Попытки простого обывателя, такого, к примеру, как я, понять масштабы Солнечной системы, принять для себя наличие миллиардов других галактик обычно тщетны. Новости об открытии бозона Хиггса, о работе большого адронного коллайдера читаются запоем, но смысл этих вещей большинству из нас непонятен.
Нас обычно заботят гораздо более насущные вещи: как выйти замуж на этой планете, купить ли те прекрасные совершенно инопланетные босоножки, как правильно пожарить осьминога и т. д. В попытках сделать уроки с ребенком по физике терпишь позорное фиаско. И когда оказываешься в Центре исследований ядерной физики в CERN, что под Женевой, приходится напрячь мозги, чтобы понять, чем занимаются в этой подземной лаборатории те, кто способен размышлять про черные дыры и темные материи.
Признаюсь, что накануне я смотрела в сети видео под названием «БАК» (большой адронный коллайдер) для чайников», «Что такое бозон Хиггса простым языком». Улыбающиеся мальчики в очках, веселясь, рассказывали как им казалось, простые вещи — ну разве непонятно, что это вообще такое? Мой брат, насмехающийся над моими попытками взять вводный курс в ядерную физику, решил прийти на помощь:
— Итак, бозон Хиггса. Оля, ты когда-нибудь задумывалась, почему, сидя на диване, ы не проваливаешься во Вселенную?
— Честно? Нет. Такие мысли не приходили.
— А зря. Ведь между тобой и диваном существует пространство, в котором электроны твоего тела отталкиваются от электронов дивана. Элементарные частицы получают массу благодаря взаимодействию с полем Хиггса; бозон Хиггса — частица, связанная с этим полем.
В ответ я попыталась сделать умное лицо и прочувствовать всем телом работу частиц. Упорства ради, забегая вперед, скажу, что после посещения CERN, в предмете я разобралась.
CERN — Европейская организация по ядерным исследованиям, CERN, под Женевой, членами которой является 25 стран. В актуальном списке государств-членов, ассоциированных членов и наблюдателей CERN России нет.Любое государство при желании может вступить в CERN с соблюдением некоторых условий, главное из которых — финансирование исследований. Бюджет CERN, выделяемый на работу ускорителей и лабораторные опыты ученых, составляет миллиарды франков. Кстати, для сравнения это составляет всего лишь две трети бюджета Женевского Медицинского университета.
В аббревиатуре слова CERN есть слово «ядерный». Невольно возникают нехорошие ассоциации, но на самом деле это слово нужно понимать самым прямым образом: «ядро» — центр атома. В CERN пристально изучают его структуру, его составляющие частицы. Все это называется физикой частиц. Здесь занимаются наукой экспериментов, которые пытаются доказать теории.
В CERN работает 2500 человек — технические работники, системные администраторы, адвокаты, обслуживающий персонал. Физиков-ядерщиков, состоящих на официальных должностях всего 70. Но с CERN сотрудичают более 12 000 ученых по всему миру, многие из которых получают заработную плату, как работники лабораторий. Работа построена так, что любой ученый может оставаться в официальной должности в своем университете, а в CERN приезжать всего на несколько дней, недель или месяцев — все зависит от величины проекта. Текучка физиков-ядерщиков в CERN напоминает броуновское движение (это я помню со школы). Физики приходят и уходят, постоянно в центре находятся около тысячи специалистов со всего мира.
CERN — маленький городок ученых за чертой Женевы. В городе физиков есть свои собственные средства передвижения — автобус. На территории открыты 4 ресторана, есть отель, способный принять 900 человек. Но остановиться в нем могут лишь те, кто с улыбкой может объяснить законы притяжения — то есть только физики из стран-участниц коллаборации.
В CERN есть собственная пожарная бригада и больница. Не то чтобы здесь было опасно работать, но врачи следят за здоровьем трудящихся и заботливо ухаживают за теми, кто опрокинул на себя чашку горячего кофе или мучается мигренью, вызванной никак не сходящимся уравнением. Есть и почта, и детский сад, и банк, и даже туристическое агентство — от мыслей о Вселенной надо тоже отдыхать, есть и библиотека, и магазины. Есть даже лыжный клуб, в членстве которого, состоит большое количество сотрудников. Ну и, раузмеется, клубы по интересам, например, в CERN проводятся тематические вечеринки и концерты классической музыки.
CERN не производит электричество, не продает его в обход крупных компаний, не изготавливает военное оборудование. CERN не занимается работами для военных нужд: это прямо закреплено в Конвенции CERN. В ней также сказано, что результаты экспериментальных и теоретических работ должны публиковаться или иным образом становиться общедоступными. Главное — фундаменальная наука: понять из чего состоит материя, как взаимодействуют частицы и какие процессы происходят во Вселенной. Чтобы избежать демагогии на эту тему результаты исследований публикуюся в сети и доступны для прочтения любому желающему совершенно бесплатно. Чтобы ничто не имело стратегической ценности.
