Коллайдер

Введение. Мастерская совершенства

В самой человеческой природе лежит неуклонное стремление к единству. Симметрия и завершенность - рулевые нашего чувства прекрасного: они подталкивают нас к тем людям, местам и вещам, от которых веет целостностью натуры. В поисках этой гармонии архитекторы прибегают к геометрическим принципам, придающим силуэтам зданий эстетическую привлекательность. Фотографы могут часами подбирать рамку, выгодно сочетающуюся со снимком. А возлюбленные включаются в этот общий поток, когда впервые ощущают то, что называется духовной близостью.

Как же нам прийти к совершенству? Может быть, заглянуть глубоко в прошлое, в те древние времена, когда гармонию еще не разбили вдребезги? Или спуститься глубоко под землю, построить мощные машины и самим разбивать вдребезги частицы в надежде, что среди обломков мы когда-нибудь найдем остатки потерянного рая?

На одном берегу стоит красота, на другом - хаос. Все неказистое вроде мудреных картин или атональной музыки выводит нас из равновесия. Лучше всего выразить этот контраст удалось, пожалуй, Эдгару Аллану По. Как никто другой умеющий различить великолепное и отвратительное, последние годы своей жизни он почти полностью посвятил попытке раскрыть и понять глубокое единство, лежащее в основе мироздания. Его поэма в прозе «Эврика» повествует о том, что изначальное единообразие Вселенной неумолимо идет к восстановлению. Подобно неспокойному дому Ашеров, оно хочет слиться с породившей его землей.

В современной физике немало завершенных островов, которыми увенчались многовековые попытки разгадать тайны природы. Но есть и не дающие покоя пробелы и парадоксы. Сегодня самые талантливые ученые ставят самые дерзкие эксперименты, лишь бы все белые пятна на карте мира исчезли.

Главные ключи к пониманию тех сил, что управляют Вселенной, и созданию целостной картины всего сущего были получены в последние двести лет. В середине XIX в. блестящий шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл показал, что электричество и магнетизм неразрывно связаны, и что эта взаимосвязь выражается системой четырех простых уравнений. При всей своей общности места они занимают мало и вполне помещаются на футболке. Тому доказательство - многочисленные «модники» на физических конференциях. Из этих соотношений вытекает удивительное следствие: любой в мире свет, от ярко-желтых оттенков подсолнухов до багровых переливов заката, - это электромагнитные волны, союз электричества и магнетизма.

К началу XX в. физики догадались, что энергия в этих волнах существует в виде отдельных порций, фотонов. Последние со скоростью света летают от одного электрически заряженного тела к другому, вызывая притяжение или отталкивание. Следовательно, все в мире электромагнитные явления, будь то отклонение стрелки компаса или прорезающая небо молния, происходят от обмена фотонами между заряженными частицами.

Помимо электромагнетизма есть еще в природе две силы, играющие роль в ядерных масштабах, - слабое и сильное взаимодействия, - и гравитация, сила, заставляющая яблоки падать, а планеты двигаться. Этими четырьмя силами определяется, как материальные тела притягиваются, отталкиваются и видоизменяются. Когда меняется тип движения - автомобиль плавно начинает ехать и медленно поворачивает, или машину внезапно встряхивает, и она останавливается, визжа тормозами, - к этому причастны какие-то взаимодействия из четырех.

Каждая из сил возникает от обмена своими переносчиками или набором переносчиков. Обмениваясь ими, две частицы притягиваются, или отталкиваются, или же меняют свои свойства. Чем-то напоминает игру в фрисби: там тоже, чтобы поймать тарелку, подходишь поближе - и невольно отступаешь назад, когда она у тебя в руках. Метание предмета туда-сюда не дает игрокам слишком далеко разойтись.

Вдохновившись триумфом Максвелла, обвенчавшего электричество и магнетизм, многие физики решили выступить в роли сводников для других сил. Как хороший хозяин старается на празднике наладить отношения между гостями, так и ученые, пытаясь установить связи, сделали ставку на поиск общего. Могут ли все четыре взаимодействия описываться одной системой уравнений?

