Ce se va întâmpla dacă Large Hadron Collider va exploda? Chiar și oamenii de știință sunt împotrivă: de ce este periculos Marele Hadron Collider?

Cea mai mare instalație pentru experimente fizice din istoria omenirii, Large Hadron Collider, situată într-un inel subteran de 28 de kilometri din Franța și Elveția, continuă să provoace zvonuri contradictorii. Unii așteaptă de la miraculoasa ei călătorie în timp, alții - descoperirea unei particule a lui Dumnezeu care lipsește din imaginea structurii lumii fizice, alții - consecinte groaznice simulări ale Big Bang-ului care ar putea distruge planeta noastră.

Trailer de discuții.

Care este esența experimentelor care se desfășoară la ciocnitor și pot reprezenta ele cu adevărat un pericol pentru întreaga umanitate? Este semnificația unei descoperiri fizice comparabilă cu riscul la scară planetară, chiar dacă este acceptabilă cu o probabilitate nesemnificativă?

În emisiunea de dezbatere „Angle of Suspicion” problema este discutată de directorul Centrului Științific și Educațional pentru Fizica Particulelor și a Energiei Înalte, profesor la BSU și cercetător independent, filozof, autor al teoriei „Despre o nouă teorie a originea Universului și pericolele experimentelor extreme cu materie”.

Versiunea completa discuții.

Atenţie! Aveți JavaScript dezactivat, browserul dvs. nu acceptă HTML5 sau aveți versiune veche Adobe Flash Player.

Atenţie! Aveți JavaScript dezactivat, browserul dvs. nu acceptă HTML5 sau aveți instalată o versiune mai veche a Adobe Flash Player.

Nikolai Maksimovici, ce experimente au devenit posibile odată cu apariția ciocnitorului?
Un ciocnitor este un microscop (aceasta este o analogie aproape literală). Este necesar un microscop pentru a privi lucrurile care nu sunt vizibile cu ochiul liber. Este necesar un accelerator de particule pentru a-l folosi pentru a examina detalii mai fine în profunzimile materiei și pentru a le studia. Înainte de construcția Marelui Colisionator de Hadroni, fizicienii, cu ajutorul Tevatronului, ajungeau la o distanță de 10-18 m, adică 10-16 cm. Dimensiunile unui atom sunt de 10-10 m, dimensiunea unui nucleul atomic are 10-15 cm. Adică, fizicienii au privit materia cu câteva ordine de mărime mai adânc. Large Hadron Collider a făcut posibil să mergem și mai departe în adâncurile materiei și să descoperim cum este structurată, ce particule noi sunt generate la astfel de distanțe și intervale de timp și cum se comportă interacțiunea fundamentală a naturii. Toate acestea ne vor permite să vedem câteva fenomene noi.

Din câte știu eu, experimentele cu ciocnitorul nu observă pur și simplu natura așa cum este. Sunt lansate anumite procese care nu au loc în natură sau care sunt greu de observat atunci când apar în mod natural. La urma urmei, un experiment produce ceva cu materie și nu doar o observă. Ai putea clarifica acest punct?
Pe baza unor teorii dovedite, general acceptate, care nu au un singur eșec, nici un singur fapt contradictoriu, prezicem ce informații vom obține în urma efectuării acestor experimente. Desigur, pot exista noi particule, noi proprietăți de interacțiune. Dar din moment ce nu există un singur experiment care să contrazică teoria relativității și teoria câmpului cuantic, care descrie interacțiuni fundamentale, predicțiile noastre ar trebui justificate.

Dar, în același timp, opinia publică a fost agitată încă de la început. Unii fizicieni au făcut declarații că este imposibil să se asigure controlul complet asupra funcționării civizorului. Adică nimeni nu poate garanta securitatea completă. Asta este adevărat?
Nu cunosc astfel de fizicieni. Ei spun asta din cauza lipsei de informații.

Primul care a pus această întrebare a fost fizicianul american Loren Wagner, care a studiat razele cosmice și a lucrat și în serviciul de siguranță împotriva radiațiilor. A existat și fizicianul ucrainean Ivan Gorelik, profesorul de chimie Otto Ressler și încă mai puteți găsi multe nume care ridică în mod rezonabil problema impredictibilității experimentelor.

Când au avut loc primele conferințe de presă în ajunul lansării, organizatorii săi și-au exprimat mândria că, pentru prima dată în istoria științei, se desfășoară experimente care, în principiu, erau imprevizibile. Ei au spus că vor face descoperiri despre care nici măcar nu știau și vor depăși bariera cu care se confruntă fizica fundamentală astăzi. Fizica teoretică este în criză, iar teoria Big Bang este unul dintre conceptele care nu răspunde la multe întrebări și duce la o fundătură.

Puteți exprima întrebările nerezolvate ale teoriei Big Bang?
Dacă Big Bang-ul a avut loc și Universul a început cu el, atunci cum ar fi posibil să obținem lipsa cauzei acestei explozii într-o stare goală? Explozia însăși contrazice legile cunoscute ale fizicii (cum ar fi legi de bază precum legea conservării materiei și energiei, legea termodinamicii). Așa a luat ființă Universul: de nicăieri, într-un loc gol, fără cauză.

Acest lucru sună neprofesional și nu are absolut nicio legătură cu ceea ce explică teoria fizică și ceea ce observăm acum. Nu cunoaștem pe deplin modelul începutului Universului nostru, faza lui și ce se va întâmpla cu el în continuare. Poate că Universul pulsează, este comprimat într-un punct și apoi nestrâns. Dar nu se poate imagina că a existat un vid în care ceva a apărut din nimic.

Fizicienii spun sincer că nu știu motivul pentru care a avut loc Big Bang-ul, dar cu siguranță nu există teorii concurente care să fie confirmate de fapte observaționale. Mă refer la radiația cosmică de fond cu microunde, legea lui Hubble (expansiunea galaxiilor) și acum și expansiunea accelerată a Universului nostru. Am ajuns la conceptul de materie întunecată și energie întunecată, care reprezintă 96% din masa Universului nostru. Teoria Big Bang este cel mai de încredere model și nu cunosc alte modele care ar putea concura cu ea cu un asemenea grad de validitate observațională.

La început ea a explicat ceva, dar când au început să-și dea seama, s-a dovedit că doar 5% din materie rezultă din această teorie. Apoi, complet nedovedite, au fost introduse noi entități - materia întunecată și energia întunecată.

Conform celei de-a doua legi a lui Newton, accelerarea este imposibilă fără forță. Forța este legată de energie, ceea ce înseamnă că Universul se poate extinde cu accelerație datorită energiei. Comparăm această energie, pe care o vedem, dar despre care încă nu știm nimic, cu un parametru care poate fi folosit pentru a determina accelerația. Și spunem că reprezintă aproximativ 74% din masa Universului. Alte 22% sunt estimate a fi materie întunecată. Acestea sunt particule neutre (neîncărcate) necunoscute. Unul dintre ei poate fi bosonul Higgs, care va fi descoperit ca urmare a experimentelor cu colisionantul.

Există și alte teorii care explică ceea ce teoria Big Bang nu explică. Și fac asta fără a introduce postulate nedemonstrabile sub formă de materie întunecată.

Care teorie este o alternativă la teoria Big Bang?
Există două puncte de vedere asupra originii Universului. Potrivit unei versiuni, a provenit din cel mai mic punct ca urmare a Big Bang-ului. Chiar și laureații Nobel oferă evaluări nemăgulitoare ale acestei teorii. Potrivit altuia, materia din Univers a apărut nu dintr-o explozie, ci dintr-un vid. Această teorie rezolvă toate problemele, în cadrul tuturor legilor fizicii, fără a implica entități suplimentare.

Oamenii sunt liberi să inventeze ipoteze, aceasta este natura lor. Premiile Nobel pentru fizică, mai ales în ultimele decenii, au fost primite tocmai pentru confirmarea teoriei Big Bang. Cea mai grea întrebare în fizică este „de ce?” În primul rând, fizicienii răspund la întrebările „ce?” și „cum?” și întrebările „de ce?” sunt decise ulterior.

Un colisionant poate ajuta să răspundă la întrebarea „de ce”?
Fara indoiala. De ce sarcinile electronilor și protonilor sunt egale ca mărime? Acesta este un mister al naturii.

Cât de periculos este ciocnitorul bazat pe teoria ta?
Dacă presupunem că lumea a ieșit din vidul care dă naștere particulelor, putem induce procesul de anihilare.

Acestea sunt speculații absolut nefondate.

