Hva vil skje hvis Large Hadron Collider eksploderer? Selv forskere er imot det: hvorfor er Large Hadron Collider farlig?

Den største installasjonen for fysiske eksperimenter i menneskehetens historie, Large Hadron Collider, som ligger i en 28 kilometer lang underjordisk ring i Frankrike og Sveits, fortsetter å forårsake motstridende rykter. Noen forventer av hennes mirakuløse tidsreiser, andre - oppdagelsen av en partikkel av Gud som mangler i bildet av strukturen til den fysiske verden, andre - alvorlige konsekvenser simuleringer av Big Bang som kan ødelegge planeten vår.

Diskusjonstrailer.

Hva er essensen av eksperimentene som utføres ved kollideren, og kan de virkelig utgjøre en fare for hele menneskeheten? Er betydningen av en fysisk oppdagelse sammenlignbar med risikoen for en planetarisk skala, selv om den er akseptabel med en ubetydelig sannsynlighet?

I debattprogrammet «Angle of Suspicion» diskuteres problemet av direktøren for Scientific and Educational Center for Particle and High Energy Physics, en professor ved BSU og en uavhengig forsker, filosof, forfatter av teorien «On a new theory of universets opprinnelse og farene ved ekstreme eksperimenter med materie."

Full versjon diskusjoner.

Merk følgende! Du har deaktivert JavaScript, nettleseren din støtter ikke HTML5, eller så har du det gammel versjon Adobe Flash Player.

Merk følgende! Du har deaktivert JavaScript, nettleseren din støtter ikke HTML5, eller du har en eldre versjon av Adobe Flash Player installert.

Nikolai Maksimovich, hvilke eksperimenter ble mulig med ankomsten av kollideren?
En kolliderer er et mikroskop (dette er en nesten bokstavelig analogi). Et mikroskop er nødvendig for å se på ting som ikke er synlige for det blotte øye. En partikkelakselerator er nødvendig for å bruke den til å undersøke finere detaljer i materiens dybder og studere dem. Før konstruksjonen av Large Hadron Collider nådde fysikere ved hjelp av Tevatron en avstand på 10-18 m, det vil si 10-16 cm. Dimensjonene til et atom er 10-10 m, størrelsen på en atomkjernen er 10-15 cm. Det vil si at fysikere så på materie flere størrelsesordener dypere . Large Hadron Collider gjorde det mulig å gå enda lenger ned i materiens dybder og finne ut hvordan den er bygget opp, hvilke nye partikler som genereres ved slike avstander og tidsintervaller, og hvordan naturens grunnleggende samhandling oppfører seg. Alt dette vil tillate oss å se noen nye fenomener.

Så vidt jeg vet, observerer ikke eksperimenter med kollideren bare naturen slik den er. Det settes i gang enkelte prosesser som ikke forekommer i naturen eller som er vanskelige å observere når de skjer naturlig. Tross alt produserer et eksperiment noe med materie, og observerer det ikke bare. Kan du avklare dette punktet?
Basert på påviste, generelt aksepterte teorier som ikke har en eneste feil, ikke et eneste motstridende faktum, forutsier vi hvilken informasjon vi vil få fra å utføre disse eksperimentene. Selvfølgelig kan det komme nye partikler, nye interaksjonsegenskaper. Men siden det ikke er et eneste eksperiment som motsier relativitetsteorien og kvantefeltteorien, som beskriver grunnleggende interaksjoner, bør våre spådommer begrunnes.

Men samtidig var opinionen opphisset helt fra begynnelsen. Noen fysikere har kommet med uttalelser om at det er umulig å sikre fullstendig kontroll over driften av kollideren. Det vil si at ingen kan garantere fullstendig sikkerhet. Dette er sant?
Jeg kjenner ikke slike fysikere. De sier dette på grunn av mangel på informasjon.

Den første som reiste dette spørsmålet var den amerikanske fysikeren Loren Wagner, som studerte kosmiske stråler og også jobbet i strålesikkerhetstjenesten. Det var også den ukrainske fysikeren Ivan Gorelik, kjemiprofessor Otto Ressler, og du kan fortsatt finne mange navn som med rimelighet reiser spørsmålet om eksperimentenes uforutsigbarhet.

Da de første pressekonferansene fant sted like før lanseringen, uttrykte arrangørene stolthet over at det for første gang i vitenskapens historie ble utført eksperimenter som i prinsippet var uforutsigbare. De sa at de ville gjøre oppdagelser de ikke engang visste om og overvinne barrieren som grunnleggende fysikk står overfor i dag. Teoretisk fysikk er i krise, og Big Bang-teorien er et av begrepene som ikke svarer på mange spørsmål og som fører til en blindvei.

Kan du gi uttrykk for de uløste spørsmålene til Big Bang-teorien?
Hvis Big Bang skjedde og universet begynte med det, hvordan kunne det da være mulig å oppnå årsaksløsheten til denne eksplosjonen i en tom tilstand? Eksplosjonen i seg selv er i strid med fysikkens kjente lover (slike grunnleggende lover som loven om bevaring av materie og energi, termodynamikkens lov). Slik ble universet til: fra ingensteds, på et tomt, årsakløst sted.

Dette høres uprofesjonelt ut og har absolutt ingen sammenheng med hva fysisk teori forklarer og hva vi nå observerer. Vi kjenner ikke helt modellen for begynnelsen av universet vårt, dens fase og hva som vil skje med det neste. Kanskje universet pulserer, komprimert til et punkt og deretter løsnet. Men man kan ikke forestille seg at det var et tomrom der noe oppsto fra ingenting.

Fysikere sier ærlig at de ikke vet årsaken til at Big Bang skjedde, men det er absolutt ingen konkurrerende teorier som vil bli bekreftet av observasjonsfakta. Jeg mener den kosmiske mikrobølgebakgrunnsstrålingen, Hubbles lov (utvidelse av galakser), og nå også den akselererte ekspansjonen av universet vårt. Vi kom til begrepet mørk materie og mørk energi, som utgjør 96% av massen til universet vårt. Big Bang-teorien er den mest pålitelige modellen, og jeg kjenner ingen andre modeller som kan konkurrere med den med en slik grad av observasjonsvaliditet.

Først forklarte hun noe, men da de begynte å finne ut av det, viste det seg at bare 5 % av materien følger av denne teorien. Så, helt ubevist, ble nye enheter introdusert - mørk materie og mørk energi.

I følge Newtons andre lov er akselerasjon umulig uten kraft. Kraft er relatert til energi, som betyr at universet kan utvides med akselerasjon på grunn av energi. Vi sammenligner denne energien, som vi ser, men som vi fortsatt ikke vet noe om, med en parameter som kan brukes til å bestemme akselerasjon. Og vi sier at den utgjør omtrent 74% av universets masse. Ytterligere 22 % anslås å være mørk materie. Dette er ukjente nøytrale (uladede) partikler. En av dem kan være Higgs-bosonet, som vil bli oppdaget som et resultat av eksperimenter med kollideren.

Det er andre teorier som forklarer det Big Bang-teorien ikke forklarer. Og de gjør dette uten å introdusere ubeviselige postulater i form av mørk materie.

Hvilken teori er et alternativ til Big Bang-teorien?
Det er to syn på universets opprinnelse. I følge en versjon stammet den fra det minste punktet som et resultat av Big Bang. Selv nobelprisvinnere gir lite flatterende vurderinger av denne teorien. Ifølge en annen oppsto materie i universet ikke fra en eksplosjon, men fra et vakuum. Denne teorien løser alle problemer, innenfor rammen av alle fysikkens lover, uten å involvere flere enheter.

Folk står fritt til å finne opp hypoteser, det er deres natur. Nobelpriser i fysikk, spesielt de siste tiårene, har blitt mottatt nettopp for å bekrefte Big Bang-teorien. Det vanskeligste spørsmålet i fysikk er "hvorfor?" Først svarer fysikere på spørsmålene "hva?" og "hvordan?", og spørsmålene "hvorfor?" avgjøres senere.

En kolliderer kan hjelpe med å svare på spørsmålet "hvorfor"?
Utvilsomt. Hvorfor er ladningene til elektroner og protoner like store? Dette er et naturmysterium.

Hvor farlig er kollideren basert på din teori?
Hvis vi antar at verden har dukket opp fra tomrommet som føder partikler, kan vi indusere prosessen med tilintetgjørelse.

Dette er absolutt ubegrunnede spekulasjoner.