На сегодняшний день самым крупным продвижением в этом направлении является сплав электромагнетизма и слабых сил, совершенный независимо друг от друга американскими физиками Стивеном Вайнбергом и Шелдоном Глэшоу и пакистанским физиком Абдусом Саламом. Объединенное взаимодействие получило название электрослабого. На пути к нему встретился, однако, далеко не один подводный камень.

В частности, серьезную проблему представлял широкий разброс в массах переносчиков каждой из сил. У фотонов нулевая масса, в то время как частицы, ответственные за слабое взаимодействие, довольно тяжелые. Из-за этого, кстати, радиус действия слабых сил гораздо короче. Чтобы лучше почувствовать разницу между электромагнитными и слабыми переносчиками, представьте себе, что вы сначала выполняете подачу мячом, легким, как пушинка, а потом вам дают свинцовый шар для боулинга. Он, конечно, вряд ли долго задержится в воздухе и камнем рухнет на пол. Разве можно назвать честным состязание между силами, поставленными в столь неодинаковые условия?

Тем не менее иногда неравенство возникает из имевшей место гармонии. Симметрия, бывает, рушится, и коллекционеры древних скульптур хорошо это знают. Могло так случиться, что ранняя Вселенная в течение считаных мгновений после ослепительного Большого взрыва, положившего ей начало, недолго пребывала в состоянии гармонии. Все силы находились в идеальном равновесии, пока что-то не нарушило этот баланс масс. И тогда одни переносчики стали тяжелее других. Так, может быть, сегодняшний разброс в силе взаимодействий явился результатом какого-то вездесущего процесса, разрушающего симметрию?

В 1964 г. британский физик Питер Хиггс предложил элегантный механизм для объяснения спонтанного нарушения первоначальной симметрии Вселенной. Этот механизм постулирует наличие особой сущности, так называемого поля Хиггса, которое пронизывает весь Космос, устанавливая фундаментальный масштаб энергии. (Поле математически описывает, как свойства силы или частиц меняются от точки к точке.) Оно содержит в себе своего рода стрелку, или фазовый угол, которая может указывать на любую точку окружности. При невероятно высоких температурах, сопровождавших момент рождения Вселенной, положение стрелки размыто. Она ведет себя наподобие быстро вращающейся рулетки. Но когда температура падает, колесо рулетки встает как вкопанное, и стрелка останавливается в случайном месте. В итоге изначальная симметрия поля Хиггса, не отдававшего предпочтение ни одному из углов, спонтанно нарушается путем выбора одного конкретного угла. А поскольку полем Хиггса определяется вакуумное состояние Вселенной (состояние с наименьшей энергией), нарушение симметрии неизбежно влечет за собой превращение так называемого ложного вакуума (наименьшая энергия не равна нулю) в истинный (с нулевой энергией). Из знаменитого завета Альберта Эйнштейна Е = тс ² (энергия равна массе, помноженной на скорость света в квадрате) тогда следует: полученная энергия - все равно что масса, которая и распределяется между разными элементарными частицами, включая переносчиков слабого взаимодействия. Одним словом, останавливаясь, хиггсовская «рулетка» придает массу частицам, в том числе отвечающим за слабые силы, и последние становятся тяжелее, хотя фотон по-прежнему не имеет массы. За его удивительную способность снабжать массой другие частицы «хиггс» прозвали «божественной частицей».

Если механизм Хиггса верен, от соответствующего поля должна была остаться своя элементарная частица. Из-за ее массы, которая больше чем в сто раз превосходит массу протона, сидящего в ядре водородного атома, ее можно надеяться увидеть только в бурных процессах, какими являются высокоэнергетические столкновения частиц. Но после десятков лет поисков этот ключевой ингредиент электрослабой теории пока так и не найден. Как-то незаметно неуловимая божественная частица превратилась в святой Грааль современной физики.

Если забыть про ненайденный «хиггс», теория электрослабого объединения успешно доказала свое право на существование. Ее значение так велико, что ее даже называют Стандартной моделью. Однако, к большому разочарованию всего физического сообщества, попытки объединить электрослабое взаимодействие с оставшейся парой сил плодов до сих пор не принесли.

