Книга Джордж и Большой взрыв - Люси Хокинг

• В трубах, из которых выкачан практически весь воздух, создаётся вакуум, как в открытом космосе, чтобы протоны на своём пути не сталкивались с молекулами воздуха.

• Поскольку тоннель изогнут, более 1200 мощных магнитов управляют движением протонов, чтобы те не сталкивались со стенками труб. Эти магниты обладают сверхпроводимостью, то есть способны генерировать очень большие поля с очень малой потерей энергии. Для этого их необходимо охлаждать жидким гелием до температуры – 271 градус по Цельсию; это холоднее, чем в открытом космосе!

Труба Большого адронного коллайдера – самое безжизненное место на Земле!

• На полной мощности каждый протон будет совершать 11 245 оборотов в секунду на скорости в 99,99 % скорости света. При этом в секунду будет происходить до 600 миллионов прямых столкновений между протонами.

Всего в Большом адронном коллайдере около 9300 магнитов.

• БАК предназначен для столкновения не только протонов, но и ионов свинца (ядер атомов свинца).

ГРИД

• Даже самое современное оборудование не справится с тем объёмом данных, какой производят детекторы БАК: около одного мегабайта на каждое столкновение. Компьютерные алгоритмы выбирают только самые интересные события – остальные данные, более 99 %, отбрасываются.

• Но и при этом предполагается, что данные с Большого адронного коллайдера составят около 15 миллионов гигабайт информации в год (достаточно, чтобы под завязку забить 75 000 персональных компьютеров с двухсотгигабайтными жёсткими дисками). Отсюда возникает серьёзная проблема хранения и обработки информации – особенно с учётом того, что физики, которым необходимы эти данные, разбросаны по всему миру.

• Задачи хранения и обработки информации решаются путём быстрой пересылки данных через Интернет на компьютеры, находящиеся в разных странах. Все эти компьютеры вместе с компьютерами в ЦЕРНе образуют вычислительную сеть Большого адронного коллайдера (LHC Computing Grid), основанную на грид-технологии и называемую просто «Грид».

Детекторы

На Большом адронном коллайдере работают четыре основных детектора, размещённых в подземных залах вокруг тоннеля. Чтобы пучки сталкивались именно в тех четырёх точках, где находятся детекторы, используются специальные магниты.

• ATLAS – самый большой детектор в истории: 46 метров длиной, 25 метров шириной, 25 метров высотой и весом в 7000 тонн. Он распознаёт частицы, производимые при высокоэнергетических столкновениях, проследив траекторию их полёта и измерив их энергию.

• Детектор CMS устроен иначе, чем ATLAS, однако предназначен он для изучения тех же процессов (разное устройство этих двух детекторов позволяет получать независимые подтверждения для каждого открытия). Длина CMS 21 метр, ширина и высота – по 15 метров, а весит он больше, чем ATLAS, – 14 000 тонн.

• Детектор ALICE разработан специально для поиска кварк-глюонной плазмы, порождаемой при столкновениях ионов свинца. Считается, что в первые мгновения после Большого взрыва Вселенная существовала в виде такой плазмы. Длина детектора ALICE 26 метров, ширина и высота – по 16 метров, вес – около 10 000 тонн.

• Детектор LHCb создан для исследования b-кварков. Его цель – прояснить различия между материей и антиматерией. Длина этого детектора 21 метр, высота – 10 метров, ширина – 13 метров, вес – 5 600 тонн.

Каких открытий ждать в будущем?

Стандартная модель физики элементарных частиц описывает: фундаментальные взаимодействия; частицы, которые их переносят; три поколения частиц материи.

Но:

• Всего лишь 4,6 % Вселенной состоит из известной нам материи. Из чего же состоит всё остальное? Что представляют собой тёмная материя и тёмная энергия?

• Почему элементарные частицы обладают массой? Ответ на этот вопрос можно будет получить, если удастся не только обнаружить, но и изучить бозон Хиггса – частицу, предсказанную Стандартной моделью. Сейчас физики проводят эти исследования на Большом адронном коллайдере.

• Почему во Вселенной гораздо больше материи, чем антиматерии?

• В течение очень краткого времени сразу после Большого взрыва кварки и глюоны были такими раскалёнными, что не могли соединиться и образовать протоны и нейтроны. В этот момент Вселенная была наполнена материей в необычном состоянии – так называемой кварк-глюонной плазмой. Эта плазма должна быть воссоздана на Большом адронном коллайдере; детектор ALICE специально предназначен для того, чтобы обнаружить её и исследовать. Учёные надеются, что, изучив кварк-глюонную плазму, они многое узнают о сильном ядерном взаимодействии и о развитии Вселенной.

• Новые теории пытаются включить гравитацию (а также пространство и время) в ту же квантовую теорию, которая сейчас описывает остальные взаимодействия и элементарные частицы. Существуют гипотезы, что помимо знакомых нам четырёх измерений пространства-времени могут существовать и другие. Если эти «дополнительные измерения» действительно существуют, столкновения частиц на Большом адронном коллайдере помогут их обнаружить!

Всё шло так хорошо, что Эрик, по идее, должен был бы плясать от радости. Однако, когда ты совсем один, радоваться трудно. До общего собрания Братства Эрик оставался на подозрении: с ним вежливо раскланивались и обходили стороной. Коллеги и друзья сочувствовали ему, но сдержанно.

Такая изоляция от научного сообщества, конечно, огорчала Эрика, однако было ещё кое-что похуже: его могли отлучить от работы. Готовящийся цикл экспериментов был самым грандиозным в истории науки; все ожидали получить ответы на главные вопросы физики. Эрик с пугающей ясностью осознал: если на сегодняшнем собрании все ополчатся против него и исключат из Братства, ему придётся тотчас покинуть территорию коллайдера, и он не станет свидетелем самого важного для науки момента – самого важного после Большого взрыва. Но и это ещё не всё: возможно, ему не дадут даже ознакомиться с результатами экспериментов! До тех пор, пока его снова не признают достойным доверия, он будет оставаться подозрительным одиночкой на задворках науки. Наверно, и Линн тогда, много лет назад, точно так же ощущал себя отверженным и оскорблённым – причём по его, Эрика, милости… От мысли, что его разлучат с любимой работой, Эрик впал в глухую тоску.

И тут у него забибикал пейджер.

«Собрание в 19:30. Подземный центр запуска», – прочёл Эрик, и сердце у него забилось быстро-быстро. Наконец-то решится его судьба.

Эрик уже давно маялся в ожидании. Членам Братства учёных пришлось добираться на коллайдер дольше, чем предполагалось. А Эрик был совсем один, даже Космос не мог составить ему компанию. Компьютер конфисковали в тот же миг, как Эрик ступил с трапа на землю Швейцарии. На аэродроме его поджидал доктор Цзян, тот самый учёный из Китая, который заметил их с Джорджем на Луне. С ночного неба лились струи дождя.