Var det noen eksempler i kolliderens arbeid som i det minste på en eller annen måte kunne bekrefte disse spekulasjonene? Har det skjedd noen ukontrollerbare prosesser?
Selvfølgelig ikke! I 2008 forlot direktøren for CERN sin stilling og ønsket at kollideren skulle skytes opp under ham. Derfor var alle litt forhastede og sjekket ikke de grunnleggende tingene - forbindelsene til ledningene til tankene med flytende helium. Da de begynte å heve spenningen og øke effekten, økte strømmen, og en kontakt smeltet. Dråper av smeltet metall brant et hull i den flytende heliumtanken, og naturlig nok eksploderte den. Det var alt som skjedde. Etter halvannet år var alt ryddet ut og full sikkerhet ivaretatt. Denne maskinen er nå mer pålitelig enn alle atomkraftverk og romskip.

På grunn av dette gikk ikke prosessene i en eller annen ukontrollerbar retning?
En tank med flytende helium eksploderte, sjokkbølgen var 320 m, demperne ble automatisk forlenget, og beskyttelsessystemet ble aktivert.

Faren for kollideren ligger ikke i tekniske feil, men i fenomenets uforutsigbarhet. For første gang er det ferdigstilt eksperimentelle installasjoner som påvirker materiepartikler en størrelsesorden høyere enn under eksplosjonen av en termonukleær bombe! Det er mulig å generere en prosess som vil forårsake utslettelse av planetens materie. Nikolai Maksimovich sa at kollideren er mer pålitelig enn et atomkraftverk. Men i Fukushima var årsaken den menneskelige faktoren: det var nødvendig å ta hensyn til muligheten for en tsunami.

Har det vært eksperimenter på utslettelse av materie? Ble denne prosessen utført i liten, kontrollert skala?
Tevatron-akseleratoren i USA er en akselerator av protoner og antiprotoner. De kolliderer og tilintetgjør fordi de er en partikkel og en antipartikkel.

Men samtidig er det ingen endring i saken rundt, en kjedereaksjon?
Nei, dette er en vanlig kjernefysisk reaksjon av kollisjon av elementærpartikler.

CERN kunngjorde nylig oppdagelsen av en partikkel som ligner Higgs-bosonet, som ble spådd av Peter Higgs i 1964. Hvordan kan denne oppdagelsen påvirke tilstanden til moderne fysisk teori? Kan det være risikabelt å jobbe med denne partikkelen?
Jeg svarer på det siste spørsmålet med en gang - nei, selvfølgelig. Dette er viktig fordi vi ikke visste hvor massen kom fra. Grunnlaget for teorien som beskriver den grunnleggende interaksjonen mellom partikler er prinsippet om symmetri. Først ser det ut til at partiklene ikke har noen masse, men i virkeligheten er de massive. Derfor ble teorien om spontan symmetribryting av en lik og masseløs partikkel oppfunnet. Forskere beskyldte fremveksten av masse på et ekstra skalarfelt og på Higgs-partikkelen som et kvantum av dette feltet.

Det antas at dette feltet gjennomsyrer hele universet. Å overvinne det med i utgangspunktet masseløse partikler gir dem masse. Jo større overvinnelse av Higgs-feltet er, jo større er massen av partikler. Opprinnelsen til selve massen er fortsatt uforklarlig: det er fortsatt vanskelig å forstå hvor den kommer fra i selve Higgs-bosonet. Oppdagelsen av bosonet er et faktum av enorm betydning som vil forklare opprinnelsen til massen, hovedkarakteristikken for alt i universet.

For halvannet århundre siden forklarte den berømte østerrikske fysikeren og filosofen Ernst Mach masseeffekten klarere enn CERN med dens boson og kolliderer. "Hver partikkel har en eller annen form for felt. En samling partikler danner legemer som har en form for felt. En samling legemer, utsender stjerner, galakser har også sine egne elektromagnetiske, energi-, gravitasjonsfelter, som danner universets totale felt. . I den, hver partikkel som har sitt eget felt, interagerer med materie i universet, bremser ned, akselererer."

Vakre ord uten en eneste formel eller matematisk utsagn.

Er det ikke morsommere å si at det er en partikkel som er ansvarlig for massen av alt i universet?

I hjertet av alt som eksisterer er noen få partikler. Det som omgir oss er faktisk to kvarker, et elektron, et elektron og et ioneøytrino. Bosoner får de navngitte partiklene til å samhandle. Alle andre partikler er født i eksperimenter, partikkelkollisjoner og kosmiske strålekollisjoner. Teorien som forklarer en så enkel struktur i verden er måleteorien om grunnleggende interaksjoner. Men du må betale for denne skjønnheten ved at alle partiklene viser seg å være masseløse. Den eneste matematisk forsvarlige og fysisk støttede forklaringen er mekanismen for spontan brudd på målesymmetri, som fører til eksistensen av Higgs-bosonet.

Ordet "felt" passer ikke moderne fysikk?
Enhver partikkel tilsvarer et felt ved hjelp av hvilket samspillet mellom partikler beskrives.

Du refererer til en ny enhet som er introdusert ved ubevist postulasjon. Kvarker er en uprøvd idé, den er bygget på ren matematisk abstraksjon: Hvis vi tillater brøkladninger, vil protoner og nøytroner summere seg.

Dette har blitt etablert eksperimentelt av en rekke ugjendrivelige fakta. Effektene forårsaket av kvarker kan ikke forklares med noe annet. Vi kan ikke registrere en fri kvark, vi ser bare dens spor, stråler av sekundære partikler. Folk kan ikke forsone seg med dette, men dette er realiteten. Einstein avviste kvantemekanikk en gang fordi han sa at Gud ikke spiller terninger. Men ingen kansellerte kvantemekanikken på grunn av dette, og alle skjønte at det ikke er klart. Hvem kan forestille seg at en partikkel også er en bølge? Slike prosesser vil aldri være synlige, men det betyr ikke at de ikke eksisterer.

Men det betyr ikke at det er det. Dette er en uprøvd antagelse.

Har Machs posisjon blitt bevist på noen måte?
Alle har et sinn, en person kan analysere og trekke sine egne konklusjoner.

Det samme gjøres her. Av en eller annen grunn kalles Higgs-bosonet for gudspartikkelen. Hvorfor er det slik?
Det er forskjellige meninger. Nobelprisvinner Leon Lederman sa at Higgs-bosonet er en gudspartikkel. Men oversettelsen viste seg å være unøyaktig. Det virker for meg som om bosonen i overført betydning kan kalles en partikkel av Gud, fordi den skiller seg fra alle andre partikler ved at den samhandler veldig svakt med andre partikler. Bare takket være den rekordhøye energien og tettheten til strålene, ble bare 8 hendelser med Higgs-bosonet oppdaget. Statistikken er fortsatt liten, men eksperimenter vil fortsette, og det vil være hundrevis og tusenvis av hendelser. Dette er et ekstremt sjeldent fenomen som gir massen av alt som eksisterer, så i overført betydning kan det kalles en partikkel av Gud.

Hva er forsøksledernes umiddelbare planer? Vil kraften øke eller vil allerede oppdagede partikler bli studert mer detaljert?
Dette er bare begynnelsen; egenskapene til denne partikkelen gjenstår å fastslå. Vi må fastslå - er dette standardmodellen Higgs boson eller noe annet? De vil snakke om nye fenomener som går utover standardmodellen. Collideren er planlagt stengt i mars 2013, og vil bli oppgradert innen 1 år og 8 måneder. Kollideren vil komme ut med en energi på 14 TeV i sentersystemet og med en økt lysstyrke på 1034. Deretter er kollideren planlagt stanset i 2018 i halvannet år, og lysstyrken skal dobles. Hvis ingeniørene innen den tiden løser noen problemer, vil det være 5 ganger. Det er planlagt å samle inn statistikk, søke etter nye og klargjøre allerede kjente fenomener, ulike parametere for å gjøre standardmodellen mer nøyaktig. Driften av akseleratoren og installasjonene er planlagt frem til 2030.

Historien om etableringen av akseleratoren, som vi i dag kjenner som Large Hadron Collider, går tilbake til 2007. Opprinnelig begynte kronologien til akseleratorer med syklotronen. Enheten var en liten enhet som lett fikk plass på bordet. Så begynte historien til akseleratorer å utvikle seg raskt. Synkrofasotron og synkrotron dukket opp.