Теории электрослабых и сильных взаимодействий удается по крайней мере сформулировать на одном и том же языке - в терминах квантовой механики. Разработанная в 20-х гг. прошлого века, квантовая механика оказалась мощным инструментом для описания природы на субатомных расстояниях. Но хотя она точно предсказывает средние для различных физических процессов, для того же рассеяния (соударения и разлета двух и более частиц) или распада, ее неотъемлемым свойством является неопределенность, с которой трудно свыкнуться. Как бы мы ни пытались докопаться до точного хода физических событий, происходящих на субатомных масштабах, в лучшем случае нам остается бросать монетку или играть в кости. Эйнштейн так и не смог смириться с тем, что приходится делать ставки, хотя, казалось бы, все должно быть кристально ясно и без них. Он провел остаток своей жизни, пытаясь построить взамен новую теорию. Однако квантовая механика, подобно молодому Моцарту, гениальному, но дерзкому, представила на наш суд столько изумительных симфоний, что на ее шалости закрыли глаза.

Физикам, дорожащим точностью, не мог не полюбиться шедевр самого Эйнштейна - общая теория относительности. Она объясняет гравитацию во всех деталях и, в отличие от теорий остальных взаимодействий, дает не вероятностное, а детерминированное описание. Кроме того, в теории Эйнштейна пространство и время оставили свою роль фоновых координат и стали полноправными участниками физических процессов. Ученые не опускают рук, но пока нет общепринятого способа примирить гравитацию и квантовую механику. Это как пытаться настроить на победу команду, отправляющуюся на олимпиаду по лингвистике, и вдруг обнаружить, что один из четырех игроков, признанный эксперт в своей области, говорит на никому не понятном языке.

У ученых куда-то затерялся один из элементов мозаики. Из четырех фундаментальных взаимодействий два, слабое и электромагнетизм, явно подходят друг к другу. Сильное взаимодействие тоже не выглядит третьим лишним, но еще никто до конца не знает, с какой стороны его пристроить. А вот гравитация будто попала сюда совсем из другой коробки. Как же нам воссоздать первоначальную симметрию Космоса?

Современной физике известны и другие случаи асимметрии. Так, например, разница в количестве материи и антиматерии (она напоминает материю, но противоположно заряжена) - первой во Вселенной намного больше. Или существенные различия в поведении фермионов (из них состоит материя) и бозонов (они переносят взаимодействия). Как Монтекки и Капулетти, фермионы и бозоны принадлежат к разным семьям со своим набором традиций. Собираясь вместе, они ведут себя по-разному: фермионам всегда нужно больше места. Попытки примирить два семейства привели к гипотезе великого вселенского союза под названием суперсимметрия. Она требует, чтобы у каждого члена одной семьи был родственник в другой. Эти суперсимметричные пары, возможно, помогут решить одну из главных астрономических головоломок: почему галактики двигаются так, будто в них больше массы, чем нам кажется? Может быть, вся или почти вся темная материя состоит из этих самых суперсимметричных частиц? В любом случае, их никто никогда не видел, и ученым еще предстоит их найти.

Такие нестыковки и парадоксы раззадоривают человеческий ум. Нам хочется услышать от науки полноценный рассказ, а не прерываться на самом интересном месте. Если нам по-прежнему не ясно, чем все закончится, наверное, стоит подключить фантазию, хотя вот физикам-теоретикам на фантазию жаловаться не приходится. За любой научной загадкой увивается целый рой возможных объяснений, правдоподобных и не очень.

Особенно поражают воображение сравнительно недавние теоретические изыскания, в которых предлагается заменить элементарные частицы вибрирующими энергетическими нитями или мембранами. Первыми занимается теория струн, а вторыми - М-теория. Привлекая суперсимметрию или дополнительные измерения вдобавок к обычным пространству и времени, в рамках этих схем теоретики дают красивое объяснение некоторым различиям между гравитацией и остальными взаимодействиями. Новые теории удобнее с математической точки зрения: раньше некоторые вычисления, если их провести в отношении точечных частиц, давали бессмысленный результат, а со струнами и мембранами конечных размеров эти проблемы исчезают. Общеизвестно, какие большие трудности возникают при попытках расширить Стандартную модель и таким образом построить теорию всех взаимодействий. Поэтому неудивительно, что многих выдающихся ученых привлекла математическая элегантность новаторских теорий. Вайнберг, например, однажды заметил: «Кроме струн нам положиться не на что»².