Au existat exemple în activitatea ciocnitorului care ar putea măcar să confirme cumva aceste speculații? Au avut loc procese necontrolabile?
Desigur că nu! În 2008, directorul CERN și-a părăsit postul și a dorit ca colisionarul să fie lansat sub el. Prin urmare, toată lumea s-a grăbit și nu a verificat lucrurile de bază - conexiunile firelor la rezervoarele cu heliu lichid. Când au început să crească tensiunea și să crească puterea, curentul a crescut și un contact s-a topit. Picături de metal topit au ars o gaură în rezervorul de heliu lichid și, în mod natural, a explodat. Asta e tot ce sa întâmplat. După un an și jumătate, totul a fost curățat și a fost asigurată siguranța deplină. Această mașină este acum mai fiabilă decât toate centralele nucleare și navele spațiale.

Din această cauză, procesele nu au mers într-o direcție incontrolabilă?
Un rezervor cu heliu lichid a explodat, unda de șoc a fost de 320 m, amortizoarele s-au extins automat, iar sistemul de protecție a fost activat.

Pericolul ciocnitorului nu constă în defecțiunile tehnice, ci în imprevizibilitatea fenomenului. Pentru prima dată, au fost finalizate instalații experimentale care afectează particulele de materie cu un ordin de mărime mai mare decât în ​​timpul exploziei unei bombe termonucleare! Este posibil să se genereze un proces care va provoca anihilarea materiei planetei. Nikolai Maksimovici a spus că civizorul este mai fiabil decât o centrală nucleară. Dar la Fukushima motivul a fost factorul uman: a fost necesar să se țină cont de posibilitatea unui tsunami.

Au existat experimente cu privire la anihilarea materiei? Acest proces a fost realizat la scară mică, controlată?
Acceleratorul Tevatron din SUA este un accelerator de protoni și antiprotoni. Se ciocnesc și se anihilează pentru că sunt o particulă și o antiparticulă.

Dar, în același timp, nu există nicio schimbare în chestiunea din jur, o reacție în lanț?
Nu, aceasta este o reacție nucleară obișnuită de ciocnire a particulelor elementare.

CERN a anunțat recent descoperirea unei particule similare bosonului Higgs, care a fost prezisă de Peter Higgs în 1964. Cum ar putea această descoperire să afecteze starea teoriei fizice moderne? Lucrul cu această particule ar putea fi riscant?
Voi răspunde imediat la ultima întrebare - nu, desigur. Acest lucru este important pentru că nu știam de unde a venit masa. Baza teoriei care descrie interacțiunea fundamentală a particulelor este principiul simetriei. La început, particulele par să nu aibă masă, dar în realitate sunt masive. Prin urmare, a fost inventată teoria ruperii spontane a simetriei unei particule egale și fără masă. Oamenii de știință au dat vina apariției masei pe un câmp scalar suplimentar și pe particula Higgs ca cuantă a acestui câmp.

Se presupune că acest câmp străbate întregul Univers. Depășirea acestuia cu particule inițial fără masă le conferă masă. Cu cât depășirea câmpului Higgs este mai mare, cu atât masa particulelor este mai mare. Originea masei în sine rămâne inexplicabilă: este încă greu de înțeles de unde provine în însuși bosonul Higgs. Descoperirea bosonului este un fapt de o semnificație enormă care va explica originea masei, principala caracteristică a tot ceea ce există în Univers.

Cu un secol și jumătate în urmă, celebrul fizician și filozof austriac Ernst Mach a explicat efectul de masă mai clar decât CERN cu bosonul și ciocnitorul său. „Fiecare particulă are un fel de câmp. O colecție de particule formează corpuri care au un fel de câmp. O colecție de corpuri, care emit stele, galaxii are și propriile câmpuri electromagnetice, energetice, gravitaționale, care formează câmpul total al Universului. În ea, fiecare particulă care are propriul câmp, interacționează cu materia Universului, încetinește, accelerează.”

Cuvinte frumoase fără o singură formulă sau enunţ matematic.

Nu este mai amuzant să spunem că există o particulă care este responsabilă pentru masa a tot ce se află în Univers?

În centrul a tot ceea ce există se află câteva particule. De fapt, ceea ce ne înconjoară sunt doi quarci, un electron, un electron și un neutrin ionic. Bosonii fac ca particulele numite să interacționeze. Toate celelalte particule se nasc în experimente, ciocniri de particule și ciocniri cu raze cosmice. Teoria care explică o structură atât de simplă a lumii este teoria gauge a interacțiunilor fundamentale. Dar trebuie să plătiți pentru această frumusețe, deoarece toate particulele se dovedesc a fi fără masă. Singura explicație solidă din punct de vedere matematic și susținută fizic este mecanismul de rupere spontană a simetriei gauge, care duce la existența bosonului Higgs.

Cuvântul „câmp” nu se potrivește fizicii moderne?
Orice particulă corespunde unui câmp cu ajutorul căruia este descrisă interacțiunea particulelor.

Te referi la o nouă entitate care este introdusă prin postulare nedovedită. Quarcii sunt o idee nedovedită, este construită pe abstractizare matematică pură: dacă permitem încărcături fracționale, protonii și neutronii se vor aduna.

Acest lucru a fost stabilit experimental prin numeroase fapte de nerefuzat. Efectele cauzate de quarci nu pot fi explicate prin nimic altceva. Nu putem înregistra un quarc liber, îi vedem doar urma, jeturi de particule secundare. Oamenii nu se pot împăca cu asta, dar aceasta este realitatea. Einstein a respins odată mecanica cuantică pentru că a spus că Dumnezeu nu joacă zaruri. Dar nimeni nu a anulat mecanica cuantică din această cauză și toată lumea și-a dat seama că nu este clar. Cine își poate imagina că o particulă este și o undă? Astfel de procese nu vor fi niciodată vizibile, dar asta nu înseamnă că nu există.

Dar asta nu înseamnă că există. Aceasta este o presupunere nedovedită.

Poziția lui Mach a fost dovedită în vreun fel?
Fiecare are o minte, o persoană poate analiza și trage propriile concluzii.

Același lucru se face și aici. Din anumite motive, bosonul Higgs este numit particula lui Dumnezeu. De ce este așa?
Sunt opinii diferite. Laureatul Nobel Leon Lederman a spus că bosonul Higgs este o particulă a lui Dumnezeu. Dar traducerea s-a dovedit a fi inexactă. Mi se pare că bosonul poate fi numit în mod figurat o particulă a lui Dumnezeu, deoarece diferă de toate celelalte particule prin faptul că interacționează foarte slab cu alte particule. Doar datorită energiei și densității record a fasciculelor, au fost detectate doar 8 evenimente cu bosonul Higgs. Statisticile sunt încă mici, dar experimentele vor continua și vor fi sute și mii de evenimente. Acesta este un fenomen extrem de rar care furnizează masa a tot ceea ce există, așa că la figurat poate fi numit o părticică a lui Dumnezeu.

Care sunt planurile imediate ale experimentatorilor? Va crește puterea sau particulele deja descoperite vor fi studiate mai detaliat?
Acesta este doar începutul; proprietățile acestei particule rămân de stabilit. Trebuie să stabilim - acesta este modelul standard de boson Higgs sau altceva? Vor vorbi despre fenomene noi, trecând dincolo de modelul standard. Cilizorul este planificat să fie oprit în martie 2013 și va fi modernizat în decurs de 1 an și 8 luni. Civizorul va ieși cu o energie de 14 TeV în sistemul central și cu o luminozitate crescută de 1034. Apoi, civizorul este planificat să fie oprit în 2018 pentru un an și jumătate, iar luminozitatea va fi dublată. Dacă până în acel moment inginerii rezolvă unele probleme, atunci va fi de 5 ori. Se preconizează colectarea de statistici, căutarea de noi și clarificarea fenomenelor deja cunoscute, diverși parametri pentru a face modelul standard mai precis. Funcționarea acceleratorului și a instalațiilor este planificată până în 2030.

Istoria creării acceleratorului, pe care astăzi îl cunoaștem sub numele de Large Hadron Collider, datează din 2007. Inițial, cronologia acceleratoarelor a început cu ciclotronul. Aparatul era un dispozitiv mic care se potrivea cu ușurință pe masă. Apoi istoria acceleratoarelor a început să se dezvolte rapid. Au apărut sincrofazotronul și sincrotronul.

În istorie, poate cea mai interesantă perioadă a fost perioada 1956-1957. În acele vremuri, știința sovietică, în special fizica, nu rămânea în urma fraților săi străini. Folosind ani de experiență, un fizician sovietic pe nume Vladimir Veksler a făcut o descoperire în știință. El a creat cel mai puternic sincrofazotron la acea vreme. Puterea sa de funcționare a fost de 10 gigaelectronvolți (10 miliarde de electronvolți). După această descoperire, s-au creat mostre serioase de acceleratoare: marele ciocnitor electron-pozitron, acceleratorul elvețian, în Germania, SUA. Toate au avut un singur scop comun - studiul particulelor fundamentale ale quarcilor.

