Какую опасность может представлять Большой адронный коллайдер?
Самый крупный и мощный ускоритель частиц в мире — Большой адронный коллайдер (БАК) — на днях вернулся к работе. После модернизации ускоритель частиц заработал с удвоенной мощностью. Значит ли это, что все страхи, связанные с его первоначальным запуском, возродились в удвоенном количестве?
Хотя этого события ждали по всему миру, есть два человека, которые хранили молчание: Уолтер Вагнер, офицер ядерной безопасности на пенсии, и испанский журналист Луис Санчо. У них есть своя история, связанная с БАК, и, возможно, именно им мы обязаны за все страшилки, связанные с запуском расщепляющей протоны машины.
Еще за несколько месяцев до того, как коллайдер должны были включить впервые в 2008 году, Вагнер и Санчо подали иск против организаций, стоящих за монструозной машиной: Министерство энергетики США, Национальная ускорительная лаборатория Ферми и Национальный научный фонд.
Будет лишним сказать, что потребовалось много мужества и, возможно, немного безумия, чтобы попытаться засудить любую из этих организаций, на которые работают ярчайшие интеллектуалы человечества, не говоря уж о том, чтобы напасть сразу на всех.
Особенно после того, как они закончили строительство 30-летнего проекта стоимостью в 6 миллиардов долларов. В защиту мужчин, Вагнер и Санчо пытались спасти мир от неминуемого, как им казалось, уничтожения.
Среди опасений было и то, что БАК может породить миниатюрную черную дыру, которая буквально поглотит Землю. В своем иске они утверждали:
«В конце концов, вся Земля упадет в растущую микрочерную дыру, которая превратит Землю в черную дыру средних размеров, вокруг которой будут продолжать вращаться луна, спутники, МКС и т. п».
Иск был отклонен, потому что мужчины не смогли доказать наличие «реальной угрозы». Впрочем, на Земле и по сей день остаются люди, которые уверены, что БАК приведет человечество к краху. Хотя Санчо и Вагнер ошиблись — Земля на месте, БАК работает несколько лет подряд — важно понять, почему научная подоплека работы БАК не подразумевает никаких угроз. Понять, почему Большой адронный коллайдер не принесет такого уж катастрофического вреда.
Рождение черной дыры
Черные дыры — чрезвычайно плотные компактные объекты с массой от 4 до 170 миллионов раз превышающей солнечную. Хотя черные дыры по определению огромны, вполне возможно хотя бы в теории, что небольшое количество материи — десятки микрограммов — могут быть упакованы достаточно плотно, чтобы создать черную дыру. Это и будет примером микроскопической черной дыры.
До сих пор никто не наблюдал и не производил микроскопических черных дыр — даже БАК. Но прежде чем он был включен в первый раз в 2008 году, Вагнер и Санчо опасались, что разгон субатомных частиц до 99,99% скорости света и последующее их столкновение могут создать настолько плотное месиво частиц, что появится черная дыра.
Физики CERN сообщают, что общая теория относительности Эйнштейна предполагает, что на БАК невозможно произвести такое экзотическое явление. Но что, если Эйнштейн ошибался? Этого опасаются Вагнер и Санчо.
Даже если так, другая теория, разработанная известным астрофизиком Стивеном Хокингом, предсказывает, что даже если микроскопическая черная дыра образуется внутри БАК, она мгновенно распадется, не представляя никакой угрозы для существования Земли.
В 1974 году Хокинг предсказал, что черные дыры не просто пожирают материю, но и выплевывают ее в виде чрезвычайно высокоэнергетического излучения Хокинга. Согласно теории, чем меньше черная дыра, тем больше излучения Хокинга она выдает в космос, постепенно сходя на нет. Таким образом, микроскопическая черная дыра, став наименьшей, исчезнет, прежде чем сможет нанести ущерб и уничтожить нас. Возможно, по этой причине мы и не видели микроскопических черных дыр.
Рождение странной материи
Странная материя состоит из отдельных гипотетических частиц — страпелек, — которые отличаются от обычной материи, составляющей все, что есть вокруг нас.
Вагнер и Санчо опасаются, что эта странная материя может сливаться с обычной и «может превратить всю Землю в одну большую страпельку». Конечно, опасения Вагнера и Санчо не строятся на их теориях — эти мысли обсуждались в более серьезных научных кругах.
Тем не менее точное поведение странной материи или даже одной страпельки никто не знает; отчасти поэтому страпельки остаются кандидатами на частицы темной материи, которая преобладает в нашей Вселенной.
Для поддержки этой теории физики из Брукхейвенской национальной лаборатории в Нью-Йорке пытаются создать страпельку в Релятивистском коллайдере тяжелых ионов с начала этого века. Пока ни одной страпельки не видели. Но шансы, конечно, всегда есть.
Если Брукхейвенской национальной лаборатории повезет в поисках, остаются опасения, что страпельки, контактируя с обычной материей, начинают цепную реакцию, которая превратит вас, нас и все остальное на Земле в комок странной материи. Сможем ли мы пережить такую трансформацию и что изменится — можно только догадываться. Но неизвестность пугает.
Физики CERN, однако, утверждают, что если Брукхейвену удастся создать страпельку, шансы на то, что она будет взаимодействовать с обычной материей, весьма невелики:
«При таких высоких температурах, которые производятся на коллайдерах, слепить странную материю вместе сложнее, чем образовать лед в горячей воде», — говорят они.
Рождение магнитных монополей
В природе магниты обладают двумя концами — северным и южным полюсом.
Но в конце 19 века физик Пьер Кюри, муж Марии Кюри, предположил, что нет никаких причин того, почему частица с одним магнитным полюсом не может существовать.Спустя более полувека такая частица под названием магнитный монополь никогда не создавалась в природе и не наблюдалась в природе. То есть она сугубо гипотетическая. Но это не помешало Вагнеру предположить, что мощная машина вроде БАК может создать первый в истории магнитный монополь, который может уничтожить Землю.
«У таких частиц может быть способность катализировать распад протонов и атомов, заставляя их превращаться в другие типы материи», — писали он и Санчо.
Теория того, что монополь может уничтожать протоны — субатомные строительные блоки всей материи во Вселенной — спекулятивная в лучшем случае, объясняют физики CERN. Но допустим, эта теория верна. В таком случае эта частица будет обладать массой, которая слишком велика, чтобы БАК мог создать такую частицу.
В общем, мы в безопасности.
«Факт существования Земли и других небесных тел исключает возможность создания опасных пожирающих протоны магнитных монополей с помощью БАК», — говорит физики CERN.
Следующие несколько месяцев физики проведут наращивая мощность БАК, чтобы она превысила в два раза предельную мощность, с которой БАК работал во время первого запуска. Это не отменяет тот факт, что Земля едва ли будет уничтожена микроскопическими черными дырами, страпельками или магнитными монополями.
Последствия запуска коллайдера: в “черную дыру” затянуло только Рунет
С помощью коллайдера ученые надеются, в частности, ответить на один из ключевых вопросов мироздания – почему элементарные частицы имеют массу. Физики надеются обнаружить следы существования так называемого бозона Хиггса – гипотетической частицы, которая, согласно современным представлениям, отвечает за массу элементарных частиц.
Кроме того, в одном из экспериментов на коллайдере физики будут сталкивать ядра атомов свинца, чтобы получить кварк-глюонную плазму – вещество, существовавшее спустя доли микросекунды после Большого взрыва.
Если это удастся, то будет возможно ответить на многие вопросы образования нашего мира, которые пока обсуждаются на умозрительном уровне.
Между тем многие люди восприняли пробный запуск коллайдера как угрозу для своей жизни и в принципе жизни на земле.
Дыры, норы и другие измерения
При этом чаще всего упоминается возможность появления микроскопических “черных дыр” с последующим захватом ими окружающей материи. Предполагается, что “черная дыра” сначала поглотит ускоритель, затем Женеву, а после – и всю планету. Также предполагается, что появятся капли “странного вещества” или возникнут “кротовые норы” в другие измерения. С появлением БАКа связываются и еще одно “ожидание” – появление чего-то вроде машины времени. В любом случае, сходятся во мнении скептики, этот эксперимент невероятно опасен.
Ученым, работающим над большим адронным коллайдером, приходит огромное количество электронных писем с угрозами. Большинство авторов посланий выражают свой протест против запуска ускорителя элементарных частиц.
Остановить запуск Большого адронного коллайдера пытались даже через суд. Сначала житель американского штата Гавайи Вальтер Вагнер, а затем – немецкий профессор химии из Университета Тюбингена Отто Ресслер. Профессор утверждает, что проект БАК нарушает право на жизнь, гарантированное европейской Конвенцией о правах человека. Европейский суд по правам человека в Страсбурге отклонил эту жалобу.
“Конец Рунета”
Пока ученые убеждают весь мир, что для наступления “конца света” нет оснований, в гипотетическую “черную дыру” уже “засосало” практически весь Рунет. Начала эксперимента блоггеры ожидали едва ли не больше самих ученых.
Так, в “Живом журнале” сегодня новость о БАКе занимает первые три места в “самых популярных записях”. Основная тема обсуждения обитателей жж-пространства – эксперимент века может плохо кончиться для всего человечества.
Так, известный радиоведущий Сергей Стиллавин в своем блоге высказал сомнения в том, что ученые все просчитали: ” Эксперимент – это всегда получение результатов, которые невозможно просчитать на бумаге, в компьютере, в голове. То есть всегда есть шанс получить такой результат, который был неожиданным. И можно смеяться над лохами с высоты академического образования и даже давать гарантии, но какие могут быть “гарантии”, когда проводится эксперимент?!”.
И добавляет: “Считаю, что научное сообщество обязано сперва научиться побеждать такие болезни, как рак или диабет, а потом уже лезть неумелыми ручонками в проблематику “большого взрыва”.
Некоторые блоггеры соглашаются с мнением автора: “В самом деле, неужели ученым нечем больше заняться, кроме поиска каких-то там бозонов? У нас еще полным-полно других проблем, разбирались бы лучше с ними, а не доводили людей до паранойи своим дурацким любопытством”.
Другие предлагают “запретить генетику тоже” – “есть вероятность, отличная от нуля, что в процессе поиска лекарства от какого-нибудь заболевания будет случайно найдет вирус или ген, который уничтожит все человечество”.
Кто-то шутит, что этот эксперимент может принести и пользу – привести “к появлению альтернативной реальности, в которой не будет никаких болезней, несправедливости, угнетения и воинствующего невежества”.
Но большая часть пользователей настроены более оптимистично – они считают, что проблема “конца света” раздута СМИ и людьми с неуравновешенной психикой, а “ученые все хорошо просчитали и нужно им верить”.
Между тем, по данным опроса Исследовательского центра портала SuperJob.ru, проведенного 2 месяца назад, для 45% жителей России словосочетание “большой адронный коллайдер” является загадкой.
Именно из-за непонимания предназначения и принципа работы БАКа многие блоггеры оказались в затруднительной ситуации: “Для того, чтобы бояться по-настоящему, мне лично не хватает знаний в области квантовой физики. Впрочем, для того, чтобы НЕ бояться совсем – не хватает все тех же знаний…”
РИА Новости также провели свой опрос и выяснили, слышали ли люди о Большом адронном коллайдере и какие ассоциации он у них вызывает.
Не первый “всадник Апокалипсиса”
Образ “всадников Апокалипсиса” приписывался многим научным изобретениям, в том числе и другим коллайдерам, например ускорителю Бевелак, находящемуся в лаборатории Лоуренса Беркли, созданному в 1970 году для получения сверхплотной материи, состоящей из атомных ядер. В 1974 году два физика предложили, что ее стабильная разновидность может возникнуть из ядер, которые ученые угрожающе именовали “аномальными”. Появилась гипотеза, что она может поглощать и обычную материю, сообщает издание “Правда”.
После того как эта информация просочилась в СМИ, люди, далекие от науки, заявили, что сгусток этой аномальной ядерной материи может вначале утонуть в центре Земли, а затем, расширившись, поглотить планету в течение считанных секунд.
Другой “опасный объект” – релятивистский ускоритель тяжелых ионов, размещающийся в Брукхейвенской Национальной лаборатории в Нью-Йорке, пущенный в 2000 году с целью получения еще одной разновидности ранее предсказанной сверхплотной формы материи – кварко-глюонной плазмы.
Это исследование также вызвало большое беспокойство общественности и подозрение, не может ли материя такой плотности коллапсировать в “черную дыру” и, разумеется, поглотить нашу планету.
Успокоительное от ученых
Психологи считают, что этот страх перед коллайдером – естественный страх человека перед неизвестным. Как пояснила доктор психологических наук, профессор Варвара Моросанова, “Появление первых машин вызывало страх у людей. Если говорить вообще о древности, солнечные затмения как неизвестное что-то вызывало взрывы массовых страхов, фантазий. Если говорить о нашем времени, мы все хорошо помним историю с атомной энергетикой, недоверие к атомным станциям, к чему сейчас человечество возвращается”.
Чтобы убедить общество в безвредности эксперимента, ученые-разработчики коллайдера собрали пресс-конференцию. Нобелевский лауреат Робер Аймар, являющийся генеральным директором CERN, Европейской организации ядерных исследований, официально заявил: “Любые предположения, что он может представлять риск, – чистая фантазия”.
Ученые уверяют, что эксперимент безопасен. Проводились исследования, которые показывают, что частицы космических лучей имеют энергии, значительно превосходящие энергию коллайдера – природа постоянно “ставит” эксперименты, подобные экспериментам на БАКе, но это не привело к катастрофе.
“В природе постоянно происходит столкновение частиц с такими же или с еще более высокими энергиями. И, например, в данный момент прямо у нас над головой каждую секунду происходит столкновение частиц с еще более высокими энергиями”, – пояснил вчера РИА Новости член-корреспондент РАН, член рабочей группы по безопасности БАК Игорь Ткачев.
“Черные дыры”, которые, согласно некоторым теориям, могут появиться при работе коллайдера, согласно тем же теориям, будут иметь время жизни столь малое, что просто не успеют начать поглощать материю, заверяют специалисты.
“Эти черные дыры, если они и родятся, жить будут очень мало. Сразу испарятся. Даже до стенки коллайдера не долетят”, – считает замдиректора НИИ Ядерной физики МГУ, координатор участия российских институтов в создании БАК Виктор Саврин.
Материал подготовлен редакцией rian.ru на основе информации РИА Новости и открытых источников
Коллайдер уничтожает землю | Планета земля
Большой адронный коллайдер (или БАК) – на данный момент самый большой и мощный ускоритель частиц в мире. Эта махина была запущена в 2008 году, но долго работала на пониженных мощностях. Разберемся, что это такое и зачем нужен большой адронный коллайдер.
История, мифы и факты
Идея создания коллайдера была озвучена в 1984 году. А сам проект на строительство коллайдера был одобрен и принят аж в 1995 году. Разработка принадлежит Европейскому центру ядерных исследований (CERN). Вообще запуск коллайдера привлек к себе большое внимание не только ученых, но и простых людей со всего мира. Говорили о всевозможных страхах и ужасах, связанных с запуском коллайдера.
Впрочем, кто-то и сейчас, вполне возможно, ждет апокалипсиса, связанного с работой БАК и тресется от одной мысли о том, что будет, если взорвется большой адронный коллайдер.
Хотя, в первую очередь все боялись черной дыры, которая, сначала будучи микроскопической, разрастется и благополучно поглотит сначала сам коллайдер, а за ним Швейцарию и весь остальной мир. Также большую панику вызывала аннигиляционная катастрофа. Группа ученых даже подала в суд, пытаясь остановить строительство. В заявлении говорилось, что сгустки антиматерии, которые могут быть получены в коллайдере, начнут аннигилировать с материей, начнется цепная реакция и вся Вселенная будет уничтожена. Как говорил известный персонаж из «Назад в Будущее»:
А теперь попытаемся понять, почему он адронный? Дело в том, что он работает с адронами, точнее разгоняет, ускоряет и сталкивает адроны.
Адроны – класс элементарных частиц, подверженных сильному взаимодействию. Адроны состоят из кварков.
Адроны делятся на барионы и мезоны. Чтобы было проще, скажем, что из барионов состоит почти все известное нам вещество. Упростим еще больше и скажем, что барионы – это нуклоны (протоны и нейтроны, составляющие атомное ядро).
Как работает большой адронный коллайдер
Масштаб очень впечатляет. Коллайдер представляет собой кольцевой туннель, залегающий под землей на глубине ста метров. Длина большого адронного коллайдера составялет 26 659 метров. Протоны, разогнанные до скоростей близких к скорости света, пролетают в подземном круге по территории Франции и Швейцарии. Если говорить точно, то глубина залегания туннеля лежит в пределах от 50 до 175 метров. Для фокусировки и удержания пучков летящих протонов используются сверхпроводящие магниты, их общая длина составляет около 22 километров, а работают они при температуре -271 градусов по Цельсию.
В составе коллайдера 4 гигантских детектора: ATLAS, CMS, ALICE и LHCb. Помимо основных больших детекторов, есть еще и вспомогательные. Детекторы предназначены для фиксации результатов столкновений частиц. То есть после того, как на околосветовых скоростях сталкиваются два протона, никто не знает чего ожидать. Чтобы «увидеть», что получилось, куда отскочило и как далеко улетело, и существуют детекторы, напичканные всевозможными датчиками.
Результаты работы большого адронного коллайдера.
Зачем нужен коллайдер? Ну уж точно не для того, чтобы уничтожить Землю. Казалось бы, какой смысл сталкивать частицы? Дело в том, что вопросов без ответов в современной физике очень много, и изучение мира с помощью разогнанных частиц может в буквальном смысле открыть новый пласт реальности, понять устройство мира, а может быть даже ответить на главный вопрос «смысла жизни, Вселенной и вообще».
