Цивилизация
Вопреки мнениям скептиков, протестам боящихся апокалипсиса и умозрительным полушуточным моделям физиков, Большой адронный коллайдер завтра должен заработать на полную мощность и начать сбор научной информации. Первые столкновения пучков протонов с энергией 7 ТэВ пройдут в торжественной обстановке и при большом стечении прессы. Как сообщила пресс-служба CERN, в самом центре за запуском будут следить более 200 журналистов, коллаборации CMS и ATLAS организуют трансляции в институтах-членах коллабораций по всему миру. CERN планирует спутниковую и онлайн-трансляцию. Корреспонденты «Газеты.Ru» будут освещать запуск коллайдера непосредственно из CERN в Женеве и из зала трансляции коллаборации RDMS в Дубне.
Наверное, во вторник коллайдерофобия достигла бы в России пиковых масштабов, однако теперь россиянам уже не до предполагаемого конца света — вполне настоящий апокалипсис уже произошел в понедельник утром в московском метро.
Что до европейцев, то они куда менее озабочены апокалиптическими антинаучными фильмами о БАК. Спокойная Швейцария весьма гордится тем, что дает пристанище международным организациям, среди которых CERN занимает не последнее место.
«Вы едете в CERN?» — спрашивает таможенник на швейцарской границе в Цюрихе. «Да», — отвечает корреспондент «Газеты.Ru». «О, CERN», — он приятно грассирует на букве «р» и почтительно поднимает голову. К планируемым событиям он испытывает уважение, но отнюдь не страх.
«Боитесь ли вы запуска коллайдера?» — спрашиваю я у метрдотеля. «Мы в Женеве — не боимся. Говорят, в Европе есть чудаки, которые боятся. Но для нас это не первый ускоритель наших соседей из CERN, и смотрите: мы еще живы», — отвечает он, улыбаясь.
Глядя на спокойную солнечную Женеву и размеренных, солидных швейцарцев, каждый обыватель понимает: нет, ничего страшного не готовится. Разве стали бы эти люди, так пекущиеся о своей безопасности, хорошей репутации и чистоте окружающей среды, допускать на свою территорию что-то не внушающее доверие?
Так что оставим страхи в стороне и вспомним, зачем нужен коллайдер и как развивалась его судьба до сегодняшнего дня.
Сегодня перед физикой элементарных частиц — именно специалисты в этой области работают на коллайдере, и они решают совсем не те задачи, что решали создатели атомной бомбы, — стоит ряд фундаментальных проблем. Их можно условно разделить на две группы.
Первая — это задачи объяснения эволюции Вселенной:
— В каком состоянии была материя во Вселенной в первые мгновения после Большого взрыва?
— Почему во Вселенной практически отсутствует антиматерия?
— Из чего состоит темная материя и какова природа темной энергии?
Вторая группа проблем представляет собой вопросы самосогласованности теории элементарных частиц и взаимодействий:
— Какова природа масс фундаментальных частиц?
— Существуют ли дополнительные измерения в пространстве-времени и как они могут быть обнаружены?
— Являются ли все известные взаимодействия различными проявлениями одного универсального взаимодействия?
— Нарушается ли в природе симметрия между частицами материи и антиматерии?
— Существуют ли новые поколения фундаментальных частиц?
Многие свойства частиц проявляются только в процессах, происходящих при сверхвысоких энергиях, когда создаются условия для образования новых форм материи, которые были недоступны для наблюдения и исследования их при низких энергиях.
Именно по этой причине для изучения закономерностей физики элементарных частиц необходимо сооружение гигантских ускорителей на встречных пучках — таких, как Большой адронный коллайдер.
Историю БАК можно начать с октября 1990 года, когда на совещании в Ахене (Германия) было озвучено предложение о создании нового протон-протонного ускорителя с гигантской для того времени энергией 16 ТэВ в существующем 27-километровом тоннеле LEP — электронно-позитронного коллайдера, действовавшего в то время в CERN. Через четыре года — уже в 1994 году — совет CERN утвердил этот проект в слегка модифицированном виде: энергия планируемых столкновений частиц была снижена до 14 ТэВ. Тогда и появилось название Большой адронный коллайдер (Large Hadron Collider, LHC).
