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.

---

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.

Санчо и Вагнер пришли к выводу, что БАК способен породить два тяжелых монополя, один северный, другой южный. Взаимодействуя с обычным веществом, они, не исключено, станут катализаторами определенных процессов, предсказываемых ТВО, и вынудят протоны к распаду. Кроме того, допустим, что запускается цепная реакция, и протоны, а вместе с ними и атомы один за другим разваливаются. В конце концов вся голубая планета превращается в безжизненный шар из продуктов распада, на котором уже ничто не напоминает о былом благоденствии.

История с «Тринити» заставляет нас задаться вопросом, а не делают ли в этот самый момент сотрудники ЦЕРНа ставки на то, какой именно из этих, прямо скажем, нерадостных исходов нас ждет? Может статься, они прям на обеденном перерыве гадают: что - черные дыры, «страпельки», монополи или какой-нибудь еще монстр - проглотит французскую землю, как утренний тост, что продырявит швейцарские горы, сделав из них подобие сыра, а потом устремится в Болонью, чтобы играючи исполосовать ее и дальше продолжить свое всепожирающее шествие? А вдруг это не вся правда и ученые молчат о подлинной угрозе, которую несет Земле величайший в мире коллайдер?

С другой стороны, ЦЕРН славится своей открытостью. Секретность противоречила бы его главному предназначению. Исидор Раби, принимавший участие в «Манхэттенском проекте» и присутствовавший на первом ядерном испытании, основал ЦЕРН, чтобы европейцы после войны могли вернуться к мирной, гражданской науке и развивать ее совместными усилиями. Он подчеркнул, что в ЦЕРНе не будет атомных реакторов и ни одно из сделанных там открытий не будет засекречено, дабы пресечь все попытки использовать результаты исследований в неблаговидных целях.

Не чуждые черного юмора, церновские ученые подчас находят в ажиотаже вокруг черных дыр повод для развлечений. Заговорщически подмигивая друг другу, они как бы дают друг другу знать, что сидят не иначе как на пороховой бочке, которая того и гляди взорвется, а потом, как ни в чем не бывало, садятся дальше писать программы. «[Мои друзья] знают: я не какой-то там злой гений, решивший покончить с этим миром», - говорит аспирантка Джулия Грей94.

Теоретики тем не менее в курсе, что квантовая неопределенность таит в себе исчезающе малую, но ненулевую вероятность самых разнообразных исходов. Но есть ли смысл о них беспокоиться? Если все же так случится, что квантовые кости лягут неудачно (хоть это, повторяем, и невероятно), то, по словам Нимы Аркани-Хамеда, «из Большого адронного коллайдера, не исключено, полезут чудища, которые нас слопают»95.

Несмотря на беззаботность многих своих сотрудников, сам ЦЕРН, не желая портить безоблачные и основанные на честности отношения с рядовой публикой, относится к любым причинам для общественного беспокойства со всей серьезностью. Вряд ли руководству Центра хотелось бы, чтобы люди думали, будто в его тоннелях и лабораториях творится нечто ужасное.

Хотя в 2003 г. ЦЕРН выпустил исчерпывающий отчет, в котором указывалось, что ни черные мини-дыры, ни «страпельки», ни магнитные монополи не представляют опасности, в июне 2008 г. организация решила повторно проработать этот вопрос. Свежий отчет подтвердил полученную ранее оценку риска. В нем перечислена масса убедительных аргументов в пользу того, что микроскопические черные дыры, «страпельки» и монополи, даже если они и существуют, не таят в себе угрозу для земной цивилизации.

Например, про крошечные черные дыры в отчете говорится, что благодаря законам сохранения они будут неустойчивы. Согласно максиме «все, что не запрещено, разрешено», если черная мини-дыра образовалась из элементарных частиц, она на них же может и распасться. То есть вне зависимости от того, насколько верны наши представления о хокинговском излучении, мини-дыры обязаны распадаться.

Кроме того, так как обсуждаемые микроскопические черные дыры получаются от столкновений протонов, велика вероятность, что они будут заряжены положительно, а значит, будут отталкиваться от всех положительных зарядов на Земле. Им придется изрядно попотеть, чтобы подойти к атомному ядру хоть сколько-нибудь близко. Но даже если предположить, что они останутся целыми и невредимыми и как-то справятся с силами электрического отталкивания, вещество будет падать на них за счет гравитационного притяжения безумно медленно. Короче говоря, любая капля, прибывшая из Лилипутии в БАК, долго в этом мире не задержится. Обречены они, а не мы.