I historien var kanskje den mest interessante perioden perioden fra 1956 til 1957. I de dager lå ikke sovjetisk vitenskap, spesielt fysikk, bak sine utenlandske brødre. Ved å bruke mange års erfaring gjorde en sovjetisk fysiker ved navn Vladimir Veksler et gjennombrudd innen vitenskapen. Han skapte den kraftigste synkrofasotronen på den tiden. Driftseffekten var 10 gigaelektronvolt (10 milliarder elektronvolt). Etter denne oppdagelsen ble det laget seriøse prøver av akseleratorer: den store elektron-positronkollideren, den sveitsiske akseleratoren, i Tyskland, USA. De hadde alle ett felles mål - studiet av de grunnleggende partiklene til kvarker.

Large Hadron Collider ble opprettet først og fremst takket være innsatsen til en italiensk fysiker. Han heter Carlo Rubbia, nobelprisvinner. I løpet av sin karriere jobbet Rubbia som direktør i European Organization for Nuclear Research. Det ble besluttet å bygge og lansere en hadronkollider på stedet for forskningssenteret.

Hvor er hadronkollideren?

Kollideren ligger på grensen mellom Sveits og Frankrike. Omkretsen er 27 kilometer, og det er derfor den kalles stor. Akseleratorringen går dypt fra 50 til 175 meter. Kollideren har 1232 magneter. De er superledende, noe som betyr at det maksimale feltet for akselerasjon kan genereres fra dem, siden det praktisk talt ikke er noe energiforbruk i slike magneter. Totalvekten av hver magnet er 3,5 tonn med en lengde på 14,3 meter.

Som enhver fysisk gjenstand genererer Large Hadron Collider varme. Derfor må den hele tiden avkjøles. For å oppnå dette holdes temperaturen på 1,7 K ved bruk av 12 millioner liter flytende nitrogen. I tillegg brukes 700 tusen liter til kjøling, og viktigst av alt brukes et trykk som er ti ganger lavere enn normalt atmosfærisk trykk.

En temperatur på 1,7 K på Celsius-skalaen er -271 grader. Denne temperaturen er nesten nær det som kalles minimumsgrensen som en fysisk kropp kan ha.

Innsiden av tunnelen er ikke mindre interessant. Det finnes niob-titan kabler med superledende egenskaper. Lengden deres er 7600 kilometer. Totalvekten på kablene er 1200 tonn. Innsiden av kabelen er en vev av 6300 ledninger med en total avstand på 1,5 milliarder kilometer. Denne lengden er lik 10 astronomiske enheter. Tilsvarer for eksempel 10 slike enheter.

Hvis vi snakker om dens geografiske plassering, kan vi si at ringene til kollideren ligger mellom byene Saint-Genis og Forney-Voltaire, som ligger på den franske siden, samt Meyrin og Vessourat - på den sveitsiske siden. En liten ring kalt PS løper langs kanten på kanten.

Meningen med tilværelsen

For å svare på spørsmålet "hva er en hadronkollider for", må du henvende deg til forskere. Mange forskere sier at dette er den største oppfinnelsen i hele vitenskapens historie, og at uten den har vitenskapen slik vi kjenner den i dag rett og slett ingen mening. Eksistensen og lanseringen av Large Hadron Collider er interessant fordi når partikler kolliderer i hadronkollideren, oppstår en eksplosjon. Alle de minste partiklene spres i forskjellige retninger. Det dannes nye partikler som kan forklare eksistensen og betydningen av mange ting.

Det første forskerne prøvde å finne i disse havarerte partiklene var en teoretisk forutsagt elementærpartikkel av fysikeren Peter Higgs, kalt Denne fantastiske partikkelen er en bærer av informasjon, antas det. Det kalles også ofte «Guds partikkel». Oppdagelsen ville bringe forskere nærmere forståelsen av universet. Det skal bemerkes at i 2012, 4. juli, hjalp hadronkollideren (oppskytingen var delvis vellykket) med å oppdage en lignende partikkel. I dag prøver forskere å studere det mer detaljert.

Hvor lenge...

Selvfølgelig oppstår spørsmålet umiddelbart: hvorfor har forskere studert disse partiklene så lenge? Hvis du har en enhet, kan du kjøre den og ta mer og mer data hver gang. Faktum er at drift av en hadronkollider er et kostbart forslag. En lansering koster en stor mengde. For eksempel er det årlige energiforbruket 800 millioner kWh. Denne mengden energi forbrukes av en by med en befolkning på rundt 100 tusen mennesker, etter gjennomsnittlige standarder. Og det inkluderer ikke vedlikeholdskostnader. En annen grunn er at ved hadronkollideren er eksplosjonen som oppstår når protoner kolliderer assosiert med å motta en stor mengde data: datamaskiner leser så mye informasjon at det tar mye tid å behandle. Selv om kraften til datamaskiner som mottar informasjon er stor selv etter dagens standarder.

Den neste grunnen er ikke mindre kjent: Forskere som jobber med kollideren i denne retningen er sikre på at det synlige spekteret til hele universet bare er 4%. Det antas at de gjenværende er mørk materie og mørk energi. De prøver å bevise eksperimentelt at denne teorien er riktig.

Hadron Collider: for eller imot

Den fremsatte teorien om mørk materie har sådd tvil om sikkerheten til hadronkollideren. Spørsmålet dukket opp: "Hadron-kollideren: for eller imot?" Han bekymret mange forskere. Alle de store sinnene i verden er delt inn i to kategorier. "Motstandere" fremmer en interessant teori om at hvis slik materie eksisterer, må den ha en partikkel som er motsatt. Og når partikler kolliderer i akseleratoren, dukker det opp en mørk del. Det var en risiko for at den mørke delen og den delen vi ser ville kollidere. Da kan dette føre til hele universets død. Etter den første lanseringen av Hadron Collider ble imidlertid denne teorien delvis knust.

Neste i betydning kommer eksplosjonen av universet, eller rettere sagt, fødselen. Det antas at under en kollisjon er det mulig å observere hvordan universet oppførte seg i de første sekundene av dets eksistens. Slik det så ut etter Big Bang oppstod. Det antas at prosessen med partikkelkollisjoner er veldig lik den som skjedde helt i begynnelsen av universet.

En annen like fantastisk idé som forskere tester ut, er eksotiske modeller. Det virker utrolig, men det er en teori som antyder at det finnes andre dimensjoner og universer med mennesker som ligner oss. Og merkelig nok kan gasspedalen hjelpe her også.

Enkelt sagt er formålet med akseleratoren å forstå hva universet er, hvordan det ble skapt, og å bevise eller motbevise alle eksisterende teorier om partikler og relaterte fenomener. Selvfølgelig vil dette ta år, men med hver lansering dukker det opp nye funn som revolusjonerer vitenskapens verden.

Fakta om gasspedalen

Alle vet at en akselerator akselererer partikler til 99 % av lysets hastighet, men det er ikke mange som vet at prosentandelen er 99,9999991 % av lysets hastighet. Denne fantastiske figuren gir mening takket være den perfekte designen og kraftige akselerasjonsmagneter. Det er også noen mindre kjente fakta å merke seg.

De omtrent 100 millioner datastrømmene som kommer fra hver av de to hoveddetektorene kan fylle mer enn 100 000 CD-ROM-er i løpet av sekunder. På bare én måned ville antallet skiver nå en slik høyde at hvis de ble stablet, ville de være nok til å nå Månen. Derfor ble det besluttet å samle inn ikke alle dataene som kommer fra detektorene, men kun de som skal tillates brukt av datainnsamlingssystemet, som faktisk fungerer som et filter for de mottatte dataene. Det ble besluttet å registrere bare 100 hendelser som skjedde i øyeblikket av eksplosjonen. Disse hendelsene vil bli registrert i arkivet til datasenteret Large Hadron Collider, som ligger i European Laboratory for Particle Physics, som også er stedet for akseleratoren. Det som vil bli registrert vil ikke være de hendelsene som ble registrert, men de som er av størst interesse for det vitenskapelige samfunnet.

Etterbehandling

Når det er registrert, vil hundrevis av kilobyte med data bli behandlet. Til dette formålet brukes mer enn to tusen datamaskiner plassert ved CERN. Oppgaven til disse datamaskinene er å behandle primærdata og danne en database fra den som vil være praktisk for videre analyse. Deretter vil den genererte dataflyten sendes til GRID-datanettverket. Dette Internett-nettverket forener tusenvis av datamaskiner plassert i forskjellige institutter rundt om i verden og forbinder mer enn hundre store sentre på tre kontinenter. Alle slike sentre er koblet til CERN ved hjelp av optisk fiber - for topphastighet Data overføring.