Есть у струнной и М-теорий и противники. Они подвергают сомнению физическую состоятельность новых подходов, содержащих неизвестные величины и требующих скрытых измерений. Во множестве всевозможных комбинаций наш реальный мир представлен какой-то частью, которая, в свою очередь, сама включает массу возможностей. Если в теории достаточно много свободных параметров, утверждают оппоненты, ею можно объяснить практически любую частицу или взаимодействие. Это то же самое, как если бы писатель, решивший уподобиться Диккенсу, накропал бы десятки тысяч страниц сомнительной прозы и поручил бы редактору нарезать из них роман английского классика. Перефразировав знаменитое изречение Трумана Капоте «Это машинопись, а не литература», оппоненты теории струн могли бы сказать: «Это подгонка, а не физика».

Но даже самые пылкие сторонники и ярые противники сходятся в одном: судьей любой теории, в конечном итоге, является эксперимент. Правда, до сих пор ни струнная, ни М-теория такой роскошью не располагают. Видный теоретик Брайс Девитт как-то мне сказал: «Я чувствую себя немного виноватым перед студентами которые хотят заниматься М-теорией. Ведь там нет ни капли опытных доказательств ее справедливости»³.

В период с 30-х до середины 90-х гг. XX в. физика элементарных частиц сильно продвинулась вперед благодаря экспериментам по столкновению частиц высоких энергий на разных типах ускорителей. Ускоритель - это прибор, в котором частицы (скажем, протоны), направляемые электрическими и магнитными полями, летают по кольцу или другой траектории и разгоняются до все больших и больших энергий. Затем они сталкиваются, а их энергия превращается в целый ливень осколков. Как следует из соотношения Эйнштейна, чем больше энергия при столкновении, тем вероятнее рождение тяжелых частиц. В старых ускорителях использовались неподвижные мишени, но физики осознали, что лобовое столкновение позволит выжать гораздо больше энергии. Ускорители, в которых частицы налетают друг на друга лоб в лоб, называются коллайдерами (от англ. collide - «сталкиваться»).

В те переломные десятилетия исследователи, собирая и обрабатывая данные столкновений с помощью разнообразных детекторов, открыли целый «зоопарк» элементарных частиц. Надо было всех их каким-то образом разбить на семейства и понять, как они распадаются и взаимодействуют. И крупные теоретические успехи не заставили себя ждать. Для объяснения данных предлагались свежие теории, которые затем проверялись в новых экспериментах. В итоге, будучи подтвержденными на опыте, некоторые теории переставали быть чисто умозрительными, а физическое сообщество начинало к ним прислушиваться. После проверки они словно восклицали: «А мы что говорили!»

Взять хотя бы элементарный кирпичик под названием топили t-кварк[1]. Предсказанный в 70-х гг., он был обнаружен в 1995 г. при обработке столкновений на тогда самом внушительном ускорителе в мире, «Теватроне» Национальной ускорительной лаборатории им. Ферми («Фермилабе») в Батавии, штат Иллинойс. На «Теватроне», официально запущенном в 1983 г., потоки протонов и антипротонов (отрицательно заряженных частиц, являющихся для протонов антиматерией) разгоняются до энергий около 1 ТэВ (одного тераэлектронвольта) и врезаются друг в друга. Один электронвольт - это энергия, затрачиваемая на перенос одного-единственного электрона или протона между клеммами одновольтовой батарейки. Умножьте эту величину на миллиард, и как раз получится 1 ТэВ - для миниатюрных элементарных частиц энергия колоссальная.

Как впоследствии оказалось, на топ-кварке - последнем крупном открытии на «Теватроне» - череда ярких научных завоеваний в физике высоких энергий прервалась на неопределенно долгое время. Чтобы найти «хиггс», разыскать суперсимме-тричных двойников, а также для решения других важных задач требовались все-таки более серьезные энергии, чем мог предложить этот немаленький прибор. А за отсутствием экспериментальной базы хор конкурирующих между собой теорий разразился режущей слух какофонией. Как вернуть теоретическую физику в хорошее расположение духа, разрешить спор между альтернативными идеями и услышать голос истины? Выход был один - построить более мощные коллайдеры.

