Достучаться до небес. Научный взгляд на устройство Вселенной - Лиза Рэндалл

РИС. 28. Краткий очерк истории БАКа

23 ноября 2009 г. в Большом адронном коллайдере наконец-то произошло первое столкновение частиц. Миллионы протонов столкнулись со встречным сгустком таких же протонов при инжекционной энергии в 900 ГэВ. Это означало, что после многих лет ожидания запланированные эксперименты нач

нут записывать результаты первых протонных столкновений в кольце БАКа.

Вскоре после этого протоны в кольце начали слегка разгонять; сначала были получены пучки с энергией 1,18 ТэВ — самые высокоэнергетические циркулирующие пучки за всю историю исследований. Всего через неделю после первых столкновений, 30 ноября, эти высокоэнергетические протоны встретились. Суммарная энергия столкновения, составившая 2,36 ТэВ, превзошла все ранее достигнутое и побила рекорд Лаборатории имени Ферми, продержавшийся восемь лет.

Результаты столкновения пучков регистрировали три различных детектора, и за следующие несколько недель были зафиксированы десятки тысяч таких столкновений. Эти столкновения, конечно, не обещали новых физических теорий, но оказались невероятно полезны для тестирования экспериментальных детекторов и исследования фона Стандартной модели — событий, которые не раскрывали еще ничего нового, но могли бы в принципе помешать реальным открытиям.

Физики–экспериментаторы всего мира с радостью встретили успех БАКа и достигнутые на нем рекордные энергии. Примечательно, кстати, что этот результат был получен в последний момент — еще чуть–чуть, и в середине декабря установку предстояло остановить до марта будущего года, так что вопрос стоял просто: либо декабрь, либо ждать еще несколько месяцев. Джефф Ричман, экспериментатор из Санта–Барбары, работающий на БАКе, рассказал мне об этом на конференции по темной материи. Оказалось, что он заключил пари с одним физиком из Лаборатории имени Ферми о том, сможет ли БАК до конца 2009 г. получить более высокоэнергетические столкновения, чем тэватрон в Фермилабе. По его веселому настроению было ясно, кто выиграл пари.

18 декабря 2009 г. волна интереса временно спала — после того судьбоносного прогона БАК был закрыт на каникулы. Лин Эванс завершил свой рассказ обсуждением планов на 2010 г. и обещанием заметно повысить энергию столкновений. Планировалось до конца года поднять ее до 7 ТэВ — значительный рост по сравнению с тем, чего удавалось достичь ранее. Эванс был оптимистичен и уверен в себе и в коллайдере — как оказалось, не без оснований; установка действительно без проблем подняла энергию до этой цифры.

После множества затруднений и задержек Большой адронный коллайдер начал наконец работать по графику (см. хронику проекта на рис. 28). Предполагалось, что вплоть до 2012 г. БАК будет работать на энергии 7 ТэВ или, возможно, чуть больше, а потом закроется по крайней мере на год для подготовки к работе на более высоких энергиях[33]. После этого инженеры попытаются поднять энергию столкновения как можно выше и довести ее по возможности до запланированных 14 ТэВ, а также поднять интенсивность пучка, чтобы увеличить число столкновений.

После повторного пуска в 2009 г. и детекторы, и сама установи ка работали как часы, так что заключительные слова Лина прозвучали вполне убедительно: «Приключения, связанные со строительством БАКа, завершились. Пришло время приключений, связанных с научными открытиями».

Физики уже давно с нетерпением ждали пуска БАКа. Научный прогресс невозможен без новых данных, а физика элементарных частиц, по крайней мере в части высокоэнергетических взаимодействий, давно уже живет на голодном пайке. Пока не появятся данные с БАКа, никто не сможет сказать, какие из многочисленных теорий и предположений о том, что лежит в основе Стандартной модели, верны. Но, прежде чем сделать попытку разобраться в наиболее интересных вариантах и возможностях, я хочу посвятить следующие несколько глав важным вопросам о рисках и неопределенностях, без которых невозможно корректно интерпретировать экспериментальные данные БАКа.

Мы начнем обсуждение с черных дыр в Большом адронном коллайдере и с того, почему они удостоились куда большего внимания, чем заслуживали.

В настоящее время физики рассматривают множество вариантов того, что сможет в конце концов породить БАК. В 1990–е гг. теоретики и экспериментаторы с особым удовольствием рассматривали новый тип сценариев, по которым при рабочих энергиях БАКа должны изменяться не только свойства частиц, но и сама гравитация. Одно интересное потенциальное следствие из этих теорий привлекло широкое внимание общественности, особенно далекой от физики. Речь идет о возникновении микроскопических низкоэнергетических черных дыр. Такие многомерные черные дыры, действительно, могут возникнуть, если верными окажутся предположения о дополнительных пространственных измерениях, высказанные, в частности, Раманом Сандрамом и мною. Физики оптимистично предполагают, что рождение таких черных дыр станет подтверждением теорий о модифицированной гравитации.

Однако все восприняли подобные предсказания с энтузиазмом! И в США, и в других странах нашлись люди, которых всерьез обеспокоила перспектива того, что появившиеся таким образом черные дыры могут всосать в себя все на Земле. На публичных лекциях меня часто спрашивали о таком сценарии развития событий. Я объясняла, почему такой опасности не существует. К несчастью, не все имели возможность узнать об этом из первых рук.

Сегодня Уолтер Вагнер — директор ботанического сада на Гавайских островах и юрист по образованию. А когда‑то ему приходилось заниматься и ядерной безопасностью. Вместе с испанцем Луисом Санчесом, автором альтернативной теории времени, Вагнер стал одним из самых воинствующих алармистов. Эти двое зашли так далеко, что подали в суд штата Гавайи иск против Европейского центра ядерных исследований, Министерства энергетики США, Национального научного фонда и американского ускорительного центра Фермилаб, пытаясь остановить пуск коллайдера. Если бы их целью было всего лишь затягивание пуска БАКа, то, пожалуй, проще было бы пустить голубя, который сбросил бы сверху на коллайдер кусок булки и тем самым причинил массу неприятностей и задержек (такая история, кстати, действительно имела место, но птица, судя по всему, сделала это по собственной инициативе). Но Вагнеру и Санчесу хотелось добиться полного запрета на пуск БАКа.

Вагнер и Санчес были не единственными, кого беспокоили черные дыры. Другой юрист, адвокат Гарри Леманн, написал книгу, в которой всерьез обсуждалось, кто окажется «крайним» на случай, если коллайдер засосет в себя всю Землю. В ней он собрал, кажется, все существующие опасения на этот счет. Блог, посвященный этой теме, сосредоточился в основном на страхах, связанных со взрывом 2008 г., и на вопросе, можно ли вновь пускать эту страшную машину. Опасались авторы блога, правда, не технических неполадок и новой катастрофы, такой же или еще более серьезной, как 19 сентября, а тех реальных физических явлений, которые могли возникнуть в рабочем тоннеле БАКа.