Når vi snakker om fakta, må vi også nevne de fysiske indikatorene til strukturen. Akseleratortunnelen avvikes med 1,4 % fra horisontalplanet. Dette ble først og fremst gjort for å plassere det meste av akseleratortunnelen i en monolitisk bergart. Dermed er plasseringsdybden på motsatte sider forskjellig. Hvis vi teller fra siden av innsjøen, som ligger nær Genève, vil dybden være 50 meter. Den motsatte delen har en dybde på 175 meter.

Det interessante er at månefasene påvirker akseleratoren. Det ser ut til hvordan et så fjernt objekt kan påvirke på en slik avstand. Det har imidlertid blitt observert at under fullmåne, når tidevannet oppstår, stiger landet i Genève-området med så mye som 25 centimeter. Dette påvirker lengden på kollideren. Lengden øker dermed med 1 millimeter, og stråleenergien endres også med 0,02 %. Siden stråleenergien må kontrolleres ned til 0,002 %, må forskerne ta hensyn til dette fenomenet.

Det er også interessant at kollidertunnelen har form som en åttekant, og ikke en sirkel, som mange forestiller seg. Hjørner er laget av korte seksjoner. De inneholder installerte detektorer, samt et system som kontrollerer strålen til akselererende partikler.

Struktur

Hadron Collider, hvis lansering involverer mange deler og mye spenning blant forskere, er en fantastisk enhet. Hele akseleratoren består av to ringer. Den lille ringen kalles Proton Synchrotron eller, for å bruke dens forkortelser, PS. Den store ringen er Super Proton Synchrotron, eller SPS. Sammen lar de to ringene delene akselerere til 99,9 % av lysets hastighet. Samtidig øker kollideren også energien til protoner, og øker deres totale energi med 16 ganger. Det lar også partikler kollidere med hverandre omtrent 30 millioner ganger/s. innen 10 timer. De 4 hoveddetektorene produserer minst 100 terabyte med digitale data per sekund. Innhenting av data bestemmes av individuelle faktorer. For eksempel kan de oppdage elementærpartikler som har negativ elektrisk ladning og også har halvspinn. Siden disse partiklene er ustabile, er deres direkte deteksjon umulig; det er bare mulig å oppdage energien deres, som vil bli sendt ut i en viss vinkel til stråleaksen. Dette stadiet kalles det første lanseringsnivået. Dette stadiet overvåkes av mer enn 100 spesielle databehandlingstavler, som har innebygd implementeringslogikk. Denne delen av arbeidet er preget av det faktum at i løpet av datainnsamlingsperioden velges mer enn 100 tusen blokker med data per sekund. Disse dataene vil deretter bli brukt til analyse, som skjer ved hjelp av en mekanisme på høyere nivå.

Systemer på neste nivå mottar tvert imot informasjon fra alle detektortråder. Detektorprogramvaren kjører på et nettverk. Der vil den bruke et stort antall datamaskiner til å behandle påfølgende blokker med data, gjennomsnittlig tid mellom blokkene er 10 mikrosekunder. Programmer må lage partikkelmerker som tilsvarer de opprinnelige punktene. Resultatet vil være et generert sett med data bestående av impuls, energi, bane og andre som oppsto under en hendelse.

Akselerator deler

Hele akseleratoren kan deles inn i 5 hoveddeler:

1) Elektron-positron-kolliderakselerator. Delen består av ca. 7 tusen magneter med superledende egenskaper. Med deres hjelp blir strålen rettet gjennom en sirkulær tunnel. De konsentrerer også strålen til en strøm, hvis bredde reduseres til bredden av ett hår.

2) Kompakt myon-solenoid. Dette er en detektor for generell bruk. En slik detektor brukes til å søke etter nye fenomener og for eksempel til å søke etter Higgs-partikler.

3) LHCb-detektor. Betydningen av denne enheten er å søke etter kvarker og deres motsatte partikler - antikvarker.

4) Toroidal installasjon ATLAS. Denne detektoren er designet for å oppdage myoner.

5) Alice. Denne detektoren fanger opp blyionkollisjoner og proton-protonkollisjoner.

Problemer ved oppskyting av Hadron Collider

Til tross for at tilstedeværelsen av høyteknologi eliminerer muligheten for feil, er alt i praksis annerledes. Under monteringen av akseleratoren oppsto forsinkelser og feil. Det må sies at denne situasjonen ikke var uventet. Enheten inneholder så mange nyanser og krever en slik presisjon at forskerne forventet lignende resultater. For eksempel var et av problemene forskerne møtte under oppskytningen feilen i magneten som fokuserte protonstrålene rett før kollisjonen. Denne alvorlige ulykken ble forårsaket av ødeleggelsen av en del av festet på grunn av tap av superledning fra magneten.

Dette problemet oppsto i 2007. På grunn av dette ble oppskytningen av kollideren utsatt flere ganger, og først i juni fant oppskytingen sted; nesten et år senere ble kollideren lansert.

Den siste lanseringen av kollideren var vellykket, og samlet inn mange terabyte med data.

Hadron Collider, som ble lansert 5. april 2015, fungerer vellykket. I løpet av en måned vil bjelkene bli drevet rundt ringen, noe som gradvis øker kraften. Det er ingen hensikt med studien som sådan. Strålekollisjonsenergien vil økes. Verdien heves fra 7 TeV til 13 TeV. En slik økning vil tillate oss å se nye muligheter ved partikkelkollisjoner.

I 2013 og 2014 seriøse tekniske inspeksjoner av tunneler, akseleratorer, detektorer og annet utstyr fant sted. Resultatet ble 18 bipolare magneter med superledende funksjon. Det er verdt å merke seg at Total det er 1232 av dem. De resterende magnetene gikk imidlertid ikke ubemerket hen. I resten ble kjølebeskyttelsessystemene skiftet ut og det ble installert forbedrede. Det magnetiske kjølesystemet er også forbedret. Dette gjør at de kan holde seg ved lave temperaturer med maksimal effekt.

Hvis alt går bra, vil neste lansering av akseleratoren finne sted først om tre år. Etter denne perioden er det planlagt arbeid med å forbedre og teknisk inspisere kollideren.

Det skal bemerkes at reparasjoner koster en pen krone, uten å ta hensyn til kostnadene. Hadron Collider har per 2010 en prislapp på 7,5 milliarder euro. Dette tallet setter hele prosjektet på førsteplass på listen over de dyreste prosjektene i vitenskapens historie.

En av de største bekymringene er opprettelsen av et såkalt "svart hull" av kollideren. Som kjent er et sort hull et område i rom-tid, hvis gravitasjonstiltrekning er så sterk at selv objekter som beveger seg med lysets hastighet, inkludert lysets kvanta, ikke kan forlate det. Grensen til denne regionen kalles hendelseshorisonten, og dens karakteristiske størrelse kalles gravitasjonsradius.

Så hva ville skje hvis hadronkollideren skapte et mikroskopisk svart hull? Det er en oppfatning at hele planeten Jorden vil falle ned i dette hullet, for deg og meg betyr dette slutten på alt. I dag er det generelt akseptert at denne frykten er grunnløs. For det første kom hovedkritikken før den første lanseringen av kollideren i 2008. Det fungerte, men jorden er fortsatt på plass. For det andre, ifølge Stephen Hawking, spiser et svart hull materie, men spyr ut "Hawking-stråling" når det gradvis krymper.

Siden kollideren bare kan skape et mikroskopisk sort hull, vil den "øyeblikkelig" (10^-27 sekunder) selvdestruere før den kan konsumere oss.

Høyenergiske "merkelige dråper"

Det er et morsomt begrep, men vi ler egentlig ikke. Strapelka ("merkelig dråpe"), strangelet (fra engelsk strangelet - merkelig + dråpe) er et hypotetisk objekt som består av "rar materie", enten dannet av hadroner som inneholder "rare" kvarker, eller kvarkstoff som ikke er delt inn i individuelle hadroner med ca. samme innhold av rare, opp og ned kvarker. Merkelig materie anses i kosmologi som en kandidat for rollen som "mørk materie". Den russiskspråklige versjonen av begrepet "rem" ble foreslått i 2005 av Sergei Popov.