Large Hadron Collider a fost creat în primul rând datorită eforturilor unui fizician italian. Numele lui este Carlo Rubbia, laureat al Premiului Nobel. În timpul carierei sale, Rubbia a lucrat ca director la Organizația Europeană pentru Cercetare Nucleară. S-a decis construirea și lansarea unui colisionator de hadron pe locul centrului de cercetare.

Unde este ciocnitorul de hadron?

Civizorul este situat la granița dintre Elveția și Franța. Circumferința sa este de 27 de kilometri, motiv pentru care se numește mare. Inelul de accelerație merge adânc de la 50 la 175 de metri. Cilizorul are 1232 de magneți. Sunt supraconductoare, ceea ce înseamnă că din ele poate fi generat câmpul maxim de accelerație, deoarece practic nu există un consum de energie în astfel de magneți. Greutatea totală a fiecărui magnet este de 3,5 tone cu o lungime de 14,3 metri.

Ca orice obiect fizic, Large Hadron Collider generează căldură. Prin urmare, trebuie să fie răcit în mod constant. Pentru a realiza acest lucru, temperatura este menținută la 1,7 K folosind 12 milioane de litri de azot lichid. În plus, pentru răcire sunt folosiți 700 de mii de litri și, cel mai important, se folosește o presiune de zece ori mai mică decât presiunea atmosferică normală.

O temperatură de 1,7 K pe scara Celsius este de -271 de grade. Această temperatură este aproape aproape de ceea ce se numește limita minimă posibilă pe care o poate avea un corp fizic.

Interiorul tunelului nu este mai puțin interesant. Există cabluri de niobiu-titan cu capacități supraconductoare. Lungimea lor este de 7600 de kilometri. Greutatea totală a cablurilor este de 1200 de tone. Interiorul cablului este o țesătură de 6.300 de fire cu o distanță totală de 1,5 miliarde de kilometri. Această lungime este egală cu 10 unități astronomice. De exemplu, este egal cu 10 astfel de unități.

Dacă vorbim despre locația sa geografică, putem spune că inelele ciocnitorului se află între orașele Saint-Genis și Forney-Voltaire, situate pe partea franceză, precum și Meyrin și Vessourat - pe partea elvețiană. Un mic inel numit PS trece de-a lungul diametrului graniței.

Sensul existenței

Pentru a răspunde la întrebarea „Pentru ce este un ciocnitor de hadron”, trebuie să apelați la oamenii de știință. Mulți oameni de știință spun că aceasta este cea mai mare invenție din întreaga istorie a științei și că fără ea, știința așa cum o cunoaștem astăzi pur și simplu nu are sens. Existența și lansarea lui Large Hadron Collider este interesantă, deoarece atunci când particulele se ciocnesc în ciocnitorul de hadron, are loc o explozie. Toate cele mai mici particule se împrăștie în direcții diferite. Se formează noi particule care pot explica existența și semnificația multor lucruri.

Primul lucru pe care oamenii de știință au încercat să-l găsească în aceste particule prăbușite a fost o particulă elementară prezisă teoretic de către fizicianul Peter Higgs, numită Această particulă uimitoare este un purtător de informații, se crede. Este, de asemenea, numită „particulă a lui Dumnezeu”. Descoperirea sa i-ar aduce pe oamenii de știință mai aproape de înțelegerea universului. De menționat că în 2012, pe 4 iulie, ciocnitorul cu hadron (lansarea sa a fost parțial cu succes) a ajutat la descoperirea unei particule similare. Astăzi, oamenii de știință încearcă să o studieze mai detaliat.

Cât timp...

Desigur, apare imediat întrebarea: de ce oamenii de știință au studiat aceste particule atât de mult timp? Dacă aveți un dispozitiv, îl puteți rula și puteți prelua din ce în ce mai multe date de fiecare dată. Faptul este că operarea unui colisionator de hadron este o propunere costisitoare. O singură lansare costă o mare cantitate. De exemplu, consumul anual de energie este de 800 milioane kWh. Această cantitate de energie este consumată de un oraș cu o populație de aproximativ 100 de mii de oameni, la standarde medii. Și asta nu include costurile de întreținere. Un alt motiv este că la ciocnitorul de hadron, explozia care are loc atunci când protonii se ciocnesc este asociată cu primirea unei cantități mari de date: computerele citesc atât de multe informații încât este nevoie de mult timp pentru a procesa. Chiar dacă puterea computerelor care primesc informații este mare chiar și după standardele actuale.

Următorul motiv nu este mai puțin cunoscut.Oamenii de știință care lucrează cu colizionatorul în această direcție sunt încrezători că spectrul vizibil al întregului univers este de doar 4%. Se presupune că cele rămase sunt materie întunecată și energie întunecată. Ei încearcă să demonstreze experimental că această teorie este corectă.

Hadron Collider: pro sau contra

Teoria propusă a materiei întunecate a pus la îndoială siguranța ciocnitorului de hadron. A apărut întrebarea: „Ciocnitorul de hadron: pro sau contra?” I-a îngrijorat pe mulți oameni de știință. Toate marile minți ale lumii sunt împărțite în două categorii. „Oponenții” au prezentat o teorie interesantă conform căreia, dacă o astfel de materie există, atunci trebuie să aibă o particulă opusă acesteia. Și când particulele se ciocnesc în accelerator, apare o parte întunecată. Exista riscul ca partea întunecată și partea pe care o vedem să se ciocnească. Atunci acest lucru ar putea duce la moartea întregului univers. Cu toate acestea, după prima lansare a civizorului cu hadron, această teorie a fost parțial ruptă.

Urmează ca importanță explozia universului, sau mai bine zis, nașterea. Se crede că în timpul unei coliziuni este posibil să observăm cum s-a comportat universul în primele secunde ale existenței sale. Cum a arătat după Big Bang a apărut. Se crede că procesul de ciocnire a particulelor este foarte asemănător cu cel care a avut loc chiar la începutul universului.

O altă idee la fel de fantastică pe care oamenii de știință o testează sunt modelele exotice. Pare incredibil, dar există o teorie care sugerează că există și alte dimensiuni și universuri cu oameni asemănători cu noi. Și, în mod ciudat, accelerația poate ajuta și aici.

Mai simplu spus, scopul acceleratorului este de a înțelege ce este universul, cum a fost creat și de a dovedi sau infirma toate teoriile existente despre particule și fenomene asociate. Desigur, acest lucru va dura ani de zile, dar cu fiecare lansare apar noi descoperiri care revoluționează lumea științei.

Fapte despre accelerator

Toată lumea știe că un accelerator accelerează particulele la 99% din viteza luminii, dar nu mulți oameni știu că procentul este de 99,9999991% din viteza luminii. Această cifră uimitoare are sens datorită designului perfect și a magneților puternici de accelerare. Există, de asemenea, câteva fapte mai puțin cunoscute de reținut.

Cele aproximativ 100 de milioane de fluxuri de date care provin de la fiecare dintre cei doi detectori principali ar putea umple peste 100.000 de CD-ROM-uri în câteva secunde. În doar o lună, numărul de discuri ar ajunge la o înălțime atât de mare încât, dacă ar fi stivuite, ar fi suficient pentru a ajunge pe Lună. Prin urmare, s-a decis să se colecteze nu toate datele care provin de la detectoare, ci doar cele care vor fi permise să fie utilizate de către sistemul de colectare a datelor, care de fapt acționează ca un filtru pentru datele primite. S-a decis să se înregistreze doar 100 de evenimente care au avut loc în momentul exploziei. Aceste evenimente vor fi înregistrate în arhiva centrului de calculatoare Large Hadron Collider, care se află în Laboratorul European pentru Fizica Particulelor, care este și locația acceleratorului. Ceea ce vor fi înregistrate nu vor fi acele evenimente care au fost înregistrate, ci cele care prezintă cel mai mare interes pentru comunitatea științifică.

Post procesare

Odată înregistrate, sute de kiloocteți de date vor fi procesate. În acest scop, sunt utilizate peste două mii de calculatoare situate la CERN. Sarcina acestor calculatoare este de a procesa datele primare și de a forma o bază de date din acestea, care va fi convenabilă pentru analize ulterioare. În continuare, fluxul de date generat va fi trimis către rețeaua de calculatoare GRID. Această rețea de internet reunește mii de calculatoare situate în diferite institute din întreaga lume și conectează mai mult de o sută de centre mari situate pe trei continente. Toate astfel de centre sunt conectate la CERN folosind fibră optică - pentru viteza maxima transmiterea datelor.

Vorbind despre fapte, trebuie să menționăm și indicatorii fizici ai structurii. Tunelul de accelerație este deviat cu 1,4% de la planul orizontal. Acest lucru a fost făcut în primul rând pentru a plasa cea mai mare parte a tunelului de accelerație într-o rocă monolitică. Astfel, adâncimea de plasare pe laturile opuse este diferită. Dacă numărăm de pe malul lacului, care este situat lângă Geneva, atunci adâncimea va fi de 50 de metri. Partea opusă are o adâncime de 175 de metri.