Какие открытия уже совершили на БАК? Самое знаменитое – это открытие бозона Хиггса (ему мы посвятим отдельную статью). Помимо того были открыты 5 новых частиц, получены первые данные столкновений на рекордных энергиях, показано отсутствие асимметрии протонов иантипротонов, обнаружены необычные корреляции протонов. Список можно продолжать долго. А вот микроскопических черных дыр, которые наводили страх на домохозяек, обнаружить не удалось.
И это при том, что коллайдер еще не разогнали до его максимальной мощности.
Сейчас максимальная энергия большого адронного коллайдера – 13 ТэВ (тера электрон-Вольт). Однако, после соответствующей подготовки протоны планируют разогнать до 14 ТэВ. Для сравнения, в ускорителях- предшественниках БАК максимально полученные энергии не превышали 1 ТэВ. Так разгонять частицы мог американский ускоритель Тэватрон из штата Иллинойс. Энергия, достигнутая в коллайдере – далеко не самая Большая в мире. Так, энергия космических лучей, зафиксированных на Земле, превышает энергию частицы, разогнанной в коллайдере в миллиард раз! Так что, опасность большого адронного коллайдера минимальна. Вполне вероятно, что после того, как все ответы будут получены с помощью БАК, человечеству придется строить еще один коллайдер по-мощнее.
zaochnik.ru
чем опасен Большой адронный коллайдер
Самая крупная в истории человечества установка для физических экспериментов – Большой адронный коллайдер, расположенный 28-километровым подземным кольцом на территории Франции и Швейцарии, продолжает вызывать противоречивые толки.
Одни ожидают от нее чудесных путешествий во времени, другие – открытие частицы Бога, недостающей в картине строения физического мира, третьи – страшных последствий имитации Большого взрыва, способных уничтожить нашу планету.
Трейлер дискуссии.
Скачать видео (11.75 МБ)
В чем суть проводящихся в коллайдере экспериментов и действительно ли они могут представлять опасность для всего человечества? Сопоставима ли значимость физического открытия с риском планетарного масштаба, пусть даже допустимым с незначительной вероятностью?
В дебат-шоу “Угол подозрения” проблему обсуждают директор Научно-учебного центра физики частиц и высоких энергий профессор БГУ и независимый исследователь, философ , автор теории “О новой теории происхождения Вселенной и опасности экстремальных экспериментов с материей” .
Полная версия дискуссии.
Внимание! У вас отключен JavaScript, ваш браузер не поддерживает HTML5, или установлена старая версия проигрывателя Adobe Flash Player.
Скачать аудио (25.84 МБ)
Внимание! У вас отключен JavaScript, ваш браузер не поддерживает HTML5, или установлена старая версия проигрывателя Adobe Flash Player.
Скачать видео
Николай Максимович, какие эксперименты стали возможны с появлением коллайдера?
Коллайдер – это микроскоп (это почти дословная аналогия). Микроскоп нужен, чтобы рассматривать то, что не видно невооруженным глазом. Ускоритель элементарных частиц нужен, чтобы с его помощью рассмотреть более мелкие детали в глубине материи, изучить их. До постройки Большого адронного коллайдера физики с помощью Тэватрона добрались до расстояния 10-18 м, то есть 10-16 см. Размеры атома – 10-10 м, атомного ядра – 10-15 см. То есть физики заглянули в материю на несколько порядков глубже. Большой адронный коллайдер позволил уйти еще дальше в глубину материи и узнать, как она устроена, какие новые частицы порождаются на таких расстояниях и временных промежутках, как ведет себя фундаментальное взаимодействие природы.
Все это позволит увидеть какие-то новые явления.
Насколько я знаю, в экспериментах с коллайдером не просто наблюдается природа так, как она есть. Запускаются некие процессы, которые в природе не встречаются или которые сложно наблюдать, когда они происходят в естественном виде. Ведь эксперимент что-то производит с материей, а не просто ее наблюдает. Вы могли бы пояснить этот момент?
На основе проверенных общепринятых теорий, у которых нет ни одного сбоя, ни одного противоречащего факта, мы прогнозируем, какую информацию получим, проводя эти эксперименты. Конечно, могут быть и новые частицы, новые свойства взаимодействия. Но поскольку нет ни одного эксперимента, который противоречил бы теории относительности и квантовой теории поля, которая описывает фундаментальные взаимодействия, наши прогнозы должны оправдаться.
Но при этом общественное мнение с самого начала было взбудоражено. Некоторые физики выступали с заявлениями, что невозможно обеспечить полный контроль над работой коллайдера.
То есть никто не может гарантировать полную безопасность. Это так?
Я не знаю таких физиков. Так говорят от недостатка информации.
Первым поднял этот вопрос американский физик Лорен Вагнер, который исследовал космические лучи, а также работал в службе радиационной безопасности. Также был украинский физик Иван Горелик, профессор химии Отто Ресслер, и можно еще найти много фамилий, которые обоснованно поднимают вопрос о непредсказуемости экспериментов.
Когда были первые пресс-конференции накануне запуска, ее организаторы выражали гордость, что впервые в истории науки проводятся эксперименты, которые в принципе непредсказуемы. Они говорили, что сделают открытия, о которых даже не подозревают, и преодолеют барьер, с которым столкнулась сегодня фундаментальная физика. Теоретическая физика находится в кризисе, и теория Большого взрыва – это одна из концепций, которая не дает ответа на многие вопросы и ведет в тупик.
Можете озвучить нерешенные вопросы теории Большого взрыва?
Если произошел Большой взрыв, и с него началась Вселенная, то как можно было в пустом состоянии получить беспричинность этого взрыва? Сам взрыв противоречит известным законам физики (такому базисному закону, как закон сохранения материи и энергии, закон термодинамики). Так произошла Вселенная: неизвестно откуда в пустом беспричинном месте.
Это звучит непрофессионально и абсолютно не имеет отношения к тому, что объясняет физическая теория и что мы сейчас наблюдаем. Мы не знаем до конца модели начала нашей Вселенной, ее фазы и того, что с ней будет дальше. Возможно, Вселенная пульсирует, сжалась в точку, а потом разжалась. Но нельзя представлять, что была пустота, в которой что-то возникло из ничего.
Физики откровенно говорят, что не знают причины, по которой произошел Большой взрыв, но однозначно нет конкурирующих теорий, которые были бы подтверждены наблюдательными фактами. Я имею в виду реликтовое излучение, закон Хаббла (расширение галактик), а сейчас еще и ускоренное расширение нашей Вселенной. Мы пришли к понятию темной материи и темной энергии, которая составляет 96% массы нашей Вселенной. Теория Большого взрыва – наиболее достоверная модель, и я не знаю других моделей, которые могли бы с такой степенью наблюдательной обоснованности конкурировать с ней.
Вначале она что-то объясняла, а когда начали разбираться, оказалось, что из этой теории вытекает всего 5% материи. Тогда совершенно бездоказательно ввели новые сущности – темную материю и темную энергию.
По второму закону Ньютона, ускорение невозможно без силы. Сила связана с энергией, значит, расширяться с ускорением Вселенная может за счет энергии. Эту энергию, которую мы видим, но о которой пока ничего не знаем, мы сопоставляем с параметром, которым можно определить ускорение. И мы говорим, что она составляет примерно 74% массы Вселенной. Еще 22% оценено как темная материя. Это неизвестные нейтральные (незаряженные) частицы. Одним из них может быть хиггсовский бозон, который будет открыт в результате экспериментов с коллайдером.
Есть другие теории, которые объясняют то, что не объясняет теория Большого взрыва. И они делают это, не вводя недоказуемых постулатов в виде темной материи.
Какая именно теория альтернативна теории Большого взрыва?
Есть два взгляда на происхождение Вселенной. По одной версии она произошла из мельчайшей точки в результате Большого взрыва. Этой теории даже нобелевские лауреаты дают нелестные оценки. По другой – материя во Вселенной возникла не от взрыва, а из вакуума. Эта теория решает все вопросы, причем в рамках всех законов физики, не привлекая дополнительных сущностей.
Люди вольны измышлять гипотезы, такова их природа. Нобелевские премии по физике, особенно последние десятилетия, были получены как раз за подтверждение теории Большого взрыва. Самый тяжелый вопрос в физике – “почему?”. Сначала физики отвечают на вопросы “что?” и “как?”, а вопросы “почему?” решаются потом.
Коллайдер может помочь ответить на вопрос “почему”?
Безусловно. Почему заряды электронов и протонов равны по модулю? Это загадка природы.
Чем опасен коллайдер на основании вашей теории?
Если мы исходим из того, что мир вышел из пустоты, которая рождает частицы, мы можем побудить процесс аннигиляции.
Это абсолютно ничем не обоснованные домыслы.
Были ли в работе коллайдера примеры, которые могли бы хоть как-то подтвердить эти домыслы? Возникли ли какие-то неуправляемые процессы?
Нет, конечно! В 2008 году директор ЦЕРНа уходил с поста и хотел, чтобы коллайдер был запущен еще при нем. Поэтому все немного поспешили, не проверили элементарные вещи – соединения проводов с резервуарами с жидким гелием. Когда начали поднимать напряжение и наращивать мощности, повысилась сила тока, и один контакт расплавился. Капли расплавленного металла прожгли дырку в резервуаре с жидким гелием, и, естественно, он рванул. Вот и все, что произошло. Через полтора года все было вычищено, и была обеспечена полная безопасность. Эта машина сейчас надежнее всех атомных электростанций и космических кораблей.
Из-за этого процессы не пошли в какое-то неуправляемое русло?
Взорвался резервуар с жидким гелием, ударная волна была 320 м, автоматически выдвинулись заслонки, и сработала система защиты.
Опасность коллайдера не в технических сбоях, а в непредсказуемости явления. Впервые выполнены экспериментальные установки, которые воздействуют на частицы материи на порядок выше, чем при взрыве термоядерной бомбы! Можно породить процесс, который вызовет аннигиляцию вещества планеты. Николай Максимович сказал, что коллайдер надежнее, чем атомная станция. Но на “Фукусиме” причина была в человеческом факторе: надо было учесть возможность цунами.
Были эксперименты по аннигиляции вещества? Производился ли этот процесс в маленьком, контролируемом масштабе?
Ускоритель Тэватрон в США – ускоритель протонов и антипротонов. Они сталкиваются и аннигилируют, потому что это частица и античастица.
Но при этом не происходит изменения материи вокруг, цепной реакции?
Нет, это обычная ядерная реакция столкновения элементарных частиц.
Недавно ЦЕРН объявил об открытии частицы, подобной бозону Хиггса, которая была предсказана Питером Хиггсом в 1964 году. Как это открытие может повлиять на состояние современной физической теории? Может ли работа с этой частицей быть рискованной?
Сразу отвечу на последний вопрос – нет, конечно. Это важно, потому что мы не знали, откуда берется масса. Основой теории, которая описывает фундаментальное взаимодействие частиц, является принцип симметрии. Сначала частицы получаются без массы, но в реальности они массивны. Поэтому была изобретена теория спонтанного нарушения симметрии равноправной и безмассовой частицы. Ученые возложили ответственность за возникновение массы на дополнительное скалярное поле и на частицу Хиггса как квант этого поля.
Предполагается, что это поле пронизывает всю Вселенную. Преодоление его изначально безмассовыми частицами придает им массу. Чем больше преодоление поля Хиггса, тем больше масса частиц. Происхождение самой массы остается необъяснимым: пока трудно понять, откуда она берется у самого бозона Хиггса. Открытие бозона – это факт громадной значимости, который позволит объяснить происхождение массы, основной характеристики всего сущего во Вселенной.
Полтора века назад известный австрийский физик и философ Эрнст Мах объяснил эффект массы яснее, чем ЦЕРН с бозоном и коллайдером. “Каждая частица имеет какое-то поле. Совокупность частиц образует тела, которые имеют какое-то поле. Совокупность тел, излучающих звезд, галактик тоже имеет свои электромагнитные, энергетические, гравитационные поля, которые образуют совокупное поле Вселенной. В нем каждая частица, которая имеет свое поле, взаимодействует с веществом Вселенной, тормозится, ускоряется”.
Красивые слова без единой формулы и математического утверждения.
Неужели не смешнее сказать, что есть частица, которая отвечает за массу всего во Вселенной?
В основе всего сущего лежит считанное количество частиц. Фактически то, что нас окружает, это два кварка, электрон, электронное и ионное нейтрино. Бозоны заставляют взаимодействовать названные частицы. Все остальные частицы рождаются в экспериментах, столкновениях частиц, при столкновении космических лучей. Теория, которая объясняет такое простое устройства мира, это калибровочная теория фундаментальных взаимодействий. Но за эту красоту приходится платить тем, что все частицы получаются безмассовыми. Единственным математически обоснованным и физически подкрепленным объяснением является механизм спонтанного нарушения калибровочной симметрии, который приводит к существованию бозона Хиггса.
Слово “поле” не устраивает современную физику?
Любой частице соответствует поле, с помощью которого описывается взаимодействие частиц.
Вы ссылаетесь на новую сущность, которая введена бездоказательным постулированием. Кварки – это бездоказательная идея, она построена на чистой математической абстракции: если мы допустим дробные заряды, сложатся протоны и нейтроны.
Это установлено экспериментально многочисленными неопровержимыми фактами. Эффекты, которые вызваны кварками, ничем другим объяснить нельзя. Мы не можем зарегистрировать свободный кварк, видим только его след, струи вторичных частиц. Люди никак не могут с этим смириться, но такова реальность. Когда-то Эйнштейн не принимал квантовую механику, потому что говорил, что Бог не играет в кости. Но ведь от этого никто не отменил квантовую механику, и все поняли, что она не наглядна. Кто может представить, что частица – одновременно волна? Такие процессы никогда не будут наглядны, но это не значит, что их нет.
Но и не значит, что есть. Это недоказанное допущение.
Махово положение чем-то доказано?
У каждого есть разум, человек может анализировать и делать собственные выводы.
Здесь делается то же самое. Бозон Хиггса почему-то называют частицей Бога. Почему именно так?
Есть разные мнения. Нобелевский лауреат Леон Ледерман сказал, что бозон Хиггса – God particle. Но перевод оказался неточным. Мне кажется, что бозон образно можно назвать частицей Бога, потому что он отличается от всех других частиц тем, что очень слабо взаимодействует с другими частицами. Только благодаря рекордно высокой энергии, плотности пучков удалось обнаружить всего 8 событий с бозоном Хиггса. Статистика пока маленькая, но эксперименты будут продолжаться, и будут сотни и тысячи событий. Это исключительно редкое явление, которое обеспечивает массу всего сущего, поэтому образно ее можно назвать частицей Бога.
Какие ближайшие планы у экспериментаторов? Будут нарастать мощности или будут более детально исследоваться уже открытые частицы?
Это только начало, предстоит установить свойства этой частицы. Нужно установить – это бозон Хиггса стандартной модели или что-то другое? Будут говорить о новых явлениях, выходить за пределы стандартной модели. В марте 2013 года планируется остановка коллайдера, и в течение 1 года и 8 месяцев он будет модернизироваться. Коллайдер выйдет с энергией 14 ТэВ в системе центра и с повышенной светимостью – 1034. Потом остановка коллайдера планируется в 2018 году на полтора года, и будет в 2 раза повышена светимость. Если к тому времени инженеры решат кое-какие вопросы, то и в 5 раз. Планируется набор статистики, поиск новых и уточнение уже известных явлений, различных параметров, чтобы сделать стандартную модель более точной. Работа ускорителя и установок запланирована до 2030 года.
История создания ускорителя, который мы знаем сегодня как большой адронный коллайдер, начинается ещё с 2007 года. Изначально хронология ускорителей началась с циклотрона. Прибор представлял собой небольшое устройство, которое легко умещалось на столе. Затем история ускорителей стала стремительно развиваться. Появился синхрофазотрон и синхротрон.
В истории, пожалуй, самым занимательным стал период с 1956 по 1957 годы. В те времена советская наука, в частности физика, не отставала от зарубежных братьев. Используя наработанный годами опыт, советский физик по имени Владимир Векслер совершил прорыв в науке. Им был создан самый мощный по тем временам синхрофазотрон. Его рабочая мощность была равна 10 гигаэлектронвольт (10 миллиардов электронвольт). После этого открытия создавались уже серьёзные образцы ускорителей: большой электронно-позитронный коллайдер, Швейцарский ускоритель, в Германии, США. Все они имели одну общую цель — изучение фундаментальных частиц кварков.
Большой адронный коллайдер был создан в первую очередь благодаря стараниям итальянского физика. Имя ему Карло Руббиа, лауреат Нобелевской премии. Во время своей деятельности Руббиа работал директором в Европейской организации по ядерным исследованиям. Решено было построить и запустить адронный коллайдер именно на месте центра исследований.
Где адронный коллайдер?
Коллайдер размещён на границе между Швейцарией и Францией. Длина его окружности составляет 27 километров, поэтому его и называют большим. Кольцо ускорителя уходит вглубь от 50 до 175 метров. В коллайдере установлено 1232 магнита. Они являются сверхпроводящими, а значит из них можно выработать максимальное поле для разгона, так как затраты энергии в таких магнитах практически отсутствуют. Общий вес каждого магнита составляет 3,5 тонны при длине 14,3 метра.
Как и любой физический объект, большой адронный коллайдер выделяет тепло. Поэтому его необходимо постоянно остужать. Для этого поддерживается температура 1,7 К с помощью 12 миллионов литров жидкого азота. Помимо этого, для охлаждения используется (700 тысяч литров), и самое важное – используется давление, которое в десять раз ниже нормального атмосферного.
Температура 1,7 К по шкале Цельсия составляет -271 градус. Такая температура почти близка к называется минимально возможный предел, который может иметь физическое тело.
Внутренняя часть тоннеля не менее интересна. Там находятся ниобий-титановые кабели со сверхпроводящими возможностями. Их длина составляет 7600 километров. Общий вес кабелей равен 1200 тонн. Внутренность кабеля — это сплетение 6300 проволок с общим расстоянием в 1,5 миллиарда километров. Такая длина равна 10 астрономическим единицам. Например, равняется 10 таким единицам.