Hvorfor er stropper farlige? Det er ikke for ingenting at de kalles drepende dråper: ifølge forskere kan stroppene påvirke materien vi er vant til, og dermed ødelegge jorden umiddelbart. Men så langt har ingen sett disse stroppene, og ingen har ennå klart å syntetisere dem.

Magnetisk monopol

Som vi vet har en magnet to poler. Spise gammel idé, at det kan være et magnetfelt med én pol, eller rettere sagt, skape en partikkel kalt en "magnetisk monopol". Men dette har aldri blitt bekreftet på noen måte. Forskere slår imidlertid alarm her også: hva om Large Hadron Collider lager en slik partikkel? Ja, han kunne lage en slik partikkel, men for å ødelegge verden måtte den være enorm, og kollideren er for liten til dette.

CERN fullfører forberedelsene til oppskytningen. Lenge trodde man at eksperimentet med kollideren var utrygt for menneskeheten: det kunne føre til utseendet av sorte hull og "stropper" som ville ødelegge alt som eksisterer. Den endelige sikkerhetsrapporten for prosjektet slår fast at kollideren ikke utgjør noen fare. Imidlertid er det mulig at ikke alle mulighetene for ødeleggelse av verden fra handlingen til denne maskinen har blitt beregnet.

Avkjøling av viklingene til superledende elektromagneter Stor Hadron Collider(LHC, Large Hadron Collider) ved European Centre for Nuclear Research (CERN) på grensen til Sveits og Frankrike nærmer seg ferdigstillelse. De fleste har allerede nådd en driftstemperatur på bare 2 grader over absolutt null (-271o C), og forskerne håper å begynne å akselerere de første partikkelstrålene allerede neste måned. Hvis alt går som planlagt, om høsten, vil stråler av protoner som beveger seg med omtrent 0,99999992, lysets hastighet begynne å kollidere. Antall kollisjoner vil gradvis øke, og nærme seg det planlagte nivået på milliarder av hendelser per sekund.

Den gledelige spenningen til forskere fordypet i forberedelsen av sannsynligvis den største vitenskapelig eksperiment i menneskehetens historie kan man forstå. Men for noen mennesker fortsetter sløvheten i påvente av lanseringen av LHC å resultere i mye frykt rundt historien om et forferdelig svart hull som vil oppstå på stedet for kollisjonen av partikler og, som vokser raskt, etter noen tiden vil sluke ikke bare Genève flyplass og Jurassic Mountains, men også hele planeten vår.

Dette er faktisk ikke det verste som kan skje. Fysikere har kommet opp med flere flere eskatologiske scenarier, inkludert transformasjonen av alle atomkjernene på planeten vår til det såkalte merkelige stoffet, ødeleggelsen av protoner av magnetiske monopoler, og til og med det raske fallet av den kjente strukturen til hele universet med utvidelsen av den "ekte" vakuumboblen skapt i akseleratoren.

Forfatterne av den "lette" sikkerhetsrapporten er LHC Safety Assessment Group: John Ellis, Gian Giudice, Michelangelo Mangano, Igor Tkachev. Sist fredag ​​presenterte en spesiell arbeidsgruppe opprettet for å vurdere virkeligheten av slike hendelser en «lett» sluttrapport, og mandag dukket det opp et fullskala arbeid som beskriver faren for sorte hull i arkivet med elektroniske forhåndstrykk.

Forskernes konklusjon: det er ingenting å være redd for. Jorden og universet vil sannsynligvis overleve. Hovedargumentet til teamet på fem fysikere gjentar til en viss grad den vanlige setningen "dette kan ikke være fordi det aldri kan skje." Bare nøyaktig det motsatte: profetiene til LHC-skeptikere kan ikke gå i oppfyllelse, fordi alle eksperimentene som fysikere håper å gjennomføre i dypet av ATLAS- og CMS-detektorene forekommer i naturen hele tiden, og hele LHC-programmet i den observerbare delen av Universet har allerede blitt gjentatt kvadrillioner av kvadrillioner ganger. Og ingenting, vi eksisterer fortsatt. Dessuten har verken fysikere i deres laboratorier eller astronomer som ser på de kosmiske avstandene ennå sett noen hendelser som kan tolkes som bevis på de antatte alvorlige konsekvensene av protonkollisjoner.

Faktum er at gigantiske energier etter standardene til jordiske akseleratorer, først 5 TeV, og deretter 7 TeV (teraelektronvolt), som det er planlagt å akselerere partikler til i den 27 kilometer lange ringen til en enorm akselerator, er ikke nye for universet . Faktisk krasjer partikler av denne og større energi hvert sekund inn i romdrakten til en astronaut som kommer ut av romfartøyet. Med samme frekvens ville de bombardere kroppene våre hvis jorden ikke hadde en atmosfære. Luftskallet redder oss delvis fra disse partiklene, og de kalles kosmiske stråler.

Derfor, inntil akseleratoren begynner å kollidere med protonstråler, er det absolutt ingenting å være redd for: vi har bare å gjøre med opplevelsen sekund for sekund til tilhengerne av Alexei Leonov, den første kosmonauten som gikk ut i verdensrommet. Når slike partikler kolliderer med et mål, slår de ut titalls og hundrevis av protoner fra det og ødelegger flere atomkjerner. Erfaringen til 74 år gamle Alexei Arkhipovich viser at det ikke er noe forferdelig for eksistensen av vår verden eller til og med for menneskers helse i slike hendelser.

Til høsten håper imidlertid CERN-forskere å begynne å bringe sammen stråler av ladede partikler som beveger seg i motsatte retninger og peke dem mot hverandre. Dette er mer alvorlig. Selv om hver av protonene som suser mot hverandre har energien til en mygg som flyr under taket, kan prosessene som skjer under deres interaksjon bare gjenskapes ved å sende et proton med en energi på titusenvis av TeV til et stasjonært mål. Faktum er at når du bruker et stasjonært mål, brukes hovedenergireserven til de innfallende partiklene på å opprettholde momentumet til fragmentene som spres etter sammenstøtet, og bare ynkelige smuler er igjen for deres interaksjon, noe som er mest interessant for fysikere.

Verdier av tusenvis av TeV vil neppe oppnås i overskuelig fremtid med terrestriske akseleratorer, og dette er grunnen til at kolliderende stråleakseleratorer har blitt så populære. Imidlertid er det nok av slike partikler i verdensrommet. Det er mye færre av dem enn "mygg" - omtrent 100 milliarder ganger, så det er usannsynlig at noen av astronautene kan oppleve et slikt slag. Men hele planeten vår er rystet av flere tusen slike kollisjoner per sekund, og i løpet av dens eksistens har det vært omtrent 1021 av dem. I løpet av hele operasjonsperioden til Genève-akseleratoren er det planlagt å gjenskape omtrent 1017-1018 påvirkninger som en del av LHC-eksperimentet; så uten noen deltakelse fra fysikere har dette eksperimentet allerede blitt gjentatt på jorden titusenvis av ganger.

Er stasjonære gjenstander farlige?

Det virker som det egentlig ikke er noe å være redd for. Forfatterne av den nåværende rapporten kom til disse konklusjonene, og bekreftet meningen til kollegene deres som presenterte resultatene av en uavhengig studie om samme emne i 2003. Men i virkeligheten er førsteinntrykket villedende. Det er stor forskjell på kosmiske stråler og partikkelkollisjoner i kolliderende stråler.

For det første er tettheten av hendelser i Sveits og Frankrike (detektorer er plassert på begge sider av grensen mellom de to landene) uforlignelig høyere. Hvis den gjennomsnittlige avstanden mellom lignende hendelser som skjer samtidig i jordens atmosfære er tusenvis av kilometer, måles tverrsnittet til de kolliderende strålene i centimeter. Dessuten, i tillegg til protoner, vil forskere også kollidere blykjerner med hverandre, som hver inneholder to hundre protoner og nøytroner, fullpakket med kjernefysisk tetthet. Og selv om kosmiske stråler sannsynligvis også inneholder tunge kjerner, er det mye færre av dem enn protoner og alfapartikler.

Hovedforskjellen er imidlertid ikke engang dette, det er i ekspansjonshastigheten til kollisjonsproduktene.

Forutsatt at nedslaget faktisk produserer svarte miniatyrhull eller dråper av dødelig merkelig materie, vil de, i henhold til loven om bevaring av momentum, bevege seg videre i stor hastighet og fly gjennom jorden på et øyeblikk. Hvis slike gjenstander vises i akseleratorer, vil hastigheten deres være lav: kolliderende stråler har nesten identiske hastigheter, som summerer seg til null. Dette betyr, sier pessimister, at når et sort hull dukker opp, vil det raskt falle til midten av planeten vår, og der vil det gradvis sluke kroppen sin og vokse ved å svelge flere og flere porsjoner. Til slutt vil ting nå overflaten.

