якобы может «заразить» вещество Земли этой «странностью», чем разрушит ее. Но самой популярной версией «конца света», который норовят учинить неразумные ученые, прослыла гипотеза образования в столкновениях на коллайдере микроскопических черных дыр. Эти микродыры, предостерегали СМИ, провалятся в центр Земли, начнут там быстро разрастаться, пока не поглотят нашу планету. Эти вопросы, скорее, несут «литературную» окраску, нежели научную. Но, несмотря на то, что лично я предпочитаю получать адреналин, катаясь на горных лыжах или разгоняясь на автомобиле за 200, нельзя сказать, что эти вопросы неуместны. Некоторые из предположений имеют, хотя и гипотетические, но вполне научные предпосылки. Но они не нашли экспериментального подтверждения.

Дотошный читатель может справедливо возразить: а вдруг ученые ошибаются? Они же сами утверждают, что знают не все. Но, даже обладая неполным знанием, можно сделать безукоризненные выводы — вот какая штука! В двух словах о том, что происходит внутри коллайдера. Свыше двух тысяч сгустков частиц, следующих друг за другом на расстоянии метра, ускоряются в противоположных направлениях. В каждом таком, вытянутом наподобие иглы облачке — миллиарды ядер. Пучки направляются друг на друга. И их энергия удваивается, как она удваивается для двух автомобилей, несущихся навстречу друг другу с бешеной скоростью. Но, несмотря на огромное количество частиц в каждом сгустке, далеко не все они находят себе «партнера по самоубийству», ведь размер их исчезающе мал — всего десятитриллионные доли сантиметра. На их разгон идет колоссальное количество электроэнергии. Попробуем это сделать в привычных единицах. Например, в тротиловом эквиваленте. Простой подсчет дает ничтожную величину — половина миллиардной доли грамма ТНТ на каждое столкновение пары нуклонов. Получается — гора родила мышь. Трудно поверить, что этого достаточно, чтобы устроить глобальную катастрофу — уничтожить нашу уютную планету, а то и всю Вселенную. Въедливый оппонент может опять возразить: не вводите нас в заблуждение — важна не абсолютная величина выделяющейся энергии, а ее плотность, достигаемая в таких столкновениях. И будет отчасти прав. Но только отчасти, потому что существует универсальный аргумент, который кладет на лопатки доводы любого «скептика», предсказывающего апокалипсис. Прежде всего, необходимо было ответить на вопрос: так ли уникальны эксперименты, проводимые на БАК? Ответ может показаться неожиданным: вовсе нет! Кто же тот гений, который проводил такие эксперименты до того, как был запущен самый дорогой инструмент, когда-либо используемый для исследований фундаментальных свойств материи? Наши предки? Инопланетяне? А вот и нет — ни те и ни другие. Сама Природа.

Выйдите в ясную безлунную ночь на улицу, запрокиньте голову и вглядитесь в ночной небосклон. Перед вами откроется россыпь неисчислимых звезд, которые каждое мгновение подвергаются бомбардировке точно такими же частицами, которые ученые в XXI веке загнали в туннель коллайдера. Космические лучи сверхвысоких энергий рождаются в недрах сверхновых звезд, в гамма-всплесках. В безграничных межгалактических просторах магнитные поля и солнечный ветер, эти своего рода природные ускорители, разгоняют протоны до энергий, часто превышающих достигнутую на БАК в тысячи раз. За 13,5 млрд лет, минувших с момента зарождения нашей Вселенной, произошло неисчислимое количество событий, подобных столкновениям протонов на Большом адронном коллайдере. И, тем не менее, наша Земля, Солнце, звезды с их планетами, так же, как и мириады других небесных тел, продолжают как ни в чем ни бывало существовать и поныне. Они не проваливаются в черные дыры, не превращаются в вакуумные пузыри или странную материю. Этот астрофизический аргумент устраняет последние сомнения, ставя жирную оптимистическую точку в вопросе: «Способен ли человек устроить гибель Вселенной?» Стало быть, с концом света пока придется подождать.

— Руководитель работ по Большому адронному коллайдеру Лин Эванс сказал, что в проекте не предусмотрели красной кнопки, которую можно нажать и запустить коллайдер. Это большой и сложный процесс?

Ю.Г.: — Насколько я понимаю — исключительно сложный. Этот комплекс самый большой и сложный из всех, когда-либо созданных в науке. Прежде чем попасть в главное кольцо, частицы «производятся» в достаточном количестве в источниках. С протонов обдираются электроны (атомы ведь нейтральны, а ускорить можно только заряженные частицы). Потом формируются сгустки, ускоряются на предварительном ускорителе; с помощью сверхпроводящих электромагнитов создается мощное магнитное поле для удержания частиц в кольцевой камере, а магниты охлаждаются жидким гелием; создается также электрическое ускоряющее поле. Вообще — это комплекс из нескольких ускорителей, которые надо «заставить» координированно и точно работать. Он потребляет, кажется, чуть ли ни четверть электроэнергии кантона. Вот вы не спросили про обработку полученных данных. После сеанса, в котором был открыт бозон Хиггса, этим были заняты 170 вычислительных центров в 36 странах мира. Нужно было проанализировать 6 квадрильонов столкновений протонов, в каждом из которых рождались тысячи частиц. Это еще одна задача, блестяще выполненная под руководством коллектива авторов экспериментов.