Если говорить о его географическом местоположении, то можно сказать, что кольца коллайдера лежат меж городов Сен-Жени и Форнее-Вольтер, расположенными на французской стороне, а также Мейрин и Вессурат – со Швейцарской стороны. Маленькое кольцо, именуемое PS, проходит вдоль границы по диаметру.
Смысл существования
Для того чтобы ответить на вопрос «для чего нужен адронный коллайдер», нужно обратиться к учёным. Многие учёные говорят, что это самое великое изобретение за весь период существования науки, и то, что без него у науки, которая известна нам сегодня, просто нет смысла. Существование и запуск большого адронного коллайдера интересны тем, что при столкновении частиц в адронном коллайдере происходит взрыв. Все мельчайшие частицы разлетаются в разные стороны. Образовываются новые частицы, которые могут объяснить существование и смысл многого.
Первое, что учёные старались найти в этих разбившихся частицах — это теоретически предсказанную физиком Питером Хиггсом элементарную частицу, названную Это потрясающая частица является носителем информации, как считается. Ещё её принято называть «частицей Бога». Открытие ее приблизило бы учёных к пониманию вселенной. Нужно отметить, что в 2012 году, 4 июля, адронный коллайдер (запуск его частично удался) помог обнаружить похожую частицу. На сегодняшний день учёные пытаются изучить её подробнее.
Долго ли…
Конечно, сразу возникает вопрос, а почему учёные так долго изучают эти частицы. Если есть прибор, то можно запускать его, и каждый раз снимать все новые и новые данные. Дело в том, что работа адронного коллайдера — это дорогостоящее удовольствие. Один запуск обходится в большую сумму. Например, годовой расход энергии равняется 800 млн. кВт/ч. Такой объем энергии расходует город, в котором проживает около 100 тыс. человек, по средним меркам. И это не считая затрат на обслуживание. Ещё одна причина – это то, что у адронного коллайдера взрыв, который происходит при сталкивании протонов, связан с получением большого объёма данных: компьютеры считывают столько информации, что на обработку уходит большое количество времени. Даже несмотря на то что мощность компьютеров, которые получают информацию, велика даже по сегодняшним меркам.
Следующая причина — это не менее известная Учёные, работающие с коллайдером в этом направлении, уверены, что видимый спектр всей вселенной составляет всего 4%. Предполагается, что оставшиеся — это тёмная материя и тёмная энергия. Экспериментально пытаются доказать то, что эта теория верна.
Адронный коллайдер: за или против
Выдвинутая теория о тёмной материи поставила под сомнение безопасность существования адронного коллайдера. Возник вопрос: “Адронный коллайдер: за или против?” Он волновал многих учёных. Все великие умы мира разделились на две категории. «Противники» выдвинули интересную теорию о том, что если такая материя существует, то у неё должна быть противоположная ей частица. И при столкновении частиц в ускорителе возникает тёмная часть. Существовал риск того, что тёмная часть и часть, которую мы видим, столкнутся. Тогда это могло бы привести к гибели всей вселенной. Однако после первого запуска адронного коллайдера эта теория была частично разбита.
Далее по значимости идёт взрыв вселенной, вернее сказать – рождение. Считается, что при столкновении можно пронаблюдать то, как вселенная вела себя в первые секунды существования. То, как она выглядела после происхождения Большого взрыва. Считается, что процесс столкновения частиц очень схож с тем, который был в самом начале зарождения вселенной.
Ещё не менее фантастичная идея, которую проверяют учёные – это экзотические модели. Это кажется невероятным, но есть теория, которая предполагает, что существуют иные измерения и вселенные с похожими на нас людьми. И как ни странно, ускоритель и здесь сможет помочь.
Проще говоря, цель существования ускорителя в том, чтобы понять, что такое вселенная, как она была создана, доказать или опровергнуть все существующие теории о частицах и связанных с ними явлениях. Конечно, на это потребуются годы, но с каждым запуском появляются новые открытия, которые переворачивают мир науки.
Факты об ускорителе
Всем известно, что ускоритель разгоняет частицы до 99% скорости света, но не многие знают, что процент равен 99,9999991% от скорости света. Это потрясающая цифра имеет смысл благодаря идеальной конструкции и мощным магнитам ускорения. Также нужно отметить некоторые менее известные факты.
Приблизительно 100 млн. потоков с данными, которые приходят от каждого из двух основных детекторов, могут в считаные секунды заполнить больше 100 тысяч компакт-дисков. Всего за один месяц количество дисков бы достигло такой высоты, что если их сложить в стопу, то хватило бы до Луны. Поэтому было принято решение собирать не все данные, которые приходят с детекторов, а лишь те, которые разрешит использовать система сбора данных, которая по факту выступает как фильтр для полученных данных. Было решено записывать лишь 100 событий, которые возникли в момент взрыва. Записываться эти события будут в архив вычислительного центра системы Большого адронного коллайдера, который расположен в Европейской лаборатории по физике элементарных частиц, которая по совместительству является местом расположения ускорителя. Записываться будут не те события, которые были зафиксированы, а те, которые представляют для научного сообщества наибольший интерес.
Последующая обработка
После записи сотни килобайт данных будут обрабатывать. Для этого используется более двух тысяч компьютеров, расположенных, в ЦЕРН. Задача этих компьютеров заключается в обработке первичных данных и формировании из них базы, которая будет удобна для дальнейшего анализа. Далее сформированный поток данных будет направлен на вычислительную сеть GRID. Эта интернет-сеть объединяет тысячи компьютеров, которые располагаются в разных институтах по всему миру, связывает более сотни крупных центров, которые расположены на трёх континентах. Все такие центры соединены с ЦЕРН с использованием оптоволокна – для максимальной скорости передачи данных.
Говоря о фактах, нужно упомянуть также о физических показателях строения. Туннель ускорителя находится в отклонении на 1,4% от горизонтальной плоскости. Сделано это в первую очередь для того, чтобы поместить большую часть туннеля ускорителя в монолитную скалу. Таким образом, глубина размещения на противоположных сторонах разная. Если считать со стороны озера, которое находится недалеко от Женевы, то глубина будет равна 50 метрам. Противоположная часть имеет глубину 175 метров.
Интересно то, что лунные фазы влияют на ускоритель. Казалось бы, как такой отдалённый объект может воздействовать на таком расстоянии. Однако замечено, что во время полнолуния, когда происходит прилив, земля в районе Женевы, поднимается на целых 25 сантиметров. Это влияет на длину коллайдера. Протяжённость тем самым увеличивается на 1 миллиметр, а также изменяется энергия пучка на 0,02%. Поскольку контроль энергии пучка должен проходить вплоть до 0,002%, исследователи обязаны учитывать это явление.
Также интересно то, что туннель коллайдера имеет форму восьмиугольника, а не круга, как многие представляют. Углы образуются из-за коротких секций. В них располагаются установленные детекторы, а также система, которая управляет пучком ускоряющихся частиц.
Строение
Адронный коллайдер, запуск которого связан с использованием многих деталей и волнением учёных, – удивительное устройство. Весь ускоритель состоит из двух колец. Малое кольцо называется Протонный синхротрон или, если использовать аббревиатуры — PS. Большое кольцо – Протонный суперсинхротрон, или SPS. Совместно два кольца позволяют разогнать части до 99,9 % скорости света. При этом коллайдер повышает и энергию протонов, увеличивая их суммарную энергию в 16 раз. Также он позволяет сталкивать частицы между собой примерно 30 млн. раз/с. в течение 10 часов. От 4 основных детекторов получается по большей мере 100 терабайт цифровых данных в секунду. Получение данных обусловлено отдельными факторами. Например, они могут обнаружить элементарные частицы, которые имеют отрицательный электрический заряд, а также обладают половинным спином. Поскольку эти частицы являются неустойчивыми, то прямое их обнаружение невозможно, возможно обнаружить только их энергию, которая будет вылетать под определённым углом к оси пучка. Эта стадия называется первым уровнем запуска. За этой стадией следят более чем 100 специальных плат обработки данных, в которые встроены логические схемы реализации. Эта часть работы характерна тем, что в период получения данных происходит отбор более чем 100 тысяч блоков с данными в одну секунду. Затем эти данные будут использоваться для анализа, который происходит с использованием механизма более высокого уровня.
Системы следующего уровня, наоборот, принимают информацию от всех потоков детектора. Программное обеспечение детектора работает в сети. Там оно будет использовать большое количество компьютеров для обработки последующих блоков данных, среднее время между блоками – 10 микросекунд. Программы должны будут создавать отметки частиц, соответствуя изначальным точкам. В результате получится сформированный набор данных, состоящих из импульса, энергии, траектории и других, которые возникли при одном событии.
Части ускорителя
Весь ускоритель можно поделить на 5 основных частей:
1) Ускоритель электронно-позитронного коллайдера. Деталь, представляет собой около 7 тысяч магнитов со сверхпроводящими свойствами. С помощью них происходит направление пучка по кольцевому туннелю. А также они сосредотачивают пучок в один поток, ширина которого уменьшится до ширины одного волоса.
2) Компактный мюонный соленоид. Это детектор, предназначенный для общего назначения. В таком детекторе ведутся поиски новых явлений и, например, поиск частиц Хиггса.
3) Детектор LHCb. Значение этого устройства заключается в поиске кварков и противоположных им частиц – антикварков.
4) Тороидальная установка ATLAS. Этот детектор предназначен для фиксации мюонов.
5) Alice. Этот детектор захватывает столкновения ионов свинца и протон-протонные столкновения.
Проблемы при запуске адронного коллайдера
Несмотря на то что наличие высоких технологий исключает возможность ошибок, на практике все иначе. Во время сборки ускорителя происходили задержки, а также сбои. Нужно сказать, что неожиданной такая ситуация не была. Устройство содержит столько нюансов и требует такой точности, что учёные ожидали подобных результатов. Например, одна из проблем, которая встала перед учёными во время запуска – отказ магнита, который фокусировал пучки протонов непосредственно перед их столкновением. Эта серьёзная авария была вызвана разрушением части крепления вследствие потери сверхпроводимости магнитом.
Эта проблема возникла 2007 году. Из-за неё запуск коллайдера откладывали несколько раз, и только в июне запуск состоялся, спустя почти год коллайдер все же запустился.
Последний запуск коллайдера прошёл успешно, было собрано множество терабайт данных.
Адронный коллайдер, запуск которого состоялся 5 апреля 2015 года, успешно функционирует. В течение месяца пучки будут гонять по кольцу, постепенно увеличивая мощность. Цели для исследования как таковой нет. Будет повышена энергия столкновения пучков. Значение поднимут с 7 ТэВ до 13 ТэВ. Такое увеличение позволит увидеть новые возможности при столкновении частиц.
В 2013 и 2014 гг. проходили серьёзные технические осмотры туннелей, ускорителей, детекторов и другого оборудования. В результате было 18 биполярных магнитов со сверхпроводящей функцией. Нужно отметить, что общее количество их составляет 1232 штуки. Однако оставшиеся магниты не остались без внимания. В остальных заменили системы защиты от остывания, поставили улучшенные. Также улучшена охлаждающая система магнитов. Это позволяет им оставаться при низких температурах с максимальной мощностью.
Если все пройдёт успешно, то следующий запуск ускорителя пройдёт лишь через три года. Через этот период намечены плановые работы по улучшению, техническому осмотру коллайдера.
Нужно отметить, что ремонт обходится в копейку, не учитывая стоимость. Адронный коллайдер, по состоянию на 2010 год имеет цену, равную 7,5 млрд. евро. Эта цифра выводит весь проект на первое место в списке самых дорогих проектов в истории науки.-27 секунд) самоуничтожится, еще не успев поглотить нас.
Высокоэнергетические «странные капельки»
Забавный термин, но на самом деле нам не до смеха. Страпелька («странная капелька»), странглет (от англ. strangelet – strange + droplet) – гипотетический объект, состоящий из «странной материи», либо образованной адронами, содержащими «странные» кварки, либо не разделённым на отдельные адроны кварковым веществом с примерно одинаковым содержанием странных, верхних и нижних кварков. Странная материя рассматривается в космологии как кандидат на роль «тёмной материи». Русскоязычный вариант термина «страпелька» предложен в 2005 году Сергеем Поповым.
Чем опасны страпельки? Их не зря называют капельками-убийцами: по версии ученых, страпельки могут повлиять на привычную нам материю, мгновенно уничтожить тем самым Землю. Но пока никто не видел эти страпельки, и никто еще не смог их синтезировать.
Магнитное монополе
Как мы знаем, у магнита два полюса. Есть старая идея, что может быть и магнитное поле с одним полюсом, вернее, создать частицу под названием «магнитный монополь». Но это никогда никак не подтверждалось. Тем не менее, ученые бьют тревогу и здесь: а вдруг Большой адронный коллайдер создаст такую частицу? Да, он мог бы создать такую частицу, но для уничтожения мира она должна быть огромной, а коллайдер для этого маловат.
ЦЕРН заканчивает подготовку к запуску , Долгое время считалось, что эксперимент с коллайдером небезопасен для человечества: он может вызвать появление чёрных дыр и «страпелек», которые разрушат всё сущее. В финальном отчёте по безопасности проекта утверждается, что коллайдер опасности не представляет. Тем не менее, не исключено, что просчитаны не все возможности гибели мира от действия этой машины.
Охлаждение обмоток сверхпроводящих электромагнитов Большого адронного коллайдера (LHC, Large Hadron Collider) в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН) на границе Швейцарии и Франции подходит к завершению. Большинство из них уже достигли рабочей температуры всего на 2 градуса выше абсолютного нуля (–271o C), и учёные надеются начать разгон первых пучков частиц уже в следующем месяце. Если всё пойдёт так, как планируется, осенью встречные пучки протонов, движущихся со скоростью около 0,99999992 от скорости света, начнут сталкиваться. Число столкновений будет постепенно увеличиваться, приближаясь к запланированному уровню в миллиарды событий в секунду.
Радостное возбуждение учёных, погружённых в подготовку, наверное, крупнейшего научного эксперимента в истории человечества, можно понять. Однако у некоторых людей томление в ожидании старта LHC продолжает выливаться в уйму страхов вокруг истории о страшной чёрной дыре, которая возникнет в месте столкновения частиц и, быстро разрастаясь, через некоторое время пожрёт не только Женевский аэропорт и Юрские горы, но и всю нашу планету.
На самом деле это не самое страшное, что может случиться. Физики придумали ещё несколько эсхатологических сценариев, включающих превращение всех атомных ядер нашей планеты в так называемое странное вещество, разрушение протонов магнитными монополями и даже стремительное падение привычной нам структуры всей Вселенной при расширении созданного в ускорителе пузыря «истинного» вакуума.
Авторы «облегчённого» отчёта о безопасности – Группа оценки безопасности LHC: Джон Эллис, Джан Джудиче, Микеланджело Мангано, Игорь Ткачёв. В прошлую пятницу специальная рабочая группа, созданная для оценки реальности таких событий, представила «облегчённый» финальный отчёт, а в понедельник в архиве электронных препринтов появилась и полномасштабная работа, подробно рассматривающая опасность появления чёрных дыр.
Вывод учёных: бояться нечего. Земля и Вселенная, скорее всего, выстоят. Основной аргумент команды из пяти физиков в какой-то степени повторяет расхожую фразу «этого не может быть, потому что не может быть никогда». Только с точностью до наоборот: пророчества LHC-скептиков не могут сбыться, потому что все эксперименты, которые физики надеются провести в глубине детекторов ATLAS и CMS, происходят в природе постоянно, а вся программа LHC в наблюдаемой части Вселенной уже была повторена квадриллионы квадриллионов раз. И ничего, мы всё ещё существуем. Более того, никаких событий, которые можно было бы интерпретировать как свидетельство предполагаемых страшных последствий столкновений протонов, ни физики в своих лабораториях, ни астрономы, разглядывающие космические дали, пока не видели.
Дело в том, что гигантские по меркам земных ускорителей энергии сначала в 5 Тэв, а потом и в 7 Тэв (тераэлектронвольт), до которых планируется разгонять частицы в 27-километровом кольце громадного ускорителя, для вселенной не новость. На самом деле частицы такой и большей энергии каждую секунду врезаются в скафандр космонавта, вышедшего из космического корабля. С той же частотой они бы бомбардировали и наши тела, не будь у Земли атмосферы. Воздушная оболочка частично спасает нас от этих частиц, и зовутся они космическими лучами.
Поэтому, пока ускоритель не начал сталкивать протонные пучки, бояться совсем нечего: мы имеем дело лишь с ежесекундным опытом последователей Алексея Леонова, первого космонавта, вышедшего в открытый космос. Такие частицы при столкновении с мишенью выбивают из неё десятки и сотни протонов и разрушают несколько атомных ядер. Опыт 74-летнего Алексея Архиповича показывает, что ничего страшного ни для существования нашего мира, ни даже для человеческого здоровья в таких событиях нет.
Осенью, однако, сотрудники ЦЕРНа надеются начать сводить пучки заряженных частиц, движущихся в противоположных направлениях, и направлять их друг на друга. Это уже посерьёзнее. Хотя каждый из несущихся друг на друга протонов имеет энергию летающего под потолком комара, воссоздать происходящие при их взаимодействии процессы можно, лишь направив на стационарную мишень протон с энергией в десятки тысяч Тэв. Дело в том, что при использовании стационарной мишени основной запас энергии налетающих частиц уходит на сохранение импульса разлетающихся после удара осколков, а на их взаимодействие, которое для физиков интереснее всего, остаются лишь жалкие крохи.
Значения в тысячи Тэв вряд ли будут в обозримое время достигнуты на земных ускорителях, и именно поэтому такую популярность получили ускорители на встречных пучках. Тем не менее, в космосе и таких частиц хватает. Их гораздо меньше, чем «комаров», – примерно в 100 миллиардов раз, так что вряд ли кому-то из космонавтов удавалось испытать на себе такой удар. Но всю нашу планету потрясают несколько тысяч таких столкновений в секунду, а за время её существования их было примерно 1021 раз. За всё время работы женевского ускорителя в рамках эксперимента LHC планируется воссоздать примерно 1017-1018 ударов; так что безо всякого участия физиков этот эксперимент уже был повторен на Земле десятки тысяч раз.