Det er oppførselen til slike nesten stasjonære gjenstander og den ekstremt lave sannsynligheten for at de ser ut som det meste av den siste rapporten er viet til. Forskere, en etter en, analyserer i detalj mulige "dommedagsscenarier", og tar i betraktning selv de mest spekulative versjonene av fysiske teorier og den siste erfaringen med akseleratorer, og kommer til den konklusjon at ingenting truer oss tross alt.

Svarte hull vises ikke?

Når det gjelder sorte hull, er utseendet deres i LHC generelt et stort spørsmål. Hvis Einsteins generelle relativitetsteori er riktig (og det er ingen alvorlige eksperimentelle innvendinger mot den ennå), vil det ikke dannes sorte hull selv når blykjerner kolliderer. Årsaken er at tyngdekraften, som styrer bevegelsen til grandiose himmellegemer og bestemmer skjebnen til universet som helhet, er en veldig svak kraft på mikroskopiske avstander. Det er mange størrelsesordener dårligere enn de tre andre grunnleggende kreftene - både elektromagnetiske og to kjernefysiske interaksjoner, de såkalte svake og sterke. Men disse kreftene sørger ikke for dannelsen av noen sorte hull, og generelt er det ennå ikke spesielt mulig å "gifte" disse kreftene, beskrevet av kvanteteorien, med Einsteins gravitasjonsteori.

Men selv om et sort hull dukker opp, bør det umiddelbart forsvinne på grunn av kvanteeffekter. Et av de få vellykkede forsøkene på å forstå fenomenene i skjæringspunktet mellom kvantemekanikk og gravitasjon, utført av den berømte britiske teoretiske fysikeren Stephen Hawking, førte til fremveksten av konseptet "fordampning" av sorte hull. Virtuelle par av partikler og antipartikler, som i samsvar med kvantemekanikken kontinuerlig dukker opp i rommet og etter svært kort tid forsvinner ut i ingenting, bør noen ganger dannes ved grensen til et sort hull. I dette tilfellet kan partiklene til paret ikke utslette hverandre, og for en ekstern observatør i nærheten av hullet er noe "født" ut av ingenting; energi brukes på dette, og som beregninger viser, jo mindre sort hull, jo mer.

Det største sorte hullet som kan bli født i LHC har en energi som ikke er større enn den kombinerte energien til to kolliderende kjerner. Et slikt objekt, i samsvar med Hawkings teori, lever i en forbløffende kort tid - mindre enn 10-80 sekunder, hvor den ikke engang vil ha tid til å svelge noen annen partikkel, den vil ikke engang ha tid til å bevege seg.

Noen teorier forutsier imidlertid eksistensen i mikrokosmos av såkalte skjulte romlige dimensjoner i tillegg til de tre vi kjenner til – lengde, bredde og høyde. I slike tilfeller kan ikke bare gravitasjonskrefter på svært korte avstander bli mye sterkere enn forutsagt av klassisk gravitasjon, men selve mikroskopiske sorte hullene kan vise seg å være stabile.

Dette alternativet fungerer imidlertid heller ikke.

Her vendte forskere igjen oppmerksomheten mot romobjekter. Hvis stabile sorte hull kunne dannes og vokse, da når jorden eller solen ble bombardert av kosmiske stråler, ville disse hullene veldig raskt bli ladet, og tiltrekke seg protoner først, i stedet for elektroner, som beveger seg mye raskere ved samme temperatur. Et ladet sort hull, i motsetning til et nøytralt, samhandler mye mer aktivt med omgivende partikler, som raskt vil stoppe det.

Når man flyr gjennom solen, og enda mer gjennom supertette stjerner som hvite dverger eller nøytronstjerner, vil det sorte hullet bremse ned og forbli i stjernekroppen. Arrangementer, lignende emner, som er planlagt produsert ved LHC, skjedde så mange ganger i livet til hver stjerne at hvis sorte hull kunne dannes, ville de vokse raskt nok og ødelegge de himmellegemene vi kjenner til.

Nøyaktig hvordan disse gjenstandene vokser, avhenger av den spesifikke modellen av gravitasjonsteorien med "ekstra dimensjoner." Ved å analysere mange alternativer konsekvent og ta hensyn til alle tenkelige effekter, kommer forskere til den konklusjon at selv med de mest ekstreme forutsetninger, kan verken jorden eller hvite dverger eksistere på mer enn flere millioner år. Faktisk er de milliarder av år gamle, så det ser ikke ut til å danne seg mikroskopiske sorte hull i universet i det hele tatt.

Farenivået for stropper er ikke studert!

Et annet populært middel for ødeleggelse av vår verden under lanseringen av LHC er dråper av et merkelig stoff, eller "strapellets", som den russiske astronomen Sergei Popov forkynner. Et slikt stoff kalles merkelig ikke på grunn av dets oppførsel, men på grunn av tilstedeværelsen i sammensetningen av en betydelig blanding av såkalte rare kvarker ("smak"-er) i tillegg til opp og ned (u og d) kvarker som utgjør protonene og nøytronene som danner kjernene til alle vanlige atomer.

Små merkelige kjerner, der en partikkel som inneholder merkelige kvarker er lagt til nøytroner og protoner, har allerede blitt oppnådd i laboratorier. De er ikke stabile - de forfalt på milliarddeler av et sekund. Det har ennå ikke vært mulig å få tak i kjerner som inneholder mange merkelige partikler, men fra noen versjoner av teorien om kjernefysiske interaksjoner følger det at slike kjerner kan være stabile. De er tettere enn vanlig materie, og astronomer som studerer nøytronstjerner, den typen gigantiske atomkjerner som massive stjerner blir til etter døden, er aktivt interessert i dem.

Hvis "merkelige" kjerner virkelig er stabile (det er ingen eksperimentelle indikasjoner i denne forbindelse), kan det ved å bruke ytterligere, heller ikke eksperimentelt bekreftede, betraktninger vises at overgangen til en merkelig form vil være energisk gunstig. I dette tilfellet, når de samhandler med vanlige kjerner, vil de merkelige provosere overgangen til førstnevnte til en merkelig form. Som et resultat dannes dråper av et merkelig stoff, eller "striper". Siden de er dannet av protoner og nøytroner, vil ladningen til båndene være positiv, så de vil frastøte vanlige kjerner. Igjen, i noen teorier kan negative stropper som ikke er stabile også oppstå. Allerede den fjerde hypotesen i dette avsnittet antar tilstedeværelsen av ustabile, men langlivede negative stropper som vil tiltrekke seg vanlig materie.

Det er nettopp disse fire ganger hypotetiske stropper som utgjør en trussel.

Forskere må jobbe med slike fantomer for å bevise sikkerheten til LHC.

Hovedargumentene mot eksistensen av noen stropper i det hele tatt er resultatene av eksperimenter ved den såkalte American Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), som begynte å operere ved American Brookhaven National Laboratory på slutten av 1900-tallet. I motsetning til CERN, hvor blykjerner vil kollidere, kolliderer i Brookhaven kjernene til litt lettere gullatomer, og med betydelig lavere energier.

Som RHIC-resultatene viser, vises ingen stropper her. Dessuten er dataene som samles inn av akseleratoren perfekt beskrevet av teorien ifølge hvilken, ved kollisjonspunktet mellom to kjerner, dannes en koagel av kvark-gluonplasma med en temperatur på omtrent halvannen trillion grader for en ubetydelig brøkdel av et sekund (ca. 10-23 sekunder). Slike temperaturer eksisterte bare helt i begynnelsen av universet vårt, og selv i sentrum av de mest massive og varme stjernene forekommer ingenting som dette.

Men ved slike temperaturer blir farlige stropper, selv om de dannes, øyeblikkelig ødelagt, siden reaksjoner med dem er preget av de samme energiene som for vanlige kjerner, ellers ville de ikke være i en stabil, det vil si energetisk gunstig tilstand. Den karakteristiske "smelte" temperaturen til kjerner er milliarder av grader, så ved temperaturer på en billion grader er det ingen spor etter stropper igjen.

Temperaturen på kvark-gluonplasmaet som er planlagt oppnådd ved LHC er enda høyere. I tillegg vil dens tetthet under en kollisjon merkelig nok være lavere.

