Обговорення фінансової кризи відтягнуло громадськість від ще однієї теми, яка наводила страх – запуск Великого адронного колайдера. У жовтні на ньому сталась поломка, і через це його запуск відклали аж до весни. Песимісти заспокоїлись, а науковці отримали шанс ретельніше підготуватись до такого серйозного експерименту. Про те, чи насправді колайдер такий страшний, яким його малюють, говоримо з директором Астрономічної обсерваторії Львівського національного університету імені Івана Франка Богданом Новосядлим, науковцем, який кілька років тому був у Швейцарії, в Женеві, на околиці якої, в ЦЕРНІ, збудовано найпотужніший у світі прискорювач елементарних частинок -- Великий адронний колайдер.
-- Пане Новосядлий, ви були в ЦЕРНІ, бачили на власні очі прискорювач елементарних частинок. Яке враження справляє цей пристрій, про який нині так багато говорять?
-- Справді, я був в ЦЕРНІ на космологічному семінарі у 2001 році – мав запрошення університетських фізиків-теоретиків до співпраці в галузі космології. ЦЕРН став «Меккою» ядерної фізики та фізики елементарних частинок задовго до створення Великого адронного колайдера (ВАК), який почали монтувати у 2001-ому в тунелі, який має форму кільця довжиною 27 км і знаходиться на глибині 100 м. До 2001 року в тому ж тунелі працював Великий електрон-позитронний колайдер – прискорювач на зустрічних електрон-позитронних пучках, в якому енергії частинок були у 70 разів меншими від тих, які очікуються у Великому адронному колайдері. Але вже в тому експерименті було зафіксовано 3 події, які вказували на існування бозона Гіґґса. В час мого перебування там це активно обговорювалось і плекались великі надії на Великий адронний колайдер.
-- А чи зараз українські фізики якось задіяні в проекті?
-- Офіційно Україна, на жаль, не є учасником ЦЕРНу – Європейської організації з ядерних досліджень, заснованої ще у 1954 році. Але українські фізики співпрацюють на рівні міжінститутських угод та спільних грантів. Дві групи харківських фізиків під керівництвом професорів Г. Зінов'єва та В. Борщова працювали над створенням трекового детектора ALICE. Про участь інших українських фізиків, які працюють в галузі теорії елементарних частинок, і могли би бути співавторами майбутніх відкриттів, не знаю. На мою думку, Україна багато втрачає, не фінансуючи участь вітчизняних фізиків у таких експериментах. Серед двадцяти її повноправних членів наші найближчі сусіди – Польща, Чехія, Болгарія. Росія має статус країни-спостерігача і задіяна значно глибше в його наукових програмах, Україна ж є тільки в списку країн, що залучені до окремих проектів. Яким би не був результат досліджень на Великому адронному колайдері, там, без сумніву, будуть результати рівня Нобелівської премії. Серед українців, на жаль, у галузі фізики їх поки що немає. А так хоч би якийсь шанс був.
-- Через поломку запуск колайдера відклали на весну. Якщо все ж таки все вийде, що там має відбутись? Що буде після того, як частинки зустрінуться?
-- У вересні на колайдері зробили пробний запуск. І, практично, успішно. Це був запуск пучка протонів на малих енергіях, поки що в одному напрямку. А двадцятого жовтня мав би бути запуск в двох протилежних напрямках. Проте, 20 вересня було повідомлено про серйозну аварію в тунелі прискорювача – було порушено тепловий режим одного з магнітів та витікання близько тонни рідкого гелію. За попередніми даними, причиною аварії став пошкоджений електричний контакт між двома магнітами. Її усунення займе кілька місяців, і навесні 2009-го ВАК розпочне працювати. Спочатку будуть проводитись експерименти на малих енергіях, бо, щоб розігнати до великих планованих енергій, пучок треба буде ганяти майже два роки. Десь на 2010 рік мали би бути досягнуті максимальні енергії в чотирнадцять тераелектрон-вольт (1 ТеВ = 1012еВ). Це є ніщо в нашому макросвіті (для порівняння – це, всього-на-всього, енергія зіткнення двох комарів), але для елементарних частинок – це величезна енергія. Таких енергій поки що не досягали, рекорд на сьогоднішній день – 2 ТеВи на Теватроні в Сполучених Штатах Америки. Тоді там відкрили топ-кварк, останній і наймасивніший з шести кварків, передбачених Стандартною теорією елементарних частинок.