Первая и главная миссия — совершенствование знаний человечества. Вторая — объединение сотен ученых по всему миру в рамки сотрудничества. То, что исследуют в CERN, невозможно делать в одиночку. CERN открыт для молодых кадров, которые только что обзавелись дипломом и не имеют никакого профессионального опыта. В CERN еще и обучают. Каждый год более 500 студентов проходят обучение в области физики, инженерии, технологий и международного права.
Про то, что на границе двух стран — Швейцарии и Франции построили Большой адронный коллайдер длиной около 27 километров, все мы слышали из новостей. В крайней случае, читали о нем в книгах Дэна Брауна. Оказалось, что в CERN гоняют протоны по трубам уже не один десяток лет. Первый коллайдер уже списали на пенсию. Его называли простым словом синхроциклотрон и он начал свою работу в 1957 году. А в 1959 году начал работу Proton Synchrotron — первый синхротрон CERN, который на короткое время стал самым мощным ускорителем в мире.
Коллайдер последнего поколения — большой и адронный, представляет собой кольцо окружностью около 27 км на глубине более 100 метров. Это самое большое устройство на планете. В ширину коллайдер не больше 4 метров, но в сложной системе тоннелей ученые с помощью мощных магнитов разгоняют двумя лучами частицы по и против часовой стрелки. Внутри создан вакуум. Магнитное поле внутри коллайдера в 200 000 раз сильнее поля Земли.
Пучки частиц совершают около 11 245 оборотов в секунду. Провода и кабели коллайдера в диаметре не больше 1 мм. Если бы в акселераторе использовались обычные провода, они бы моментально расплавились и испарились. Поэтому все процессы внутри ускорителя происходят при температуре при температуре −271,3 °C. И это холоднее космического пространства!
Представьте себе, как два яблока медленно катятся по столу в сторону друг друга. Они столкнутся, остановятся, чуть откатятся в сторону, не нанеся никакого вреда друг другу. Если увеличить скорость движения яблок, при столкновении они поменяют траектории, и? возможно, помнут себе бока. Если увеличить силу, то яблоки превратятся в пюре, а сок разлетится в разные стороны. Это третий уровень взаимодействия. На четвертом понадобится огромное количество энергии. И с яблоками может произойти все что угодно — они могут превратиться в бананы, клубнику или разлететься на сотни других яблок. Так на практике звучит главная формула физики в действии — энергия изменяет материю. E=mc². Именно в рамках этой формулы внутри коллайдера и происходят столкновений частиц. Сначала ускоритель разгоняет частицы (ну, скажем, яблок), затем для столкновения и взаимодействия через петлю их загоняют в детекторы — их всего 4. Это и есть кульминация исследований. Так ученые и открыли частицу бозон Хиггса в 2012 году.
Внутри коллайдера находятся 100 миллионов чувствительных электронных каналов, это как камера на 100 миллионов пикселей, которые делают 600 миллионов снимков в секунду. Так получается картина пространства. 4 эксперимента обычно дают 1 миллион гигабайт информации. Из миллиона сотрудники CERN выбирают всего одно взаимодействие частиц для детального изучения. Чтобы понять вероятность, из которой был пойман бозон Хиггса, нужно представить, что это один выигрыш из шести миллионов лотерей, разыгрывающих призы каждую секунду.
Помимо коллайдера в CERN есть большое количество экспериментальных аппаратов, которые помогают ученым подтверждать или опровергать их теории. Физика обычно мешает нам в исследованиях — шутят работники CERN.
Обычно в науке есть два типа людей — теоретик и практик. Теоретик подает идеи или теории, а практик пытается их подтвердить или опровергнуть. Началось все с Демокрита, он еще до нашей эры был уверен, что все вокруг состоит из мелких частиц, которые он назвал греческим словом atomos. На подтверждение этих идей ушли века. Уже в XX веке стало ясно, что атом имеет внутреннюю структуру: ядро и электроны, а само ядро состоит из протонов и нейтронов. Позже выяснилось, что протоны и нейтроны тоже не элементарны: они состоят из кварков. Пара умных бельгийцев, а затем и Питер Хиггс предположили наличие неуловимой доселе частицы, называемой бозоном. На доказательство существования ушло 48 лет. Частица стала последней недостающей в Станадартной модели, которую удалось обнаружить экспериментально. Даже странно, что бозон называют «божественной частицей».
В 60-х годах выяснилось, что все протоны и нейтроны также имеют центр. Сейчас в CERN на практике пытаются доказать, что и частицы имеют внутренние ядра. А еще работают над поисками антиматерии и теорией Большого взрыва. Только воссоздают ученые это в таких маленьких количествах, чтобы проводить исследования на частицах, которые существуют совсем недолго, а затем распадаются на миллионы других частиц. Антиматерия — ядерное Зазеркалье, у электрона есть позитрон, у протона — антипротон, у нейтрона — антинейтрон.
В CERN пытаются найти антиматерию, античастицы и любое анти. Взвешивают не в граммах, конечно, а в очень-очень маленьких количествах. Их дотошно создают, тщательно сравнивают с другими, наблюдают, смотрят, есть ли между ними какая-либо разница, которая заставила материю остаться, а антиматерию исчезнуть. Эксперименты CERN проводит даже на космической станции — ищут анти-беглянку во Вселенной.