Så det er enda vanskeligere å skaffe stropper i LHC enn i RHIC, og det var vanskeligere å skaffe dem i det enn i akseleratorene på 1980- og 1990-tallet.

Forresten, da RHIC-programmet ble lansert i 1999, måtte skaperne også overbevise skeptikere om at verdens undergang ikke ville skje med den første kollisjonen av kjerner. Og det skjedde ikke.

Et ekstra argument mot muligheten for utseende av stropper er tilstedeværelsen av månen i bane rundt jorden. I motsetning til planeten vår har Månen ingen atmosfære, så overflaten og kjernene til de tunge elementene den inneholder blir direkte bombardert av kjernene som utgjør kosmiske stråler. Hvis utseendet til stropper var mulig, ville disse farlige kjernene i løpet av de 4 milliarder årene satellitten vår eksisterte ha fullstendig "fordøyd" Månen og gjort den til et merkelig objekt. Månen fortsetter imidlertid å skinne om natten som om ingenting hadde skjedd, og noen var til og med så heldige å gå rundt dette objektet og komme tilbake.

En annen måte å drepe universet på

Mer eksotiske kandidater til rollen som mordere av alle levende ting er magnetiske monopoler. Ingen har ennå lykkes i å kutte en magnet i to deler og få dens separate nord- og sørpoler, men en magnetisk monopol er nettopp en slik partikkel. Igjen, det er ingen eksperimentelle indikasjoner på dens eksistens, men tilbake i første halvdel av det 20. århundre la Wolfgang Pauli merke til at deres introduksjon i teorien gjør det mulig å forklare hvorfor alle ladninger er multipler av elektronladningen.

Denne ideen viste seg å være så fristende at, til tross for mangelen på bevis, fortsetter noen fysikere å tro på eksistensen av monopoler. Hvis vi vurderer at for å kvantisere en ladning, er en monopol nok for hele universet, så er denne troen neppe verre enn troen på et enkelt prinsipp, takket være hvilket det er godt i universet.

En magnetisk monopol er imidlertid ikke bra, i hvert fall for protonet. Med en stor ladning bør monopoler i sin ioniserende effekt ligne på tunge atomkjerner, og i noen versjoner av teorien - igjen ikke i den nesten hellige standardmodellen for fysikere, som så langt har vært i stand til å forklare alle eksperimenter med partikler - monopoler kan forårsake nedbrytning av protoner og nøytroner til lettere partikler.

De fleste fysikere mener at magnetiske monopoler må være veldig massive partikler med en energi i størrelsesorden 1012 TeV, som verken LHC eller noen annen terrestrisk akselerator kan nå. Så det er ingenting å være redd for dem.

Men hvis vi antar at monopoler kan ha en mindre masse, så burde de også for lenge siden vært dannet ved samspillet mellom jordisk materie og kosmiske stråler. Videre, aktivt samhandle med materie gjennom elektromagnetiske krefter, bør monopoler veldig raskt bremse ned og forbli på jorden. Bombardementet av planeten vår og andre himmellegemer med kosmiske stråler har pågått i milliarder av år, og jorden har ikke forsvunnet noe sted. Så enten dannes ikke lysmonopoler, eller så har de ikke engang evnen til å på en eller annen måte bidra til nedbrytningen av protonet.

Vil universet gå inn i en ekte vakuumtilstand?

Til slutt, det verste som kan skje er utseendet til "ekte vakuum"-bobler i verdensrommet. De er i stand til å ødelegge ikke bare jorden, men hele universet som er kjent for oss.

Generelt sett er det fysiske vakuumet et komplekst system av mange samvirkende felt. I kvantemekanikk er et vakuum ganske enkelt den energimessig laveste tilstanden til et slikt system, og ikke en slags "absolutt null". Hver kubikkmeter vakuum kan godt ha sin egen energi, og dessuten kan selve vakuumet til og med påvirke de fysiske fenomenene som oppstår i det.

For eksempel, hvis vi har et falskt, veldig stabilt, men fortsatt ikke det laveste energinivået, kan vi likevel trappe ned fra det, og forskjellen i energi mellom de to nivåene kan brukes til å lage nye partikler, akkurat som lyskvanter er opprettes når elektroner beveger seg fra et høyt atomnivå til lavt. Astrofysikere, for eksempel, er sikre på at slike overganger skjedde i fortiden, og takket være dem er vår verden nå fylt med materie.

Generelt sett følger det ikke fra noe sted at vakuumet vi kjenner ikke er så falskt. Dessuten er den enkleste forklaringen på den mystiske "mørke energien", på grunn av hvilken utvidelsen av universet vårt akselererer, nettopp tilstedeværelsen av ikke-null vakuumenergi. I dette tilfellet er en overgang til neste trinn mulig, og dessuten, ifølge noen teorier, har nyere astronomiske observasjoner til og med økt sannsynligheten.

Det følger selvfølgelig ikke fra noe sted at en slik overgang kan utløses av protonkollisjoner i LHC-superkollideren. Imidlertid, hvis mikroskopiske bobler av "ekte" vakuum dannes, forutsier teorien videre deres raske ekspansjon på grunn av transformasjonen av vakuum fra en type til en annen langs grensen til boblen. Ved å utvide seg med lysets hastighet, vil en slik boble omslutte jorden på en brøkdel av et sekund, og deretter ta over resten av universet, og gi opphav til mange partikler og muligens gjøre eksistensen av materie som vanlig for oss umulig.

Generelt sett er nøyaktig hvordan LHC kan utløse en vakuumovergang uklart. I mangel av et emne å tilbakevise i denne saken, vender forfatterne av rapporten igjen blikket mot himmelen, og gjentar den samme logikken. Hvis vi fortsatt ikke ser noen katastrofale konsekvenser av kollisjonen av ladede høyenergipartikler i verdensrommet, betyr det at utseendet til slike bobler enten er umulig eller for usannsynlig. Til slutt, som forskere har beregnet, har universet utført 1031 eksperimenter på størrelse med LHC i sin observerbare del under eksistensen. Og hvis minst en av dem endte i ødeleggelsen av en del av verden, ville vi sannsynligvis lagt merke til det. Hva er ett eksperiment versus 1031? Sannsynligheten for at vi skal være uheldige er for liten.

Er risikoen verdt det?

Å snakke om sannsynlighet er selvsagt neppe hensiktsmessig her. Når det gjelder prisen på bilforsikring, kan du dele det totale antallet ulykker på det totale antallet biler for å få sannsynligheten for en ulykke for hver bil, og multiplisere den sannsynligheten med gjennomsnittskostnaden for bilen. Denne verdien kalles den matematiske forventningen om skade på maskinen. Legg til dette beløpet gebyrene som forsikringsselskapene eksisterer for - og kostnaden for forsikring er klar.

Fagfolk bruker også den matematiske forventningen om antall menneskelige dødsfall – for eksempel i jordskjelvutsatte områder. Dette kan virke kynisk for noen, men et slikt regnestykke er det nok den eneste måten effektivt administrere alltid begrensede ressurser for å redde maksimalt antall liv.

Hvis sannsynligheten for ødeleggelsen av jorden ved starten av LHC er for eksempel én sjanse i en milliard, så vil den matematiske forventningen til antall dødsfall - produktet av planetens befolkning med en milliarddel - være 6,5. Det er mulig at blant de flere tusen forskerne som jobber ved CERN, vil det ikke være syv, men mange flere mennesker som er klare til å ofre livet for vitenskapens skyld. Men kan de sette eksistensen av hele menneskeheten på spill, om enn en nesten garantert vinner? Hva om vi snakker om eksistensen av hele universet? Det er usannsynlig at noen kan svare på dette spørsmålet.

En bosatt i den amerikanske delstaten Hawaii, Walter Wagner, anser for eksempel risikoen som uberettiget og anla til og med et tilsvarende søksmål ved en av de amerikanske domstolene. Påstanden er imidlertid allerede avvist, og ingen vet hva dens fremtidige skjebne vil bli i det amerikanske rettssystemet. Det er bare klart at det neppe vil bli fornøyd innen midten av høsten, når de motgående bjelkene i den gigantiske tunnelen nær Genève etter planen vil begynne å akselerere mot hverandre. Og den amerikanske domstolen over det europeiske Genève har ikke jurisdiksjon og kan bare forby levering av viktig utstyr til CERN, som produseres i USA; Det er for øvrig dette søksmålet tar sikte på.