Опасны ли стационарные объекты?
Кажется, что бояться и правда нечего. К таким выводам и пришли авторы нынешнего отчёта, подтвердив мнение своих коллег, представивших результаты независимого исследования на ту же тему в 2003 году. Однако на деле первое впечатление обманчиво. Между космическими лучами и столкновениями частиц во встречных пучках есть большая разница.
Во-первых, плотность событий в Швейцарии и Франции (детекторы находятся по обе стороны границы между двумя странами) несравнимо выше. Если среднее расстояние между подобными событиями, одновременно протекающими в земной атмосфере, составляет тысячи километров, то сечение сталкивающихся пучков измеряется сантиметрами. Более того, помимо протонов учёные будут сталкивать друг с другом и ядра свинца, в каждом из которых по две сотни протонов и нейтронов, упакованных с ядерной плотностью. И хотя в составе космических лучей наверняка также имеются тяжёлые ядра, их гораздо меньше, чем протонов и альфа-частиц.
Однако главная разница даже не в этом, она в скорости разлёта продуктов столкновения.
Если предположить, что в результате удара действительно образуются миниатюрные чёрные дыры или капельки смертоносной странной материи, они по закону сохранения импульса двинутся дальше с огромной скоростью, пролетая сквозь Землю в мгновение ока. Если подобные объекты возникнут в ускорителях, их скорость будет невелика: у встречных пучков практически одинаковые скорости, которые в сумме дают ноль. А значит, утверждают пессимисты, появившись однажды, чёрная дыра быстро провалится к центру нашей планеты, а там будет постепенно пожирать её тело, разрастаясь за счёт проглатывания всё новых и новых порций. В конце концов, дело дойдёт и до поверхности.
Именно поведению таких почти стационарных объектов и крайне малой вероятности их появления и посвящена большая часть последнего отчёта. Учёные один за одним подробно разбирают возможные сценарии «судного дня» с учётом даже самых спекулятивных вариантов физических теорий и последнего опыта работы на ускорителях и приходят к выводу, что нам всё-таки ничто не грозит.
Чёрные дыры не возникнут?
Что касается чёрных дыр, то их появление в LHC вообще под большим вопросом. Если верна общая теория относительности Эйнштейна (а серьёзных экспериментальных возражений на ее счёт пока нет), то чёрные дыры даже при столкновении ядер свинца образовываться не будут. Причина в том, что гравитация, управляющая движением грандиозных небесных тел и определяющая судьбу Вселенной в целом, на микроскопических расстояниях – очень слабая сила. Она на много порядков уступает другим трём фундаментальным силам – и электромагнитному, и двум ядерным взаимодействиям, так называемым слабому и сильному. А эти силы не предусматривают образования каких-либо чёрных дыр, да и вообще, «поженить» эти силы, описываемые квантовой теорией, с эйнштейновской теорией гравитации пока не особо получается.
Но, даже если чёрная дыра возникнет, она должна мгновенно исчезнуть за счёт квантовых эффектов. Одна из немногих успешных попыток разобраться в явлениях на стыке квантовой механики и гравитации, предпринятая знаменитым британским физиком-теоретиком Стивеном Хокингом, привела к появлению понятия «испарения» чёрных дыр. Виртуальные пары частиц и античастиц, в соответствии с квантовой механикой непрерывно возникающие в пространстве и через очень короткое время исчезающие в никуда, иногда должны образовываться и на границе чёрной дыры. В этом случае частицы пары не могут аннигилировать друг с другом, и для внешнего наблюдателя в окрестностях дыры из ничего «рождается» что-то; на это расходуется энергия, и как показывают расчёты, тем больше, чем меньше чёрная дыра.
Самая большая чёрная дыра, которая может родиться в LHC, имеет энергию не больше, чем суммарная энергия двух сталкивающихся ядер. Такой объект в соответствии с теорией Хокинга живёт умопомрачительно короткое время – меньше 10-80 сек., за которое он не то что проглотить какую-то иную частицу, он и сдвинуться с места не успеет.
Некоторые теории, впрочем, предсказывают существование в микромире так называемых скрытых пространственных измерений в добавление к трём известным нам – длине, ширине и высоте. В таких случаях не только гравитационные силы на очень малых расстояниях могут стать гораздо сильнее, чем предсказывается классической теорией тяготения, но и сами микроскопические чёрные дыры могут оказаться стабильными.
Тем не менее, и этот вариант не проходит.
Здесь учёные вновь обратили взгляд на космические объекты. Если бы стабильные чёрные дыры могли образовываться и расти, то при бомбардировке Земли или Солнца космическими лучами эти дыры очень быстро становились бы заряженными, притягивая в первую очередь протоны, а не электроны, которые при той же температуре движутся гораздо быстрее. Заряженная чёрная дыра в отличие от нейтральной гораздо активнее взаимодействует с окружающими частицами, которые её быстро и остановят.
Таким образом, пролетая через Солнце и уж тем более сверхплотные звёзды вроде белых карликов или нейтронных звёзд, чёрная дыра затормозится и останется в теле звезды. События, подобные тем, что планируется производить в LHC, в жизни каждой звезды происходили такое количество раз, что если бы чёрные дыры могли образовываться, то они достаточно быстро росли бы и уничтожали известные нам небесные тела.
Как именно происходит рост этих объектов, зависит от конкретной модели теории гравитации с «дополнительными измерениями». Последовательно разбирая многочисленные варианты и учитывая все мыслимые эффекты, учёные приходят к выводу, что даже при самых крайних предположения ни Земля, ни белые карлики не могли бы существовать дольше нескольких миллионов лет. На деле им миллиарды лет, так что микроскопические чёрные дыры, похоже, во Вселенной вовсе не образуются.
Степень опасности страпелек не исследована!
Другой популярный агент уничтожения нашего мира при запуске LHC – капельки странного вещества, или «страпельки», как проповедует калькировать с английского strangelet российский астроном Сергей Попов. Странным такое вещество называется не за особенности поведения, а из-за наличия в его составе значительной примеси так называемых странных кварков («аромата» s) в дополнение к верхнему и нижнему (u и d) кваркам, из которых состоят протоны и нейтроны, образующие ядра всех обычных атомов.
Небольшие странные ядра, в которых к нейтронам и протонам добавлена частица, содержащая странные кварки, в лабораториях уже были получены. Они не стабильны – распадались за миллиардные доли секунды. Получить ядра, в которых содержится много странных частиц, пока не получалось, однако из некоторых вариантов теории ядерных взаимодействий следует, что такие ядра могут быть стабильными. Они плотнее обычного вещества, и ими активно интересуются астрономы, занимающиеся нейтронными звёздами – своего рода гигантскими атомными ядрами, в которые после смерти превращаются массивные звёзды.
Если «странные» ядра действительно стабильны (никаких экспериментальных указаний на этот счёт нет), то, привлекая ещё и дополнительные, также экспериментально не подтверждённые соображения, можно показать, что переход в странную форму будет энергетически выгодным. В этом случае при взаимодействии с обычными ядрами странные будут провоцировать переход первых в странную форму. В итоге образуются капельки странного вещества, или «страпельки». Поскольку образуются они из протонов и нейтронов, заряд «страпелек» будет положительным, так что они будут отталкивать обычные ядра. Опять же в некоторых теориях могут возникать и отрицательные страпельки, которые не стабильны. Уже четвёртая в данном абзаце гипотеза предполагает наличие нестабильных, но долгоживущих отрицательных страпелек, которые обычное вещество будут притягивать.
Вот именно такие четырежды гипотетические страпельки и представляют угрозу.
С такими фантомами приходится работать учёным, доказывающим безопасность LHC.
Основные аргументы против существования вообще каких-либо страпелек – это результаты экспериментов на так называемом американском коллайдере релятивистских тяжёлых ионов (RHIC), который в конце XX века заработал в американской Брукхэвенской национальной лаборатории. В отличие от ЦЕРНа, где сталкиваться будут ядра свинца, в Брукхэвене сталкиваются ядра атомов чуть более лёгкого золота, при том с существенно меньшими энергиями.
Как показывают результаты RHIC, никакие страпельки здесь не появляются. Более того, собранные ускорителем данные отлично описывает теория, согласно которой в месте столкновения двух ядер на ничтожные доли секунды (порядка 10-23 сек.) образуется сгусток кварк-глюонной плазмы, имеющей температуру около полутора триллионов градусов. Такие температуры существовали лишь в самом начале нашей Вселенной, и даже в центрах самых массивных и горячих звёзд ничего подобного не возникает.
Но при таких температурах опасные страпельки, даже если и образуются, мгновенно разрушаются, поскольку для реакций с ними характерны те же энергии, что и для обычных ядер, в противном случае, они не были бы стабильным, то есть энергетически выгодным, состоянием. Характерная температура «плавления» ядер – миллиарды градусов, так что при температурах в триллион градусов никаких страпелек и в помине не остаётся.
Температура кварк-глюонной плазмы, которую планируют получить на LHC, ещё выше. Кроме того, плотность её при столкновении будет, как ни странно, ниже.
Так что получить страпельки в LHC ещё сложнее, чем в RHIC, а в нём их получить было сложнее, чем в ускорителях 1980-х и 1990-х годов.
Кстати, когда в 1999 году запускалась программа RHIC, её создателям также пришлось убеждать скептиков, что конца света с первым столкновением ядер не произойдёт. И не произошло.
Дополнительный аргумент против возможности появления страпелек – наличие Луны на орбите вокруг Земли. В отличие от нашей планеты Луна не имеет атмосферы, так что её поверхность и ядра тяжёлых элементов, которые она содержит, напрямую бомбардируются ядрами, входящими в состав космических лучей. Если бы появление страпелек было возможным, то за 4 миллиарда лет существования нашего спутника эти опасные ядра полностью «переварили» бы Луну, превратив в странный объект. Однако Луна продолжает светить по ночам как ни в чём не бывало, а некоторым даже повезло погулять по этому объекту и вернуться назад.
Другой способ убить Вселенную
Более экзотические кандидаты на роль убийц всего живого – магнитные монополи. Никому ещё не удавалось, разрезав магнит на две части, получить отдельные северный и южный его полюса, но магнитный монополь – это именно такая частица. Опять же, никаких экспериментальных указаний на его существование нет, однако ещё в первой половине XX века Вольфганг Паули заметил, что их введение в теорию позволяет объяснить, почему все заряды кратны электронному.
Идея эта оказалась настолько заманчивой, что, несмотря на отсутствие каких-либо доказательств, некоторые физики продолжают верить в существование монополей. Если учесть, что для квантования заряда достаточно одного монополя на всю Вселенную, то эта вера вряд ли хуже веры в единое начало, благодаря которому во Вселенной есть добро.
Однако магнитный монополь – это не добро, по крайней мере для протона. Имея большой заряд, монополи по своему ионизирующему действию должны быть похожи на тяжёлые атомные ядра, и в некоторых вариантах теории – опять же не в почти священной для физиков стандартной модели, которая пока оказывалась в состоянии объяснить все эксперименты с частицами, – монополи могут вызывать распад протонов и нейтронов на более лёгкие частицы.
Большинство физиков полагают, что магнитные монополи должны быть очень массивными частицами с энергией порядка 1012 Тэв, до которых ни LHC, ни какому бы то ни было другому земному ускорителю, не дотянуться. Так что и бояться их нечего.
Тем не менее, если предположить, что монополи могут иметь меньшую массу, тогда они также давно должны были образовываться при взаимодействии земного вещества с космическими лучами. При том, активнейшим образом взаимодействуя с веществом через электромагнитные силы, монополи должны очень быстро тормозиться и оставаться на Земле. Бомбардировка нашей планеты и других небесных тел космическими лучами продолжается миллиарды лет, и исчезнуть Земля никуда не исчезла. Так что либо лёгкие монополи не образуются, либо не имеют свойства даже как-то способствовать распаду протона.
Вселенная перейдёт в состояние истинного вакуума?
Наконец, самое страшное, что может случиться, – это появление в пространстве пузырьков «истинного вакуума». Они способны уничтожить не просто Землю, но и всю известную нам Вселенную.
Вообще говоря, физический вакуум – сложнейшая система из множества взаимодействующих полей. В квантовой механике вакуум – это просто энергетически самое низкое состояние такой системы, а не какой-то «абсолютный ноль». У каждого кубометра вакуума вполне может быть своя энергия, и более того, сам вакуум может даже влиять на происходящие в нём физические явления.
Например, если у нас некоторый ложный, очень стабильный, но всё-таки не самый низкий уровень энергии, с него ещё можно шагнуть вниз, а разницу в энергии между двумя уровнями использоваться для создания новых частиц, как создаются кванты света при переходе электронов с высокого атомного уровня на низкий. Астрофизики, например, уверены, что такие переходы случались в прошлом, и благодаря им наш мир сейчас заполнен веществом.
Вообще говоря, ни откуда не следует, что вакуум, который мы знаем, не такой вот ложный. Более того, простейшее объяснение загадочной «тёмной энергии», из-за которой ускоряется расширение нашей Вселенной, – это именно наличие ненулевой энергии вакуума. В таком случае переход на очередную ступень возможен, и более того, согласно некоторым теориям, последние астрономические наблюдения даже увеличили его вероятность.
Ниоткуда, конечно, не следует и то, что спровоцировать такой переход могут столкновения протонов в суперколлайдере LHC. Однако, если микроскопические пузырьки «истинного» вакуума всё-таки образуются, дальше теория предсказывает их стремительное расширение за счёт превращения вакуума из одного вида в другой вдоль границы пузырька. Расширяясь со скоростью света, такой пузырёк за доли секунды объемлет Землю, а затем примется за остальную Вселенную, породив множество частиц и, возможно, сделав существование привычной нам материи невозможным.
Вообще говоря, как именно LHC может спровоцировать вакуумный переход, неясно. За неимением предмета опровержения в данном случае авторы отчёта вновь обращают свой взор на небо, повторяя всё ту же логику. Если мы до сих пор не видим каких-то катастрофических последствия столкновения заряженных высокоэнергичных частиц в космосе, значит, появление таких пузырей или невозможно, или слишком маловероятно. В конце концов, как подсчитали учёные, Вселенная за время своего существования провела 1031 опытов размаха LHC в наблюдаемой нами её части. И, если бы хоть один из них окончился разрушением какой-то части мира, мы бы это наверняка заметили. А что такое один эксперимент против 1031? Вероятность, что не повезёт именно нам, слишком мала.
Оправдан ли риск?
Конечно, разговор о вероятности здесь вряд ли уместен. Когда речь идёт о цене автомобильной страховки, можно разделить общее число аварий на общее число машин, получив вероятность аварии для каждой машины, и умножить эту вероятность на среднюю стоимость автомобиля. Такая величина называется математическим ожиданием ущерба для машины. Добавьте к этой сумме сборы, на которые существуют страховые компании – и стоимость страховки готова.
Профессионалы оперируют и математическим ожиданием количества людских смертей – например, в сейсмоопасных районах. Кому-то это может показаться циничным, но такой расчёт – наверное, единственный способ эффективно распорядиться всегда ограниченными ресурсами для спасения максимального числа жизней.
Если вероятность разрушения Земли при старте LHC, скажем, один шанс на миллиард, то математическое ожидание числа смертей – произведение населения планеты на одну миллиардную – составит 6,5. Не исключено, что среди нескольких тысяч учёных, работающих в ЦЕРНе, найдутся не семь, а гораздо больше человек, готовых ради науки пожертвовать своими жизнями. Однако могут ли они поставить на карту, пусть и почти гарантированно выигрышную, существование всего человечества? А если речь идёт о существовании всей Вселенной? Вряд ли кто-то может дать ответ на этот вопрос.
Житель американского штата Гавайи Вальтер Вагнер, например, считает риск неоправданными и даже подал соответствующий иск в один из американских судов. Иск, впрочем, уже отклонён, а какова будет его дальнейшая судьба в судебной системе США, пока никто не знает. Ясно лишь, что вряд ли он будет удовлетворён к середине осени, когда, согласно плану, встречные пучки в гигантском тоннеле под Женевой начнут разгоняться навстречу друг другу. Да и американский суд над европейской Женевой юрисдикции не имеет и может лишь запретить поставку важного оборудования для ЦЕРНа, которое производится в США; на это, кстати, и направлен иск.
Страх, предваряющий пуск LHC, не новость. То же самое имело место и при запуске ускорителя ионов в Брукхэвене. А в конце шестидесятых годов весь мир облетело сообщение об открытии советским химиком Николаем Федякиным «полимерной формы воды». На Западе только и было разговоров о том, что, попав в мировой океан, «поливода» быстро переведёт в полимерную форму всё его содержимое. Чем не история о страпельках, способных превратить всё вещество в странную форму? Желающие могут вспомнить и другую легенду – о подводных испытаниях водородной бомбы, взрыв которой лишь едва-едва не зацепил богатые тяжёлым изотопом водорода донные слои океана, вызвав их детонацию по всей планете.
Получается, что потенциальные опасности, связанные с запуском коллайдера , не следует принимать во внимание. Гораздо более вероятна гибель Земли от удара астероида, вспышки сверхновой по соседству. Даже война за минеральные ресурсы нанесёт ущерб значительно больший, нежели запуск машины. Таким образом, предложения остановить эксперименты с LHC вряд ли будут признаны конструктивными.
Самый крупный и мощный ускоритель частиц в мире – Большой адронный коллайдер (БАК) – на днях вернулся к работе. После модернизации ускоритель частиц заработал с удвоенной мощностью. Значит ли это, что все страхи, связанные с его первоначальным запуском, возродились в удвоенном количестве?