Сразу после этого в рамках межправительственного соглашения, подписанного не только странами — членами CERN, но и США, Японией, Индией, Китаем, Россией и рядом стран СНГ, началась работа над сооружением гигантской установки на территории Швейцарии и Франции. В 1998 году в CERN была привезена первая размерная модель уникального сверхпроводящего магнита, разработанного специально для БАК, длиной в 15 м. В 1999 году была создана тороидная магнитная система детектора ATLAS — самая крупная подобная система в мире. Начато производство сверхпроводящих кабелей.
Из России прибыла первая партия из 540 соединительных магнитов, система которых обеспечивает «доставку» протонов из меньшего ускорителя SPS в БАК.
В 2000 году прекращается работа LEP, и возведение конструкции БАК переходит в активную фазу. Прибывают первые детали, сделанные в США, в том числе фокусирующие квадрупольные магниты. В 2002 году в CERN прибыли первые октупольные корректирующие магниты. 5000 корректирующих магнитов входят в БАК вместе с 1232 главными дипольными магнитами, искривляющими траекторию протонов, и 400 фокусирующими квадрупольными магнитами. В этом же году из-под земли извлекают последние части ускорителя LEP. За 14 месяцев демонтажа из тоннеля было вывезено 40 тыс. тонн материалов. В 2003 году начата работа над детектором LHCb. В 2004 году первый элемент БАК — адронный калориметр детектора ATLAS — был опущен под землю. В 2005 году завершено строительство гигантских подземных камер для детекторов CMS и ALICE. В 2006 году запущен единый управляющий центр CERN, из которого будет координироваться работа всех экспериментов БАК. В 2007 году под землей были смонтированы конструкции CMS и ALICE, и завершен монтаж всех систем. 10 сентября 2008 года первые пучки протонов были проведены по кольцу коллайдера. Праздничное событие — начало научной работы прибора — планировалось на октябрь месяц, однако, как говорится, человек располагает.
Уже 22 сентября на БАК произошла серьезная авария, вызванная дефектом соединения сверхпроводящих магнитов.
Поломка одной из деталей повредила систему охлаждения, и тонна жидкого гелия вылилась прямо в тоннель. Тогда предполагалось, что устранение повреждений осуществят в течение двух месяцев, а столкновение частиц пройдет в начале 2009 года. Тем не менее запланированная инаугурация коллайдера получилась не слишком веселой — гигантский прибор уже не функционировал.
На деле проблема оказалась куда сложнее, и починка велась весь 2009 год. Кроме того, опасаясь за безопасность установки, CERN принял решение сократить энергию первого рабочего запуска сначала до 10 ТэВ (5 ТэВ на пучок), а затем и вовсе до 7 ТэВ (3,5 ТэВ на пучок), что вдвое меньше запланированного. В октябре прошлого года CERN оказался втянут в некрасивую историю — французский физик, работавший в организации, был уличен в связях с террористами. В начале ноября коллайдер постигло новое локальное несчастье — птица уронила кусок булки в наземную систему электропитания прибора, из-за этого повысилась температура нескольких секторов сверхпроводящих магнитов.
Но, несмотря на локальные трудности, работа продолжалась полным ходом. В ноябре — декабре были проведены тестовые проводки протонов — сначала на небольшой энергии ускорителя SPS — и совершены (на той же энергии) первые столкновения. В начале декабря коллайдер поставил рекорд, разогнав протоны до символической энергии, немного превышающей энергию частиц в американском Тэватроне, и со спокойной душой ушел на рождественские каникулы.
С начала нового года продолжились тестовые запуски прибора с постепенным увеличением энергии пучков.
И, наконец, 22 марта протоны в БАК были разогнаны до первой рабочей энергии — 3,5 ТэВ, а на следующий день была официально анонсирована дата начала полноценного функционирования БАК — 30 марта.
Также было объявлено, что после запуска БАК будет накапливать данные 18–24 месяца с одним кратким перерывом, а затем будет остановлен на длительный ремонт, отладку и усовершенствование, чтобы продолжить работу на более высоких энергиях.
Сейчас до официального пуска коллайдера осталось менее суток. В 7.00 по среднеевропейскому времени (9.00 мск) CERN открывает свои двери для гостей, приглашенных присутствовать на пуске. Первые столкновения, в течение которых планируется в том числе прямое включение в Дубну, должны состояться около 12.00 мск. И хотя директор CERN Рольф Хойер предупреждает, что коллайдер — не машина, приводимая в движение поворотом ключа, и первых столкновений, возможно, придется ждать несколько часов или дней, мы все же будем надеяться на лучшее и готовиться праздновать рождение новой эры в физике и в международном научном сотрудничестве после полудня по московскому времени.