Frykt før lanseringen av LHC er ikke noe nytt. Det samme skjedde da Brookhaven-ioneakseleratoren ble lansert. Og på slutten av sekstitallet spredte en melding om oppdagelsen av en "polymer form for vann" av den sovjetiske kjemikeren Nikolai Fedyakin over hele verden. I Vesten var det bare snakk om at, en gang i verdenshavene, "polyvann" raskt ville konvertere alt innholdet til polymerform. Er det ikke en historie om strangelets som kan forvandle all materie til en merkelig form? De som er interessert kan huske en annen legende - om undervannstestene av en hydrogenbombe, hvis eksplosjon så vidt savnet bunnlagene av havet rik på den tunge hydrogenisotopen, og forårsaket deres detonasjon over hele planeten.

Det viser seg at de potensielle farene forbundet med lansering kolliderer, bør ikke tas i betraktning. Jordens død fra et asteroideangrep eller en supernovaeksplosjon i nabolaget er mye mer sannsynlig. Selv en krig om mineralressurser vil forårsake mye mer skade enn å starte en maskin. Derfor vil forslag om å stoppe eksperimenter med LHC neppe anses som konstruktive.

Den største og kraftigste partikkelakseleratoren i verden - Large Hadron Collider (LHC) - kom nylig tilbake i arbeid. Etter oppgraderingen begynte partikkelakseleratoren å jobbe med dobbel kraft. Betyr dette at all frykt knyttet til den første lanseringen har blitt gjenopplivet med hevn?

Selv om denne hendelsen var forventet rundt om i verden, var det to personer som forble tause: Walter Wagner, en pensjonert atomsikkerhetsoffiser, og den spanske journalisten Luis Sancho. De har sin egen historie knyttet til LHC, og kanskje skylder vi dem det for alle skrekkhistoriene knyttet til lanseringen av en proton-splittende maskin.

Måneder før kollideren skulle slås på for første gang i 2008, anla Wagner og Sancho søksmål mot organisasjonene bak monstermaskinen: US Department of Energy, Fermi National Accelerator Laboratory og National Science Foundation.

Det sier seg selv at det krevde mye mot og kanskje litt galskap for å prøve å saksøke noen av disse organisasjonene som ansetter noen av menneskehetens flinkeste intellektuelle, enn si angripe dem alle på en gang. Spesielt etter at de fullførte byggingen av et 30 år langt prosjekt på 6 milliarder dollar. Til forsvar for mennene prøvde Wagner og Sancho å redde verden fra det de trodde var uunngåelig ødeleggelse.

Blant frykten var at LHC kunne lage et svart hull i miniatyr som bokstavelig talt ville oppsluke jorden. I søksmålet argumenterte de:

"Til slutt vil hele jorden falle inn i et voksende mikrosvart hull, som vil gjøre jorden om til et mellomstort sort hull som månen, satellittene, ISS, etc. vil fortsette å kretse rundt."

Søksmålet ble avvist fordi mennene ikke kunne bevise en «troverdig trussel». Men den dag i dag er det mennesker på jorden som er sikre på at LHC vil lede menneskeheten til å kollapse. Selv om Sancho og Wagner tok feil – jorden er på plass, LHC har jobbet i flere år på rad – er det viktig å forstå hvorfor den vitenskapelige bakgrunnen til LHC ikke innebærer noen trusler. Forstå hvorfor The Large Hadron Collider vil ikke forårsake slike katastrofale skader.

Fødsel av et svart hull

Sorte hull er ekstremt tette kompakte objekter med en masse som varierer fra 4 til 170 millioner ganger Solens. Selv om sorte hull per definisjon er enorme, er det i det minste teoretisk mulig at små mengder materie – titalls mikrogram – kan pakkes tett nok til å lage et sort hull. Dette vil være et eksempel på et mikroskopisk sort hull.

Til nå har ingen observert eller produsert mikroskopiske sorte hull – ikke engang LHC. Men før den ble slått på for første gang i 2008, fryktet Wagner og Sancho at å akselerere subatomære partikler til 99,99 % av lysets hastighet og deretter kollidere dem kunne skape et så tett rot av partikler at et sort hull ville dukke opp.

CERN-fysikere rapporterer at Einsteins generelle relativitetsteori antyder at det ville være umulig for LHC å produsere et slikt eksotisk fenomen. Men hva om Einstein tok feil? Det er dette Wagner og Sancho frykter.

Likevel spår en annen teori utviklet av den anerkjente astrofysikeren Stephen Hawking at selv om det skulle dannes et mikroskopisk sort hull inne i LHC, ville det umiddelbart gå i oppløsning, og ikke utgjøre noen trussel mot jordens eksistens.

I 1974 spådde Hawking at sorte hull ikke bare spiser materie, men også spytter det ut i form av ekstremt høyenergisk Hawking-stråling. I følge teorien, jo mindre det sorte hullet er, jo mer Hawking-stråling sender det ut i verdensrommet, og forsvinner gradvis. Dermed vil det mikroskopiske sorte hullet, etter å ha blitt det minste, forsvinne før det kan forårsake skade og ødelegge oss. Kanskje er dette grunnen til at vi ikke har sett mikroskopiske sorte hull.

Fødselen av merkelig materie

Merkelig materie består av individuelle hypotetiske partikler - stropper - som skiller seg fra den vanlige materien som utgjør alt rundt oss.

Wagner og Sancho frykter at denne merkelige materien kan smelte sammen med normal materie og "kan gjøre hele jorden om til en stor merkelig ting." Bekymringene til Wagner og Sancho er selvsagt ikke basert på deres teorier – disse tankene ble diskutert i mer seriøse vitenskapelige sirkler.

Imidlertid vet ingen den eksakte oppførselen til merkelig materie eller til og med en eneste strangelet; Dette er delvis grunnen til at stropper forblir kandidater for mørk materiepartikler, som dominerer i universet vårt.

For å støtte denne teorien har fysikere ved Brookhaven National Laboratory i New York forsøkt å skape en fremmed ved Relativistic Heavy Ion Collider siden begynnelsen av dette århundret. Så langt har vi ikke sett en eneste strap-on. Men det er selvfølgelig alltid sjanser.

Hvis Brookhaven National Laboratory er heldig i sin søken, gjenstår frykten for at strangelets som kommer i kontakt med vanlig materie vil starte en kjedereaksjon som vil gjøre deg, oss og alt annet på jorden til en klump av merkelig materie. Om vi ​​vil være i stand til å overleve en slik transformasjon og hva som vil endre seg er noens gjetning. Men det ukjente er skummelt.

CERN-fysikere hevder imidlertid at hvis Brookhaven lykkes med å skape en fremmed, er sjansene for at den samhandler med vanlig materie svært liten:

"Med slik høye temperaturer, som produseres ved kollidere, er det vanskeligere å støpe rart materiale sammen enn å danne is i varmt vann", de sier.

Fødselen av magnetiske monopoler

I naturen har magneter to ender - en nord- og en sørpol. Men på slutten av 1800-tallet antydet fysiker Pierre Curie, Marie Curies ektemann, at det ikke var noen grunn til at en partikkel med én magnetisk pol ikke kunne eksistere.

Mer enn et halvt århundre senere har en slik partikkel, kalt en magnetisk monopol, aldri blitt skapt eller observert i naturen. Det vil si at det er rent hypotetisk. Men dette stoppet ikke Wagner fra å antyde at en kraftig maskin som LHC kunne skape den første magnetiske monopolen i historien, som kunne ødelegge jorden.

"Slike partikler kan ha evnen til å katalysere nedbrytningen av protoner og atomer, og få dem til å bli til andre typer materie," skrev han og Sancho.

Teorien om at en monopol kan ødelegge protoner – de subatomære byggesteinene til all materie i universet – er i beste fall spekulativ, forklarer fysikere ved CERN. Men la oss si at denne teorien er sann. I dette tilfellet vil denne partikkelen ha en masse som er for stor til at LHC kan lage en slik partikkel.

Generelt er vi trygge.

"Faktumet om eksistensen av jorden og andre himmellegemer utelukker muligheten for å lage farlige protonetende magnetiske monopoler ved å bruke LHC," sier CERN-fysikere.

Fysikere vil bruke de neste månedene på å øke kraften til LHC slik at den overstiger det dobbelte av den maksimale effekten som LHC opererte med under den første lanseringen. Dette endrer ikke det faktum at jorden neppe blir ødelagt av mikroskopiske sorte hull, stropper eller magnetiske monopoler.