«Страпельки», подчеркивают авторы отчета, если и появятся, то, скорее, в столкновениях тяжелых ионов, а не протонов. На самом деле отдельные теоретики ожидали их появления еще на Коллайдере релятивистских тяжелых ионов (КРТИ), открывшемся в 2000 г. в Брукхейвене. Между прочим, Вагнер подавал иски и против этого коллайдера, добиваясь запрета на его функционирование, впрочем, неудачно. Однако на КРТИ ни одной «страпельки» замечено не было. На расположенные поблизости пляжи Хэмптона по-прежнему слетаются богатые и знаменитые, которых сюда манит рассыпчатый песок и ласковые волны, знать не знающие о странной материи. Раз уж «страпельки» не родились там, где их больше всего ждали, имеет ли смысл беспокоиться об их появлении в не самом приспособленном для этого месте?

Есть основания полагать, что «страпельки», неожиданно затесавшиеся в продукты столкновения, окажутся весьма неустойчивыми. Они должны разрушаться при температурах гораздо ниже тех, что достигаются в столкновениях ионов. Авторы сравнивают рождение стабильной «страпельки» в таких неблагоприятных условиях с «приготовлением льда в топке».

Как указано в отчете 2008 г., монополи были исследованы во всех деталях еще в предыдущем обзоре. Если им все же удастся нарушить целостность протонов (весьма гипотетический сценарий, предсказываемый некоторыми ТВО), максимум, что произойдет: монополь съест пару-тройку кубических сантиметров вещества и, питаемый энергией распадов, выстрелит в космос, не причинив никому вреда. Он разве что может оставить крошечную пробоину в детекторе БАК в память о своем мимолетном присутствии.

Наконец, рассуждая об опасности черных дыр, «страпелек», монополей и прочих высокоэнергетичных монстрах, комиссия приводит свой, пожалуй, самый надежный аргумент. Если бы какой-нибудь из упомянутых сценариев конца света имел место, он бы уже давно реализовался в космических лучах. В космических лучах энергия на порядки превосходит тот порог, который может достигнуть БАК или любой другой коллайдер. «С момента образования Земли, - цитируем, - ее поверхность подвергалась бомбардировке более чем 3 х 1022 космическими частицами с энергиями 1017 эВ и выше, что не уступает энергии БАК. Это означает, что Природа на сегодняшний день провела на Земле около 100 000 экспериментов, эквивалентных экспериментам на БАК. При всем при том планета до сих пор существует»96.

Если заверений ЦЕРНа нам мало, может быть, нас успокоит отсутствие предупреждающих сигналов из будущего. Как утверждают российские математики И.Я. Арефьева и И.В. Волович, не исключено, что энергии БАК хватит, чтобы в пространстве-времени образовались проходимые кротовые норы, связывающие нас с будущим. Тогда, если бы БАК нес человечеству угрозу, ученые будущего, наверное, послали бы нам предупреждение, как в научно-фантастическом романе Грегори Бенфорда «Панорама времени». Или, если уж на то пошло, они бы, как в «Мосте Эйнштейна», попытались бы изменить ход истории и сделать так, чтобы БАК никогда не вступил в строй.

Проходимая кротовая нора - это решение уравнений общей теории относительности, которое описывает удаленные друг от друга, но связанные между собой части пространства-времени. Подобно черным дырам, кротовые норы возникают, когда вещество настолько мнет ткань Вселенной, что появляется глубокая гравитационная яма. Но поскольку в кротовой норе присутствует гипотетическая фантомная (или экзотическая) материя с отрицательной массой и энергией, тела взаимодействуют с этим объектом иначе. Веществу, падающему в черную дыру, суждено быть раздавленным силами тяготения, а вот проходимая кротовая нора благодаря фантомной материи открывает телам проход, и они через «горловину» пространства-времени могут попасть в другую область Вселенной. Проще говоря, если черная дыра - это шредер, то проходимая кротовая нора - принтер.