Частица бога, багет и Шива-разрушитель: 10 фактов о Большом адронном коллайдере

Горячий, как ранняя Вселенная, и холодный, как абсолютный ноль; намного точнее, чем швейцарские часы, но настолько хрупкий, что его можно сломать куском багета; поражающий обывателей и даже ученых своей мощью и известный юмором своих сотрудников. Все это про LHC, юбилею которого посвящает этот материал Indicator.Ru.

Большой адронный коллайдер (Large Hadron Collider, LHC) — гигантский и мощнейшый аппарат, в котором можно ускорять и сталкивать частицы-адроны (протоны и тяжелые ионы), чтобы изучать то, на что они распадутся. На строительство этого сооружения — самого сложного экспериментального устройства из существующих и самого огромного цельного механизма из когда-либо созданных человеком — было потрачено около шести миллиардов долларов. И это не считая уже имеющейся инфраструктуры Европейского центра ядерных исследований!

Главная цель работы LHC — поиск отклонений от Стандартной модели. Это одна из важнейших физических концепций, которая описывает современный мир, но не может пока объяснить гравитацию, темную материю и темную энергию. На коллайдере удалось открыть бозон Хиггса (неуловимую прежде «частицу бога»), а также обнаружить и подтвердить существование тетракварков и пентакварков. Официальный запуск LHC состоялся 10 сентября 2008 года, то есть сегодня у него день рождения! В честь этого мы расскажем о его необычных и неожиданных сторонах.

Факт 1: Откуда взялась аббревиатура CERN

Давайте перестанем путаться раз и навсегда. Все мы постоянно употребляем слово «CERN» или «ЦЕРН», но о расшифровке мало кто задумывается. Многие считают его калькой с английской аббревиатуры. Но как из названия организации, создавшей коллайдер, получить такую аббревиатуру? По-русски это Европейский центр ядерных исследований, по-английски — European Organization for Nuclear Research. Дело в том, что построен коллайдер вблизи Женевы, на границе Франции и Швейцарии, поэтому организация носит французское название, Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, от которого и пошла аббревиатура. Да и звучит CERN благозвучнее, чем какой-нибудь EONR или ЕЦЯИ.

Факт 2: Жарче 100 000 Солнц

Коллайдер очень горяч. Чтобы смоделировать условия, близкие к последствиям Большого взрыва, ученые ускоряют и сталкивают на нем два пучка тяжелых ионов, получая температуры в сотни тысяч раз больше, чем в центре Солнца. Благодаря тому, что в 2012 году в LHC смогли достичь температуры в 5,5 триллиона градусов, физикам удалось получить кварк-глюонную плазму — раскаленный «суп» из свободных строительных элементов материи, словно прямиком из недр новорожденной Вселенной. Плотность такого вещества была больше, чем плотность нейтронных звезд.

Факт 3: Ледяное притяжение

В коллайдере около 9600 супермагнитов, которые по силе в 100 000 раз превосходят притяжение Земли и помогают гонять протоны на околосветовых скоростях. Обмотки этих магнитов сплетены из 36 «струн» толщиной по 15 мм. Каждая «струна» состоит из 6-9 тысяч отдельных нитей из ниобий-титанового сплава, диаметр которых составляет 7 мкм.

Суммарной длины этих нитей хватило бы, чтобы пройти путь до Солнца и обратно шесть раз, а потом осталось бы еще 150 путешествий на Луну. А чтобы эти магниты работали на максимальной мощности, нужна температура, которая лишь ненамного теплее абсолютного нуля.

Факт 4: Свести концы с концами

Хотя коллайдер действительно огромен, точность при его строительстве и для его работы требуется поистине ювелирная. Концы 27-километрового кольцевого тоннеля глубиной в 175 метров между Женевским озером и Юрскими горами, где и соорудили исполинскую конструкцию, соединили с точностью в пределах одного сантиметра. Ну а чего вы ждали, если хотели гонять протоны со скоростью 11 245 кругов в секунду по трубе, которую видно из космоса?

Кстати, все ускоряемые на LHC протоны взяты из обычной формы водорода. Хотя протонные пучки очень плотные и интенсивные, в день получается разогнать только протоны из двух нанограммов водорода (масса рассчитана в состоянии покоя). Выходит, чтобы прокатить с ветерком по этому кольцу один грамм водорода, понадобилось бы около миллиона лет.

Факт 5: Съешь еще этих мягких французских булок

Ломать не строить. Просто удивительно, как даже маленькое животное может вызвать короткое замыкание в коллайдере и остановить работу этого чуда инженерной мысли. А животных в женевских полях резвится немало. В 2016 году каменная куница решила пожевать кабель трансформатора, который был под напряжением в 66 тысяч киловольт.

А в ноябре 2009 года птица уронила в вентиляционное отверстие в корпусе высоковольтного оборудования криосистемы кусок французской булки. Ей повезло больше, чем каменной кунице: она сама осталась жива, хоть и без обеда, и преспокойно улетела, не дожидаясь обеспокоенных ученых.

Факт 6: Питомник для компьютерных мышей

Да, не протирайте глаза и не думайте, что это опечатка. На сайте CERN есть страничка, посвященная этому чудесному заведению. На фотографиях компьютерные мышки резвятся в клетках и «едят» из тарелочек орешки и картофель, в общем, наслаждаются заслуженным отдыхом.

Впервые питомник был открыт 1 апреля 2011 года в качестве первоапрельской шутки, но потом перекочевал на лужайку перед компьютерным центром CERN. Смысл этой аллегории в том, чтобы пользователи и сотрудники привыкали вбивать нужную ссылку в поле через клавиатуру, а не кликали на сомнительные подчеркнутые строчки, которые могут завести на подозрительный сайт, где можно подцепить вирус. В мае 2012 года питомник был разрушен упавшим от ветра деревом, но позднее его открыли вновь.