Хотя этого события ждали по всему миру, есть два человека, которые хранили молчание: Уолтер Вагнер, офицер ядерной безопасности на пенсии, и испанский журналист Луис Санчо. У них есть своя история, связанная с БАК, и, возможно, именно им мы обязаны за все страшилки, связанные с запуском расщепляющей протоны машины.
Еще за несколько месяцев до того, как коллайдер должны были включить впервые в 2008 году, Вагнер и Санчо подали иск против организаций, стоящих за монструозной машиной: Министерство энергетики США, Национальная ускорительная лаборатория Ферми и Национальный научный фонд.
Будет лишним сказать, что потребовалось много мужества и, возможно, немного безумия, чтобы попытаться засудить любую из этих организаций, на которые работают ярчайшие интеллектуалы человечества, не говоря уж о том, чтобы напасть сразу на всех. Особенно после того, как они закончили строительство 30-летнего проекта стоимостью в 6 миллиардов долларов. В защиту мужчин, Вагнер и Санчо пытались спасти мир от неминуемого, как им казалось, уничтожения.
Среди опасений было и то, что БАК может породить миниатюрную черную дыру, которая буквально поглотит Землю. В своем иске они утверждали:
«В конце концов, вся Земля упадет в растущую микрочерную дыру, которая превратит Землю в черную дыру средних размеров, вокруг которой будут продолжать вращаться луна, спутники, МКС и т. п».
Иск был отклонен, потому что мужчины не смогли доказать наличие «реальной угрозы». Впрочем, на Земле и по сей день остаются люди, которые уверены, что БАК приведет человечество к краху. Хотя Санчо и Вагнер ошиблись – Земля на месте, БАК работает несколько лет подряд – важно понять, почему научная подоплека работы БАК не подразумевает никаких угроз. Понять, почему Большой адронный коллайдер не принесет такого уж катастрофического вреда.
Рождение черной дыры
Черные дыры – чрезвычайно плотные компактные объекты с массой от 4 до 170 миллионов раз превышающей солнечную. Хотя черные дыры по определению огромны, вполне возможно хотя бы в теории, что небольшое количество материи – десятки микрограммов – могут быть упакованы достаточно плотно, чтобы создать черную дыру. Это и будет примером микроскопической черной дыры.
До сих пор никто не наблюдал и не производил микроскопических черных дыр – даже БАК. Но прежде чем он был включен в первый раз в 2008 году, Вагнер и Санчо опасались, что разгон субатомных частиц до 99,99% скорости света и последующее их столкновение могут создать настолько плотное месиво частиц, что появится черная дыра.
Физики CERN сообщают, что общая теория относительности Эйнштейна предполагает, что на БАК невозможно произвести такое экзотическое явление. Но что, если Эйнштейн ошибался? Этого опасаются Вагнер и Санчо.
Даже если так, другая теория, разработанная известным астрофизиком Стивеном Хокингом, предсказывает, что даже если микроскопическая черная дыра образуется внутри БАК, она мгновенно распадется, не представляя никакой угрозы для существования Земли.
В 1974 году Хокинг предсказал, что черные дыры не просто пожирают материю, но и выплевывают ее в виде чрезвычайно высокоэнергетического излучения Хокинга. Согласно теории, чем меньше черная дыра, тем больше излучения Хокинга она выдает в космос, постепенно сходя на нет. Таким образом, микроскопическая черная дыра, став наименьшей, исчезнет, прежде чем сможет нанести ущерб и уничтожить нас. Возможно, по этой причине мы и не видели микроскопических черных дыр.
Рождение странной материи
Странная материя состоит из отдельных гипотетических частиц – страпелек, – которые отличаются от обычной материи, составляющей все, что есть вокруг нас.
Вагнер и Санчо опасаются, что эта странная материя может сливаться с обычной и «может превратить всю Землю в одну большую страпельку». Конечно, опасения Вагнера и Санчо не строятся на их теориях – эти мысли обсуждались в более серьезных научных кругах.
Тем не менее точное поведение странной материи или даже одной страпельки никто не знает; отчасти поэтому страпельки остаются кандидатами на частицы темной материи, которая преобладает в нашей Вселенной.
Для поддержки этой теории физики из Брукхейвенской национальной лаборатории в Нью-Йорке пытаются создать страпельку в Релятивистском коллайдере тяжелых ионов с начала этого века. Пока ни одной страпельки не видели. Но шансы, конечно, всегда есть.
Если Брукхейвенской национальной лаборатории повезет в поисках, остаются опасения, что страпельки, контактируя с обычной материей, начинают цепную реакцию, которая превратит вас, нас и все остальное на Земле в комок странной материи. Сможем ли мы пережить такую трансформацию и что изменится – можно только догадываться. Но неизвестность пугает.
Физики CERN, однако, утверждают, что если Брукхейвену удастся создать страпельку, шансы на то, что она будет взаимодействовать с обычной материей, весьма невелики:
«При таких высоких температурах, которые производятся на коллайдерах, слепить странную материю вместе сложнее, чем образовать лед в горячей воде», – говорят они.
Рождение магнитных монополей
В природе магниты обладают двумя концами – северным и южным полюсом. Но в конце 19 века физик Пьер Кюри, муж Марии Кюри, предположил, что нет никаких причин того, почему частица с одним магнитным полюсом не может существовать.
Спустя более полувека такая частица под названием магнитный монополь никогда не создавалась в природе и не наблюдалась в природе. То есть она сугубо гипотетическая. Но это не помешало Вагнеру предположить, что мощная машина вроде БАК может создать первый в истории магнитный монополь, который может уничтожить Землю.
«У таких частиц может быть способность катализировать распад протонов и атомов, заставляя их превращаться в другие типы материи», – писали он и Санчо.
Теория того, что монополь может уничтожать протоны – субатомные строительные блоки всей материи во Вселенной – спекулятивная в лучшем случае, объясняют физики CERN. Но допустим, эта теория верна. В таком случае эта частица будет обладать массой, которая слишком велика, чтобы БАК мог создать такую частицу.
В общем, мы в безопасности.
«Факт существования Земли и других небесных тел исключает возможность создания опасных пожирающих протоны магнитных монополей с помощью БАК», – говорит физики CERN.
Следующие несколько месяцев физики проведут наращивая мощность БАК, чтобы она превысила в два раза предельную мощность, с которой БАК работал во время первого запуска. Это не отменяет тот факт, что Земля едва ли будет уничтожена микроскопическими черными дырами, страпельками или магнитными монополями.
Большой адронный коллайдер маловат – физики ЦЕРНа хотят побольше. Но что он даст?
- Михаил Смотряев
- Би-би-си
Автор фото, Cern
Подпись к фото,Так может выглядеть новый ускоритель
Европейской организации по ядерным исследованиям (более известной как ЦЕРН) не хватает мощности Большого адронного коллайдера (БАК). Ученые хотят новый – в четыре раза больше.
Организация обнародовала свои планы по строительству нового ускорителя под рабочим названием “Будущий циклический коллайдер” (Future Circular Collider).
Предполагается, что он будет построен к 2050 году, будет почти вчетверо больше и в 10 раз мощнее БАК, но главное – его заявленная на этом этапе стоимость превышает 20 млрд евро.
Генеральный директор ЦЕРНа профессор Фабиола Джианотти назвала проект значительным достижением. По ее словам, у нового коллайдера есть огромный потенциал улучшить наше понимание фундаментальной физики и придать толчок многим технологиям. Все это должно благотворно сказаться на жизни общества в целом, полагает она.
Критики, в свою очередь, настаивают на том, что столь внушительную сумму можно потратить на другие проекты – например, на изучение различных аспектов изменений климата.
Планов громадье
Пока планы ЦЕРНа существуют в концептуальной форме.
Предполагается, что под уже существующим 20-километровым туннелем будет вырыт новый, в итоге достигающий длины в 100 км, в котором и разместится новый ускоритель.
Проект строительства нового коллайдера, наряду с другими планами физиков-теоретиков, будет рассмотрен международной комиссией экспертов. Они должны выработать новую стратегию изучения физики частиц к 2020 году.
Один из этих экспертов, профессор Университетского колледжа Лондона Джон Баттерворт сказал Би-би-си, что амбициозная программа строительства нового коллайдера ему особенно нравится – хотя он готов рассматривать и другие предложения.
Если расчеты ученых верны, то будущий ускоритель позволит разгонять частицы до более высоких скоростей. Как следствие энергия, выделяющаяся при их столкновении, будет почти на порядок выше, чем достигается сегодня в Большом адронном коллайдере.
Физики надеются, что таким образом смогут докопаться до новых, по-настоящему элементарных частиц, которые и движут нашей Вселенной.
Трудности стандартизации
Так называемая Стандартная модель – нынешняя теория взаимодействия субатомных частиц, над созданием и усовершенствованием которой физики трудились большую часть прошлого столетия, – объединяет 17 частиц, последняя из которых, бозон Хиггса, была обнаружена в 2012 году на БАКе (хотя теоретически ее существование было предсказано задолго до этого).
Автор фото, Cern
Подпись к фото,Инженеры ЦЕРНа уже конструируют и тестируют новые компоненты, способные работать на более высоких энергиях
Стандартная модель непротиворечиво описывает многие происходящие в мире процессы, однако оказалась не в состоянии объяснить природу гравитации.
Более того, достижения астрофизики последних лет поставили новые вопросы.
Оказалось, что галактики вращаются быстрее, чем предсказывает Стандартная модель, а Вселенная, по-видимому, расширяется со все большей скоростью – хотя в теории должно быть наоборот.
Для объяснения этих феноменов были привлечены новые понятия: “темная материя” и “темная энергия”, однако что это такое, точно никто не знает.
Современная физика покоится на двух столпах: общая теория относительности и квантовая механика. Первая хорошо объясняет события в макромире, вторая – в мире элементарных частиц.
Объединить их и создать “общую теорию всего” физики пытаются не первый год. Предполагается, что новый, более мощный ускоритель может обнаружить необходимые для этого новые частицы, чего не удалось добиться на БАКе.
Однако никто в ЦЕРНе не знает, какого порядка энергии для этого нужны, и сможет ли новый коллайдер разгонять протоны до такой скорости, чтобы их столкновение производило на свет “истинно элементарные” частицы.
Авторы проекта полагают, что предложенная ими схема последовательных столкновений – сначала электрон-позитронных пар, а затем электронов и протонов, – даст возможность по косвенным признакам предсказать уровень энергии, необходимый для обнаружения новых “суперчастиц”.
Проблема в том, что нечто похожее ожидали и от Большого адронного коллайдера – возможно, благодаря окружавшей его работу шумихе в СМИ. Однако за рамки Стандартной модели эксперименты на БАКе выйти не смогли.
Что нужнее человечеству?
У непосвященных может сложиться впечатление, что физики просят себе новую и очень дорогую игрушку для удовлетворения своего любопытства, бесконечного, как и Вселенная, которую они пытаются разложить на формулы.
Например, бывший главный научный советник правительства Великобритании профессор сэр Дэвид Кинг полагает, что настало время переосмыслить соотношение “цена-качество” в экспериментальной физике частиц, особенно, когда никто из ученых не может гарантировать, что новый ускоритель за 22 млрд евро сможет обнаружить новые частицы.
Автор фото, Cern
Подпись к фото,В ЦЕРНе разрабатывают новые магниты, способные удержать пучки высокоэнергичных частиц на круговой траектории
“Надо где-то провести черту, иначе мы построим коллайдер по экватору. А если этого будет недостаточно, физики попросят другой, достающий до Луны”, – сказал Кинг в интервью Би-би-си.
Профессор Кинг (и не он один) полагает, что у человечества сегодня есть более насущные заботы, в частности, климатические изменения, и 20 миллиардов фунтов не помешали бы в исследовании его последствий и механизмов борьбы с глобальным потеплением.
Далеко не лишними эти деньги оказались бы и в медицинских исследованиях.
Тогда и у скептиков было бы меньше оснований задавать вопрос: “Что ваши исследования сделали для блага человечества?”
Собственно, и среди физиков-теоретиков нет единого мнения по вопросу о необходимости нового ускорителя.
Например, Сабина Хоссенфельдер из Франкфуртского института перспективных исследований считает, что на эти деньги можно было бы построить крупный радиотелескоп на Луне или детектор гравитационных волн на Земле.
Бозоника на смену электронике?
Доктор Фредерик Бордри, директор ЦЕРНа по ускорителям и технологиям, полагает, что требуемая для проекта сумма, поделенная между несколькими странами, да еще на временном отрезке в 20-30 лет – вполне разумная цена для столь передового проекта.
“Когда меня спрашивают, что даст людям бозон Хиггса, я отвечаю: “бозонику”, – говорит он. – Что это такое, я не знаю. Но вспомните, что когда в 1897 году Томсон открыл электрон, он тоже не знал, что такое электроника. Но представить современный мир без нее невозможно”.
Вполне вероятно, что результаты экспериментов в новом ускорителе тоже окажутся столь же полезны человечеству. Мы просто еще не знаем, как и, главное, когда.
Большой «адронный коллайдер» взорвется, если мощность окажется слишком высокой?
Я так понимаю, Большой адронный коллайдер работает следующим образом … При низкой мощности частицы приобретают кинетическую энергию, но не увеличивают массу, поэтому уравнения Ньютона верны для этой ситуации. Однако, когда он превращается в высокую мощность, поскольку частицы стремятся к скорости света, любая дополнительная выходная мощность коллайдера в основном увеличивает массу частиц, и их кинетическая энергия не увеличивается вообще (или очень мало). Вот почему эти высокоэнергетические частицы могут нанести значительный удар. Это все равно, что взять машину и привести ее в движение, чтобы она превратилась в массивный грузовой поезд.
Как отмечалось в комментариях выше, это неправильное понимание того, что масса увеличивается на очень высоких скоростях. Лучшее объяснение, которое я могу вам дать, – это блог, который я настоятельно рекомендую вам прочитать, Релятивистская масса .
Идея энергии грузового поезда верна, но суть здесь в том, что это происходит только из-за концентрации энергии в крошечной области, поперечном сечении столкновения, которое чрезвычайно мало. Вы можете легко сплющить муху своей рукой, но удар по слону с такой же силой не повредит слона, даже если он это заметит.
Любой взрыв является драматичным, чтобы быть педантичным, как отмечено в комментариях выше, это – опасность отказа системы охлаждения, а не сила, вовлеченная в сам луч.
В магнитах, используемых для управления и контроля луча, используется гораздо больше энергии, чем при столкновении элементарных частиц вместе. Так что мой ответ – нет, луч сам по себе не вызовет взрыва, но да, сбой систем поддержки может.
От LHC Потребляемая мощность
Для работы LCH требуется 120 МВт, что приблизительно соответствует потреблению энергии во всем кантонском штате Женева. Нужно лучшее сравнение? 120 мегаватт эквивалентно энергии, используемой 1,2 млн. Ламп накаливания на 100 ватт или 120 000 среднестатистических домов в Калифорнии. CERN выключает систему зимой из-за потребляемой мощности.
Источник изображения: LHC: приглядеться
Это где луч заканчивается после запуска ускорителя. Возможно, это нелогично, но для поглощения энергии пучка используется легкий блок графита с высокой температурой плавления. Если использовать свинец или другой металл, он будет плавиться, и после каждого запуска потребуется грязный блок очистки и замены. Этот блок графита предназначен для продления срока службы LHC.
Новый коллайдер под Москвой: A он не взорвется?
В Дубне ученые Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) начали крестовый поход за Нобелевскими премиями.
Фото: Ярослав КОРОБАТОВ
В Дубне ученые Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) начали крестовый поход за Нобелевскими премиями. В четверг состоится торжественная церемония закладки первого камня в основание будущего сверхпроводящего ускорительного комплекса NICA (фактически же стройка идет с 2013 года). Он будет построен к концу 2019 года. А на проектную мощность ускоритель тяжелых ионов выйдет к 2023 году. На возведение отечественного коллайдера будет потрачено несколько сот миллионов долларов. И, по общему признанию, это самый амбициозный научный проект России. Наш корреспондент побывал на строительной площадке, пообщался с физиками-ядерщиками и узнал ответы на пять самых распространенных наивных вопросов об этом проекте.
ЗАЧЕМ ЭТО НУЖНО
– Главная цель – изучение ядерной материи в состоянии максимальной плотности, – объясняет директор лаборатории физики высоких энергий Объединенного института ядерных исследований Владимир Кекелидзе. – Во Вселенной материя в таком состоянии находилась спустя ничтожные мгновения после Большого взрыва (он привел к образованию нашего мира). А сейчас она сохранилась в нейтронных звездах. Мы впервые попытаемся создать это явление в лабораторных условиях. По сути дела, нам предстоит на нашем коллайдере воспроизвести (правда, в миниатюрных масштабах) Большой взрыв.
В перспективе, это знание может дать человечеству новый вид энергии, по сравнению с которым нынешняя ядерная энергетика это детские игры в песочнице.
В четверг состоится торжественная церемония закладки первого камня в основание будущего сверхпроводящего ускорительного комплекса NICA
Фото: Ярослав КОРОБАТОВ
ЧЕМ НАШ КОЛЛАЙДЕР ЛУЧШЕ БОЛЬШОГО АДРОННОГО В ЖЕНЕВЕ
Возникает закономерный вопрос: а зачем тратить гигантские деньги на строительство NICA, когда существует Большой адронный коллайдер. Не проще ли проводить эксперименты на его базе?
– Коллайдер в Женеве не подходит для наших исследований. Он слишком мощный, – разводят руками физики из ОИЯИ. – Для наглядности приведем такое сравнение. Мы собираемся столкнуть между собой пучки тяжелых ионов. Это все равно, что снайперы, сидящие на расстоянии нескольких километров друг от друга, будут пытаться попасть пулей в пулю. Мало шансов, что это произойдет, если не создать особые условия. В нашем случае частота этих столкновений зависит от диапазона энергий. Такой мощный ускоритель, как БАК в Женеве, может спуститься до наших энергий, но в этом случае значительно – на 2-3 порядка, упадет кучность и интенсивность «стрельбы». Для того, чтобы получить научные результаты, которые мы соберем за год работы, физикам на иностранных коллайдерах понадобится от 100 до 1000 лет.