Lucrul interesant este că fazele lunare afectează acceleratorul. S-ar părea cum un obiect atât de îndepărtat poate influența la o asemenea distanță. Cu toate acestea, s-a observat că în timpul lunii pline, când are loc marea, pământul din zona Genevei se ridică cu până la 25 de centimetri. Acest lucru afectează lungimea ciocnitorului. Prin urmare, lungimea crește cu 1 milimetru, iar energia fasciculului se modifică, de asemenea, cu 0,02%. Deoarece energia fasciculului trebuie controlată până la 0,002%, cercetătorii trebuie să țină cont de acest fenomen.

De asemenea, este interesant că tunelul de coliziune are forma unui octogon, și nu un cerc, așa cum își imaginează mulți. Colțurile sunt create prin secțiuni scurte. Acestea conțin detectoare instalate, precum și un sistem care controlează fasciculul de particule de accelerare.

Structura

Hadron Collider, a cărui lansare implică o mulțime de piese și multă entuziasm în rândul oamenilor de știință, este un dispozitiv uimitor. Întregul accelerator este format din două inele. Micul inel se numește Sincrotronul de Protoni sau, pentru a folosi abrevierile sale, PS. Marele Inel este Super Proton Synchrotron sau SPS. Împreună, cele două inele permit pieselor să accelereze până la 99,9% din viteza luminii. În același timp, ciocnitorul crește și energia protonilor, mărind energia totală a acestora de 16 ori. De asemenea, permite particulelor să se ciocnească între ele de aproximativ 30 de milioane de ori/s. în termen de 10 ore. Cele 4 detectoare principale produc cel puțin 100 terabytes de date digitale pe secundă. Obținerea datelor este determinată de factori individuali. De exemplu, pot detecta particule elementare care au o sarcină electrică negativă și, de asemenea, au jumătate de spin. Deoarece aceste particule sunt instabile, detectarea lor directă este imposibilă; este posibilă doar detectarea energiei lor, care va fi emisă la un anumit unghi față de axa fasciculului. Această etapă se numește primul nivel de lansare. Această etapă este monitorizată de peste 100 de plăci speciale de procesare a datelor, care au o logică de implementare încorporată. Această parte a lucrării se caracterizează prin faptul că, în timpul perioadei de achiziție a datelor, sunt selectate peste 100 de mii de blocuri de date pe secundă. Aceste date vor fi apoi utilizate pentru analiză, care are loc folosind un mecanism de nivel superior.

Sistemele de la nivelul următor, dimpotrivă, primesc informații de la toate firele detectoarelor. Software-ul detectorului rulează într-o rețea. Acolo va folosi un număr mare de computere pentru a procesa blocurile ulterioare de date, timpul mediu dintre blocuri este de 10 microsecunde. Programele vor trebui să creeze semne de particule corespunzătoare punctelor originale. Rezultatul va fi un set generat de date constând din impuls, energie, traiectorie și altele care au apărut în timpul unui eveniment.

Piese de accelerație

Întregul accelerator poate fi împărțit în 5 părți principale:

1) Acceleratorul ciocnitorului electron-pozitron. Piesa este formată din aproximativ 7 mii de magneți cu proprietăți supraconductoare. Cu ajutorul lor, fasciculul este îndreptat printr-un tunel circular. De asemenea, ei concentrează fasciculul într-un singur flux, a cărui lățime este redusă la lățimea unui fir de păr.

2) Solenoid muon compact. Acesta este un detector de uz general. Un astfel de detector este folosit pentru a căuta noi fenomene și, de exemplu, pentru a căuta particule Higgs.

3) Detector LHCb. Semnificația acestui dispozitiv este de a căuta quarci și particulele lor opuse - antiquarci.

4) Instalatie toroidala ATLAS. Acest detector este conceput pentru a detecta muonii.

5) Alice. Acest detector captează coliziunile ionilor de plumb și coliziunile proton-proton.

Probleme la lansarea Hadron Collider

În ciuda faptului că prezența tehnologiei înalte elimină posibilitatea apariției erorilor, în practică totul este diferit. În timpul asamblarii acceleratorului au apărut întârzieri și defecțiuni. Trebuie spus că această situație nu a fost neașteptată. Dispozitivul conține atât de multe nuanțe și necesită o asemenea precizie încât oamenii de știință se așteptau la rezultate similare. De exemplu, una dintre problemele cu care s-au confruntat oamenii de știință în timpul lansării a fost eșecul magnetului care a focalizat fasciculele de protoni imediat înainte de coliziunea lor. Acest accident grav a fost cauzat de distrugerea unei părți a prinderii din cauza pierderii supraconductivității de către magnet.

Această problemă a apărut în 2007. Din această cauză, lansarea civizorului a fost amânată de mai multe ori și abia în iunie a avut loc lansarea; aproape un an mai târziu, civizorul a fost lansat.

Cea mai recentă lansare a ciocnitorului a avut succes, colectând mulți terabytes de date.

Hadron Collider, care a fost lansat pe 5 aprilie 2015, funcționează cu succes. Pe parcursul unei luni, grinzile vor fi conduse în jurul inelului, crescându-și treptat puterea. Nu există nici un scop pentru studiu ca atare. Energia de coliziune a fasciculului va fi crescută. Valoarea va fi crescută de la 7 TeV la 13 TeV. O astfel de creștere ne va permite să vedem noi posibilități în ciocnirile de particule.

În 2013 și 2014 au avut loc verificări tehnice serioase la tuneluri, acceleratoare, detectoare și alte echipamente. Rezultatul au fost 18 magneți bipolari cu funcție supraconductoare. Trebuie remarcat faptul că total sunt 1232 dintre ele. Cu toate acestea, magneții rămași nu au trecut neobservați. În rest, au fost înlocuite sistemele de protecție la răcire și au fost instalate altele îmbunătățite. Sistemul de răcire magnetic a fost, de asemenea, îmbunătățit. Acest lucru le permite să rămână la temperaturi scăzute cu putere maximă.

Dacă totul merge bine, următoarea lansare a acceleratorului va avea loc abia peste trei ani. După această perioadă, sunt planificate lucrări pentru îmbunătățirea și inspectarea tehnică a civizorului.

Trebuie remarcat faptul că reparațiile costă un bănuț, fără a ține cont de cost. Hadron Collider, din 2010, are un preț de 7,5 miliarde de euro. Această cifră plasează întregul proiect pe primul loc pe lista celor mai scumpe proiecte din istoria științei.

Una dintre principalele preocupări este crearea unei așa-numite „găuri negre” de către civizor. După cum se știe, o gaură neagră este o regiune în spațiu-timp, a cărei atracție gravitațională este atât de puternică încât chiar și obiectele care se mișcă cu viteza luminii, inclusiv cuantele de lumină în sine, nu pot părăsi aceasta. Limita acestei regiuni se numește orizont de evenimente, iar dimensiunea sa caracteristică se numește raza gravitațională.

Deci, ce s-ar întâmpla dacă ciocnitorul de hadron ar crea o gaură neagră microscopică? Există o părere că întreaga planetă Pământ va cădea în această gaură, pentru tine și pentru mine asta înseamnă sfârșitul tuturor. Astăzi este general acceptat că aceste temeri sunt nefondate. În primul rând, principala critică a venit înainte de prima lansare a civizorului în 2008. A funcționat, dar Pământul este încă pe loc. În al doilea rând, potrivit lui Stephen Hawking, o gaură neagră mănâncă materie, dar aruncă „radiații Hawking” pe măsură ce se micșorează treptat.

Deoarece ciocnitorul poate crea doar o gaură neagră microscopică, se va autodistruge „instantaneu” (10^-27 secunde) înainte de a ne putea consuma.

„picături ciudate” cu energie înaltă

Este un termen amuzant, dar nu prea râdem. Strapelka („picătură ciudată”), strangelet (din engleză strangelet - ciudat + picătură) este un obiect ipotetic format din „materie ciudată”, fie format din hadroni care conțin quarci „ciudați”, fie materie cuarcă neîmpărțită în hadroni individuali cu aproximativ același conținut de quarci ciudați, sus și jos. Materia ciudată este considerată în cosmologie un candidat pentru rolul de „materie întunecată”. Versiunea în limba rusă a termenului „curea” a fost propusă în 2005 de Serghei Popov.

De ce sunt periculoase bretelele? Nu degeaba sunt numite picături ucigașe: conform oamenilor de știință, bretelele pot afecta materia cu care suntem obișnuiți, distrugând astfel instantaneu Pământul. Dar până acum nimeni nu a văzut aceste bretele și nimeni nu a reușit încă să le sintetizeze.