— Многие ученые, как, например, американский профессор теоретической физики Уолтер Вагнер (исследовал кос- мические лучи) и немецкий профессор химии Отто Ресслер, обращались в правительства стран, ООН, суды, доказывая, что эксперименты с БАК могут уничтожить Землю. Вследствие ошибок в конструкциях БАК мощность его в экспериментах пока достигла лишь половины от проектной, но уже многие заметили, что последние годы с Землей происходит что-то неладное. Поле каждой частицы распространяется бесконечно. Не исклю- чено, что вибрации протонов в коллайдере вызывают резонанс у всех протонов, нейтронов и электронов в теле планеты? И инициируют негативные процессы?

Ю.Г.: — Ну, я бы не сказал — многие. Хотя были и такие. Но среди ученых ЦЕРН никому не пришли в голову такие опасения по причине, которую я уже приводил чуть выше, — они хорошо знают предмет. А спекуляции на тему Вселенской катастрофы в основном исходили от людей, не разбирающихся в существе вопроса. То есть от неспециалистов. Вот скажите, если у кого-то неполадки с автомобилем, или, не дай бог, заболит спина — куда такой человек обращается за консультацией? Правильно! Нормальный человек с адекватным мышлением обратится за консультацией не к экономисту или кондитеру, а, наверное, к профессионалам — в автосервис, к врачу. Но в вопросах естественнонаучных люди почему-то считают, что ошибаются как раз ученые, а не экономисты или кондитеры. Согласитесь, это довольно странно — люди, которые каждый день пользуются достижениями науки и техники, не доверяют их создателям, а охотно верят в беспочвенные измышления. Касательно Вагнера. Да, был такой человек. Только никакой он не профессор, а, кажется, что-то вроде чиновника по ядерной безопасности на пенсии. Естественно, никакого отношения к теоретической физике и вообще к физической науке не имеет, а следовательно, не может, да вовсе и не обязан судить об опасности или безопасности БАК. Он вместе с журналистом Луисом Санчо тогда подал в американский суд на ЦЕРН — мол, БАК может уничтожить Землю. Американский суд отклонил иск под благовидным предлогом — БАК является собственностью ЦЕРН, находится в швейцарской юрисдикции, сделан на европейские деньги, а американские ученые могут лишь быть приглашены туда поработать. Поэтому США не может запретить пуск коллайдера. А вот Ресслер, действительно, ученый. Имеет много публикаций. Я проверял — 300. Но дело в том, что он начинал с диссертации по медицине в 1966 г., занимался всем подряд — от психологии бихэвиоризма и биохимии, химической инженерии до биохимии. Звание профессора теоретической биохимии он получил в 1970 г. в Тюбингине, ФРГ, где в настоящее время читает теорию хаоса и теорию мозга. Видите, он также не специалист в области, в которой берется быть рефери. Однако очень активен. И в 2008 году настоял даже на встрече с президентом Швейцарии. Я хочу призвать всех, кто интересуется наукой, принять такой факт: в физике нужно быть физиком, чтобы к вашим суждениям прислушивались другие физики. А тот, кто хочет бросить вызов ЦЕРНу с его коллективом из 10000 человек, среди которых 2500 талантливейших ученых со всего мира, а нобелевскими лауреатами там «забивают гвозди», должен быть не просто физиком, а выдающимся физиком. Это не снобизм — это более-менее «клубные правила» на сегодня. Тем не менее страхи общественности перед возможными нежелательными последствиями экспериментов на коллайдере были настолько велики, что в 2003 году пришлось создать специальную комиссию, подготовившую доклад, обосновывающий его полную безопасность. Кстати, одним из соавторов этого документа был российский физик И. Ткачев из Института ядерных исследований АН России.

По поводу других вопросов: мощность БАК (если понимать энергию ускорения) уже достигла максимальной. Есть еще потенциал для увеличения светимости, но, насколько мне известно, небольшой. С Землей тоже все в порядке. Я, по крайней мере, ничего такого не замечал, хотя постоянно интересуюсь, что происходит вокруг. Не стоит обычные природные явления объяснять некими загадочными вибрациями протонов и нейтронов. Тем более что их нет. А неполадки на БАК были. Но это была самая обычная техническая неисправность — проблема в системе охлаждения магнитов жидким гелием. Я надеюсь, это развеет страхи.