Физики-ядерщики официально приступили к реализации самого амбициозного научного проекта в истории современной России
Фото: Ярослав КОРОБАТОВ
КАКИЕ ОТКРЫТИЯ СОБИРАЮТСЯ СОВЕРШИТЬ?
На этот вопрос ученые избегают прямого ответа. Мы находимся примерно в таком же положении как Христофор Колумб перед своим знаменитым плаванием, говорят они. Как известно, Колумб собирался найти кратчайший путь в Индию, а открыл Америку, о существовании которой никто не подозревал.
– Нобелевский потенциал в проекте, безусловно, есть, – считает ученый секретарь Лаборатории физики высоких энергий ОИЯИ Дмитрий Пешехонов. – Но с чем мы столкнемся – сложно себе представить. Не понимаем даже до конца, в каком состоянии окажется ядерная материя, когда достигнет такой плотности: будет ли это газ или жидкость? Эту область физики теоретики проскочили. Не думали, что здесь кроется самое интересное.
– Но ведь в ЦЕРНе на Большом адронном коллайдере расчитывали поймать Бозон Хиггса и поймали. А чем мы хуже?
– В ЦЕРНЕ ставили эксперименты в рамках Стандартной модели (теоретическая конструкция, описывающая взаимодействие всех элементарных частиц) , – говорит Владимир Кекелидзе. – Эта теория на протяжении десятков лет подтверждается в тысячах экспериментах. Там все хорошо прописано. А мы заходим в область науки, где еще никто не гулял. Здесь теория только в процессе формирования. Поэтому нас непременно ждут открытия. Например, есть ожидания, что мы увидим выход странных частиц, в таком количестве, которое еще никто никогда не наблюдал …
ПОЧЕМ КОЛЛАЙДЕРЫ ДЛЯ НАРОДА?
Стоимость проекта оценивается в полмиллиарда долларов, уточняет вице-директор ОИЯИ Рихард Ледницки. Россия берет на себя бремя основных расходов. Однако серьезный вклад вносят и зарубежные учредители ОИЯИ. Членами института являются 18 государств и еще 6 стран выступают в роли ассоциированных членов. Понимая научную ценность проекта NICA, страны-участницы приняли решение об увеличении бюджета института. Если в начале нулевых годов он составлял 35 миллионов долларов в год, то теперь в распоряжении физиков-ядерщиков более 200 миллионов долларов. Это позволяет вести беспрецедентную модернизацию научных лабораторий и приступить к строительству коллайдера. Кроме того, Дубна сохранила статус мирового научного центра, сюда стекаются лучшие умы планеты. В проектах Дубны активно участвуют специалисты ЦЕРН (Европейская организация по ядерным исследованиям), а наши ученые, в свою очередь, чувствуют себя, как дома на Большом адронном коллайдере. Большая наука сегодня не делается в одиночку.
Главная цель – изучение ядерной материи в состоянии максимальной плотности
Фото: Ярослав КОРОБАТОВ
А ОНО НЕ ВЗОРВЕТСЯ?
При слове «коллайдер» некоторым обывателям мерещится конец света.
– Наши исследования абсолютно безопасны для окружающих, – хором говорят физики, – Ведь мы имеем дело с микроявлениями, которые существуют доли мгновения. Вспышки на солнце нас облучают больше, чем опыты с частицами на ускорителях.
Коллайдер работает по принципу: включили укоритель – есть радиация. Выключили – радиации нет. Через пару часов после эксперимента на установку можно смело водить экскурсии.
Другая страшилка – угроза таких экспериментов для золотого запаса республики. Ведь в коллайдере планируют сталкивать между собой ядра золота? Сколько же драгоценного металла будет потрачено, пока физики раскрывают тайны Вселенной?
– Золото используется, потому что с ним технологически удобнее работать, – поясняет Дмитрий Пешехонов, – Но мы же имеем дело с ионами. За все время экспериментов вряд ли уйдет больше одного грамма. Скорее речь идет о миллиграммах драгметалла.
«Сколько же электроэнергии будет «жрать» колллайдер?», – спросят рачительные домохозяева.
Синхрофазатрон – «дедушка», нынешнего ускорителя (его еще воспела в своем хите Алла Пугачева), кушал 12 мегаватт. Примерно столько же потребляла 70-тысячная Дубна. Нынешние ускорители раз в пять экономнее. Но для того, чтобы раскрыть тайны мироздания можно немного раскошелится. Разве нет?
опасностей Большого адронного коллайдера | Human World
Есть отрезвляющий факт, хорошо известный науке, но малоизвестный широкой публике. Это факт, связанный со знаменитым уравнением Эйнштейна E = mc 2 , и он пугает своими масштабами.
В среднем человек весом 75 кг (около 165 фунтов) имеет в своих генах – или, точнее, в его или ее атомах – количество энергии, эквивалентное примерно 1,6 гигатонн в тротиловом эквиваленте, что примерно в 28 раз больше, чем у крупнейшего атомного атома. бомба когда-либо взорвалась (Царь-бомба, Советская Арктика, 1960, мощность 57 мегатонн).
Если ваши нуклоны внезапно воспламенится при 100-процентном преобразовании вещества в энергию, в результате высвобождение энергии будет равнозначно астероиду в несколько сотен метров в поперечнике (около четверти мили), столкнувшемуся с Землей на скорости 17 км (почти 11 миль) за второй. Удара будет достаточно, чтобы полностью стереть с лица земли большую столичную территорию, образовав кратер диаметром около 5 км и глубиной 300 метров. (Это примерно 3 мили в поперечнике и 1000 футов в глубину). Это в несколько раз больше, чем метеоритный кратер Барринджер в Аризоне.Поверхностные эффекты, включая атмосферную ударную волну, уничтожили бы все вокруг на многие километры и послали бы взрыв тепла, чтобы испепелить все на своем пути. В результате землетрясение будет сильным на обширной территории, и пыль и мусор, выброшенные этим событием, будут постепенно окружать Землю, возможно, даже вызывая своего рода «ядерную зиму», достаточную для охлаждения температуры на планете на месяцы или годы. убивая растительность, а затем животных и людей, которые от них зависят, за тысячи километров.
Учитывая количество энергии, которое Природа хранит в веществе вашего тела, ваш взрыв изменит ход истории и убьет миллионы, не оставив от вас никаких следов, кроме фотонов энергии, которые уходят в космос, а также вибраций и захваченного тепла. планетой.
По законам квантовой физики здесь все верно. Вы олицетворяете удивительную силу природы. Однако насколько велика вероятность того, что вы внезапно взорветесь в результате ядерного холокоста? Квантовая физика, вероятно, наиболее изученная и подтвержденная теория природы в истории.Как и во всем, есть проблемы и вещи, которых мы еще не понимаем, но энергия, хранящаяся в частицах, не входит в их число. Это доказано вне всяких сомнений. Посмотрите, например, на ядерную бомбу.
Другая вещь, менее широко известная, заключается в том, что квантовая физика – это статистическое исследование, и, основываясь на ее законах, мы можем выразить вероятность почти всего происходящего. Совершенно невозможно, чтобы вся масса вашего тела внезапно превратилась в ядерную энергию.Но с другой стороны, это маловероятно. Вовсе не похоже. Существует уравнение для вычисления таких вероятностей, но я бы не стал так опрометчиво пытаться применить его здесь. Однако достаточно сказать, что вы и ваши ближайшие потомки с большей вероятностью выиграете первым в каждой лотерее и конкурсе на планете Земля, каждый день каждого года в течение следующего миллиона лет, чем вы спонтанно превратитесь в ядерную энергию. Это не совсем невозможно, но почти невозможно, насколько это возможно.Есть вещи поважнее.
Это подводит меня к Большому адронному коллайдеру ЦЕРНа (LHC), последнему «разрушителю атомов», открытие которого запланировано на 10 сентября. Этот огромный новый научный инструмент и многие связанные с ним инструменты могут и будут изменять наше представление о Вселенной, ее внутреннем мире. выработки и ее происхождение. Но, как и в случае с вами и вашим невероятным запасом ядерной энергии, есть шанс, что этот коллайдер может создать «мини-черные дыры», которые в самых причудливых и невероятно маловероятных сценариях могут повредить Землю.И, как и в случае с вероятностью того, что вы внезапно взорветесь, вероятность любого планетарного вреда из-за LHC откровенно невообразимо мала.
Не так уж и сложно представить, что LHC может создавать «мини-черные дыры», но это совсем не похоже на популярные концепции черной дыры, подпитываемые зачастую весьма неточными фильмами и чрезмерно тревожным воображением. «Мини-черные дыры», которые может создать LHC – хотя это все еще маловероятно – будут в лучшем случае микроскопическими и нестабильными, что в данном случае означает, что они могут длиться не более крошечной доли секунды.Все, что произведено – и опять же, это маловероятно в первую очередь – «испарится» задолго до того, как у них появится хоть какой-то шанс затянуть какой-либо другой материал. В любом случае их масса была бы слишком мала, чтобы создать достаточную гравитацию, чтобы втянуть в себя материю даже размером с микроб.
реальный и опасный вещь о LHC – это не какая-то воображаемая угроза, которую он представляет, а скорее необузданные, необученные и совершенно абсурдные страхи, пропагандируемые неосведомленными людьми.Конечно, такие вещи всегда происходили, например, при охоте в средние века, но сегодня абсурдность распространяется со скоростью света через Интернет и может иметь потенциально пагубные последствия для подлинных и хорошо обоснованных исследований. Жаль, что человеческое мышление и интеллект средней публики (который, конечно, мой дорогой читатель не включает вас) не поспевают за темпами технологического развития.
Последствия нынешнего избирательного сезона принесут намного, намного, гораздо больше потенциального вреда, чем даже самый маленький волос на вашей голове, загорающийся в результате причудливой ядерной трансформации.
Имейте в виду, что физики тоже люди, а не «сумасшедшие ученые» киноиндустрии. У них есть семьи. Они любят жизнь так же сильно, как и все остальные, и не стали бы использовать LHC и связанные с ними технологии, если бы чувствовали, что есть какие-то разумные опасения по поводу безопасности. Также имейте в виду, что физика – это наиболее фундаментальное исследование природы. Они ищут истину. Да. физики разработали атомные и ядерные бомбы, но это было по заказу политиков. Если кому-то доверяете, доверяйте физикам, а не политикам.Иногда политикам приходится принимать решение о начале войны, и иногда это оправдано и не должно подвергаться критике (хотя иногда, если должно быть). Марк Твен однажды сказал что-то вроде: «Всегда будьте верны своей стране и своему правительству, когда оно того заслуживает».
Вообще физика – это поиск истины. То же верно и для других наук. Политика – это поиск голосов и власти. Доверяйте физике.
Распространяйте правду и, пожалуйста, не пересылайте электронные письма с абсурдными утверждениями, теориями заговора или любыми другими утверждениями от людей, которые ничего не знают, о чем они говорят.
(В качестве пояснения, преобразование энергии в ядерной (термоядерной) бомбе и на Солнце – это не 100-процентное преобразование всей материи в энергию. Фактически, это порядка 1-2 процентов. Единственный процесс, который мы знать о том, что надежно преобразует 100 процентов массы в энергию при взаимодействии материи и антивещества – и да, именно об этом говорят в Star Trek , и на самом деле это было продемонстрировано много раз в очень маленьком масштабе.)
Особая благодарность Dr.Дэвид Моррисон и веб-сайт об опасности столкновения с астероидом и кометой (НАСА).
Кредит изображения: Дон Дэвис
Ларри Сешнс
Просмотр статейОб авторе:
Ларри Сешнс написал много любимых постов в разделе «Сегодня вечером» на EarthSky. Он бывший директор планетария в Литл-Роке, Форт-Уэрте и Денвере, а также дополнительный преподаватель в столичном государственном университете Денвера.Он давний член программы НАСА «Послы Солнечной системы». Его статьи публиковались во многих изданиях, включая Space.com, Sky & Telescope, Astronomy и Rolling Stone. Его небольшая книга о мировых звездах Constellations была опубликована в Running Press.
, что произойдет, если взорвется ускоритель элементарных частиц – Зона частиц
Просто чтобы добавить кое-что о черных дырах и LHC. 2!).Когда вы подсчитываете, вы обнаруживаете, что вам придется сжать эту энергию в шар с радиусом менее 100 миллионов триллионов раз меньше, чем наименьший размер, который может быть исследован LHC! Итак, если Эйнштейн прав, то просто, абсолютно невозможно, чтобы БАК мог создать черную дыру. Если мой попутчик к тому времени не откажется от меня, тогда я немного повеселюсь за него или за его счет! Я спрашиваю, что, если теория Эйнштейна не работает на тех невероятно малых расстояниях, которые исследует БАК? Действительно, Саванна указала вам на красивую статью на веб-сайте ЦЕРН, в которой объясняется идея некоторых ученых о том, что LHC может создавать квантовые черные дыры.Но, если прав поздний Хокинг, эти черные дыры немедленно испарятся! Итак, опять же, без проблем. Но я спрашиваю, что, если Хокинг ошибается и маленькие черные дыры не испаряются? Что тогда? Что ж, черная дыра медленно опустится к центру Земли и будет двигаться назад и вперед, пока не осядет в ядре Земли. Но это не будет проблемой, потому что этой невообразимо маленькой черной дыре потребуются сотни миллионов лет, чтобы найти ядро, поглотить его и в конечном итоге вырасти так, чтобы черная дыра могла коснуться целой группы ядер в в то же время, когда игра действительно была бы окончена, поскольку черный экспоненциально рос, поглощая всю Землю.Но, по крайней мере, у нас будет несколько сотен миллионов лет до того, как это произойдет! Так что расслабьтесь, говорю я, и наслаждайтесь поездкой на самолете!
Войдите, чтобы ответить
Может ли большой адронный коллайдер образовать черную дыру, убивающую Землю?
Каждый раз, когда мы расширяем границы знаний, это сопряжено с риском и перспективой вознаграждения. Рисков много: неспособность найти что-то новое, бесполезность эксперимента, чтобы он работал, как задумано, и даже возможность повреждения и разрушения, если что-то пойдет не так.12 эВ), установленный в Фермилабе, – путем ускорения каждой частицы до 3,5 ТэВ и столкновения их друг с другом с получением полной энергии 7 ТэВ. Это открытие позволило нам не только создать огромное количество очень многих неуловимых фундаментальных частиц (таких как топ-кварк, а также W- и Z-бозоны), но и позволило нам открыть совершенно новую фундаментальную частицу и последние неоткрытая частица в стандартной модели: бозон Хиггса.
Обновления LHC теперь позволяют нам достичь где-то между (в зависимости от того, кого вы спросите) 13 и 14 ТэВ полной энергии. Если нам действительно повезет, то огромное количество столкновений при таких огромных энергиях в сочетании с невероятными детекторами, которые у нас есть, может позволят нам создавать и обнаруживать невиданные ранее частицы в этой лаборатории. Конечно, это не помешало обычным подозреваемым выдвигать невероятные (и совершенно не заслуживающие доверия) утверждения, такие как:
В то время как первые два – просто плохие научные отчеты, третий – это распространенный страх, который снова и снова поднимает свою уродливую голову и не имеет под собой реальных оснований .
Так в чем же главная идея и как мы узнаем, что она неправильная? Давай выясним.
Изображение предоставлено: Fermilab Today, через … [+] http://www.fnal.gov/pub/today/archive/archive_2012/today12-02-10_ExtraDimensionsReadMore.html.
Существует ряд теорий, предсказывающих существование дополнительных измерений. Не только три пространственных и одно временное измерения, которые, как мы знаем, присутствуют в нашем четырехмерном пространстве-времени, но по крайней мере одно дополнительное пространственное измерение , которое существует в нашей Вселенной.Хотя мы не можем полностью получить доступ к этим измерениям при энергиях, которые мы исследовали, вполне возможно, что в масштабах, меньших, чем те, которые мы исследовали, что соответствует более высоким энергиям, эти дополнительные измерения существуют.
И если эти дополнительные измерения существуют, одна теоретическая возможность состоит в том, что возможно создание крошечных, миниатюрных, микроскопических черных дыр!
Если бы мы могли это сделать, это было бы невероятным достижением технологии, науки и удивительным свидетельством, которое навсегда изменило бы наше понимание Вселенной.Однако, конечно, вы произносите слова «черные дыры», и люди сразу получают эту катастрофическую картину того, что что-то всасывает все виды материи, постепенно поедает протоны, нейтроны и электроны, составляющие наш мир, и в конечном итоге разрушает все это целиком.
Это невозможно . Фактически, есть три причины, по которым мы, , знаем, что это невозможно. Давайте пройдемся по ним по одному.
1.) Если эти миниатюрные черные дыры существуют, то Земля подвергалась их ударам в течение миллиардов лет, и она все еще здесь .
Конечно, мы никогда раньше не создавали частицы с такой энергией в лабораторных условиях. Но на самом высоком уровне энергии – энергии более чем в сто миллионов (100000000) раз превышающей то, что мы создаем на БАК – частицы постоянно ударяются о Землю: великие космические лучи, которые бомбардируют нас со всех сторон в космосе.12 электрон-вольт соответствует энергии в столкновениях LHC). Изображение предоставлено: Boyle, P.J. arXiv: 0810.2967, адаптировано из Cronin et al.
Эти черные дыры, если они существуют, бомбардируют Землю (и все планеты) на протяжении всей истории нашей Солнечной системы, а также Солнце, и нет абсолютно никаких доказательств того, что какое-либо тело в нашей Солнечной системе когда-либо превратился в черную дыру или был съеден ею.
Но, возможно, вы возразите, эти объекты двигались слишком быстро, и поэтому они просто пройдут через Землю, съедая слишком мало материи, чтобы оставаться внутри, и перейдут в межгалактическое пространство.Что ж, если это ваше возражение, возможно, вам поможет вторая причина – почему это невозможно.
