Большой Адронный Коллайдер

[Drou]

Большой адро́нный колла́йдер (англ. Large Hadron Collider, LHC) — ускоритель, предназначенный для разгона протонов и тяжёлых ионов и строящийся в настоящее время в исследовательском центре Европейского совета ядерных исследований

 

Цели

 

Одной из основных целей проекта LHC является экспериментальное доказательство существования бозона Хиггса — частицы из Стандартной Модели (СМ), — а также обнаружение физических явлений вне рамок СМ. Также, планируется исследование свойств W и Z-бозонов, ядерных взаимодействий при сверхвысоких энергиях, процессов рождения и распадов тяжёлых кварков (b и t). Первым значительным научным достижением этого эксперимента может стать доказательство или опровержение «суперсимметрии» — теории, гласящей, что любая субатомная частица имеет гораздо более тяжёлого партнера, или «суперчастицу».

 

В начале XX века в физике появились две основополагающие теории — общая теория относительности (ОТО) Альберта Эйнштейна, которая описывает Вселенную на уровне макро-, и квантовая теория поля, которая описывает Вселенную на уровне микро-. Проблема в том, что эти теории несовместимы друг с другом. Например, для адекватного описания происходящего в чёрных дырах нужны обе теории, а они вступают в противоречие. Однако, даже если не рассматривать такие «экстремальные» условия, некоторые физики чувствуют неудовлетворённость.

 

Ещё Эйнштейн в последние годы жизни хотел разработать Единую Теорию Поля, но количество эмпирического материала была тогда недостаточно. Во второй трети XX века физикам удалось разработать Стандартную Модель, которая объединяла три из четырёх фундаментальных взаимодействий — сильное, слабое и электромагнитное.

 

В конце XX века физики начали разрабатывать теорию, которая смогла бы объединить все четыре взаимодействия. Оказалось, однако, чрезвычайно трудно добавить гравитационное взаимодействие в Стандартную Модель. Таким образом, в настоящее время фундаментальные взаимодействия описываются двумя общепринятыми теориями: ОТО и Стандартной Моделью. Их объединения пока достичь не удалось из-за трудностей создания теории квантовой гравитации. Для дальнейшего объединения фундаментальных взаимодействий используются различные подходы: теория струн, теория бран, а также перспективная М-теория.

 

Некоторые из них имеют проблемы внутри себя, и ни у одной из них нет экспериментального подтверждения. Проблема в том, что для проведения соответствующих экспериментов нужны энергии, недостижимые на современных ускорителях заряженных частиц.

 

Большой адронный коллайдер позволит провести эксперименты, которые ранее было невозможно провести и, вероятно, подтвердит или опровергнет часть этих теорий. Так, существует целый спектр физических теорий с размерностями больше четырёх, которые предполагают существование «суперсимметрии» — например, теория суперструн. Подтверждение существования «суперсимметрии», таким образом, будет косвенным подтверждением истинности этих теорий.

 

Неконтролируемые физические процессы

 

Некоторые специалисты и представители общественности высказывают опасения, что имеется отличная от нуля вероятность выхода проводимых в коллайдере экспериментов из-под контроля и развития цепной реакции, которая при определённых условиях теоретически может уничтожить всю планету. Точка зрения сторонников катастрофических сценариев, связанных с работой LHC, изложена на отдельном сайте.[5] Из-за подобных настроений LHC иногда расшифровывают как Last Hadron Collider (Последний Адронный Коллайдер).

 

В этой связи наиболее часто упоминается теоретическая возможность появления в коллайдере микроскопических чёрных дыр,[6] а также теоретическая возможность образования сгустков антиматерии и магнитных монополей с последующей цепной реакцией захвата окружающей материи.

 

Указанные теоретические возможности были рассмотрены специальной группой CERN, подготовившей соответствующий доклад, в котором все подобные опасения признаются необоснованными.[7][8] Адриан Кент опубликовал научную статью с критикой норм безопасности, которые продвигает CERN, поскольку ожидаемый ущерб (то есть произведение вероятности события на число жертв) является неприемлемым. Однако его утверждение, что официальной оценкой риска глобальной катастрофы является 1 к 50 миллионам[9], не соответствует действительности. В реальности может быть получено лишь ограничение сверху, а не сама вероятность, и современные ограничения сверху уже намного меньше этого числа[10].

