LHC

Расположенный недалеко от Женевы ускоритель, который станет мощнейшим в мире устройством, способным сталкивать частицы, должен начать разгон протонов уже этим летом.

Как надеются физики, это устройство, на создание которого ушло 14 лет и 8 млрд долларов, даст достоверную информацию о происхождении Вселенной, поскольку позволит воссоздать условия, имевшие место спустя одну триллионную долю секунды после Большого взрыва.

Большой адронный коллайдер, БАК, - ускоритель частиц, благодаря которому физики смогут проникнуть так глубоко внутрь материи, как никогда ранее. Работы на коллайдере предполагалось начать в 2007 году. Их суть заключается в изучении столкновения двух пучков протонов с суммарной энергией 14 ТэВ на один протон. Эта энергия в миллионы раз больше, чем энергия выделяемая в единичном акте термоядерного синтеза. Кроме того, будут проводиться эксперименты с ядрами свинца, сталкивающимися при энергии 1150 ТэВ.

Ускоритель БАК обеспечит новую ступень в ряду открытий частиц, которые начались столетие назад. Тогда ученые еще только обнаружили всевозможные виды таинственных лучей: рентгеновские, катодное излучение, - и -лучи. Откуда они возникают, одинаковой ли природы их происхождение и, если да, то какова она? Теперь у нас есть ответы на эти вопросы, позволяющие гораздо лучше понять происхождение Вселенной.

Постепенно, шаг за шагом, эти открытия изменили нашу повседневную жизнь, подарив нам приемники, телевизоры, компьютеры, томографию, интернет. Однако, в самом начале XXI века перед нами стоят новые вопросы, ответы на которые мы надеемся получить с помощью ускорителя БАК. И кто знает, развитие каких новых областей человеческих знаний повлекут за собой предстоящие исследования.

Пока же наши знания о Вселенной недостаточны. Физики считают, что Вселенная возникла в результате, так называемого, "Большого взрыва" материи. Вначале все было сжато в очень маленьком объеме, не более песчинки. Все частицы, из которых сегодня состоит вещество, все вокруг нас и мы в том числе еще должны были сформироваться.

Спустя 15 миллиардов лет Вселенная стала такой огромной, что даже свет проходит ее насквозь за миллионы лет. Сегодня мы живем в "холодной" Вселенной, где существуют четыре, вполне определенные силы, действующие на вещество: электромагнитное, сильное, слабое и гравитационное взаимодействия. В более раннем возрасте, когда Вселенная была "горячее", возможно, эти силы проявлялись одинаково.

Физики, занимающиеся частицами, надеются создать единую теоретическую основу, чтобы доказать это, и некоторые успехи уже достигнуты в этом направлении. Физики смогли объединить две силы - электромагнитного и слабого взаимодействия - в единой теории в 1970 году. Эта теория, называемая "электрослабой", была подтверждена экспериментально в ЦЕРН несколько лет спустя, и проведенные исследования были удостоены Нобелевской премии.

Две другие силы - гравитационное и сильное взаимодействия - остались вне этой теории. В дальнейшем удалось электрослабую теорию объединить с теорией сильного взаимодействия, и такая объединенная теория получила название Стандартной модели. Бесспорно эта теория - одно из выдающихся достижений человеческого разума XX столетия, но она оставляет пока многие проблемы нерешенными.

Первое испытание целой опытной секции ускорителя в конце 1994 года явилось значительной вехой в осуществлении проекта. Так как БАК будет ускорять два пучка, двигающихся в противоположных направлениях, то реально они будут представлять два ускорителя в одном. Для того чтобы ускоритель по возможности был компактным и экономичным, магниты также разместят в едином "два-в-одном" корпусе.