Я уверена, что большинство идей для голливудских сценариев блокбастеров вроде «Интерстеллара» рождаются в головах тех, кто побывал на экскурсии в CERN. Когда слушаешь рассказы ученых, у людей творческих начинаются фантазийно-космические девиации. «Мы знаем, что энергия, скрепляющая протоны и нейтроны, раньше этого не делала, — говорит один из физиков, — и Вселенная была похожа на суп, в котором плавали все частицы независимо друг от друга, как в плазме. Вот над чем стоит подумать, почему эта энергия стала их скреплять их?»
Радиация на территории CERN в пределах обычной нормы. Во время экскурсии по городку доза, которая может быть получена, сравнима с той, которой подвергаются пилоты на рейсе Женева — Нью-Йорк и обратно. Тем не менее, каждый сотрудник, имеющий доступ к агрегатам, обязан носить дозиметр. На три зимних месяца работу коллайдера останавливают — электричество в Швейцарии зимой стоит в три раза дороже. Во время технических остановок специалисты проверяют, ремонтируют и обновляют системы ускорителя и экспериментов.
Радость открытия последней недостающей в Стандартной модели частицы — бозона Хиггса, омрачили пессимистические высказывания некоторых физиков. Теоретикам придется потрудиться и выдвинуть другие идеи, почему Вселенная необъятна. Кое-кто не преминул спекулировать. Страхи о «черных дырах» вокруг LHC существовали, но CERN отдельно объясняет: по общей теории относительности LHC не может производить черные дыры. Некоторые спекулятивные теории допускают появление микроскопических черных дыр, но такие объекты должны были бы немедленно распасться и не успели бы поглотить материю. Но если даже такой сценарий не случится, Вселенная может фактически лопнуть, как мыльный пузырь, превратившись в холодную безмолвную пустоту.
Альтернативная теория физиков предполагает, что если все вокруг пронизано бозонами Хиггса, то все вокруг нестабильно и может быть сметено какой-нибудь космической случайностью к чертям. Вернее вместе с чертями. А вот если бы масса частицы была бы иной, с нашей Вселенной было бы все в порядке. Такого мнения, например, придерживается Стивен Хокинг в своей книге. Он предостерегает ученых, что подобные эксперименты могут вызвать (нет, не сатану), а миниатюрную «черную дыру», которая впрочем, поглотит планету Землю. Против CERN был подан даже иск в Европейский суд по правам человека немецким профессором Отто Реслером с требованием прекратить темные эксперименты. Но представители CERN уверили судью и общественность, что даже если черная дыра образуется, то ее существование продлится менее одной тысячной секунды. А за это время она вроде бы не должна успеть расправиться со всем сущным.
Исследования ученых совершенствуют многочисленные сферы жизни человека. Технологии, разработанные для физики частиц, находят применение в медицине: ускорители, детекторы и методы обработки данных используются в диагностике и терапии, в том числе в онкологии. С использованием детектора частиц можно изучать предмет изнутри, не открывая его. С помощью спутников сотрудники CERN анализируют тысячи картинок до и после землетрясения, чтобы дать больше информации тем, кто изучает природные явления. Это всего лишь несколько примеров того, как открытия в ядерной физике дают идеи для инновационных технологий, используемых человеком в самых разных сферах.
Правда, иногда, заглядевшись на электроны и протоны, улетев мыслями в черные дыры, ученые не задумываются о простых вещах. Накануне моего визита, лесной хорек попробовал перегрызть провода электрического высоковольтного трансформатора БАКа, находящегося на поверхности, устроив короткое замыкание. Получив удар током в 66 кВ, животное, мягко говоря, сильно пострадало. Если не думать о том, что его разнесло на атомы.
«К сожалению, у БАКа была не очень хорошая неделя» — резюмировал инцидент глава пресс-службы CERN Арно Марсолье. Но ведь и у хорька не сложилась неделя. Хочется верить, что он погиб во имя науки и антиматерии, над которой сейчас бьются умы в CERN.
Узнать секреты Вселенной может любой желающий и совершенно бесплатно. Главное правило — заранее записаться на экскурсию на сайте CERN www.home.cern. Во время тура по CERN туристам рассказывают об истории CERN и о создании <ольшого адронного коллайдера. После экскурсии нужно спуститься в музей MICROCOSM, где можно расспросить виртуальных сотрудников центра об их работе в CERN, а затем заглянуть в павильон «Глобус», что находится через дорогу от главного входа. Экскурсии проводятся на французском и английском языках.
Из центра Женевы удобнее всего ехать на трамвае №18 до конечной остановки. Обратно от CERN до вокзала Genève Cornavin путь занимает около 25 минут.
Photo: CERN, если не указано иное.
Направления 
Личный опыт 
Travel репортаж 
Достопримечательности 
Рейтинги Top Orange 
Orange Spa 
Отели 
Дневники Orange Diaries 
Путеводители