Пол Хэлперн - Коллайдер

• Название: Коллайдер
• Автор: Пол Хэлперн
• Издательство: Эксмо
• Жанр: Физика
• Год: 2010

Осенью 2008 года газеты запестрели заголовками, сообщавшими» будто в недрах Большого адронного коллайдера (БАК), на котором физики собирались расщепить вещество на элементарные частицы, родятся микроскопические черные дыры, способные поглотить Землю.

Какое значение имеет БАК для науки? Что ученые ищут? Почему физика, возможно, вскоре совершит один из величайших рывков в своей истории? Все эти вопросы обсуждаются в книге «Коллайдер». Автор, кроме всего прочего, доказывает, почему невозможно ни практически, ни теоретически, что на БАК появятся черные мини-дыры, которых все так боятся.

---

Хитросплетения кабелей, напоминающие волосы горгоны Медузы, соединяют сложную электронику детектора с внешним миром, позволяя дистанционно управлять сбором данных. Благодаря этому исследователям, трудящимся над проектом, как правило, не нужно во время непосредственной работы ускорителя предпринимать вылазки в приборные отсеки. А обработать стремительный поток информации ученые смогут с помощью системы под названием «Грид», дающей доступ к обособленной сети компьютеров, охватывающей весь земной шар. В результатах анализа они будут искать следы бозона Хиггса и других гипотетических частиц.

Плохого бы я был мнения о БАК, если б решил, что он ограничивается этой исполинской искусственной пещерой, где стоит АТЛАС. От последнего через отверстия в стене уходят трубы ускорителя, расположившиеся во впечатляющем тоннеле. За километры от того места, где я сейчас, в таких же гротах стоят еще детекторы: многоцелевой детектор CMS, оборудованный сильным центральным магнитом, «Алиса» (ALICE), специальный детектор для изучения столкновений ионов свинца, детектор БАК-b (LHCb), предназначенный для исследования взаимодействия так называемых b-кварков, и некоторые другие.

Поднявшись на свежий воздух, я решил немного осмотреть французский ландшафт поверх кольца БАК. Большая часть кругового 27-километрового тоннеля проходит под идиллической местностью под названием Пэи-де-Жекс («область Жекс»), раскинувшейся на границе Франции и Швейцарии. Захватив паспорт, я сел в автобус, направляющийся из Женевы во французскую деревню Ферней-Вольтер. Она, как подсказала мне карта, находится, грубо говоря, над одним из сегментов тоннеля БАК.

В этом старомодном уголке, где когда-то философствовал Вольтер, почту до сих пор развозят на велосипедах. В «буланжери» можно прикупить свежего французского багета, испеченного по старинному рецепту, а во «фромажери» - отведать ароматный «блё-де-жекс» и другие тамошние сыры. По сторонам ведущих в город дорог - дома с выцветшей на солнце желтой или зеленой штукатуркой и крышами, выложенными бургундской мозаичной черепицей. Цивилизация сюда, кажется, еще не добралась. Но от иллюзии не осталось и следа, как только мимо меня проехал белый микроавтобус с бросающейся в глаза эмблемой ЦЕРНа. Она словно говорила: не стоит забывать, что эта уютная деревенька со всеми ее прелестями сельской жизни соседствует с одной из самых смелых научных затей XXI в.

Вернувшись на Рут-де-Мейрен, я заметил тот же контраст старого и нового. В ЦЕРНе с пиететом относятся к истории. Его улицы носят имена людей, которых объединяла общая цель - найти фундаментальные составляющие природы. Здесь Демокрит и Мария Склодовская-Кюри, Джеймс Клерк Максвелл и Альберт Эйнштейн. По площади церновского музея рассеяны всевозможные ускорители и детекторы разных форм, размеров и эпох. Невольно сравнивая эти первые маленькие детекторы с АТЛАСом, воочию видишь мощь прогресса, произошедшего в физике элементарных частиц за последние 75 лет.

В новом проекте задействованы и прежние версии ускорителей. До того как частицы попадают в основное кольцо, их сначала разгоняют на «старых» установках, самой почтенной из которых около полувека. Словно духи прошлого благословляют ученых на будущие свершения.