Такую ответственность взял на себя Европейский центр ядерных исследований, который по французской аббревиатуре (CERN) называют ЦЕРНом. Найти «хиггс», открыть суперсимметричные частицы, разгадать природу темной материи, понять, есть ли скрытые дополнительные измерения, объяснить, почему во Вселенной больше материи, чем антиматерии, воспроизвести в какой-то степени условия Большого взрыва - имея в виду эти и многие другие насущные научные проблемы, ЦЕРН решил бросить силы на постройку самого большого и самого энергичного ускорителя в мире. В качестве площадки было выбрано место вблизи штаб-квартиры центра, неподалеку от швейцарской Женевы.

Более пятнадцати лет напряженного графика и свыше 8 млрд долларов - такова цена наконец запущенного Большого адронного коллайдера, новаторского научного проекта, призванного раскрыть самые глубокие тайны физики частиц. Без всякого преувеличения, это величайший эксперимент всех времен, высшая ступень в погоне человека за единством. Под стать благородной цели ощутить космическую общность и величие и здешняя живописная местность.

Опросите путешественников, куда бы они поехали за изумительной красотой и гармонией, и в первых строчках наверняка будет Швейцария. Это величественные горы и чистые озера, старомодные фуникулеры и завораживающие средневековые города. Где, как не здесь, искать единства? И правда, Швейцарская Конфедерация - живой пример того, как разнородные силы можно свести вместе. Она объединяет людей, говорящих на четырех официальных языках (французском, немецком, итальянском и ретороманском), придерживающихся разных религий (протестанты, католики и др.) и живущих в 26 кантонах, в которых, между прочим, очень неодинаковые географические условия. Хотя в прошлые века не все в швейцарской истории шло гладко, сейчас она стала средоточием мира и нейтралитета.

Когда в Европе исчезли политические границы, заставы в науке также пали. БАК пересекает швейцарско-французскую границу с легкостью дипломата. Его 27-километровый кольцевой тоннель, доставшийся в наследство от списанного в утиль Большого электрон-позитронного коллайдера (БЭП), являет собой венец международного сотрудничества. Только объединившись, напоминает он нам, мы можем надеяться разгадать секреты природного единства.

Большое участие в экспериментах БАК принимают и американские исследователи. Они, конечно, рады внести свою лепту в это рискованное, но многообещающее предприятие. Хотя США и не входят в ЦЕРН, Америка на БАК средств не жалеет. Но, поддерживая европейские достижения, многие американские физики тем не менее до сих пор не могут забыть о том, какие возможности могли бы им представиться на родине.

В 1993 г. американский Конгресс проголосовал за то, чтобы лишить финансирования Сверхпроводящий суперколлайдер (ССК), который, если б его построили, был бы гораздо больше и мощнее БАК. В Ваксахачи, штат Техас, уже успели вырыть 22,5 км тоннеля из запланированных 85 км, когда финансовый поток остановили. Сегодня здесь изрытая местами пустошь с заброшенными зданиями, покрывшимися сорняками. Многолетняя мечта о невиданных открытиях сгинула вместе со статьей госбюджета.

В письме в Комиссию по бюджетным ассигнованиям выражал свое беспокойство по этому поводу и Билл Клинтон: «Бросить ССК сейчас - значит признать, что Соединенные Штаты готовы поступиться своим лидерством в фундаментальной науке, лидерством, которое мы держим десятилетиями»⁴.

Как бы то ни было, тонкий кошелек оказался сильнее каких-то «непонятных» обещаний. Вместе с падением ССК оборвалась целая эпоха в жизни тех, кто многие годы над ним трудился, а многие начинающие ученые разочаровались в этой области науки. Это отбросило американскую физику высоких энергий далеко назад, в то время как Старый Свет выдвинулся вперед.

Благодаря тем 20 ТэВ, которые планировались, техасская «наковальня» была бы самым подходящим местом для поиска неуловимой божественной частицы. Возможно, там «вылупились» бы и суперсимметричные двойники, которые можно было бы узнать по форме кривых распада. В подземных ходах под Техасом могла родиться и темная материя. Можно было бы проверить экспериментальные следствия теории струн и других моделей объединения. И главное, как и путешествию человека на Луну, начало этому скачку в познании мира могла дать американская земля. Теперь БАК запущен, значит, в «Теватроне» уже особой нужды нет, а новые большие ускорители на территории США не планируются. Где же произошел сбой?

