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.

---

Черные дыры полегче испарятся быстрее. Но возникает задача, как их получить, потому что механизм звездного коллапса здесь уже не работает. Звезды солнечной массы, например, оканчивают свою жизнь не в виде черных дыр, а в виде тусклых белых карликов. Давление внутри них предотвращает дальнейшее сжатие, и такие звезды, застряв на полпути к черной дыре, просто-напросто постепенно остывают.

Как бы то ни было, в решении Шварцшильда о минимальной массе черной дыры ничего не говорится. Однако есть выражение для радиуса Шварцшильда (расстояния от центра до горизонта событий), включающее в себя массу материи, неважно, сколько ее. Чем легче тело, тем меньше у него радиус Шварцшильда.

Скажем, у черной дыры вдесятеро тяжелее Солнца этот радиус составит около 30 км, то есть она спокойно поместится на территории штата Род-Айленд. Если б некая мощная сила смогла бы загнать Землю под ее радиус Шварцшильда, наша планета оказалась бы размером с жемчужину. Человек, сжатый до своего радиуса Шварцшалъда, был бы в миллиарды. раз меньше атомного ядра. Да уж, о прямых измерениях здесь говорить не приходится.

В 2001 г. Савас Димопулос вместе с физиком из Браувовскоги университета Грегом Лэндсбергом. опубликовали вызвавшую много толков статью, в которой утверждали, что черные мини-дыры, может быть, удастся зарегистрировать на БАК. Их радиус Шварцшильда должен быть порядка планковской длины, то есть порядка 10-33 см - почти в триллион миллиардов раз меньше атомного ядра. Взяв за основу теории с большими дополнительными измерениями, соавторы оценили, что БАК будет штамповать около 10 млн таких черных дыр в год. БЭП в свое время выдавал примерно столько же Z-бозонов.

Смоделированное изображение рождения и распада черных мини-дыр в детекторе АТЛАС.

Димопулос и Лэндсберг подчеркивали, что если бы на БАК обнаружились черные мини-дыры, они бы послужили тонким инструментом для установления количества дополнительных измерений и, подтвердив утечку гравитонов в параллельную Вселенную, сыграли бы на руку гипотезе о мире на бране. Все потому, что масса этих миниатюрных компактных объектов определяется числом пространственных измерений. А так как хокинговское излучение истощает легкие тела быстрее, крошечные черные дыры стремительно распались бы на какие-нибудь частицы, которые, возможно, удалось бы зарегистрировать. В идеале это позволило бы досконально изучить процесс квантовою испарения и разобраться с идеей о дополнительных измерениях.

На сегодняшний день черные мини-дыры пока остаются лишь теоретической догадкой. Если уж с черными дырами звездного происхождения пока не все понятно, то что говорить об их гипотетических уменьшенных копиях. Димопулос и Лэндсберг предупредили в своей статье, что их вычисления основаны на «полуклассических предпосылках», имеющих место на зыбкой границе между общей теорией относительности и некоторыми моделями квантовой гравитации (в частности, теории струн и М-теории). «Поскольку могут возникнуть неизвестные струнные поправки, - пишут авторы, - наши результаты не более чем приближенные оценки»91.

Раз у нас такие туманные представления о том, как себя ведет гравитация на самых коротких расстояниях, где в свои права вступает квантовая механика, сразу и не угадаешь, какие теоретические предсказания в итоге окажутся верными. Прелесть детекторов АТЛАС и CMS в том, что они многоцелевые. Собранный ими фактический материал будут обрабатывать научные группы со всего света, которые попытаются дать ответ на вопрос, какой гипотезе он лучше всего соответствует. Но до тех пор черные мини-дыры остаются чисто умозрительной, хоть и будоражащей воображение, возможностью.

Если черные мини-дыры и почтят своим присутствием коллайдер, они вряд ли успеют вступить во взаимодействие с окружающей средой. Собственно, и взаимодействовать особо не с чем: точки столкновения герметично упакованы и погружены в чистейший вакуум, а температура поддерживается на уровне нескольких кельвинов. Едва из кварков двух сталкивающихся протонов образуется черная дыра, как она тут же распадется на элементарные частицы. Всю свою недолгую жизнь она проведет вдали от других тел и, будучи немногим тяжелее атомного ядра, не сможет оказать на них сколько-нибудь заметного влияния. О ее рождении не возвестят ни фейерверки, ни даже вспышка на экране. Единственный способ узнать, что в недрах БАК в течение считаных мгновений существовала черная мини-дыра, - выполнить тщательный анализ данных, который займет далеко не один месяц.