— Интересно, что факт появления «опасной лаборатории в горах Европы» был предсказан Вольфом Мессингом. А много ранее, еще в XVI веке, другой известный предсказатель Мишель Нострадамус предсказал появление к 2010 году «сатанинской дуги бешенства в Европе», которая может вызвать «ужас сгорания» половины земного шара. И далее, согласно его пророчеству, если это произойдет, то «в результате выпадения смертоносных осадков на Земле будет заражено все… Не останется ни растительности, ни жи- вотных…»

Что можно возразить и Мессингу, и Но- страдамусу?

Ю.Г.: — Наука не оперирует такими понятиями, как «сатанинская дуга бешенства», «ужас сгорания» и т.п. И вообще не занимается разоблачением метафизических построений. Это так же бесперспективно, как спор верующего с атеистом — для верующего вера превыше всего, а для ученого — сомнение. Для меня тоже — именно сомнение является двигателем развития нашей цивилизации, тогда как вера обезоруживает исследователя. Нужно различать прогноз и предсказание. Леверье и Адамс в XIX веке рассчитали орбиту неизвестной планеты, которую открыли лишь спустя год — это Нептун. Так же и здесь — существование бозона теоретически предсказал 60 лет назад профессор Эдинбургского университета Питер Хиггс, именем которого уже тогда была назван будущий новорожденный. Он и бельгийский физик Франсуа Энглер задолго до открытия описали свойства этой элементарной частицы, которая, выражаясь простым языком, является причиной того, что у физических тел имеется масса. За этот труд оба физика в 2013 году были удостоены Нобелевской премии. Вот это, я понимаю, прогноз! Другой лауреат Нобелевской премии Леон Ледерман в поэтическом вдохновении назвал свою книгу «Частица бога: если Вселенная — это ответ, то каков же вопрос?». Он оказался как бы крестным отцом бозона Хиггса. Вот все это и есть современный ответ на туманные гадания средневековых прорицателей, достигших высот только в одном: стряпать предсказания таких образом, чтобы когда-нибудь, где-нибудь, по какому-нибудь поводу их можно было подогнать под какое-нибудь событие. Если к тому же не лениться клепать их тысячами, как делали Нострадамус и Мессинг, то уж наверняка что-нибудь да сбудется.

— Что БАК в итоге может дать человечеству?

Ю.Г.: — Самым важным и не имеющим эквивалентов на обычной шкале ценностей является еще один шаг к пониманию строения вещества, космологических аспектов мироздания. Открытие бозона Хиггса в очередной раз подтвердило, что научный метод познания является единственным способом адекватного отражения реальности. В этом кардинальное отличие умопостигаемого от чувственного. И существование этой частицы было предсказано не путем гадания на кофейной гуще, а на основании идеально выстроенной теории, так называемой «стандартной модели»; масса и свойства частицы были рассчитаны, было предписано, как и где искать, какой инструмент для этого надо построить и, между прочим, сколько денег истратить… В этой связи напомню, что точно так же в том же ЦЕРНе 30 лет назад было совершено открытие W- и Z-бозонов, за которое Карло Руббиа и Си- мон ван дер Мер уже год спустя получили Нобелевскую премию. Это чрезвычайно необычно для консервативного Нобелевского комитета… Обычно награды в на- уке «отстаиваются» лет по 20-30. Это ли не торжество разума?

— Цена вопроса. Сколько стоит этот голо- вокружительный проект?

Ю.Г.: —Приблизительно было затрачено 7-8 млрд долл., не считая стоимости 4 экспериментальных установок. Пока это самая дорогая «игрушка», какую получали ученые за всю историю. Я тут произвел небольшой расчет: каждый из 27 километров его кольца обошелся чуть ли ни в четверть миллиарда долларов. Для сравнения: один километр построенного по европейским нормам автобана стоит в среднем 7-8 млн евро. Получается, на деньги, затраченные на этот ускоритель, можно было бы проложить около 1000 км скоростных 4-полосных автобанов. К слову, общая протяженность автомагистралей в той же Швейцарии, «месте жительства» нашего уникального коллайдера, — 1760 км.

Но вернемся снова к герою Рэя Брэдбери: почему сразу после возвращения охотников из мезозоя произошли изменения не только в пунктуации и орфографии, не только в разговорной речи, но даже в политической системе? Оказывается, охотник-любитель Экельс, испугавшись тираннозавра, спрыгнул с антигравитационной тропы и случайно раздавил не мышь, а мезозойскую бабочку с золотыми крыльями. Эта бабочка своими ажур- ными крыльями прилипла к подошве огромного ботинка Экельса. И начались метаморфозы! Но ведь Большой адронный коллайдер заряжен на будущее, а не на мезозойскую эру?

ИЗ ДОСЬЕ

Юрий Григорьян, физик-экспериментатор, кандидат физ.-мат. наук, окончил физфак МГУ (кафедра космических лучей). Работал в Институте им. Курчатова, занимался ядерной физикой в области изучения экзотических состояний ядерной материи. В 1991 году приглашен на работу в Институт тяжелых ионов (Дармштадт, ФРГ, Gesellschaft für Schwerionenforschung — GSI). В ФРГ получил диплом доктора естествознания. Автор около 50 научных работ.