А произошел он в долгосрочном планировании и политике в отношении науки, областях, которым Соединенные Штаты в последнее время, к сожалению, не уделяют достаточно внимания. Что касается европейских стран - членов ЦЕРН, для каждой из них определен свой ежегодный взнос, зависящий от валового национального продукта. Поэтому у проектировщиков БАК всегда перед глазами была смета на период, необходимый, чтобы построить и запустить установку. Более того, все будущие усовершенствования рассчитываются уже сейчас. Предусмотрительность и упорство - ключевые факторы успеха БАК.

Досадные аварии и задержки, безусловно, были. Куда без них! У современной физики высоких энергий очень тонкие приборы, которым требуется идеальная настройка и непростые внешние условия, в том числе сверхнизкие температуры. Несмотря на профессионализм сотрудников, системы то и дело отказывают. Первый пуск БАК намечали на 2005 г., но понадобились доработки. В 2007 г - официальное открытие снова отложили - из-за случайной поломки одного из магнитов.

10 сентября 2008 г. протонные пучки впервые без помех прошли по всему большому кольцу БАК. Глава проекта Лин Эванс и международный коллектив исследователей, работающих в ЦЕРНе, были вне себя от счастья. «Это удивительный момент, - сказал Эванс. - Перед нами открывается новая захватывающая эра в понимании происхождения и эволюции Вселенной»⁵.

Но спустя всего девять дней случился неприятный инцидент, вмиг рассеявший радужные настроения. Ученые даже не успели попробовать столкнуть пучки. Из-за неисправного контакта между двумя магнитами последние нагрелись, и окружающий их гелий, охлажденный до сверхнизких температур, начал испаряться. Жидкий гелий - основной компонент системы охлаждения БАК, благодаря которой функционируют сверхпроводящие магниты. Перейдя в газообразную фазу, он стал беспрепятственно вытекать из системы во внешнюю прослойку, где поддерживается вакуум, так что любая попытка стравить его через предохранительный клапан была обречена на неудачу. Последовал крепкий удар, от которого магниты сместились, - стремительно расширяющийся гелий отправил их в нокаут. Пострадали, кроме того, провода и немного - труба ускорителя. Добравшиеся до места аварии техники поставили диагноз: несколько месяцев на ремонт, опять проверка электрических и магнитных систем вдоль всего кольца, а потом можно попытаться еще раз. В настоящее время повторный запуск намечен на сентябрь 2009 г.[2]

Когда БАК заработает в полную силу, это будет поистине чудо на земле, а точнее, под землей. Находясь на глубине примерно 100 м, тоннель БАК в диаметре составляет всего около 3 м. Для двух встречных пучков частиц он будет своего рода гоночным треком. Управляемые более чем 1000 охлажденными магнитами - самыми холодными предметами на Земле, эти частицы будут обегать кольцо 11000 раз за секунду на скорости, достигающей 99,999999 % скорости света. Разогнавшись до 7 ТэВ каждый, пучки будут направлены в одну из четырех запланированных точек пересечения, где произойдут столкновения.

В одной из таких точек стоит АТЛАС (ATLAS, акроним от англ. A Toroidal LHC Apparatus - «Тороидальный прибор БАК»). Этот детектор поражает своими размерами - высотой с 7-этажное здание (больше половины Статуи Свободы) и 46 м в длину. С помощью чувствительных калориметров (приборов, меряющих энергию) и отслеживающих устройств он тщательно анализирует все, что летит от сталкивающихся лоб в лоб протонов в его центре, и копит целые «тома» данных о продуктах каждого такого события. На диаметрально противоположной стороне - еще один многоцелевой детектор, известный как CMS (Compact Muon Solenoid - «Компактный мюонный соленоид»). На нем стоят отслеживающие устройства и калориметры другой конструкции, которые также будут ловить бесценное эхо столкновений. Преодолев еще четверть кольца, встретим детектор БАК-b (Large Hadron Collider beauty - «Красота Большого адронного коллайдера»), чья цель - зарегистрировать распад частиц, содержащих b-кварки[3] (прелестные). Возможно, это прольет свет на причину дефицита в природе антиматерии. Наконец, в четвертой точке пересечения пучков находится специализированный детектор «Алиса» (ALICE, акроним от англ. A Large Ion Collider Experiment - «Эксперимент на Большом ионном коллайдере»). Он будет использоваться в те периоды, когда вместо протонов по кольцу станут бегать ионы свинца. Ударяя их друг об друга, ученые надеются в какой-то степени воссоздать физические условия в ранней Вселенной. Информацию со всех детекторов будут собирать, сортировать, пытаясь диагностировать следы новых частиц, и самые «подозрительные» данные отсылать на подробный анализ глобальной компьютерной сети «Грид».