Психологическое восприятие опасности не всегда отвечает реальному положению вещей. Некая экзотическая угроза кажется нам страшнее, чем те риски, которым мы подвергаемся каждый день. Людей не интересует, сколько человек ежедневно оступаются, спускаясь по лестнице, и поскальзываются на мокром полу, пока беда не настигает их самих или их близких. Но вот образ черной мини-дыры, прожорливой, как капля из одноименного фильма, вызывает в них беспокойство, тем более беспричинное, что шансы ощутить на себе воздействие такого тела, особенно если оно крошечного размера, невероятно близки к нулю.

В 2008 г. Уолтер Вагнер и Луис Санчо подали иск в окружной суд американского штата Гавайи. Они хотели в судебном порядке добиться приостановления работы БАК до тех пор, пока не будет проведена всесторонняя оценка опасности, которую может нести Земле ускоритель. Среди ответчиков числились Министерство энергетики США, «Фермилаб», ЦЕРН и Национальная научная организация. Из решения, уместившегося на 26 страницах, следовало, что суд отклоняет претензии истцов, поскольку данный вопрос находится вне сферы его компетенции.

Вагнер, сам специалист в ядерной физике, возглавляет инициативную группу «Граждане против Большого адронного коллайдера». В ее задачи входит информировать мир о возможных сценариях конца света. Один из них - рождение черных минидыр, которые будут устойчивее, чем мы думаем. Например, предполагает активист, хокинговское излучение по какой-то причине окажется слабым или его вообще не существует. В конце концов, его же никто никогда не видел, говорит Вагнер. Выжившая черная мини-дыра либо, как нейтрино, пройдет Землю насквозь, либо будет захвачена земным гравитационным полем. Развивая эту мысль, Вагнер продолжает: дыра застрянет в ядре нашей планеты и начнет заглатывать окружающее вещество, постепенно разбухая все больше и больше и угрожая прекратить наше существование. Санчо и Вагнер пишут в своей жалобе: «В конечном итоге в эту растущую черную мини-дыру провалится вся Земля, а на ее месте появится черная дыра средних размеров, вокруг которой по-прежнему будут обращаться Луна, искусственные спутники, МКС (Международная космическая станция) и т. д.»92.

Этот апокалипсический сценарий во многом повторяет катастрофу, описанную Дэвидом Брином в фантастической повести «Земля» 1990 г. Действие книги перенесено в 2038 г., когда ученым удается создать миниатюрную черную дыру, которая однажды случайно ускользает из магнитной ловушки. Вгрызаясь в земную плоть, она грозит отправить в свое чрево всю планету. На ненасытное чудовище объявляется охота. Если его не поймать, человечество ждет неминуемая гибель.

Противники БАК призывают не ждать, пока грянет гром. По их мнению, если есть хоть малейшая вероятность, что черная дыра уничтожит мир, зачем идти на этот риск? Надо исключить любую угрозу не после, а до того, как закрутится протонная рулетка. Можно было бы откликнуться на этот призыв, если бы черные мини-дыры и правда были способны, как прожорливая тварь из «Капли», достичь опасных для Земли размеров. Однако ни в одной научно обоснованной теории нет и намека на такое развитие событий.

Вагнер и его соратники обеспокоены также тем, что БАК может породить «страпельки», конгломераты частиц с равным количеством верхних, нижних и странных кварков. Как гласит гипотеза странной материи, эти образования при некоторых условиях устойчивее, чем обычное ядерное вещество. Подобно тому, как под действием температуры сырое яйцо становится крутым, коллайдер может поспособствовать слиянию кварков в сгустки. И тогда, как говорится в иске Санчо с Вагнером, «благодаря большей, чем у нормального вещества, устойчивости они начнут поглощать обычную материю, превращая ее в странную в составе все более крупной “страпельки”. Частота актов слияния будет катастрофически нарастать, пока вся Земля не станет одной гигантской “страпелькой”»93.

Еще активисты пугают мировую общественность магнитными монополями, магнитами не с двумя, а с одним полюсом, северным либо южным. Если вы разломите намагниченный брусок пополам, то получите два магнита поменьше, причем у каждого будет как северный, так и южный полюс. Что бы ни случилось, полюса всегда идут в магните парами. У монополей же всего один полюс. Эти объекты впервые рассмотрел в 30-х гг. Дирак. Сегодня они играют ключевую роль в некоторых теориях Великого Объединения (ТВО). В эксперименте монополи ни разу не наблюдались, однако часть теоретиков считают, что причина тому - их большая масса, а значит, они могут появиться среди продуктов столкновений на БАК.