В защиту БАК

В то время как Большой адронный коллайдер готовится к запуску в Женеве, физик Брайан Кокс объясняет, что он может открыть о работе Вселенной, и почему самый грандиозный научный инструмент из когда-либо построенных стоит инвестиций в размере 6 миллиардов долларов.

Отредактировано 2023-25-06
Физика элементарных частиц фото

Самые амбициозные научные приборы сегодня - это современные соборы по своим размерам и сложности, если не по своему назначению - в конце концов, это сооружения, построенные для того, чтобы разрушать мировоззрения, а не укреплять их. И самый грандиозный из них, изображенный на этих страницах и запущенный в действие сегодня, отправит нас в путешествие в одно из наименее доступных мест, которое только можно себе представить: царство квантовых частиц, размером менее миллиардной доли одного атома.

Это Большой адронный коллайдер ЦЕРН, самый великолепный научный прибор из когда-либо построенных. Почти 17 миль в окружности, погребенный на 300 футов под городом Женева и чередой живописных французских деревень, стоимостью более 6 миллиардов долларов, БАК станет окном в глубокий и неизведанный мир, который, как мы надеемся, будет содержать ответы на некоторые из самых больших возможных вопросов: Из чего мы состоим? Почему мы здесь? И как могли развиться такие удивительно сложные объекты, как люди, чтобы задавать эти вопросы в такой жестокой и негостеприимной Вселенной?

БАК предназначен для воссоздания условий, которые существовали во Вселенной менее чем через миллиардную долю секунды после Большого взрыва, и для того, чтобы делать это снова и снова, до 600 миллионов раз в секунду. Для этого протоны, атомные ядра атомов водорода, ускоряются настолько близко к скорости света, что проносятся по 17-мильному кольцу 11 000 раз в секунду, а затем сталкиваются с другим пучком протонов, движущимся в противоположном направлении. Четыре гигантских эксперимента, ATLAS, CMS, LHCb и ALICE, "фотографируют" получившиеся миниатюрные "большие взрывы". Я работаю с более чем 2 000 физиков из 37 стран над ATLAS - детектором, который был построен из большего количества деталей, чем космический челнок, и который заполняет подземную пещеру, большую, чем неф собора Святого Павла в Лондоне. Масштабы, амбиции и уникальное международное сотрудничество в ЦЕРНе делают его одним из величайших человеческих начинаний этого или любого другого века.

Но я обнаружил, что для многих людей основное внимание уделяется не дерзости и величественным возможностям БАК, а его стоимости. Недавно я выступил с докладом о ЦЕРНе, который появился в Интернете и вызвал множество комментариев по этому поводу: "Мы что, совсем с ума сошли? Сколько стоило построить эту штуку? . . . Миллиарды долларов, без сомнения, и для чего? Чтобы столкнуть два атома в надежде обнаружить новую частицу...". Другими словами, разве мы не можем сделать что-то более полезное на такие деньги?

Позвольте мне ответить категорическим НЕТ. Выяснение того, как устроена наша Вселенная, никогда не было плохой идеей. На самом деле, именно стремление к более глубокому пониманию природы дало нам все то, что мы сегодня считаем само собой разумеющимся в современной жизни. В красноречивой речи, произнесенной в 1966 году в Министерстве торговли США, физик-теоретик и тогдашний научный руководитель компании Philips Х.Г.Б. Казимир отметил, что практически все великие открытия 19-го и 20-го веков были сделаны в результате исследований, вызванных любопытством. Транзистор появился на основе квантовой теории твердых тел, а не из-за желания создать компьютеры и телевизоры. Радиоволны были открыты не людьми в лабораториях под руководством правительства, чтобы соединить мир с помощью лучших систем связи, а Генрихом Герцем, человеком, которого больше всего интересовала красота физики. В своей речи Казимир перечислил множество великих инноваций середины 20 века - от ядерной энергии до автомобильных стартеров - и отметил, что ни одна из них не появилась в результате какого-то прагматического процесса инноваций. Лампочка, как говорится, не была изобретена в результате исследований и разработок на свече.

таких проектов, как БАК? Я считаю, что общество недооценивает исследования, потому что поиск постепенных решений насущных проблем кажется более прагматичным ответом на наши проблемы, чем поиск революции. Кажется, что мы знаем достаточно - и нам следует направить свои силы на более эффективное использование того, что мы знаем. Но что такое "достаточно"? Если бы мы применили эту логику к физике частиц за последние несколько десятилетий, то у нас не было бы ни Всемирной паутины (изобретенной в ЦЕРНе в 1990 году), ни медицинских сканеров для визуализации (буква "П" в ПЭТ-сканировании означает позитрон, электрон антиматерии, открытый в 1932 году при наблюдении космических лучей), ни рентгена, ни химиотерапии, все из которых полагаются на миниатюрные ускорители частиц для создания короткоживущих радиоизотопов, необходимых для медицинского использования. Мир стал бы гораздо менее комфортным из-за потерь только для медицины и более бедным из-за потерь для торговли.

