Достучаться до небес: Научный взгляд на устройство Вселенной

23 ноября 2009 г. в Большом адронном коллайдере наконец-то произошло первое столкновение частиц. Миллионы протонов столкнулись со встречным сгустком таких же протонов при инжекционной энергии в 900 ГэВ. Это означало, что после многих лет ожидания запланированные эксперименты нач

нут записывать результаты первых протонных столкновений в кольце БАКа.

Вскоре после этого протоны в кольце начали слегка разгонять; сначала были получены пучки с энергией 1,18 ТэВ — самые высокоэнергетические циркулирующие пучки за всю историю исследований. Всего через неделю после первых столкновений, 30 ноября, эти высокоэнергетические протоны встретились. Суммарная энергия столкновения, составившая 2,36 ТэВ, превзошла все ранее достигнутое и побила рекорд Лаборатории имени Ферми, продержавшийся восемь лет.

Результаты столкновения пучков регистрировали три различных детектора, и за следующие несколько недель были зафиксированы десятки тысяч таких столкновений. Эти столкновения, конечно, не обещали новых физических теорий, но оказались невероятно полезны для тестирования экспериментальных детекторов и исследования фона Стандартной модели — событий, которые не раскрывали еще ничего нового, но могли бы в принципе помешать реальным открытиям.

Физики–экспериментаторы всего мира с радостью встретили успех БАКа и достигнутые на нем рекордные энергии. Примечательно, кстати, что этот результат был получен в последний момент — еще чуть–чуть, и в середине декабря установку предстояло остановить до марта будущего года, так что вопрос стоял просто: либо декабрь, либо ждать еще несколько месяцев. Джефф Ричман, экспериментатор из Санта–Барбары, работающий на БАКе, рассказал мне об этом на конференции по темной материи. Оказалось, что он заключил пари с одним физиком из Лаборатории имени Ферми о том, сможет ли БАК до конца 2009 г. получить более высокоэнергетические столкновения, чем тэватрон в Фермилабе. По его веселому настроению было ясно, кто выиграл пари.

18 декабря 2009 г. волна интереса временно спала — после того судьбоносного прогона БАК был закрыт на каникулы. Лин Эванс завершил свой рассказ обсуждением планов на 2010 г. и обещанием заметно повысить энергию столкновений. Планировалось до конца года поднять ее до 7 ТэВ — значительный рост по сравнению с тем, чего удавалось достичь ранее. Эванс был оптимистичен и уверен в себе и в коллайдере — как оказалось, не без оснований; установка действительно без проблем подняла энергию до этой цифры.

После множества затруднений и задержек Большой адронный коллайдер начал наконец работать по графику (см. хронику проекта на рис. 28). Предполагалось, что вплоть до 2012 г. БАК будет работать на энергии 7 ТэВ или, возможно, чуть больше, а потом закроется по крайней мере на год для подготовки к работе на более высоких энергиях[33]. После этого инженеры попытаются поднять энергию столкновения как можно выше и довести ее по возможности до запланированных 14 ТэВ, а также поднять интенсивность пучка, чтобы увеличить число столкновений.

После повторного пуска в 2009 г. и детекторы, и сама установи ка работали как часы, так что заключительные слова Лина прозвучали вполне убедительно: «Приключения, связанные со строительством БАКа, завершились. Пришло время приключений, связанных с научными открытиями».

ГЛАВА 10. О ЧЕРНЫХ ДЫРАХ, КОТОРЫЕ ПОГЛОТЯТ ВЕСЬ МИР

Физики уже давно с нетерпением ждали пуска БАКа. Научный прогресс невозможен без новых данных, а физика элементарных частиц, по крайней мере в части высокоэнергетических взаимодействий, давно уже живет на голодном пайке. Пока не появятся данные с БАКа, никто не сможет сказать, какие из многочисленных теорий и предположений о том, что лежит в основе Стандартной модели, верны. Но, прежде чем сделать попытку разобраться в наиболее интересных вариантах и возможностях, я хочу посвятить следующие несколько глав важным вопросам о рисках и неопределенностях, без которых невозможно корректно интерпретировать экспериментальные данные БАКа.

Мы начнем обсуждение с черных дыр в Большом адронном коллайдере и с того, почему они удостоились куда большего внимания, чем заслуживали.

ПОЧЕМУ ВОПРОС О ЧЕРНЫХ ДЫРАХ ВООБЩЕ ВОЗНИК?