Ускоритель БАК будет встроен в тот же самый туннель, в котором работал коллайдер ЛЭП. Таким образом, его сооружение будет стоить гораздо дешевле, чем строительство подобного ускорителя на вновь отведенном участке. До введения протонных пучков в БАК их будут ускорять на уже существующих, последовательно соединенных ускорителях. Практика использования ускорителей, взаимосвязанных таким способом, сделала ЦЕРН самой многопрофильной фабрикой в мире по получению пучков частиц.

Например, новые частицы могут быть открыты при столкновениях известных частиц, ускоренных до энергий, превышающих массу покоя (mc²) новых неизвестных частиц.
   Развитие физики ускорителей позволяет ускорять частицы до всё больших энергий и открывать новые частицы.
   Однако учёные ещё не знают, как ускорить частицы до столь высоких энергий, какие наблюдатся у частиц космических лучей, образующихся при взрыве сверхновых звёзд в далёком космосе и влетающих в атмосферу Земли.
   Исследования космических лучей привели к открытию нескольких новых частиц, но интенсивность космических лучей мала по сравнению с интенсивностью пучка ускорителя, поэтому вероятность образования новых частиц за разумное время наблюдения на ускорителе гораздо выше.
   С другой стороны, наблюдение высокоэнергичных частиц в космических лучах показывает, что их столкновения в космических просторах в течении миллиардов лет, в атмосфере Земли или на её поверхности не приводит ни к каким чрезвычайным, тем более катастрофическим последствиям.

4. Исследования на переднем крае науки приводят к открытию новых объектов и явлений, тесно связанных с жизнью человека на Земле.

Энергичные частицы космических лучей сталкиваются с частицами воздуха атмосферы, точнее, с молекулами составляющих её газов, точнее, с атомами молекул, точнее, с ядрами атомов, точнее, с нуклонами (протонами и нейтронами) ядер, точнее, с кварками и глюонами нуклонов. При этом образуются потоки большого числа родившихся вторичных частиц – широкие атмосферные ливни, которые, например, являются спусковым механизмом разряда молнии во время грозы. Таким образом взрыв далёкой сверхновой приводит к удару молнии на Земле, к свечению заострённых проводников электрического тока – «Огням Святого Эльма», потерям на коронный разряд в высоковольтных линиях электропередач и др.
   Интересно, что частицы космических лучей не могут ускоряться в космосе до энергий выше некоторого предела (обрезание Грейзена-Зацепина-Кузьмина), поскольку при большей энергии частицы начинают сильно тормозиться фотонами реликтового излучения, сохраняющегося в во Вселенной со времени Большого взрыва.
   В настоящее время благодаря автоматизации телескопов и астрономам-любителям открывается в среднем по одной сверхновой в день. Уже более 20 лет назад сверхновая вспыхнула в соседней с нами галактике – Большом Магеллановом облаке, и нейтрино от этого грандиозного события были зарегистрированы нашими учёными и позволили лучше понять механизм взрыва сверхновой.
   Взрыв сверхновой – грандиозное космическое событие - обычное в эволюции звёзд с массой много больше массы Солнца. При этом в окружающее пространство извергается огромное количество вещества и энергии в виде гамма-квантов и нейтрино. Многолетние наблюдения наших учёных показали, что вероятность взрыва сверхновой в нашей галактике не превышает одного взрыва за 13 лет, и вероятность такого взрыва в опасной близости к Земле в обозримом будущем чрезвычайно мала.
   Судьба нашего Солнца другая: оно за несколько миллиардов лет несколько остынет и превратится из жёлтого карлика в красный гигант. При этом оно расширится до орбиты Земли и поглотит Землю. Человечеству за это время нужно с помощью учёных развить свои возможности и найти место, куда можно переселиться для продолжения счастливой жизни.
   Для изучения нейтрино, возникающих при взрыве сверхновых или приходящих от Солнца, для поиска новых частиц, возможно прилетающих к нам из космоса, необходимо защитить детекторы частиц от сильных помех, создаваемых космическими лучами. Поэтому исследования проводятся на детекторах спрятанных глубоко под землёй, например, у нас в глубине горы на Северном Кавказе, или глубоко под водой, например, нейтринный телескоп в глубине озера Байкал, который к тому же следит за уровнем антропогенного загрязнения воды озера.
   Нейтрино не имеет электрического заряда и не отклоняется галактическими магнитными полями, потому является удобным инструментом для новой науки - нейтринной астрономии. И на Земле у нейтрино хорошие перспективы: высокая проникающая способность позволяет в принципе использовать нейтрино для поиска полезных ископаемых, наблюдения за работой удалённых ядерных реакторов и т.д.
   Интересно, что нейтрино, рождаясь в глубине Солнца, при распространении в веществе Солнца может взаимодействовать с ним (эффект Михеева-Смирнова-Вольфенштейна) и периодически менять свои свойства с пройденным расстоянием, что получило название: нейтринные осцилляции.