У Великому адронному колайдері протони розженуть до швидкості, дуже близької до швидкості світла, такої, що їх енергія сягатиме 7 Тев. За одну секунду такі протони облетять кільце прискорювача довжиною 27 км - одинадцять тисяч разів! Один пучок в одному напрямку, другий – в протилежному. У відповідних місцях їх скерують на зустріч один одному. От тоді, все і почнеться. Два протони, зіткнувшись при таких енергіях, породять інші частинки з масою близькою до сумарної енергії зіткнення. За одну секунду буде близько 600 мільйонів таких зіткнень. У зливі новонароджених частинок з великою вірогідністю повинен бути і бозон Гіґґса, існування якого передбачає Стандартна теорія елементарних частинок. Це остання з передбачених цією теорією частинок, чиє існування ще не підтверджене експериментом. Відкриття таких частинок стане одним з найбільших експериментальних відкриттів у фізиці – ми зрозуміємо, зрештою, що таке маса. Згідно Стандартної теорії, має існувати скалярне поле Гіґґса, яке і надає частинкам масу. Квантами цього поля є бозони Гіґґса – масивні частинки, які не мають електричного заряду. Крім них, народжуватимуться і багато інших частинок, які розпізнаватимуться чотирма основними детекторами – ATLAS, CMS, ALICE і LHCb, що знаходяться у різних місцях тунелю, де зводяться пучки протонів назустріч один одному.
-- Дуже часто в розмовах людей далеких від фізики, можна почути про те, що експеримент на колайдері дасть нарешті відповідь на питання: як же був створений світ? Чи було це втручання вищої сили, чи Всесвіт все ж розвивається за своїми законами?
-- Таке розуміння не те що спрощене, а навіть вульгаризоване. Жоден фізичний експеримент не дасть відповідь на те, чи Всесвіт народився спонтанно, чи був створений Богом. Це поза можливостями фізики, яка вивчає фундаментальні закони матеріального світу. Тому прямої відповіді на це запитання ні Великий адронний колайдер, ні Космічний телескоп імені Габбла не дадуть. Це було б занадто просто... А щодо того, чи будуть відтворені у цьому експерименті умови, близькі до тих, які були в ранньому Всесвіті – то так. В експерименті будуть досягнуті температури та густини, які мали місце в мільярдну частку секунди після Великого вибуху.
Крім того, результати досліджень допоможуть дати відповідь і на інші важливі питання. Наприклад, речовина, яку ми бачимо у вигляді зір та галактик в нашому Всесвіті складає тільки чотири відсотки. Сімдесят чотири відсотки – це темна енергія невідомої природи і двадцять два відсотки - це темна матерія. Вона так само гравітує, як і звичайна речовина, але не світиться, бо її частинки не приймають участі в електромагнітній взаємодії. Перші вказівки на її існування астрофізики навели ще 70 років тому. За цей час отримані і інші незаперечні докази наявності такої матерії, вивчено її загальні властивості (вона холодна), але в лабораторіях фізики до цього часу не виявили її носіїв – частинок. Можливо, в експериментах на Великому адронному колайдері вони нарешті будуть знайдені.
Десять років тому за допомогою Космічного телескопа імені Габбла астрофізики встановили факт прискореного розширення Всесвіту, причиною якого є темна енергія. Її природа невідома. Це може бути скалярне поле, за властивостями подібне на поле Гіґґса. І, хоч поле Гіґґса не може бути темною енергією, що прискорює розширення Всесвіту, його відкриття матиме важливе значення для космології.
-- Колайдер став топ-темою після того, коли деякі вчені заговорили про те, що в результаті експерименту можуть з'явитись чорні діри, які поглинуть Землю? Наскільки обґрунтованими є такі побоювання?