Monopol magnetic

După cum știm, un magnet are doi poli. Mânca veche idee, că poate exista un câmp magnetic cu un pol sau, mai degrabă, să creeze o particulă numită „monopol magnetic”. Dar acest lucru nu a fost niciodată confirmat în vreun fel. Cu toate acestea, oamenii de știință trag un semnal de alarmă și aici: ce se întâmplă dacă Large Hadron Collider creează o astfel de particule? Da, ar putea crea o astfel de particulă, dar pentru a distruge lumea ar trebui să fie uriașă, iar ciocnitorul este prea mic pentru asta.

CERN finalizează pregătirile pentru lansare.Timp de multă vreme s-a crezut că experimentul cu colisionarul nu este sigur pentru umanitate: ar putea provoca apariția unor găuri negre și „curele” care ar distruge tot ce există. Raportul final de siguranță pentru proiect afirmă că ciocnitorul nu prezintă niciun pericol. Cu toate acestea, este posibil să nu fi fost calculate toate posibilitățile de distrugere a lumii din acțiunea acestei mașini.

Răcirea înfășurărilor electromagneților supraconductori Ciocnitorul mare de hadroni(LHC, Large Hadron Collider) de la Centrul European de Cercetare Nucleară (CERN) de la granița dintre Elveția și Franța se apropie de finalizare. Majoritatea au atins deja o temperatură de funcționare de doar 2 grade peste zero absolut (-271o C), iar oamenii de știință speră să înceapă accelerarea primelor fascicule de particule încă de luna viitoare. Dacă totul decurge conform planului, în toamnă, fasciculele de protoni care se mișcă la aproximativ 0,99999992 viteza luminii vor începe să se ciocnească. Numărul de coliziuni va crește treptat, apropiindu-se de nivelul planificat de miliarde de evenimente pe secundă.

Emoția veselă a oamenilor de știință cufundați în pregătirea probabil cea mai mare experiment științificîn istoria omenirii, se poate înțelege. Cu toate acestea, pentru unii oameni, langoarea în așteptarea lansării LHC continuă să aibă ca rezultat o mulțime de temeri în jurul poveștii unei găuri negre groaznice care va apărea la locul ciocnirii particulelor și, în creștere rapidă, după câteva timpul va devora nu numai Aeroportul Geneva și Munții Jurasici, ci și întreaga noastră planetă.

De fapt, acesta nu este cel mai rău lucru care se poate întâmpla. Fizicienii au venit cu mai multe scenarii escatologice, inclusiv transformarea tuturor nucleelor ​​atomice ale planetei noastre în așa-numita substanță ciudată, distrugerea protonilor de către monopolurile magnetice și chiar căderea rapidă a structurii familiare a întregului Univers. odată cu extinderea bulei de vid „adevărată” creată în accelerator.

Autorii raportului de siguranță „ușor” sunt Grupul de evaluare a siguranței LHC: John Ellis, Gian Giudice, Michelangelo Mangano, Igor Tkachev. Vinerea trecută, un grup de lucru special creat pentru a evalua realitatea unor astfel de evenimente a prezentat un raport final „ușor”, iar luni a apărut în arhiva de preprinturi electronice o lucrare la scară largă care detaliază pericolul găurilor negre.

Concluzia oamenilor de știință: nu este nimic de care să-ți fie frică. Pământul și Universul vor supraviețui probabil. Argumentul principal al echipei de cinci fizicieni repetă într-o oarecare măsură expresia comună „acest lucru nu poate fi pentru că nu se poate întâmpla niciodată”. Doar exact opusul: profețiile scepticilor LHC nu pot deveni realitate, deoarece toate experimentele pe care fizicienii speră să le efectueze în adâncurile detectorilor ATLAS și CMS apar în natură tot timpul, iar întregul program LHC în partea observabilă a Universul a fost deja repetat de cvadrilioane de cvadrilioane de ori. Și nimic, încă mai existăm. Mai mult, nici fizicienii din laboratoarele lor, nici astronomii care se uită la distanțele cosmice nu au văzut încă niciun eveniment care ar putea fi interpretat ca o dovadă a presupuselor consecințe groaznice ale ciocnirilor de protoni.

Cert este că energiile gigantice conform standardelor acceleratoarelor pământești, mai întâi de 5 TeV, și apoi de 7 TeV (teraelectronvolt), la care se plănuiește să accelereze particulele din inelul de 27 de kilometri al unui accelerator imens, nu sunt noi pentru univers. . De fapt, particulele din aceasta și mai mare energie se prăbușesc în fiecare secundă în costumul spațial al unui astronaut care iese din navă spațială. Cu aceeași frecvență, ne-ar bombarda corpurile dacă Pământul nu ar avea atmosferă. Învelișul de aer ne salvează parțial de aceste particule și se numesc raze cosmice.

Prin urmare, până când acceleratorul începe să ciocnească fasciculele de protoni, nu este absolut nimic de care să ne fie frică: avem de-a face doar cu experiența secundă cu secundă a adepților lui Alexei Leonov, primul cosmonaut care a mers în spațiul cosmic. Când astfel de particule se ciocnesc cu o țintă, ele scot zeci și sute de protoni din aceasta și distrug mai multe nuclee atomice. Experiența lui Alexei Arkhipovich, în vârstă de 74 de ani, arată că nu există nimic teribil nici pentru existența lumii noastre, nici pentru sănătatea umană în astfel de evenimente.

Totuși, în toamnă, cercetătorii CERN speră să înceapă să adune fascicule de particule încărcate care se mișcă în direcții opuse și să le îndrepte unul spre celălalt. Acest lucru este mai grav. Deși fiecare dintre protonii care se repetă unul spre celălalt are energia unui țânțar care zboară sub tavan, procesele care au loc în timpul interacțiunii lor pot fi recreate doar prin trimiterea unui proton cu o energie de zeci de mii de TeV la o țintă staționară. Faptul este că, atunci când se folosește o țintă staționară, rezerva de energie principală a particulelor incidente este cheltuită pentru menținerea impulsului fragmentelor care se împrăștie după impact și rămân doar firimituri jalnice pentru interacțiunea lor, ceea ce este cel mai interesant pentru fizicieni.

Valorile de mii de TeV sunt puțin probabil să fie atinse în viitorul previzibil cu acceleratoarele terestre și de aceea acceleratoarele de fascicul de ciocnire au devenit atât de populare. Cu toate acestea, există o mulțime de astfel de particule în spațiu. Sunt mult mai puțini decât „țânțari” - de aproximativ 100 de miliarde de ori, așa că este puțin probabil ca vreunul dintre astronauți să experimenteze o astfel de lovitură. Dar întreaga noastră planetă este zguduită de câteva mii de astfel de coliziuni pe secundă, iar în timpul existenței sale au avut loc aproximativ 1021 dintre ele. Pe întreaga perioadă de funcționare a acceleratorului de la Geneva, este planificată recrearea a aproximativ 1017-1018 impacturi ca parte a experimentului LHC; deci, fără nicio participare a fizicienilor, acest experiment a fost deja repetat pe Pământ de zeci de mii de ori.

Sunt obiectele staționare periculoase?

Se pare că nu există cu adevărat nimic de care să-ți fie frică. Autorii prezentului raport au ajuns la aceste concluzii, confirmând opinia colegilor lor care au prezentat rezultatele unui studiu independent pe aceeași temă în 2003. Cu toate acestea, în realitate, primele impresii sunt înșelătoare. Există o mare diferență între razele cosmice și ciocnirile de particule în fasciculele care se ciocnesc.

În primul rând, densitatea evenimentelor din Elveția și Franța (detectoarele sunt amplasate de ambele părți ale graniței dintre cele două țări) este incomparabil mai mare. Dacă distanța medie dintre evenimente similare care au loc simultan în atmosfera pământului este de mii de kilometri, atunci secțiunea transversală a fasciculelor care se ciocnesc se măsoară în centimetri. Mai mult decât atât, pe lângă protoni, oamenii de știință vor ciocni și nuclee de plumb între ele, fiecare dintre ele conținând două sute de protoni și neutroni, plini cu densitate nucleară. Și, deși razele cosmice probabil conțin și nuclee grele, există mult mai puține dintre ele decât protoni și particulele alfa.

Cu toate acestea, principala diferență nu este nici măcar aceasta, ci în viteza de expansiune a produselor de coliziune.

Presupunând că impactul produce de fapt găuri negre în miniatură sau picături de materie ciudată mortală, ele, conform legii conservării impulsului, vor merge mai departe cu mare viteză, zburând prin Pământ cât ai clipi. Dacă astfel de obiecte apar în acceleratoare, viteza lor va fi scăzută: fasciculele care se ciocnesc au viteze aproape identice, care se adună până la zero. Aceasta înseamnă, spun pesimiștii, că odată ce o gaură neagră va apărea, aceasta va cădea rapid în centrul planetei noastre, iar acolo își va devora treptat corpul, crescând prin înghițirea din ce în ce mai multe porții. În cele din urmă, lucrurile vor ajunge la suprafață.