5. Научные исследования должны быть безопасны для человека

Общество должно создавать условия и следить за тем, чтобы при разработке научных экспериментов были всесторонне исследованы все возможные последствия, сделаны доступными гласному обсуждению и приняты все необходимые меры предосторожности, в том числе автоматической защиты от ошибки экспериментатора или действий злоумышленника.
Моральным долгом каждого учёного и специалиста должно быть разъяснение гражданам на понятном им языке целей ведущихся в его области исследований и уровня их безопасности для человека.
Каждый гражданин должен иметь возможность получить достоверную информацию о безопасности планируемых научных экспериментов.

6. Эксперименты на коллайдере в ЦЕРН безопасны

Исследования высокоэнергичных частиц в космических лучах показывают, что эксперименты на существующих и проектируемых ускорителях не могут привести ни к каким катастрофическим последствиям, см.п.3.
По некоторым теоретическим предсказаниям в столкновениях частиц в коллайдере в ЦЕРН возможно образование микроскопических чёрных дыр. Однако, в отличие от сверхмассивных чёрных дыр, они мгновенно испарятся, и определить действительность такого события будет возможно только по характерным потокам возникших при этом частиц, зарегистрированным в детекторах.

7. Эксперименты на коллайдере в ЦЕРН расширят горизонт научных знаний

Общество, учёные и специалисты надеются, что большие интеллектуальные усилия и материальные ресурсы, вложенные в создание коллайдера и его детекторов, позволят подтвердить или расширить наши представления о природе элементарных частиц, наличии суперсимметрии в природе, возможности проявления дополнительных измерений пространства-времени, проверить другие теоретические предсказания, обнаружить новые явления.

8. Явления космического масштаба во Вселенной взаимосвязаны со свойствами мельчайших частиц материи.

Человек занимает промежуточное положение между этими масштабами. Он живёт на краю галактики в бурном океане космоса, в котором гибнут и рождаются звёзды и планеты, мчатся огромные астероиды и метеориты, движется непонятая тёмная материя, существует тёмная энергия и наверное ещё что-то пока неизвестное. Для сохранения своего существования, защиты от возможных неприятностей человечеству просто необходимо как можно глубже и быстрее исследовать окружающий мир и его влияние на жизнь человека.

9. Развитие науки и образования расширяет интеллектуальные возможности человека.

Развитие научных представлений об окружающем мире, происходящее в результате накопления научных знаний и опыта, необходимо широко распространять и пропагандировать в обществе, в первую очередь, совершенствуя преподавание научных знаний в школе, а также используя печать и другие средства массовой информации.
Только образованный человек может самостоятельно понять и оценить важность современных научных исследований, приносимую ими пользу, уровень принятых мер безопасности. Интеллектуальное развитие общества повышает качество жизни человека, расширяет его кругозор, а также способствует повышению уровня научных исследований.

ЖЕЛАЕМ УЧЁНЫМ НОВЫХ ОТКРЫТИЙ НА БЛАГО ЧЕЛОВЕКА!