2.) Если вы создадите миниатюрную черную дыру, они распадутся под действием излучения Хокинга в смехотворно малых временных масштабах .
Если есть дополнительные измерения, то вполне возможно, что они могут относиться к определенному типу, допускающему (опять же, очень редкое, но вероятное) образование микроскопической черной дыры.-23 секунды . О, радость. Чтобы преодолеть ожидаемый распад этой миниатюрной черной дыры , вы должны отказаться от известных законов физики . Эти законы настолько хорошо установлены, что невозможно представить, чтобы они ошибались – это было бы все равно, что проснуться завтра и увидеть восход Солнца на западе.
Но, ради аргументации, давайте предположим, что есть некоторые новые законы физики, которые мы еще не придумали, которые могут сделать эти черные дыры стабильными. Итак, вы создаете черную дыру – крошечную – в покое относительно центра Земли, и она не распадается.Может ли он съесть Землю? И если да, то как быстро это произойдет? Это подводит нас к нашему третьему и последнему возражению, и помните: мы уже позволили вам отбросить известные законы физики дважды, , чтобы добраться до этой точки.
Изображение предоставлено: НАСА, С. Гезари (Университет Джона Хопкинса) и Дж. Гильошон (Калифорнийский университет… [+], Санта-Крус).
3.) Вы можете вычислить скорость, с которой черная дыра поедает материю, и она даже близко не такая маленькая, как время жизни нашей планеты .-20 граммов, эта гравитационная сила, которую он оказывает, невероятно мала: все, что он может сделать, это пройти в центр Земли и снова выйти, надеясь при этом столкнуться с элементарной частицей. Хотя поперечное сечение черной дыры крошечное, поперечное сечение протона (или нейтрона) довольно велико, и поэтому мы можем предположить – ради аргумента – что каждый раз, когда черная дыра сталкивается с протоном или нейтроном, она впитывает его.
Итак, даже если вы создадите черную дыру, и даже если законы физики , которые мы знаем, неверны, и она будет жить вечно, она по-прежнему безвредна. Независимо от того, сколько законов физики вы отбрасываете, пересматриваете или изменяете, Земля все равно будет в порядке.
Так что мужайтесь! Мы все готовы исследовать границы физики, чтобы расширить наши знания и понимание Вселенной, причем делать это абсолютно безопасным способом.Любые ваши страхи по поводу того, что нашу планету съедает черная дыра, совершенно иррациональны , и теперь, вооружившись научными знаниями почему, вы можете отдыхать спокойно. Мир в безопасности. По крайней мере, из физики.
Галерея: 2016 30 До 30 лет: Наука
31 изображений
Самая мощная физическая машина Земли возвращается в строй
Осенью 2008 года физики высоких энергий ЦЕРН столкнулись с проблемой.Неисправное электронное соединение на Большом адронном коллайдере в Швейцарии – самом большом, самом плохом и мощном ускорителе элементарных частиц из когда-либо построенных – привело к перегреву и расплавлению пары магнитов, вызвав взрыв сжатого газообразного гелия. Авария, произошедшая всего через девять дней после первого включения LHC, привела к задержкам на несколько месяцев. «Когда мы сломали ускоритель, это было довольно удручающе», – говорит Аарон Домингес, физик из Университета Небраски. “Это был не лучший день.”
В конце концов инженеры установили LHC, и в 2012 году физики использовали его, чтобы сделать то, что всегда должен был делать ускоритель: найти неуловимую субатомную частицу под названием бозон Хиггса. Это сработало, заработав много фанфар и Нобелевскую премию. Чтобы предотвратить еще одну аварию, инженеры ЦЕРН использовали БАК только на половину его проектных возможностей. Теперь, после двухлетнего перерыва, во время которого инженеры модернизировали ускоритель, чтобы предотвратить такие магнитные расплавления, БАК настроен на столкновение протонов сильнее, чем когда-либо – так, как это было задумано.«На самом деле это похоже на новый ускоритель», – говорит Домингес. Повышенная мощность будет означать более сильные столкновения, которые могут создать более крупные и более редкие частицы.
Первый трехлетний запуск LHC уже был рекордным, столкнув протоны вместе с энергией 7 тераэлектронвольт (единица энергии для физиков), что эквивалентно 88000-тонному USS Harry S. 6 миль в час. Все протоны на LHC исходят из небольшого резервуара с газообразным водородом. Когда серия машин разгоняет их почти до скорости света, магниты направляют протоны по круговой траектории длиной почти 18 миль.Авария, в результате которой БАК остановился в 2008 году, произошла, когда неисправный провод, соединяющий два магнита, перегрелся. Магнит является сверхпроводником, поэтому, если он действительно холодный, электрический ток может беспрепятственно проходить сквозь него, создавая сильное магнитное поле. Но этот неисправный провод нагрел магнит, заставив ток накапливаться и выкипать жидкий гелий, который должен поддерживать магнит в холодном состоянии. В считанные секунды скопление газообразного гелия под высоким давлением взорвалось.
Инженеры устранили повреждение, заменив магниты вдоль почти 2000 футов кольца ускорителя.Во время недавнего отключения они сделали множество обновлений, но самым важным было просто убедиться, что ничего больше не взорвется. 300 человек потребовалось полтора года, чтобы укрепить 10 000 соединений между магнитами с помощью 27 000 кусков меди. Теперь, если электрический ток начинает нарастать, усиленные соединения дадут всю эту энергию куда-нибудь уйти. Инженеры также заменили 18 изношенных магнитов, модернизировали электронику, чтобы сделать их более устойчивыми к радиации, и добавили новое покрытие внутри вакуумной трубки, несущей протоны, которое должно предотвратить образование блуждающих электронов облака, которое будет мешать работе луч.
План состоял в том, чтобы на этой неделе включить луч, запускающий кластеры протонов – каждое из которых содержит более ста миллиардов частиц – почти со скоростью света. Но 21 марта инженеры обнаружили короткое замыкание, которое могло задержать перезапуск на несколько недель. Как только это будет исправлено, пройдет еще несколько недель, прежде чем они пересекут лучи и начнут разбивать протоны миллиард раз в секунду. Это потому, что инженеры должны нагревать магниты, постепенно увеличивая силу тока, которую они могут выдержать.«Это действительно похоже на бегуна», – говорит Жан-Филипп Ток, инженер LHC, отвечавший за модернизацию магнитных соединений. «Вы не можете сразу пойти и пробежать 100 метров менее чем за 10 секунд». Инженеры также протестируют электронику, системы, используемые для управления пучком, и систему утилизации использованных протонов
Безопасность LHC
Большой адронный коллайдер (LHC) может достигать энергии, которой раньше не достигали никакие другие ускорители частиц, но Природа обычно производит более высокие энергии при столкновениях космических лучей.Обеспокоенность по поводу безопасности всего, что может возникнуть при столкновении частиц высоких энергий, решалась в течение многих лет. В свете новых экспериментальных данных и теоретических представлений Группа оценки безопасности LHC (LSAG) обновила обзор анализа, проведенного в 2003 году группой независимых ученых по изучению безопасности LHC.
LSAG подтверждает и расширяет выводы отчета 2003 года о том, что столкновения LHC не представляют опасности и что нет причин для беспокойства.Что бы ни делал БАК, Природа уже делала много раз за время жизни Земли и других астрономических тел. Отчет LSAG был рассмотрен и одобрен Комитетом по научной политике ЦЕРН, группой внешних ученых, которые консультируют руководящий орган ЦЕРН, его Совет.
Ниже резюмируются основные аргументы, приведенные в отчете LSAG. Всем, кто интересуется более подробной информацией, рекомендуется обращаться к нему напрямую, а также к научно-техническим работам, на которые он ссылается.
Космические лучи
LHC, как и другие ускорители частиц, воссоздает естественные явления космических лучей в контролируемых лабораторных условиях, что позволяет изучать их более подробно. Космические лучи – это частицы, образующиеся в космическом пространстве, некоторые из которых ускоряются до энергий, намного превышающих энергии БАК. Энергия и скорость, с которой они достигают атмосферы Земли, измерялись в экспериментах на протяжении примерно 70 лет. За последние миллиарды лет Природа уже произвела на Земле столько столкновений, сколько около миллиона экспериментов на LHC – и планета все еще существует.Астрономы наблюдают огромное количество более крупных астрономических тел по всей Вселенной, на все из которых также падают космические лучи. Вселенная в целом проводит более 10 миллионов миллионов экспериментов, подобных LHC, в секунду. Возможность каких-либо опасных последствий противоречит тому, что видят астрономы – звезды и галактики все еще существуют.
Микроскопические черные дыры
Природа образует черные дыры, когда некоторые звезды, намного больше нашего Солнца, в конце своей жизни схлопываются сами по себе.Они концентрируют очень большое количество вещества в очень маленьком пространстве. Рассуждения о микроскопических черных дырах на БАК относятся к частицам, возникающим в результате столкновения пар протонов, каждая из которых имеет энергию, сравнимую с энергией летящего комара. Астрономические черные дыры намного тяжелее всего, что может быть произведено на БАК.
Согласно хорошо установленным свойствам гравитации, описанным в теории относительности Эйнштейна, микроскопические черные дыры не могут образоваться на БАК.Однако есть несколько умозрительных теорий, которые предсказывают образование таких частиц на LHC. Все эти теории предсказывают, что эти частицы немедленно распадутся. Таким образом, черные дыры не успеют начать аккрецию вещества и вызвать макроскопические эффекты.
Хотя теория предсказывает, что микроскопические черные дыры быстро распадаются, можно показать, что даже гипотетические стабильные черные дыры безвредны, изучая последствия их образования космическими лучами.Хотя столкновения на LHC отличаются от столкновений космических лучей с астрономическими телами, такими как Земля, тем, что новые частицы, образующиеся в столкновениях на LHC, имеют тенденцию двигаться медленнее, чем те, которые производятся космическими лучами, можно все же продемонстрировать их безопасность. Конкретные причины этого зависят от того, являются ли черные дыры электрически заряженными или нейтральными. Можно ожидать, что многие стабильные черные дыры будут электрически заряженными, поскольку они созданы заряженными частицами. В этом случае они будут взаимодействовать с обычной материей и останавливаться при прохождении через Землю или Солнце, независимо от того, были ли они произведены космическими лучами или LHC.Тот факт, что Земля и Солнце все еще здесь, исключает возможность того, что космические лучи или БАК могут создать опасные заряженные микроскопические черные дыры. Если бы стабильные микроскопические черные дыры не имели электрического заряда, их взаимодействие с Землей было бы очень слабым. Те, что произведены космическими лучами, безвредно прошли бы через Землю в космос, тогда как те, которые произведены LHC, могли остаться на Земле. Однако во Вселенной есть гораздо более крупные и плотные астрономические тела, чем Земля.Черные дыры, образовавшиеся в результате столкновений космических лучей с такими телами, как нейтронные звезды и белые карлики, будут остановлены. Продолжающееся существование таких плотных тел, а также Земли, исключает возможность того, что LHC произведет какие-либо опасные черные дыры.
Странджлетс
Странджлет – это термин, которым называют гипотетический микроскопический кусок «странной материи», содержащий почти равное количество частиц, называемых верхним, нижним и странными кварками. Согласно большинству теоретических работ, странные существа должны превратиться в обычную материю за одну тысячную долю секунды.Но могут ли стинджлеты слиться с обычной материей и превратить ее в странную материю? Этот вопрос был впервые поднят перед запуском коллайдера релятивистских тяжелых ионов RHIC в 2000 году в США. Проведенное в то время исследование показало, что поводов для беспокойства нет, и RHIC уже восемь лет ищет странников, но не обнаруживает их. Время от времени LHC будет работать с пучками тяжелых ядер, как и RHIC. Лучи LHC будут иметь больше энергии, чем RHIC, но это делает еще менее вероятным образование странностей.Странной материи трудно слипнуться при высоких температурах, создаваемых такими коллайдерами, как, например, лед не образуется в горячей воде. Вдобавок кварки будут более разбавленными на LHC, чем на RHIC, что затруднит сборку странной материи. Таким образом, рождение Стрэнджлетов на LHC менее вероятно, чем на RHIC, и опыт там уже подтвердил аргументы о невозможности создания Стрэнджлетов.
Анализ первых данных на LHC о столкновениях тяжелых ионов теперь подтвердил ключевые ингредиенты, использованные в отчете LSAG для оценки верхнего предела образования гипотетических странностей.Для получения более подробной информации см. Это приложение к отчету LSAG: Значение данных по тяжелым ионам LHC для образования множественных странных барионов (2011)
Вакуумные пузыри
Были предположения, что Вселенная находится не в самой стабильной конфигурации, и что возмущения, вызванные LHC, могут перевести ее в более стабильное состояние, называемое вакуумным пузырем, в котором мы не могли бы существовать. Если БАК мог это сделать, то могли бы и столкновения космических лучей. Поскольку такие вакуумные пузыри не создавались нигде в видимой Вселенной, они не будут созданы LHC.
Магнитные монополи
Магнитные монополи – это гипотетические частицы с одним магнитным зарядом, будь то северный или южный полюс. Некоторые умозрительные теории предполагают, что, если они действительно существуют, магнитные монополи могут вызывать распад протонов. Эти теории также говорят, что такие монополи были бы слишком тяжелыми для производства на LHC. Тем не менее, если бы магнитные монополи были достаточно легкими, чтобы появиться на БАК, космические лучи, падающие на атмосферу Земли, уже создавали бы их, и Земля очень эффективно останавливала бы и улавливала их.Таким образом, продолжающееся существование Земли и других астрономических тел исключает опасные, поедающие протоны магнитные монополи, достаточно света для производства на LHC.
Другие аспекты безопасности LHC:
Думать, что столкновения частиц LHC при высоких энергиях могут привести к опасным черным дырам, – это чушь. Такие слухи распространяли неквалифицированные люди, ищущие сенсации или огласки. Академик Виталий Гинзбург, лауреат Нобелевской премии по физике, Институт Лебедева, Москва, Российская академия наук
Работа LHC безопасна не только в старом смысле этого слова, но и в более общем смысле, который наши наиболее квалифицированные ученые тщательно рассмотрели и проанализировали риски, связанные с работой LHC.[Любые опасения] являются чисто гипотетическими и спекулятивными и опровергаются многочисленными доказательствами и научным анализом.
Проф. Шелдон Глэшоу, лауреат Нобелевской премии по физике, Бостонский университет,
Проф. Франк Вильчек, лауреат Нобелевской премии по физике, Массачусетский технологический институт,
Проф. Ричард Уилсон, профессор физики Маллинкродта, Гарвардский университет
Когда включится LHC, миру не наступит конец. БАК абсолютно безопасен…. Столкновения, высвобождающие больше энергии, происходят в атмосфере Земли миллионы раз в день, и ничего страшного не происходит.
Проф. Стивен Хокинг, профессор математики Кембриджского университета Лукаса
Природа уже провела этот эксперимент. … Космические лучи поразили Луну с большей энергией и не образовали черную дыру, поглотившую Луну. Вселенная не появляется вокруг огромных черных дыр.
Проф.Эдвард Колб, астрофизик, Чикагский университет
Меня, конечно, совершенно не беспокоит предполагаемая возможность того, что LHC произведет микроскопические черные дыры, способные поглотить Землю. Для таких диких домыслов нет никаких научных оснований.
Проф. Сэр Роджер Пенроуз, бывший профессор математики Роуз Болл, Оксфордский университет
Нет никакого риска [в столкновениях LHC, и] отчет LSAG отличный.
Проф. Лорд Мартин Рис, королевский астроном Великобритании и президент Лондонского королевского общества
Тем, кто сомневается в безопасности LHC, следует прочитать отчет LSAG, в котором учтены все возможные риски. Можно быть уверенным, что столкновения частиц на LHC не могут привести к катастрофическим последствиям.
Академик В.А. Рубаков, Институт ядерных исследований РАН
Мы полностью поддерживаем выводы отчета LSAG: нет никаких оснований для каких-либо опасений по поводу последствий появления новых частиц или форм материи, которые могли бы возникнуть на LHC.
Р. Алексан и др., 20 внешних членов Комитета по научной политике ЦЕРН, в том числе профессор Жерар Т Хоофт, лауреат Нобелевской премии по физике.
Недавно высказывалась обеспокоенность по поводу того, что «реакция неуправляемого термоядерного синтеза» может возникнуть в свалке углеродного пучка LHC. Безопасность отвала балки LHC ранее была рассмотрена соответствующими регулирующими органами принимающих стран ЦЕРН, Франции и Швейцарии. Конкретные опасения, высказанные недавно, были рассмотрены в техническом меморандуме Assmann et al.Как они указывают, термоядерные реакции могут поддерживаться только в материале, сжатом некоторым внешним давлением, например, создаваемым гравитацией внутри звезды, взрывом деления в термоядерном устройстве, магнитным полем в токамаке или продолжающимся изотропным лазером или пучки частиц в случае инерционного синтеза. В случае сброса луча LHC, он один раз поражается лучом, идущим с одного направления. Уравновешивающего давления нет, поэтому отвал не сжимается, и сплавление невозможно.
Было высказано опасение, что в резервуаре с азотом внутри туннеля LHC может возникнуть «реакция неуправляемого термоядерного синтеза». Таких баллонов с азотом нет. Более того, аргументы в предыдущем абзаце доказывают, что слияние было бы невозможно, даже если бы оно было.
Наконец, было высказано опасение, что луч LHC может каким-то образом вызвать «Бозе-Нову» в жидком гелии, используемом для охлаждения магнитов LHC. Исследование Fairbairn и McElrath ясно показало, что пучок LHC не может вызвать реакцию синтеза в гелии.
Напомним, что «бозе-новые», как известно, связаны с химическими реакциями, которые выделяют бесконечно малое количество энергии по ядерным стандартам. Мы также напоминаем, что гелий является одним из самых стабильных известных элементов, и что жидкий гелий без сбоев использовался во многих предыдущих ускорителях частиц. Тот факт, что гелий химически инертен и не имеет ядерного спина, означает, что в сверхтекучем гелии, используемом в LHC, не может возникнуть «бозе-нова».