Comportamentul unor astfel de obiecte aproape staționare și probabilitatea extrem de scăzută de apariție a acestora îi este dedicat cea mai recentă raportare. Oamenii de știință, unul câte unul, analizează în detaliu posibile scenarii de „apocalipsa”, luând în considerare chiar și cele mai speculative versiuni ale teoriilor fizice și cea mai recentă experiență cu acceleratoare și ajung la concluzia că nimic nu ne amenință până la urmă.

Găurile negre nu vor apărea?

În ceea ce privește găurile negre, apariția lor în LHC este în general o mare întrebare. Dacă teoria generală a relativității a lui Einstein este corectă (și nu există încă obiecții experimentale serioase la ea), atunci găurile negre nu se vor forma chiar și atunci când nucleele de plumb se ciocnesc. Motivul este că gravitația, care controlează mișcarea corpurilor cerești grandioase și determină soarta Universului în ansamblu, este o forță foarte slabă la distanțe microscopice. Este cu multe ordine de mărime inferioară celorlalte trei forțe fundamentale - atât interacțiuni electromagnetice, cât și două nucleare, așa-numitele slabe și puternice. Dar aceste forțe nu prevăd formarea de găuri negre și, în general, nu este încă posibilă în mod special „căsătorirea” acestor forțe, descrise de teoria cuantică, cu teoria gravitației a lui Einstein.

Dar, chiar dacă apare o gaură neagră, aceasta ar trebui să dispară instantaneu din cauza efectelor cuantice. Una dintre puținele încercări de succes de a înțelege fenomenele de la intersecția dintre mecanica cuantică și gravitația, întreprinsă de celebrul fizician teoretician britanic Stephen Hawking, a condus la apariția conceptului de „evaporare” a găurilor negre. Perechile virtuale de particule și antiparticule, care, în conformitate cu mecanica cuantică, apar continuu în spațiu și după foarte scurt timp dispar în neant, ar trebui să se formeze uneori la limita unei găuri negre. În acest caz, particulele perechii nu se pot anihila unele pe altele, iar pentru un observator extern din vecinătatea găurii, ceva „se naște” din nimic; energia este cheltuită pentru asta și, după cum arată calculele, cu cât gaura neagră este mai mică, cu atât mai mult.

Cea mai mare gaură neagră care se poate naște în LHC are o energie nu mai mare decât energia combinată a două nuclee care se ciocnesc. Un astfel de obiect, în conformitate cu teoria lui Hawking, trăiește pentru un timp uluitor de scurt - mai puțin de 10-80 de secunde, timp în care nici măcar nu va avea timp să înghită nicio altă particulă, nici măcar nu va avea timp să se miște.

Unele teorii prevăd însă existența în microcosmos a așa-numitelor dimensiuni spațiale ascunse pe lângă cele trei cunoscute nouă - lungime, lățime și înălțime. În astfel de cazuri, nu numai că forțele gravitaționale la distanțe foarte scurte pot deveni mult mai puternice decât cele prezise de gravitația clasică, dar găurile negre microscopice în sine se pot dovedi a fi stabile.

Totuși, nici această opțiune nu funcționează.

Aici oamenii de știință și-au îndreptat din nou atenția către obiectele spațiale. Dacă găurile negre stabile s-ar putea forma și crește, atunci când Pământul sau Soarele ar fi bombardat de raze cosmice, aceste găuri s-ar încărca foarte repede, atrăgând în primul rând protoni, mai degrabă decât electroni, care se mișcă mult mai repede la aceeași temperatură. O gaură neagră încărcată, spre deosebire de una neutră, interacționează mult mai activ cu particulele din jur, ceea ce o va opri rapid.

Astfel, zburând prin Soare, și cu atât mai mult prin stele super-dense precum piticele albe sau stele cu neutroni, gaura neagră va încetini și va rămâne în corpul stelei. Evenimente, subiecte similare, care este planificat a fi produs la LHC, a avut loc de atâtea ori în viața fiecărei stele, încât dacă s-ar putea forma găurile negre, acestea ar crește suficient de repede și ar distruge corpurile cerești cunoscute de noi.

Modul exact în care cresc aceste obiecte depinde de modelul specific al teoriei gravitației cu „dimensiuni suplimentare”. Analizând în mod constant numeroase opțiuni și luând în considerare toate efectele imaginabile, oamenii de știință ajung la concluzia că, chiar și cu ipotezele cele mai extreme, nici Pământul, nici piticele albe nu ar putea exista mai mult de câteva milioane de ani. De fapt, au miliarde de ani, așa că găurile negre microscopice nu par să se formeze deloc în Univers.

Nivelul de pericol al bretelelor nu a fost studiat!

Un alt agent popular de distrugere a lumii noastre în timpul lansării LHC sunt picăturile unei substanțe ciudate, sau „strapelele”, așa cum predică astronomul rus Serghei Popov. O astfel de substanță este numită ciudată nu din cauza comportamentului său, ci din cauza prezenței în compoziția sa a unui amestec semnificativ de așa-numiți quarci ciudați („aromă”) în plus față de quarcurile sus și jos (u și d) care alcătuiesc protonii și neutronii care formează nucleele tuturor atomilor obișnuiți.

Mici nuclee ciudate, în care se adaugă neutroni și protoni o particulă care conține quarci ciudați, au fost deja obținute în laboratoare. Ele nu sunt stabile - s-au degradat în miliarde de secundă. Nu a fost încă posibil să se obțină nuclee care conțin multe particule ciudate, dar din unele versiuni ale teoriei interacțiunilor nucleare rezultă că astfel de nuclee pot fi stabile. Ele sunt mai dense decât materia obișnuită, iar astronomii care studiază stelele neutronice, genul de nuclee atomice gigantice în care se transformă stelele masive după moarte, sunt interesați activ de ele.

Dacă nucleele „ciudate” sunt cu adevărat stabile (nu există indicații experimentale în acest sens), atunci, folosind considerații suplimentare, de asemenea, neconfirmate experimental, se poate demonstra că trecerea la o formă ciudată va fi favorabilă din punct de vedere energetic. În acest caz, atunci când interacționează cu nucleele obișnuite, cele ciudate vor provoca tranziția celor dintâi într-o formă ciudată. Ca rezultat, se formează picături dintr-o substanță ciudată, sau „fâșii”. Deoarece sunt formate din protoni și neutroni, sarcina bretelelor va fi pozitivă, așa că vor respinge nucleele obișnuite. Din nou, în unele teorii, pot apărea și bretele negative care nu sunt stabile. Deja a patra ipoteză din acest paragraf presupune prezența unor bretele negative instabile, dar de lungă durată, care vor atrage materia obișnuită.

Tocmai aceste patru ori ipotetice bretele reprezintă o amenințare.

Oamenii de știință trebuie să lucreze cu astfel de fantome pentru a dovedi siguranța LHC.

Principalele argumente împotriva existenței oricăror bretele sunt rezultatele experimentelor la așa-numitul American Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), care a început să funcționeze la Laboratorul Național American Brookhaven la sfârșitul secolului al XX-lea. Spre deosebire de CERN, unde nucleele de plumb se vor ciocni, în Brookhaven se ciocnesc nucleele atomilor de aur puțin mai ușori și cu energii semnificativ mai mici.

După cum arată rezultatele RHIC, aici nu apar bretele. Mai mult, datele culese de accelerator sunt perfect descrise de teoria conform căreia, în punctul de ciocnire a două nuclee, se formează un cheag de plasmă cuarc-gluon cu o temperatură de aproximativ un trilion și jumătate de grade pentru o perioadă nesemnificativă. fracțiune de secundă (aproximativ 10-23 de secunde). Astfel de temperaturi au existat abia la începutul Universului nostru și chiar și în centrele celor mai masive și fierbinți stele nu se întâmplă nimic de genul acesta.

Dar la astfel de temperaturi, bretele periculoase, chiar dacă se formează, sunt distruse instantaneu, deoarece reacțiile cu ele sunt caracterizate de aceleași energii ca și pentru nucleele obișnuite, altfel nu ar fi într-o stare stabilă, adică favorabilă energetic. Temperatura caracteristică de „topire” a nucleelor ​​este de miliarde de grade, astfel încât la temperaturi de un trilion de grade nu mai există urme de bretele.

Temperatura plasmei cuarc-gluon care este planificată să fie obținută la LHC este și mai mare. În plus, densitatea sa în timpul unei coliziuni va fi, destul de ciudat, mai mică.

Așa că este și mai dificil să obțineți bretele în LHC decât în ​​RHIC și a fost mai dificil să le obțineți în el decât în ​​acceleratoarele din anii 1980 și 1990.

