Выставка в Музее науки: в недрах ЦЕРНа и мироздания
На экране возникает дата: 15 июня 2012 года. В этот день ученым ЦЕРНА объявили, что бозон Хиггса найден, а публичное заявление об этом открытии было сделано спустя три недели - 4 июля. Но зачем его нужно было искать, этот бозон?
Я выхожу из аудитории и попадаю в обычный коридор ЦЕРНА, по обе стороны которого стоят черные доски с формулами, лабораторные столы с записями, а за стеклом разные механизмы. А также видеопроекции настоящих церновских ученых, которые рассказывают о своей работе.
Итак, мы узнаем, что все состоит из элементарных частиц, разные частицы имеют разные массы, у каких-то массы нет вообще, но люди не знают, откуда они берутся и зачем они нужны. Ни Ньютон, сказавший, что вес пропорционален массе, ни Эйнштейн, увязавший массу с энергией, не объяснили происхождение массы. В 1964 году английский физик Питер Хиггс предложил свою теорию: существует энергетическое поле, невидимое как воздух (теперь оно называется поле Хиггса), и вот оно-то и подпитывает частицы массой, а состоит из бозонов Хиггса, совсем как вода из молекул H2O.
Гонки со скоростью света
Для подтверждения этой теории и был построен ускоритель заряженных частиц или большой адронный коллайдер. Адронный он, кстати, потому, что протоны и нейтроны относятся к классу "адронов", то есть сильно взаимодействующих частиц. А выглядит он как закольцованный туннель в 27 км длиной – что-то типа трассы "Формулы-1", только вместо гоночных машин по кольцу почти со скоростью света носятся протоны. Пройдя круг, протоны получают импульс от электрического поля в 2 млн вольт, которое периодически меняет заряд с положительного на отрицательный.
За стеклом в коридоре я вижу что-то вроде огнетушителя. Это канистра с водородом: из таких и выстреливают пучки протонов, но сначала газ разделяют на протоны и электроны, а потом протоны запускают на "гоночную трассу", то есть в коллайдер. Одной такой небольшой канистры хватает, чтобы эксперименты на коллайдере шли в течение нескольких месяцев. И стоит недорого.
Ну, а чтобы протоны не сошли с трассы, а крутились по кругу и сталкивались, нужны огромные магниты. На выставке, конечно, мы видим прототипы, и гораздо меньшего размера, чем настоящие. Настоящие магниты должны быть очень мощными, а чтобы их такими сделать, их охлаждают до температуры ниже, чем в космосе: -271С.
Просто гигантский микроскоп?
Когда частицы сталкиваются, то получается очень мощная вспышка, температура там в миллиарды раз выше, чем в центре солнца. В результате этого возникают сотни новых частиц, многие из них очень нестабильные, как бозон Хиггса, например, и ученые их наблюдают с помощью специальных установок - детекторов высотой в несколько этажей.
На одном из таких работает доктор Гарри Клифф. "Я работаю на установке LHCb, которая, попросту говоря, пытается ответить на вопрос, почему Вселенная состоит только из материи - то есть из того, из чего все мы состоим, - а не из своей противоположности антиматерии", - объясняет он.
То есть фактически коллайдер, на составные части которого я сейчас смотрю - это супермикроскоп, который помогает заглянуть в сотворение мира? Правильно? "В каком-то смысле да, большой адронный коллайдер можно сравнить с гигантским микроскопом, который позволяет нам заглянуть не в атом, и даже не в ядро атома, а еще глубже. И он также позволяет понять, что произошло через миллиардную долю секунды после Большого взрыва, когда Вселенная находилась в раскаленном состоянии и вокруг летали частицы и сгустки энергии", - соглашается куратор.
На темной стороне сущего
И раз уж речь зашла о совсем заумном: что доктор физико-технических наук может рассказать нам о том, о чем так много говорится в моем любимом сериале "Теория Большого взрыва" - о темной энергии и темной материи? Гарри Клифф признается, что вся надежда в этом смысле на БАК: "В последние примерно сто лет ученые пришли к выводу, что весь видимый мир - то из чего все мы сделаны и что нас окружает - это лишь пять процентов всего того, что имеется во вселенной. То есть мы что-то вроде пены на совершенно скрытой от глаз сущности и мы не знаем, что это за сущность такая".
Меня попеременно бросает от полного владения предметом разговора к полному его непониманию, а куратор тем временем продолжает рассказывать, что во Вселенной еще примерно 25 процентов заполнено темной материей - субстанцией, которая не испускает электромагнитного излучения и не взаимодействует с ним, поэтому ее нельзя наблюдать напрямую.
Но есть еще более загадочная вещь - темная энергия, то есть сила, которая заставляет Вселенную расширяться все быстрее и быстрее. Оба эти явления, темная энергия и темная материя, имеют определение "темная", поскольку мы, с одной стороны, не можем их напрямую наблюдать, а с другой, потому что мы просто не знаем, что это такое.
"Мы очень надеемся, что с помощью адронного коллайдера обнаружится либо какая-то новая частица, либо новая сила, которые объяснят, что такое темная энергия и темная материя", - заключает доктор Клифф. То есть в каком-то смысле адронный коллайдер - это не только супермикроскоп, но и своего рода машина времени на суперэлементарных частицах! Теперь мне наконец-то стала ясна ценность этого эксперимента.
На входе-выходе я вижу цитату Поля Дирака - британского физика, которого Питер Хиггс называет одним из самых авторитетных для него исследователей: " В науке ученый пытается как можно доходчивее рассказать человечеству что-то, что никто до него не знал, а в случае с поэзией все происходит ровно наоборот". Прочтя эти слова, я подумала, что выставка "Коллайдер" попыталась объединить два эти подхода - физический и лирический - чтобы как можно понятнее рассказать главное о том настолько неизведанном, что большинство из нас даже не знает, что оно об этом не знает.
Выставка Collider в Музее науки в Лондоне продлится до 6 мая 2014 года.
Катерина Архарова