Но самое главное, что мир был бы действительно обеднен без всех фундаментальных знаний, которые мы получили. БАК был построен для того, чтобы ответить на некоторые очень глубокие вопросы о природе материи. Мы знаем, что он что-то откроет, потому что мы намеренно построили его для путешествия в неизведанные воды, достигая в столкновениях частиц энергий, никогда ранее не достигавшихся в земных лабораториях (хотя они регулярно достигаются природой в других частях Вселенной - пророки судьбы примите к сведению, мы не настолько могущественны, чтобы подвергать мир опасности с помощью этой штуки!)

Физика элементарных частиц фото Электромагнитный и адронный калориметры, составляющие центр прибора CMS высотой 49 футов и длиной 69 футов.
Эксперимент LHC beauty (LHCb) призван объяснить, почему во Вселенной больше материи, чем антиматерии. Для этого LHCb изучает нижние кварки - сверхтяжелые частицы, масса которых в четыре раза превышает массу протона, - отбрасываемые при столкновениях протонов. Калориметр [справа] измеряет энергию частиц, вылетающих из столкновения, что помогает определить их принадлежность. Эксперимент LHC beauty (LHCb) призван объяснить, почему во Вселенной больше материи, чем антиматерии. Для этого LHCb изучает нижние кварки - сверхтяжелые частицы, масса которых в четыре раза превышает массу протона, - отбрасываемые при столкновениях протонов. Калориметр [справа] измеряет энергию частиц, вылетающих из столкновения, что помогает определить их принадлежность.
Расположенная на глубине от 160 до 500 футов под землей, цепочка магнитов длиной 16,57 мили направляет пучки протонов к четырем экспериментальным станциям. Первоначально туннель был прорыт для более старого ускорителя под названием LEP, который был демонтирован в 2001 году, чтобы освободить место для более мощного БАК. Расположенная на глубине от 160 до 500 футов под землей, цепочка магнитов длиной 16,57 мили направляет пучки протонов к четырем экспериментальным станциям. Первоначально туннель был прорыт для более старого ускорителя под названием LEP, который был демонтирован в 2001 году, чтобы освободить место для более мощного БАК.
Еще одним компонентом эксперимента LHCb является система слежения. Внутренний трекер использует кремниевую ленту для обнаружения частиц, а внешний - газовые трубки. Вместе они отслеживают траектории частиц, вылетающих из протонных аварий. Объединив данные о скорости частиц на этих траекториях с данными об энергии, полученными с помощью калориметра, исследователи могут определить массу и принадлежность частиц, вылетающих из ускорителя. Еще одним компонентом эксперимента LHCb является система слежения. Внутренний трекер использует кремниевую ленту для обнаружения частиц, а внешний - газовые трубки. Вместе они отслеживают траектории частиц, вылетающих из протонных аварий. Объединив данные о скорости частиц на этих траекториях с данными об энергии, полученными с помощью калориметра, исследователи могут определить массу и принадлежность частиц, вылетающих из ускорителя.
Шесть экспериментов БАК расположены глубоко под поверхностью Земли и изолированы от мира, изобилующего радиоактивными помехами, поэтому загрузить все огромное оборудование на место было нелегко. Компоненты для каждого эксперимента были спущены на сотни футов под землю по гигантским туннелям, подобным этому. Шесть экспериментов БАК расположены глубоко под поверхностью Земли и изолированы от мира, изобилующего радиоактивными помехами, поэтому загрузить все огромное оборудование на место было нелегко. Компоненты для каждого эксперимента были спущены на сотни футов под землю по гигантским туннелям, подобным этому.
During his three-day shoot, New York–based photographer Enrico Sacchetti observed more than just the LHC. He was also witness to the international community of scientists that walk the halls of the largest experiment in human history. PopSci's coverage of the Large Hadron Collider at popsci.com/lhc."/> During his three-day shoot, New York–based photographer Enrico Sacchetti observed more than just the LHC. He was also witness to the international community of scientists that walk the halls of the largest experiment in human history. "Они чувствуют себя так, словно находятся в поисках человечества", - говорит он. От ночных тусовок в Женеве до общения в кафетерии, исследователи со всего мира собираются по проектам, каждая группа проводит свои исследования с чувством соперничества, обычно присущим только футбольному полю. Смотрите все материалы PopSci о Большом адронном коллайдере на popsci.com/lhc.