Человечество возводит сложнейшие промышленные объекты, разрабатывает мощнейшее оборудование, строит гигантские здания, но есть один механизм, которому нет равных среди рукотворных творений. О нем ходит множество мифов, и некоторые даже думают, что он может разрушить планету. Сегодня мы расскажем о самом большом объекте, созданном человеком, и раскроем, для чего он используется.
Крупнейший механизм
Самый крупный механизм, который когда-либо разрабатывали люди, — это Большой адронный коллайдер (БАК). Мощнейший в мире ускоритель элементарных частиц ввела в строй в 2008 году Европейская организация ядерных исследований (CERN/ЦЕРН). БАК расположен между Швейцарией и Францией в тоннеле на глубине 100 м. При этом длина самого ускорителя составляет почти 27 км. Максимальная энергия разогнанных частиц — 7 ТэВ.
Коллайдер называют крупнейшей экспериментальной установкой на планете. В строительстве объекте участвовало более 10 тысяч специалистов из более 100 стран, включая и Россию.
«В общей сложности активно участвовали в проекте человек 700 (физиков из России), институтов у нас 12, которые включены в эту программу. То есть восемь основных, это Академия наук, Росатом, университеты Петербуржский и наш университет. Есть еще так называемые федеральные ядерные центры, ВНИИТФ и ВНИИЯФ, Саров и Снежинск», — сообщил в интервью РИА Новости координатор участия России в проекте, заместитель директора НИИЯФ МГУ Виктор Саврин.
РФ не входит в состав ЦЕРНа, но имеет статус наблюдателя, и до недавнего времени российские ученые также занимались исследованиями в рамках международных проектов. Сейчас Европейская организация разрывает сотрудничество с 500 специалистами из РФ.
С другой стороны, с самим коллайдером тоже не всё гладко. Строительство БАКа обошлось примерно в 4,6 млрд евро, но последние годы громадный комплекс всё чаще простаивает. В 2022 году работу ускорителя приостанавливали, потому что боялись дефицита электроэнергии, и тогда же обещали, что в 2023-м сократят его эксплуатацию на 20%.
Какие исследования проводят в коллайдере и какое значение они имеют для науки?
Зачем нужен БАК
Основная задача коллайдера — выявить отклонение от Стандартной модели, то есть совокупности теорий, которые описывают фундаментальные частицы и их взаимодействие.
В БАК воспроизводят процессы, которые происходят в природе, а именно: разгоняют частицы и сталкивают их друг с другом. Полученные результаты фиксируют и анализируют. Ученые рассчитывают, что в ходе таких экспериментов они смогут обнаружить новые или очень редкие частицы. Но пока что единственным открытием, совершенным благодаря ускорителю, стал бозон Хиггса.
«В первую очередь от Большого адронного коллайдера ожидали обнаружение бозона Хиггса (элементарная частица с нулевым моментом импульса и нулевым зарядом, которая играет важную роль в Стандартной модели, и чье существование было предсказано задолго до обнаружения. — РБК Тренды). Но, конечно, ради одной частицы его строить не стоило. Основные серьезные надежды физики связывали с тем, что БАК откроет что-то неожиданное. Так, помимо изучения хиггсовского механизма, одной из задач был поиск микроскопических черных дыр. К сожалению, пока их не нашли», — рассказал Анатолий Сидорин, заместитель начальника ускорительного отделения Лаборатории физики высоких энергий имени В. И. Векслера и А. М. Балдина в Дубне, один из ведущих экспертов по кольцевым ускорителям и коллайдерам.
Как работает БАК
Пучки частиц попадают в БАК из предварительного ускорителя — протонного суперсинхротрона. Внутри коллайдера частицы начинают разгоняться в противоположных направлениях, проходя через несколько секторов.
- Ускорительная секция. На этом этапе происходит ускорение до энергии 7 ТэВ.
- Система сброса пучка. Выводит пучок из коллайдера, если он отклоняется от курса.
- Чистка пучка. Убираются отклонившиеся отдельные частицы.
- Детекторы. Фиксируют показатели взаимодействия и отправляют данные.
Очевидно, что БАК — сложный высокотехнологичный объект, который, помимо прочего, работает с неизведанными элементами. На этом фоне понятно, почему коллайдер окутан совершенно удивительными мифами. Например, скептики высказывали опасения, что в БАКе сформируются черные дыры, которые разрастутся и уничтожат планету. Но на деле этот сценарий не выдерживает критики.
«Чтобы ответить на этот вопрос, нужно вспомнить механизм Хокинга, описывающий принцип испарения черной дыры: чем меньше масса черной дыры, тем быстрее она исчезает. Микроскопическая черная дыра будет жить микроскопическое время — после появления она тут же испарится», — пояснил Сидорин.
Ученые уверяют, что БАК не представляет никакой угрозы. А будет ли он источником новых прорывных открытий, нам еще только предстоит узнать.