Apropo, când programul RHIC a fost lansat în 1999, creatorii săi au trebuit să-i convingă și pe sceptici că sfârșitul lumii nu se va întâmpla cu prima ciocnire a nucleelor. Și nu s-a întâmplat.

Un argument suplimentar împotriva posibilității apariției bretelelor este prezența Lunii pe orbită în jurul Pământului. Spre deosebire de planeta noastră, Luna nu are atmosferă, astfel încât suprafața sa și nucleele elementelor grele pe care le conține sunt bombardate direct de nucleele care alcătuiesc razele cosmice. Dacă apariția bretelelor ar fi fost posibilă, atunci în cele 4 miliarde de ani de existență a satelitului nostru, aceste nuclee periculoase ar fi „digerat” complet Luna, transformând-o într-un obiect ciudat. Cu toate acestea, Luna continuă să strălucească noaptea de parcă nimic nu s-ar fi întâmplat, iar unii au avut chiar norocul să se plimbe în jurul acestui obiect și să se întoarcă înapoi.

Un alt mod de a ucide universul

Candidații mai exotici pentru rolul de ucigași ai tuturor viețuitoarelor sunt monopolurile magnetice. Nimeni nu a reușit încă să taie un magnet în două părți și să obțină polii lui nord și sud separați, dar un monopol magnetic este tocmai o astfel de particule. Din nou, nu există indicii experimentale ale existenței sale, însă, în prima jumătate a secolului al XX-lea, Wolfgang Pauli a observat că introducerea lor în teorie face posibil să se explice de ce toate sarcinile sunt multipli ai sarcinii electronilor.

Această idee s-a dovedit a fi atât de tentantă încât, în ciuda lipsei oricăror dovezi, unii fizicieni continuă să creadă în existența monopolurilor. Dacă considerăm că pentru a cuantifica o sarcină, un monopol este suficient pentru întregul Univers, atunci această credință este cu greu mai rea decât credința într-un singur principiu, datorită căruia există bine în Univers.

Cu toate acestea, un monopol magnetic nu este bun, cel puțin pentru proton. Având o sarcină mare, monopolurile în efectul lor ionizant ar trebui să fie similare cu nucleele atomice grele, iar în unele versiuni ale teoriei - din nou nu în modelul standard aproape sacru pentru fizicieni, care până acum a fost capabil să explice toate experimentele cu particule - monopolii pot provoca descompunerea protonii și neutronii în particule mai ușoare.

Majoritatea fizicienilor cred că monopolurile magnetice trebuie să fie particule foarte masive cu o energie de ordinul a 1012 TeV, pe care nici LHC, nici alt accelerator terestru nu o poate atinge. Deci nu este nimic de care să-ți fie frică de ei.

Totuși, dacă presupunem că monopolurile pot avea o masă mai mică, atunci ar fi trebuit să se formeze de mult prin interacțiunea materiei terestre cu razele cosmice. În plus, interacționând activ cu materia prin forțe electromagnetice, monopolurile ar trebui să încetinească foarte repede și să rămână pe Pământ. Bombardarea planetei noastre și a altor corpuri cerești de către razele cosmice se desfășoară de miliarde de ani, iar Pământul nu a dispărut nicăieri. Deci, fie nu se formează monopoluri ușoare, fie nici măcar nu au capacitatea de a contribui cumva la dezintegrarea protonului.

Va intra universul într-o stare adevărată de vid?

În cele din urmă, cel mai rău lucru care se poate întâmpla este apariția în spațiu a unor bule „de vid adevărat”. Ele sunt capabile să distrugă nu doar Pământul, ci și întregul Univers cunoscut nouă.

În general, vidul fizic este un sistem complex de multe câmpuri care interacționează. În mecanica cuantică, vidul este pur și simplu cea mai joasă stare energetică a unui astfel de sistem și nu un fel de „zero absolut”. Fiecare metru cub de vid poate avea propria sa energie și, în plus, vidul în sine poate influența chiar și fenomenele fizice care au loc în el.

De exemplu, dacă avem un nivel de energie fals, foarte stabil, dar încă nu cel mai scăzut, putem totuși să renunțăm la el, iar diferența de energie dintre cele două niveluri poate fi folosită pentru a crea noi particule, la fel cum sunt cuantele de lumină. creat atunci când electronii se mută de la un nivel atomic înalt la un nivel scăzut. Astrofizicienii, de exemplu, sunt încrezători că astfel de tranziții au avut loc în trecut și, datorită lor, lumea noastră este acum plină de materie.

În general, nu rezultă de nicăieri că vidul pe care îl cunoaștem nu este unul atât de fals. Mai mult decât atât, cea mai simplă explicație pentru misterioasa „energie întunecată”, datorită căreia expansiunea Universului nostru se accelerează, este tocmai prezența energiei de vid non-zero. În acest caz, este posibilă o tranziție la următoarea etapă și, mai mult, conform unor teorii, observațiile astronomice recente au crescut chiar probabilitatea acesteia.

Nu rezultă de nicăieri, desigur, că o astfel de tranziție ar putea fi declanșată de coliziunile de protoni în supercoliderul LHC. Cu toate acestea, dacă se formează bule microscopice de vid „adevărat”, teoria prezice în continuare expansiunea lor rapidă datorită transformării vidului de la un tip la altul de-a lungul limitei bulei. Expandându-se cu viteza luminii, o astfel de bulă va învălui Pământul într-o fracțiune de secundă, iar apoi va prelua restul Universului, dând naștere la multe particule și, eventual, făcând existența materiei ca de obicei la noi. imposibil.

În general, nu este clar modul în care LHC poate declanșa o tranziție în vid. În lipsa unui subiect de infirmat în acest caz, autorii raportului își întorc din nou privirea către cer, repetând aceeași logică. Dacă încă nu vedem consecințe catastrofale ale ciocnirii particulelor încărcate de energie înaltă în spațiu, înseamnă că apariția unor astfel de bule este fie imposibilă, fie prea puțin probabilă. În cele din urmă, după cum au calculat oamenii de știință, Universul a efectuat 1031 de experimente de dimensiunea LHC în partea sa observabilă în timpul existenței sale. Și, dacă cel puțin unul dintre ei s-ar termina cu distrugerea unei părți a lumii, probabil că am observa acest lucru. Ce este un experiment față de 1031? Probabilitatea că vom avea ghinion este prea mică.

Merită riscul?

Desigur, vorbirea despre probabilitate nu este potrivită aici. Când vine vorba de prețul asigurării auto, puteți împărți numărul total de accidente la numărul total de mașini pentru a obține probabilitatea unui accident pentru fiecare mașină și înmulțiți această probabilitate cu costul mediu al mașinii. Această valoare se numește așteptarea matematică a deteriorării mașinii. Adăugați la această sumă taxele pentru care există companii de asigurări - și costul asigurării este gata.

Profesioniștii folosesc, de asemenea, așteptarea matematică a numărului de decese umane - de exemplu, în zonele predispuse la cutremur. Acest lucru poate părea cinic pentru unii, dar un astfel de calcul este probabil singura cale gestionați eficient resursele întotdeauna limitate pentru a salva un număr maxim de vieți.

Dacă probabilitatea distrugerii Pământului la începutul LHC este, să zicem, o șansă la un miliard, atunci așteptarea matematică a numărului de decese - produsul populației planetei cu o miliardime - va fi de 6,5. Este posibil ca printre cele câteva mii de oameni de știință care lucrează la CERN, să fie nu șapte, ci mult mai mulți oameni care sunt gata să-și sacrifice viața de dragul științei. Cu toate acestea, pot pune în joc existența întregii umanități, deși aproape garantată câștigătoare? Dacă vorbim despre existența întregului Univers? Este puțin probabil ca cineva să poată răspunde la această întrebare.

Un rezident al statului american Hawaii, Walter Wagner, de exemplu, consideră riscul nejustificat și chiar a intentat un proces corespunzător la una dintre instanțele americane. Cererea, însă, a fost deja respinsă și nimeni nu știe care va fi soarta ei viitoare în sistemul judiciar din SUA. Este clar doar că este puțin probabil să fie mulțumit până la mijlocul toamnei, când, conform planului, grinzile care se apropie din tunelul gigant de lângă Geneva vor începe să accelereze unele spre altele. Iar tribunalul american din Geneva europeană nu are competență și poate interzice doar furnizarea de echipamente importante pentru CERN, care este produs în SUA; Apropo, acesta este scopul procesului.