Последуем и мы примеру ЦЕРНа: прежде чем окунуться в мир современных проблем и методов исследования, обратимся к истории физики элементарных частиц и способам, давшим нам возможность разведать кое-какие секреты природы. Так мы наберем необходимый импульс! Я задумывал эту книгу не только как повесть о Большом адронном коллайдере и сногсшибательных открытиях, которые он может нам подарить. Мне хотелось также проследить тот путь, которым человечество движется к ответу на старый как мир вопрос: на каком фундаменте покоится мироздание? Частицы уже начали свой бег по коридорам ускорителя высоких энергий, и мы тоже вот-вот отправимся в фантастическое путешествие.

Благодарности

Спасибо всем тем в ЦЕРНе, кто уделил мне время, чтобы рассказать о своей работе, и провел экскурсии по установкам. Особенно я хочу поблагодарить Михаэла Рейссенбека - главу исследовательской группы из Университета Стоуни-Брук, ведущей АТЛАС, - за готовность обсудить со мной разные стороны этого проекта и за помощь в организации встреч, которые оказались невероятно полезными. Выражаю также глубокую признательность Венетиосу Полихронакосу, Ларри Прайсу, Чарли Янгу, Ашфаку Амаду, Адаму и Кате Юркевич, Александру Ходинову, Джейсону Фарли, Джулии Грей и Джету Гудсону.

Большое спасибо Дэвиду Кассиди и Адаму Юркевичу за то, что они прочитали отдельные главы и высказали свои замечания. Хочу также поблагодарить Дж. Дэвида Джексона из Калифорнийского университета и Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли за полезные комментарии. Спасибо Дэвиду Брину за учтиво предоставленную цитату из его романа «Земля» и Герману Воуку за любезное разрешение включить в эту книгу цитату из «Техасского котлована».

Я благодарю своих редакторов в «Уили», Констанцию Сантистебан и Эрика Нельсона, за их уверенность, помощь, идеи и дальновидность, а также моего агента Джилса Андерсона за его мудрые советы и поддержку.

За поддержку в этом и других моих литературных опытах я признателен своим коллегам из Университета наук в Филадельфии - Филу Гербино, Элаю Эскенази, Джуду Кучински, Брайану Киршнеру, Филлис Блумберг, Стиву Родригу, Сержиу Фрейре, Бернарду Бруннеру, Джиму Каммингсу, Пину Канлиффу, Рою Робсону, Дэвиду Трэкселу, Джастину Эверетту, Дирдре Петтипис, К. Шветкету Вирбхадре и многим другим.

Спасибо моим друзьям, с которыми я уже много лет обсуждаю все захватывающие идеи, - Фреду Шюпферу, Майклу Эрлиху, Фрэн Шугарман, Митчеллу и Уэнди Кальц, Симоне Зелич, Доу Буххольцу, Бобу Янцену, Роберту Кларку, Скоту Веггебергу, Эвану Томасу, Дубравке Клабукару, Элане Льюбит и покойному Дональду Баски.

Огромное спасибо моей жене Фелиции и моим сыновьям Эйдену и Элаю за неиссякаемую любовь, теплоту и интересные мысли. Приношу благодарность своим родителям, Стэну и Банни Хэлперн, за их поддержку, а также своим родственникам - Джозефу и Арлин Финстон, Саре и Ричарду Эванс, Лейн и Джилу Хуревиц, Джэнис, Ричарду, Джерри, Долорес, Майклу, Марии Энтнер, Дене и Амритпалу Хэттон, Аарону Стэнбро, Кеннету, Алану, Бет, Тессе, Ричарду, Аните, Эмили, Джейку Хэлперну и остальным.

Введение. Мастерская совершенства

Столь очевидное братство среди атомов не указывает ли на общность происхождения?… Полнота сложного не указывает ли на совершенство простого?… Не потому ли, что первично, а следовательно, закономерно, они были Одно, - теперь во всех обстоятельствах, во всех точках, во всех направлениях, всеми способами приближения, во всех отношениях и при всех условиях они с борьбою устремляются назад к этому абсолютному, к этому безотносительному, к этому безусловному Одному?

Эдгар Аллан По. Эврика.

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.