Мировое физическое сообщество с нетерпением ждет результатов БАК, в которых мы, может быть, увидим признаки «хиггса», суперсимметричных двойников и остальных не менее долгожданных частиц. Они бы внесли в физику свежую струю, пришпорили бы научные исследования. Ну и само собой разумеется, не обойдется без Нобелевской премии. Всем тем, кто трудится на благо этого смелого проекта, воздадут по заслугам. Упорство не покладающего рук Эванса и тысяч сотрудников, каждую минуту думающих, как приблизить заветную цель, будет вознаграждено.

Если частицу Хиггса найдут, в зависимости от ее массы либо подтвердится Стандартная модель, либо понадобится внести в нее серьезные поправки. В некоторых суперсимметричных расширениях Стандартной модели получается несколько «хиггсов» с разными массами. Если обнаружится, что так и есть, это ознаменует победу суперсимметричных теорий, особенно если параллельно удастся открыть другие суперсимметричные частицы. Большинство физиков не сомневаются, что на таком высокоэнергичном ускорителе, как БАК, появятся неизвестные частицы. Если все будет в порядке, теоретики получат пищу для размышлений на много лет вперед.

На БАК возлагается много надежд, однако опасений не меньше. Еще ни один прибор в новейшей научной истории не вызывал таких общественных треволнений. Его обвинили в том, что он подвергает опасности Землю, а то и всю Вселенную. Кого БАК пока подверг опасности, так это Интернет: распространяясь в сети, эти взгляды превратили бесчисленные блоги и форумы в места жарких баталий.

В числе главных виновников, которые якобы родятся в недрах БАК и запустят конец света, ненасытные черные мини-дыры, магнитные монополи и наводящие ужас гипотетические «страпельки» («странные капельки»). Апокалипсические настроения, собственно, не новы. Иногда людям, и таких немало, нравится проводить время в ожидании возможных катастроф: столкновения с астероидом, испарения Земли взрывом близкой сверхновой… В случае с БАК примечательно то, что мир поглощают теоретические объекты, которых не видели ни на одном детекторе и которых, скорее всего, вообще нет в природе.

Пожалуй, самый популярный сценарий конца света из-за БАК связан с черными дырами. Он гласит: пучки будут настолько интенсивными, что в горниле ускорителя родится крошечная черная дыра, которая, подобно слизистой твари из фильма ужасов «Капля» (Blob), начнет засасывать все на своем пути, пока не поглотит всю Землю целиком. Справедливости ради скажем, что в некоторых теоретических схемах предсказывается возникновение микроскопических объектов с сильным гравитационным полем.[4] Однако представления о прожорливости миниатюрных черных дыр не более чем заблуждение. Любые родившиеся на БАК объекты слишком малы, чтобы представлять какую-либо угрозу.

Обычные черные дыры рождаются на последних стадиях эволюции массивных звезд (как минимум в три раза тяжелее Солнца) в результате стремительного сжатия (коллапса). Своим именем они обязаны их гравитационному полю, настолько сильному, что из-под воображаемой поверхности, называемой горизонтом событий, не может вырваться даже свет. Если черная дыра входит в двойную систему, она может расти за счет звезды-компаньона. Той, в свою очередь, ничего не остается, как подпитывать свою черную соседку.