Комментарии к статьям Гиддингса и Мангано, а также LSAG
Документы Гиддингса и Мангано и LSAG, демонстрирующие безопасность LHC, были изучены, проанализированы и одобрены ведущими экспертами из государств-членов ЦЕРН, Японии, России и США, работающими в области астрофизики, космологии, общей теории относительности, математики и т. Д. физика элементарных частиц и анализ рисков, в том числе несколько лауреатов Нобелевской премии по физике.Все они согласны с тем, что LHC безопасен.
Статья Гиддингса и Мангано была рецензирована анонимными экспертами в области астрофизики и физики элементарных частиц и опубликована в профессиональном научном журнале Physical Review D. Американское физическое общество решило выделить ее как одну из самых значительных статей, опубликованных за последнее время. , заказав комментарий профессора Пескина из Стэнфордской лаборатории линейных ускорителей, в котором он подтверждает его выводы. Исполнительный комитет Отделения частиц и полей Американского физического общества опубликовал заявление, в котором одобряет отчет LSAG.
Отчет LSAG был опубликован Институтом физики Великобритании в его публикации Journal of Physics G. Выводы отчета LSAG были одобрены в пресс-релизе, в котором была объявлена эта публикация.
Выводы LSAG также были одобрены Секцией физики элементарных частиц и ядерной физики (KET) Немецкого физического общества. Перевод на немецкий язык полного отчета LSAG можно найти на веб-сайте KET, а также здесь. (Также доступен перевод на французский язык полного отчета LSAG.)
Таким образом, вывод о том, что столкновения на LHC полностью безопасны, был одобрен тремя уважаемыми профессиональными обществами физиков, которые рассмотрели его, которые входят в число самых уважаемых профессиональных сообществ в мире.
Всемирно известные эксперты в области астрофизики, космологии, общей теории относительности, математики, физики элементарных частиц и анализа рисков, в том числе несколько лауреатов Нобелевской премии по физике, также выразили четкое индивидуальное мнение о том, что столкновения LHC не опасны, как вы можете прочитать справа.
Подавляющее большинство физиков согласны с тем, что микроскопические черные дыры будут нестабильными, как и предсказывают основные принципы квантовой механики. Как обсуждалось в отчете LSAG, если микроскопические черные дыры могут образовываться в результате столкновений кварков и / или глюонов внутри протонов, они также должны иметь возможность распадаться обратно на кварки и / или глюоны. Более того, квантовая механика специально предсказывает, что они должны распадаться под действием излучения Хокинга.
Тем не менее, несколько статей предполагают, что микроскопические черные дыры могут быть стабильными.В статье Гиддингса и Мангано и в отчете LSAG очень консервативно проанализирован гипотетический случай стабильных микроскопических черных дыр и сделан вывод, что даже в этом случае не будет никакой мыслимой опасности. Другой анализ с аналогичными выводами был задокументирован доктором Кохом, профессором Блейхером и профессором Стокером из Франкфуртского университета и GSI, Дармштадт, которые пришли к выводу:
«Мы обсудили логически возможные пути эволюции черной дыры. Затем мы обсудили каждый исход этих путей и показали, что ни один из физически разумных путей не может привести к катастрофе черной дыры на БАК.”
Профессор Рёсслер (который имеет медицинское образование и ранее был теоретиком хаоса в Тюбингене) также высказал сомнения в существовании излучения Хокинга. Его идеи были опровергнуты проф. Николай (директор Института гравитационной физики Макса Планка – Albert-Einstein-Institut – в Потсдаме) и Джулини, чей отчет (см. Здесь английский перевод и здесь для дальнейших утверждений) указывают на его непонимание общей теории относительности и Метрика Шварцшильда и его опора на альтернативную теорию гравитации, которая была опровергнута в 1915 году.Их вердикт:
«Аргумент [Ресслера] недействителен; аргумент не самосогласован».
Статья профессора Ресслера также подверглась критике со стороны профессора Бруна из Технологического университета Дармштадта, который заключает, что:
«Неправильная интерпретация Ресслером метрики Шварцшильда [делает] его дальнейшие рассуждения … недействительными. Эти статьи не могут быть приняты во внимание при обсуждении проблем черных дыр».
Гипотетический сценарий потенциально опасных метастабильных черных дыр был недавно предложен доктором.Plaga. Выводы этой работы оказались непоследовательными во второй статье Гиддингса и Мангано, где также утверждается, что безопасность этого класса метастабильных сценариев черных дыр уже установлена их первоначальной работой.
Что случилось с ученым, который засунул голову в ускоритель частиц – Quartz
Что произойдет, если вы засунете свое тело внутрь ускорителя частиц? Сценарий кажется началом плохого комикса Marvel, но он проливает свет на наши представления о радиации, уязвимости человеческого тела и самой природе материи.Ускорители элементарных частиц позволяют физикам изучать субатомные частицы, ускоряя их в мощных магнитных полях, а затем отслеживая взаимодействия, возникающие в результате столкновений. Углубившись в тайны Вселенной, коллайдеры вошли в дух времени и раскрыли чудеса и страхи нашей эпохи.
Еще в 2008 году Большой адронный коллайдер (LHC), управляемый Европейской организацией ядерных исследований (CERN), занимался созданием микроскопических черных дыр, которые позволили бы физикам обнаруживать дополнительные измерения.Для многих это звучит как сюжет провального научно-фантастического фильма. Неудивительно, что два человека подали иск, чтобы остановить работу LHC, чтобы не образовалась черная дыра, достаточно мощная, чтобы разрушить мир. Но физики заявили, что эта идея абсурдна, и иск был отклонен.
Затем, в 2012 году, LHC обнаружил долгожданный бозон Хиггса, частицу, необходимую для объяснения того, как частицы приобретают массу. С этим крупным достижением LHC вошел в массовую культуру; он был показан на обложке альбома Super Collider (2013) хэви-метал-группы Megadeth и был сюжетной точкой американского телесериала The Flash (2014-).
Тем не менее, несмотря на свои достижения и гламур, мир физики элементарных частиц настолько абстрактен, что немногие понимают его значение, значение или использование. В отличие от зонда НАСА, отправленного на Марс, исследования ЦЕРНа не дают ошеломляющих, ощутимых изображений. Вместо этого изучение физики элементарных частиц лучше всего описывается уравнениями на классной доске и волнистыми линиями, называемыми диаграммами Фейнмана. Оге Бор, лауреат Нобелевской премии, чей отец Нильс изобрел модель атома Бора, и его коллега Оле Ульфбек даже зашли так далеко, что отрицали физическое существование субатомных частиц как нечто большее, чем математические модели.
Это возвращает нас к нашему первоначальному вопросу: что происходит, когда пучок субатомных частиц, движущихся почти со скоростью света, встречает плоть человеческого тела? Возможно, из-за того, что области физики элементарных частиц и биологии концептуально так далеко ушли, не только непрофессионалам не хватает интуиции, чтобы ответить на этот вопрос, но и некоторым профессиональным физикам. В интервью YouTube 2010 года с преподавателями физико-астрономического факультета Ноттингемского университета несколько академических экспертов признали, что не имеют представления о том, что произойдет, если кто-то просунет руку внутрь пучка протонов на LHC.Профессор Майкл Меррифилд лаконично выразился: «Хороший вопрос, . Не знаю, ответ . Наверное, тебе будет очень плохо. Профессор Лоуренс Ивз также осторожно подходил к выводам. «По масштабам энергии, которые мы замечаем, это было бы не так заметно», – сказал он, вероятно, с некоторой британской преуменьшенностью. «Могу ли я положить руку на балку? Я не уверен в этом.”
Такие мысленные эксперименты могут быть полезными инструментами для исследования ситуаций, которые нельзя изучить в лаборатории.Иногда, однако, неудачные происшествия приводят к тематическим исследованиям: исследователям предоставляется возможность изучить сценарии, которые невозможно создать экспериментально по этическим причинам. В тематических исследованиях размер выборки составляет один человек, а контрольная группа отсутствует. Но, как указал нейробиолог В. С. Рамачандран в работе Призраки в мозге (1998), достаточно всего одной говорящей свиньи, чтобы доказать, что свиньи могут говорить. 13 сентября 1848 года, например, железный стержень пронзил голову американского железнодорожного рабочего Финеаса Гейджа и глубоко изменил его личность, дав первые свидетельства биологической основы личности.
И 13 июля 1978 года советский ученый Анатолий Бугорский сунул голову в ускоритель элементарных частиц. В тот роковой день Бугорский проверял неисправное оборудование на синхротроне U-70 – крупнейшем ускорителе элементарных частиц в Советском Союзе – когда отказал предохранительный механизм, и пучок протонов, летевший почти со скоростью света, прошел прямо через его голову, Финеас Гейдж-стиль. Возможно, что в тот момент истории ни один другой человек никогда не испытывал сфокусированного луча излучения такой высокой энергии.Хотя протонная терапия – лечение рака, в котором используются протонные лучи для разрушения опухолей – была впервые применена до аварии с Бугорским, энергия этих лучей обычно не превышает 250 миллионов электрон-вольт (единица энергии, используемая для малых частиц). Бугорский мог испытать на себе полный гнев луча с более чем в 300 раз большей энергией, 76 миллиард электрон-вольт.
Протонное излучение – действительно редкий зверь. Протоны солнечного ветра и космических лучей задерживаются атмосферой Земли, а протонное излучение настолько редко при радиоактивном распаде, что не наблюдалось до 1970 года.Более знакомые угрозы, такие как ультрафиолетовые фотоны и альфа-частицы, не проникают через кожу в тело, если не попадает в организм радиоактивный источник. Например, российский диссидент Александр Литвиненко был убит альфа-частицами, которые не столько проникают в бумагу, сколько неосознанно проглотили радиоактивный полоний-210, доставленный убийцей. Но когда астронавты Аполлона, защищенные скафандрами, подверглись воздействию космических лучей, содержащих протоны и даже более экзотические формы излучения, они сообщили о вспышках визуального света, предвестниках того, что приветствовало бы Бугорского в роковой день его аварии.Согласно интервью журналу Wired в 1997 году, Бугорский сразу увидел яркую вспышку света, но не почувствовал боли. Молодой ученый был доставлен в клинику в Москве с опухшей половиной лица, и врачи ожидали худшего.
Частицы ионизирующего излучения, такие как протоны, наносят ущерб организму, разрывая химические связи в ДНК. Это нападение на генетическое программирование клетки может убить клетку, остановить ее деление или вызвать раковую мутацию. Больше всего страдают клетки, которые быстро делятся, например стволовые клетки костного мозга.Так как клетки крови вырабатываются, например, в костном мозге, во многих случаях радиационное отравление приводит к инфекции и анемии из-за потери лейкоцитов и эритроцитов соответственно. Но уникально для случая Бугорского, излучение концентрировалось вдоль узкого луча, проходящего через голову, а не широко распространялось в результате ядерных осадков, как это было в случае многих жертв чернобыльской катастрофы или бомбардировки Хиросимы. По мнению Бугорского, особо уязвимые ткани, такие как костный мозг и желудочно-кишечный тракт, могли быть в значительной степени сохранены.Но там, где луч пронзил голову Бугорского, он выделил неприличное количество радиационной энергии, в сотни раз превышающую смертельную дозу по некоторым оценкам.
И все же Бугорский жив и сегодня. Половина его лица парализована, что придает одному полушарию головы странно молодой вид. Сообщается, что он глух на одно ухо. У него было не менее шести генерализованных тонико-клонических приступов. Обычно известные как припадки grand mal , это припадки, наиболее часто изображаемые в фильмах и на телевидении, включая судороги и потерю сознания.Эпилепсия Бугорского, вероятно, является результатом рубцевания тканей мозга, оставленных пучком протонов. Это также оставило его с petit mal или припадками абсанса, гораздо менее драматическими приступами пристального взгляда, во время которых сознание ненадолго прерывается. Нет сообщений о том, что у Бугорского когда-либо диагностировали рак, хотя это часто является долгосрочным следствием радиационного облучения.
Несмотря на то, что через его мозг прошел не что иное, как луч ускорителя частиц, интеллект Бугорского остался нетронутым, и он успешно защитил докторскую диссертацию после аварии.Бугорский пережил аварию. И каким бы пугающим и устрашающим ни был ускоритель элементарных частиц, человечество до сих пор пережило ядерный век.
Что произойдет, если вы попадете под главный луч ускорителя элементарных частиц, такого как LHC?
Этот сайт может получать партнерские комиссии за ссылки на этой странице. Условия эксплуатации.Не знаю, как вы, но с тех пор, как я начал рассказывать о Большом адронном коллайдере и других крупномасштабных ускорителях частиц для ExtremeTech, я всегда болезненно задавался вопросом: что произойдет, если в ученого случайно попадет главный пучок частиц? ? Будет ли ученый взорваться в стиле лучевого оружия в «Звездном пути»? Будет ли луч проделать отверстие в груди ученого? Или, может быть, луч вообще ничего не сделает и безвредно пройдет сквозь ученого? Что ж, к счастью (к сожалению?) Нам не приходится гадать, поскольку именно этот сценарий действительно произошел с Анатолием Бугорским, российским ученым, еще в 1978 году.
Еще в 1970-х годах Анатолий Бугорский был научным сотрудником Института физики высоких энергий Советского Союза. В институте размещался У-70, синхротрон, который на момент постройки был самым мощным ускорителем элементарных частиц в мире (он до сих пор остается самым мощным ускорителем в России). U-70 сталкивает два пучка протонов вместе с общей энергией около 76 ГэВ со скоростью, очень близкой к скорости света.
13 июля 1978 года Бугорский проверял неисправность на У-70… и затем каким-то образом его голова оказалась на пути основного пучка протонов.Луч вошел в его череп сзади слева и вышел около левой стороны носа. Источники, похоже, не согласны с тем, сколько ионизирующего излучения Бугорский действительно поразило голову, но некоторые говорят, что оно достигало 2000-3000 грей (200000-300000 рад). В любом случае луча было бы более чем достаточно, чтобы прожечь дыру в кости, коже и ткани мозга.
В то время Бугорский сообщил, что видел вспышку, которая была «ярче тысячи солнц», но в остальном не почувствовал никакой боли.В течение следующих нескольких дней левая сторона его головы опухла «до неузнаваемости», а затем его кожа начала шелушиться. Бугорского перевели в Москву, где врачи жадно наблюдали за его ожидаемой кончиной, но, как ни странно, он выжил. Левая сторона его лица парализована (из-за повреждения нервов), его левое ухо простреливается (все, что он слышит, это «неприятный внутренний шум»), и он иногда страдает припадками, но в остальном Бугорский относительно невредим в аварии. . Он продолжил свою докторскую диссертацию – и он все еще жив сегодня.
Внутри российского здания синхротрона U-70, 2006 г. [Изображение предоставлено Михаилом Орловым]
Синхротрон U-70, диаграмма
Анатолий Бугорский сегодня. Вы можете видеть, что левая сторона его лица немного обвисла из-за паралича, и что на ней нет морщин, потому что он не мог двигать ею в течение 26 лет – аналогично тому, как работает Ботокс на самом деле.
Немного неприятно, а? Что ж, если это утешит, Бугорскому, вероятно, невероятно повезло, что пучок протонов (по-видимому) не попал ни в какие жизненно важные части его мозга.Если бы он попал в гиппокамп, моторную кору или лобную долю, у этой истории не было бы очень счастливого конца. Точно так же, вероятно, повезло, что луч попал в его мозг, который обладает замечательной способностью перестраиваться, когда происходят такие бедствия, а не в какой-то другой жизненно важный орган. Если бы луч пронзил его сердце или артерию на шее, он, вероятно, умер бы мгновенно.
Также важно отметить, что пучок от ускорителя частиц очень узкий (чем более сфокусирован пучок, тем выше вероятность столкновения с протонами в другом пучке).Как вы можете видеть на черно-белой фотографии выше, на коже головы Бугорского отсутствует только небольшой участок волос, что говорит о том, что луч зажег только довольно узкий канал ткани мозга. Точно так же, как вы можете провести через кого-нибудь очень тонкой иглой для подкожных инъекций, не причинив слишком большого ущерба, луч частиц, вероятно, не сможет вырезать комично большой цилиндр через грудь жертвы.
Диаграмма доз облучения XKCD. Щелкните для увеличения. Зиверт (Зв) – это мера поглощенного излучения; грей (Гр) – это физическая величина излучения.Бугорский получил большое количество серых цветов, но, похоже, не поглотил их.
Дозировки от 2000 до 3000 грей, если она будет эффективно поглощена человеческим телом (т. Е. Зивертами), обычно будет более чем достаточно, чтобы вызвать острую лучевую болезнь и смерть. Однако в этом случае луч был настолько сфокусирован, что просто прошел сквозь его тело; если бы он был более разбросан и зажарил большее количество клеток, Бугорский, несомненно, умер бы.
Детектор CMS LHC.Если включить дальний свет, разнесет ли инженер в каске вдребезги?
Наконец, стоит отметить, что российский У-70 – очень слабый ускоритель элементарных частиц по сегодняшним меркам. Когда Большой адронный коллайдер вернется в строй в 2015 году, он будет иметь энергию столкновения протонов с протонами около 14 ТэВ, что примерно в 200 раз больше, чем мощность 67 ГэВ U-70. Однако, несмотря на его высокую энергию, мы все еще говорим только о пучке протонов шириной в несколько миллиметров – и, конечно же, существуют всевозможные меры безопасности, которые не позволят ученому ЦЕРН когда-либо попасть под главный луч LHC.Если бы эти предохранительные механизмы вышли из строя, сверхпроводящие магниты и , которые удерживают пучок в фокусе и на цели, не работают, тогда , может быть, вы получите пучок протонов, который перемещается достаточно, чтобы разрезать ученого на куски.