-- З цього приводу навіть анекдот є: фізики раз в п'ятнадцять мільярдів років збираються і запускають Великий андронний колайдер. Добре, що така дискусія йде в суспільстві, бо вона піднімає інтерес до науки. Фізикою починають цікавитись ті, які раніше були від цього далекими. Такі побоювання висловлюються, але, на думку фахівців, вони безпідставні. Дійсно, при таких енергіях зіткнення, які будуть досягнуті у ВАКу, частинки можуть зібратися в об'ємі з радіусом, який дорівнює гравітаційному. Щоб зрозуміти проблему, треба навести конкретні цифри. Наприклад, гравітаційний радіус для маси, що відповідає енергії зіткнення протонів в колайдері, дорівнює десять у степені мінус сорок вісім сантиметра. Ймовірність такої події неймовірно мала. Крім того, квантова механіка “забороняє” таке щільне пакування двох однакових частинок, які на таких масштабах мають ще й хвильові властивості. Але якщо вона все ж утвориться, і якщо не брати до уваги квантових ефектів, то така чорна діра буде поглинати речовину довкола себе: поглине колайдер, Женеву, дійде до нас і, зрештою, поглине всю Землю… Так міркують скептики. Але якщо таке може статися при зіткненні частинок високих енергій, то це мало б відбутися уже давним-давно і без Великого адронного колайдера. На Землю із космосу прилітають космічні частинки із значно більшою енергією, і в значно більшій кількості, ніж їх буде народжено в колайдері. Якщо у Великому андронному колайдері частинки стикатимуться з енергією 14 ТеВ, то з космосу прилітають частинки з енергіями у тисячі і мільйони разів більшими. Внаслідок зіткнення таких частинок з ядрами атомів, в атмосфері мали б народжуватись такі чорні діри і “чорний день” для Землі наступив би вже давно. Не було б уже також і Сонця та інших зір. Фізики знають, чому цього досі не трапилось, ще з роботи Стівена Гоукінга 1974 року, в якій він вперше описав явище квантового випаровування чорних дір.
Чорні діри мікроскопічних мас, про які йдеться, випаровуються внаслідок квантового народження віртуальних пар частинка-античастинка. Далеко від чорної діри така пара народившись, зразу щезає, а поблизу поверхні чорної діри, одна частинка падає на чорну діру, а друга летить назовні і чорна діра починає світитися. Це висвічування приводить до зменшення її маси і розмірів. І відбувається воно тим швидше, чим менша її маса. Мінімальна маса, яка може утворити чорну діру, становить 0.00001 грамів. Час життя такої чорної діри не перевищує десять у мінус двадцять шостій секунди. За цей час будь-яка частинка встигає пролетіти відстань всього лише кілька фемтометрів. Тобто, вона швидше випарується, ніж найближча частинка чи ядро будь-якого атома встигне впасти на неї.
Є й інша загроза: народження частинок дивної речовини, яка гіпотетично може привести до розпаду протонів і ядер речовини Землі. Але згідно розрахунків фізиків, цього теж не станеться через дуже короткий час життя таких частинок. Скептики допускають народження стабільних дивних частинок і формування крапельок дивної речовини. Якщо б природа допускала їх існування, то вони мали б утворюватися при взаємодії космічних променів з речовиною планет і зір. Скажімо, якби народжувалась дивна речовина при зіткненнях космічних променів з поверхнею Місяця, який не має атмосфери, то він би вже давним-давно розпався. Оскільки, Місяць, Земля, Сонце, зорі існують мільярди років, то це означає, що такі частинки в природі не існують, або народжуються вкрай рідко.
-- То коли ж можна очікувати повідомлення про нові відкриття?
-- Це статистичні експерименти, в яких не можна “піймати” окрему частинку, помістити її в коробочку і всім показувати: дивіться я цю частинку зловив. Всі відомі високоенергетичні частинки -- короткоживучі. Вони живуть мить, але встигають залишити тільки для них характерні сліди в спеціальних камерах – детекторах елементарних частинок. Вивчення таких слідів і дає можливість досліджувати властивості частинок. Необхідно буде обробити величезний масив даних. Я думаю, що обробка даних триватиме біля року. Ясна річ, найбільш яскраві результати можуть опублікувати і через кілька місяців після досягнення максимальної потужності. Можуть бути сенсації і при менших енергіях.
-- А якщо експеримент не дасть очікуваних результатів. Витрачені зусилля -- на марно?
-- В цьому експерименті не може бути негативного результату. Бо при таких енергіях фізики ще не працювали. Працювали при менших і всі вони були позитивними. А тепер просуваємось далі. Чим більшої енергії досягається, тим більше вільних клітинок у систематиці елементарних частинок буде заповнено. Навіть якщо не буде підтверджено існування бозона Гіґґса, про який найбільше говорять, то це теж результат. Це означатиме, що природа фундаментальних складових матерії складніша, ніж вважали досі, і необхідно шукати далі.
Розмовляла Вікторія ПРИХІД
Якщо ви знайшли помилку, видiлiть її мишкою та натисніть Ctrl+Enter.
НА ГОЛОВНУ