Гипотеза миниатюрных черных дыр строится на том предположении, что огромную массу удастся сжать до размеров элементарных частиц. У этих крошечных объектов горизонт событий охватывал бы настолько маленькую область, что их гравитационное поле нельзя было бы заметить на расстоянии даже в 1 см, не говоря уже о земных масштабах. К тому же из-за так называемого хокинговского излучения они бы вмиг испарились, излучив при этом ряд других частиц. Так что черные дыры не то что не могут достигнуть хотя бы субатомных размеров - у них вообще практически нет шансов выжить. Другими словами, они бы даже БАК не смогли разрушить, а Землю и подавно.

«Вся эта история с черными дырами сильно раздута, - сказал Питер Хиггс в интервью британской “Индепендент”. - Сами теоретики, предсказывающие возможность образования черной мини-дыры, не верят, что она может быть настолько крупной, чтобы начать пожирать нашу Вселенную. Скорее всего, кто-то узнал про такую возможность из СМИ и не совсем правильно ее понял»⁶.

За несколько дней до неудачно закончившегося пуска в сентябре 2008 г. новостные ленты пестрели апокалипсическими историями. «Знакомьтесь, Атомный Эванс - человек, который в среду положит миру конец», - так британский таблоид «Дейли Мейл» представил руководителя БАК. В начале статьи говорится, что живший в Уэльсе Эванс со своим набором юного химика частенько устраивал взрывы, из-за которых «несколько раз вырубало пробки во всем доме»⁷. А может быть, задается вопросом автор, настало время Эвансу вырубить весь мир?

Одна группа активистов под началом Уолтера Вагнера, бывшего чиновника, занимавшегося вопросами ядерной безопасности, дошла ни много ни мало до того, что подала на БАК в суд, требуя полной остановки эксперимента. Чтобы успокоить общественные волнения по поводу надуманных сценариев конца света, работающие с ускорителем ученые выпустили подробный отчет, где оценили потенциальную угрозу БАК для планеты и показали, что нет никаких оснований чего-либо опасаться. В «Исследовании потенциально опасных событий при столкновениях тяжелых ионов на БАК» 2003 г. говорится, что «в случае энергий и светимостей, достижимых на БАК, классическими гравитационными эффектами [черных мини-дыр] можно полностью пренебречь»⁸. Повторный обзор, проведенный в 2008 г., также не подтвердил «чернодырную» угрозу. В обоих отчетах подчеркивается, что если такие объекты существуют в природе, то они должны встречаться и в космических лучах высоких энергий, которые непрерывно бомбардируют нашу Землю. Одно то, что человечество до сих пор живо, указывает на безопасность всего, что рождается при этих энергиях.

И правда, у французов и швейцарцев, живущих над коллайдером, вполне спокойные и счастливые лица. ЦЕРН по праву может гордиться своей открытостью. В частности, он публикует все свои решения и с большим пиететом относится к окружающей среде. Земля над ускорителем выглядит чистой и практически нетронутой, тут и там разбросаны фермы, в том числе винодельческие. Если бы коллайдер нес Земле хотя бы малейшую угрозу, ЦЕРН немедленно бы от него отказался.

Есть у БАК еще одно свойство, которое вызывает не только воодушевление, но и у некоторых определенную тревогу. Дело в том, что коллайдер сможет воспроизвести условия, существовавшие во Вселенной, как считается, спустя неполную одну триллионную секунды после Большого взрыва. Неужели на ускорителе произойдет еще один взрыв космического масштаба, могущий разрушить нашу собственную Вселенную? Вряд ли. Когда говорят об условиях в горниле Большого взрыва, имеют в виду энергию в расчете на одну частицу. Об астрономической вспышке придется позабыть: с точки зрения человека, реальные энергии на ускорителе чрезвычайно малы - меньше миллиардной доли килокалории на одно столкновение! А вот для субатомной частицы это обильный обед. Регистрируя и анализируя события при таких энергиях, ученые смогут понять, что происходило, когда зарождался наш реальный Мир. И им не надо будет бояться, что они создадут еще один.

Попытка проникнуть в тайны мироздания и раскрыть устройство Вселенной сама по себе не нова. Разве что приборы вроде БАК сильно ее облегчают. А так философов и ученых давно интересует, что творилось в самые первые мгновения. Из каких мельчайших частичек построен Мир и как он построен? Существует ли теория всех теорий, которая объясняла бы всю природу от элементарных частиц до космоса в целом? Только подумать: на все эти извечные загадки скоро может быть найден ответ.