Frica care duce la lansarea LHC nu este nimic nou. Același lucru s-a întâmplat și când a fost lansat acceleratorul de ioni Brookhaven. Și la sfârșitul anilor șaizeci, un mesaj despre descoperirea unei „forme polimerice a apei” de către chimistul sovietic Nikolai Fedyakin s-a răspândit în întreaga lume. În Occident, se vorbea doar că, odată ajunsă în oceanele lumii, „poliapa” își va transforma rapid tot conținutul în formă de polimer. Nu este o poveste despre stranii care pot transforma toată materia într-o formă ciudată? Cei interesați își pot aminti o altă legendă - despre testele subacvatice ale unei bombe cu hidrogen, a cărei explozie abia a ratat straturile de fund ale oceanului bogat în izotopul greu de hidrogen, provocând detonarea lor pe întreaga planetă.

Se pare că potențialele pericole asociate cu lansarea ciocnitor, nu trebuie luate în considerare. Moartea Pământului din cauza unui impact de asteroizi sau a unei explozii de supernovă în vecinătate este mult mai probabilă. Chiar și un război pentru resurse minerale va provoca mult mai multe daune decât pornirea unei mașini. Astfel, propunerile de oprire a experimentelor cu LHC este puțin probabil să fie considerate constructive.

Cel mai mare și mai puternic accelerator de particule din lume - Large Hadron Collider (LHC) - a revenit recent la lucru. După actualizare, acceleratorul de particule a început să funcționeze cu putere dublă. Înseamnă asta că toate temerile asociate cu lansarea sa inițială au fost reînviate cu răzbunare?

Deși acest eveniment a fost anticipat în întreaga lume, au fost doi oameni care au rămas tăcuți: Walter Wagner, un ofițer de securitate nucleară pensionat, și jurnalistul spaniol Luis Sancho. Ei au propria lor istorie asociată cu LHC și poate că le datorăm pentru toate poveștile de groază asociate cu lansarea unei mașini de divizare de protoni.

Cu câteva luni înainte ca ciocniderul să fie pornit pentru prima dată în 2008, Wagner și Sancho au intentat un proces împotriva organizațiilor din spatele mașinii monstru: Departamentul Energiei din SUA, Laboratorul Național de Accelerator Fermi și Fundația Națională pentru Știință.

Este de la sine înțeles că a fost nevoie de mult curaj și poate de puțină nebunie pentru a încerca să dai în judecată oricare dintre aceste organizații care angajează pe unii dintre cei mai străluciți intelectuali ai umanității, cu atât mai puțin să îi atace pe toți odată. Mai ales după ce au finalizat construcția unui proiect de 30 de ani și 6 miliarde de dolari. În apărarea bărbaților, Wagner și Sancho au încercat să salveze lumea de la ceea ce ei credeau că este o distrugere inevitabilă.

Printre temeri a fost că LHC ar putea crea o gaură neagră în miniatură care ar înghiți literalmente Pământul. În procesul lor, ei au argumentat:

„În cele din urmă, întregul Pământ va cădea într-o micro gaură neagră în creștere, care va transforma Pământul într-o gaură neagră de dimensiuni medii în jurul căreia luna, sateliții, ISS etc. vor continua să orbiteze.”

Procesul a fost respins deoarece bărbații nu au putut dovedi o „amenințare credibilă”. Cu toate acestea, până astăzi există oameni pe Pământ care sunt încrezători că LHC va duce omenirea la colaps. Deși Sancho și Wagner s-au înșelat - Pământul este pe loc, LHC-ul funcționează de câțiva ani la rând - este important să înțelegem de ce fundalul științific al LHC nu implică nicio amenințare. Înțelegeți de ce Marele Ciocnitor de Hadroni nu va provoca un asemenea prejudiciu catastrofal.

Nașterea unei găuri negre

Găurile negre sunt obiecte compacte extrem de dense, cu o masă cuprinsă între 4 și 170 de milioane de ori mai mare decât cea a Soarelui. Deși găurile negre sunt prin definiție uriașe, este cel puțin teoretic posibil ca cantități mici de materie – zeci de micrograme – să fie împachetate suficient de strâns pentru a crea o gaură neagră. Acesta ar fi un exemplu de gaură neagră microscopică.

Până acum, nimeni nu a observat sau produs găuri negre microscopice - nici măcar LHC. Dar înainte de a fi pornit pentru prima dată în 2008, Wagner și Sancho s-au temut că accelerarea particulelor subatomice la 99,99% din viteza luminii și apoi ciocnirea lor ar putea crea o mizerie atât de densă de particule încât ar apărea o gaură neagră.

Fizicienii CERN raportează că teoria generală a relativității a lui Einstein sugerează că ar fi imposibil ca LHC să producă un astfel de fenomen exotic. Dar dacă Einstein a greșit? De asta se tem Wagner și Sancho.

Chiar și așa, o altă teorie dezvoltată de renumitul astrofizician Stephen Hawking prezice că, chiar dacă s-ar forma o gaură neagră microscopică în interiorul LHC, aceasta s-ar dezintegra instantaneu, nefiind nicio amenințare pentru existența Pământului.

În 1974, Hawking a prezis că găurile negre nu numai că mănâncă materie, ci și o scuipă sub formă de radiație Hawking de o energie extrem de ridicată. Conform teoriei, cu cât gaura neagră este mai mică, cu atât emite mai multă radiație Hawking în spațiu, dispărând treptat. Astfel, gaura neagră microscopică, devenită cea mai mică, va dispărea înainte să ne poată provoca daune și să ne distrugă. Poate că acesta este motivul pentru care nu am văzut găuri negre microscopice.

Nașterea materiei ciudate

Materia ciudată este formată din particule ipotetice individuale - bretele - care diferă de materia obișnuită care alcătuiește tot ce ne înconjoară.

Wagner și Sancho se tem că această materie ciudată se poate îmbina cu materia normală și „ar putea transforma întregul Pământ într-un singur lucru mare ciudat”. Desigur, preocupările lui Wagner și Sancho nu se bazează pe teoriile lor - aceste gânduri au fost discutate în cercuri științifice mai serioase.

Cu toate acestea, nimeni nu știe comportamentul exact al materiei ciudate sau chiar al unui singur straniu; Acesta este parțial motivul pentru care bretelele rămân candidate pentru particulele de materie întunecată, care predomină în Universul nostru.

Pentru a susține această teorie, fizicienii de la Brookhaven National Laboratory din New York au încercat să creeze un ciudat la Relativistic Heavy Ion Collider încă de la începutul acestui secol. Până acum nu am văzut un singur strap-on. Dar, desigur, există întotdeauna șanse.

Dacă Laboratorul Național Brookhaven are noroc în căutarea sa, rămân temerile că ciudații care intră în contact cu materia obișnuită vor declanșa o reacție în lanț care te va transforma pe tine, pe noi și pe orice altceva de pe Pământ într-un pâlc de materie ciudată. Dacă vom putea supraviețui unei astfel de transformări și ce se va schimba este o ghicire a oricui. Dar necunoscutul este înfricoșător.

Fizicienii CERN susțin însă că, dacă Brookhaven reușește să creeze un străin, șansele ca acesta să interacționeze cu materia obișnuită sunt foarte mici:

"Cu asa temperaturi mari, care sunt produse la colisionare, formarea de materie ciudată împreună este mai dificilă decât formarea gheții în interior apa fierbinte", ei spun.

Nașterea monopolurilor magnetice

În natură, magneții au două capete - un pol nord și un pol sud. Dar la sfârșitul secolului al XIX-lea, fizicianul Pierre Curie, soțul lui Marie Curie, a sugerat că nu există niciun motiv pentru care o particulă cu un pol magnetic să nu existe.

Mai mult de o jumătate de secol mai târziu, o astfel de particulă, numită monopol magnetic, nu a fost niciodată creată sau observată în natură. Adică este pur ipotetic. Dar acest lucru nu l-a împiedicat pe Wagner să sugereze că o mașină puternică precum LHC ar putea crea primul monopol magnetic din istorie, care ar putea distruge Pământul.

„Astfel de particule pot avea capacitatea de a cataliza dezintegrarea protonilor și atomilor, determinându-i să se transforme în alte tipuri de materie”, au scris el și Sancho.

Teoria conform căreia un monopol ar putea distruge protonii - blocurile subatomice ale întregii materie din Univers - este în cel mai bun caz speculativă, explică fizicienii de la CERN. Dar să spunem că această teorie este adevărată. În acest caz, această particulă va avea o masă prea mare pentru ca LHC să creeze o astfel de particule.

În general, suntem în siguranță.

„Faptul de existență a Pământului și a altor corpuri cerești exclude posibilitatea de a crea monopoluri magnetice periculoase care mănâncă protoni folosind LHC”, spun fizicienii CERN.

Fizicienii vor petrece următoarele câteva luni mărind puterea LHC, astfel încât acesta să depășească de două ori puterea maximă la care a funcționat LHC în timpul primei sale lansări. Acest lucru nu schimbă faptul că Pământul este puțin probabil să fie distrus de găuri negre microscopice, bretele sau monopoluri magnetice.