 

В качестве основных аргументов в пользу необоснованности катастрофических сценариев приводятся ссылки на то, что Земля, Луна и другие планеты постоянно бомбардируются потоками космических частиц с гораздо более высокими энергиями. Упоминается также успешная работа ранее введённых в строй ускорителей, включая релятивистский коллайдер тяжёлых ионов RHIC в Брукхейвене. Возможность образования микроскопических чёрных дыр не отрицается специалистами CERN, однако при этом заявляется, что в нашем трёхмерном пространстве такие объекты могут возникать только при энергиях, на 16 порядков больших энергии пучков LHC. Гипотетически микроскопические чёрные дыры могут появляться в экспериментах на LHC в предсказаниях теорий с дополнительными пространственными измерениями. Такие теории пока не имеют каких-либо экспериментальных подтверждений. Однако, даже если чёрные дыры будут возникать при столкновении частиц на LHC, предполагается, что они будут чрезвычайно неустойчивыми вследствие излучения Хокинга и будут практически мгновенно испаряться в виде обычных частиц.

 

21 марта 2008 года в федеральный окружной суд Гавайев был подан иск[11][12] Уолтера Вагнера (англ. Walter L. Wagner) и Луиса Санчо (англ. Luis Sancho), в котором они, обвиняя CERN в попытке устроить конец света, требуют запретить запуск коллайдера до тех пор, пока не будет гарантирована его безопасность.

 

Аргументы в пользу катастрофического сценария

 

По мнению сторонников катастрофического сценария, существует принципиальная разница между бомбардировкой Земли космическими частицами и экспериментами на ускорителе. В первом случае сталкиваются прилетающие из космоса ультрарелятивистские (летящие со скоростью, близкой к скорости света) элементарные частицы с элементарными частицами на Земле, скорость которых мала. Образующиеся частицы также являются ультрарелятивистскими и улетают в космическое пространство, не успев причинить Земле никакого вреда. В коллайдере же сталкиваются пучки элементарных частиц, летящие с ультрарелятивистскими скоростями в противоположных направлениях. Образующиеся микроскопические чёрные дыры и другие опасные частицы могут вылетать с любыми скоростями. Некоторые из них будут настолько медленными, что не смогут покинуть Землю.

 

Общая теория относительности в виде, предложенном Эйнштейном, не допускает возникновения микроскопических чёрных дыр в коллайдере. Однако они будут возникать, если верны теории с дополнительными пространственными измерениями. По мнению сторонников катастрофического сценария, хотя такие теории и умозрительны, вероятность того, что они верны, составляет десятки процентов. Излучение Хокинга, приводящее к испарению чёрных дыр, также является гипотетическим — оно никогда не было экспериментально подтверждено. Поэтому есть достаточно большая вероятность того, что оно не действует.

 

Кроме того, высока вероятность образования страпелек.

 

Аргументы противников катастрофического сценария

 

Сравнение с природными скоростями и энергиями

 

Коллайдер предназначен для ускорения и сталкивания частиц (адронов, атомарных ядер). Однако, существуют природные источники частиц, скорость и энергия которых значительно выше, чем в коллайдере[13] (см.: Зэватрон). Такие природные частицы обнаруживают в космических лучах. Поверхность планеты Земля частично защищена от этих лучей, но, проходя через атмосферу, частицы космических лучей сталкиваются с атомами и молекулами воздуха. В результате этих природных столкновений в атмосфере Земли рождается множество стабильных и нестабильных частиц. В результате, на планете уже в течении многих миллионов лет присутствует естественный радиационный фон.

 

Летом 2008 года учёные обнаружили в районе Крабовидной туманности природный ускоритель заряженных частиц.[14]

 

То же самое (сталкивание элементарных частиц и атомов) будет происходить и в БАК, однако с меньшими скоростями и энергиями, и в гораздо меньшем количестве.

[Sabotage]

Запуск состоится 10 сентября 2008 года =)

 

з.ы. Все успели купить себе защитные костюмы и красные монтировки?