Факт 7: Темные планы на долгие годы

Астрофизики выяснили, что лишь около 6% Вселенной — это видимые и наблюдаемые объекты. Остальное приходится на темную материю (23%) и темную энергию (73%). Выяснить, какие частицы скрываются в темной материи и из чего сделана темная энергия, — это работа, которую только предстоит сделать, поэтому открытие бозона Хиггса, за которое дали Нобелевскую премию в 2013 году, вовсе не ставит точку в карьере гигантского ускорителя. Всего около недели назад физикам удалось пронаблюдать один из типов распада таинственной частицы, который не опровергает положения Стандартной модели.

«CERN планирует продолжить работу LHC. Мы собираемся усовершенствовать акселераторы и детекторы, чтобы коллайдер работал до 2035 года. Пока неясно, кто быстрее уйдет в отставку, я или LHC. Десять лет назад мы тревожно ожидали первых пучков протонов. Сейчас мы заняты изучением огромного массива данных и надеемся на сюрпризы, которые выведут нас на новый путь», — пишет по этому поводу Тодд Адамс, профессор физики во Флоридском университете.

Факт 8: Найти «частицу бога» или взорвать планету?

Далеко не у всех (даже среди ученых) мысль о знаменитом сооружении вызывает восторг. «"Частица бога", найденная CERN, может уничтожить Вселенную», — написал астрофизик Стивен Хокинг во введении к сборнику своих научных лекций. По его мнению, бозон Хиггса может стать нестабильным и вызвать «катастрофический распад вакуума, который приведет к коллапсу пространства и времени, и… мы можем не получить никакого предупреждения об этих опасностях». Другие предполагаемые причины для волнений — возможный взрыв или черная мини-дыра, внезапно вышедшая из-под контроля. Хотя черная дыра такого размера, как считают другие ученые, опасности не представляет: она слишком мала и может испариться за доли секунды.

Не все ученые настроены так пессимистично. Например, Серджио Бертолуччи, бывший директор Исследовательского и научно-вычислительного центра LHC, надеется, что на кратчайшие промежутки времени коллайдер поможет открыть портал в другое измерение, и даже хочет попробовать что-то отправить сквозь него. «Конечно, после этих кратких моментов, — добавляет он, — дверь снова захлопнется, возвращая нас обратно в мир четырех измерений, и не будет никакого риска для стабильности нашего мира».

Факт 9: 666 и Шива-разрушитель

На фоне страшилок о том, что LHC уничтожит Землю или даже нашу Вселенную, особенно умиляет официальная символика проекта. Во-первых, посмотрите на логотип CERN.

Ничего не смущает?

Это вас ничего не смущает, а религиозные фанатики и любители теорий заговора давно отыскали там три шестерки.

Во-вторых, хотя CERN не имеет отношения к религиям и религиозным организациям, его сотрудники выбрали своим талисманом Шиву — индуистское божество, символизирующее разрушение. Во дворе у них есть даже статуя Шивы в образе Натараджа («король танца» на санскрите). Этот танец, называемый тандава, символизирует продолжение цикла разрушений и возрождений мира. Считается, что прекращение танца ознаменует конец мироздания.

Что ж, у местных научных сотрудников явно есть чувство юмора, хотя от таких шуток у многих по коже пробегают мурашки.

10: «У космоса нет чувства ритма»

Продолжая индусскую тематику, можно подметить, что ученые в CERN делятся на четкие касты. Например, те экспериментаторы, которые занимаются ускорением частиц на коллайдере, практически не пересекаются с теми, кто работает на детекторе. Эта специализация довольно четкая, их даже готовят в разных местах.

Но не надо думать, что работать на LHC может лишь сверхзаумный физик, ничего не видящий дальше своей области науки. Многие сотрудники CERN, как рассказал в интервью работавший там российский ученый Степан Образцов, весьма разносторонние люди: «Людей в CERN безумно много, и все они чем-то увлекаются, там есть клубы по интересам — от тяжелой атлетики и хорового пения до шахмат и фрисби. Есть музыкальный клуб: три комнаты репетиционных и порядка пятнадцати групп, которые устраивают летом Hardronic Festival».

На этом видео сотрудники CERN играют хэви-метал, в который они преобразовали данные о бозоне Хиггса

Группа Les Horribles Cernettes (франц. «Ужасные ЦЕРНетки») пародировала поп-культуру, а трек Кэтрин МакАльпин «Large Hadron Rap» («Большой адронный рэп») даже набрал 8 миллионов просмотров на YouTube. Творческие люди талантливы во всем, и, конечно, многим из них очень хочется преобразовать в музыку свои данные. Такие попытки предпринимались не раз. Получается, честно говоря, весьма своеобразно, но физики лишь отшучиваются: «У космоса совершенно нет никакого чувства ритма».

А здесь пианист Эл Блаттер играет джаз на «космическом фортепиано» — музыкальном инструменте, сконструированном сотрудниками CERN Артуром Фернандесом и Гильермо Техерой. Он превращает данные о каждой проходящей через датчик космической частице в музыку и световые вспышки.

Может быть, у космоса чувства ритма и нет, но хорошо, что оно есть у физиков. Все-таки, помимо прочего, это очень красиво: огромный проект, объединяющий тысячи ученых со всего мира, отложив споры и санкции, пытается разгадать, как устроена Вселенная. А потом в этом проекте находятся люди, которые видят в этом музыку. LHC принесет нам еще немало полезных данных и ответов на самые интригующие физические вопросы, а его музыка будет звучать еще долго.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.