Журнал «Вокруг Света» №10 за 2003 год

Тысячи ученых во всем мире готовятся и с нетерпением ждут этой лавины информации, поскольку глубинные тайны Вселенной обещают открыться в ближайшие годы. Если же ожидаемые частицы не будут найдены, то придется пересматривать не только Стандартную Модель современной физики частиц, но и множество других теорий мироздания. Сегодня трудно точно сказать, какие загадки Природы сумеет разгадать LHC, но одно известно точно – человечество шагнет в новую эпоху фундаментальных открытий.

Объединенные силы

Самой популярной остается идея об объединении всех сил в единой теории, названной теорией суперсимметрии, или SUSY. Следуя этой теории, для каждой известной частицы существует суперсимметричный партнер. Если SUSY верна, то часть этих суперсимметричных частиц должна быть найдена с помощью ускорителя LHC. По этой теории – на каждый кварк должна существовать другая частица с равным зарядом, но с другими спином и массой, называемая «скварк», а на каждый лептон – свой «слептон». Такие переносчики энергии, как фотоны, W– и Z-бозоны, также должны иметь партнеров, а хиггсовский бозон приобретает сразу несколько партнеров.

SUSY объясняет, почему различные взаимодействия имеют разные силы, она также может обосновать наличие таинственного «темного» вещества во Вселенной, которое существует и создает гравитацию, но больше никак себя не проявляет. Некоторые физики предполагают, что кварки и лептоны не являются фундаментальными частицами, а состоят из более элементарных частиц, которые еще предстоит открыть. Таким образом, предельно высокие уровни энергии LHC позволят экспериментально проверить многие теории. Для разрешения этих вопросов в 2007 году на ускорителе LHC будут запущены два самых крупных эксперимента – ATLAS и CMS.

Суперкомпьютер для луковиц

Детекторы напоминают цилиндрические «луковицы» размером с многоэтажный дом, наполненные сложной сверхсовременной аппаратурой и электроникой. Столкновения происходят в центре детектора, различные слои которого определяют свойства рождающихся частиц. Ближайшие к центру трековые детекторы позволяют «видеть» траектории заряженных частиц, образовавшихся при столкновении. Затем размещены калориметры – приборы, измеряющие энергию, – здесь большинство частиц заканчивает свой путь. Внешние слои «луковицы» состоят также из трековых детекторов для регистрации мюонов.

Магниты, встроенные в детекторы, позволяют измерить импульсы частиц по отклонению в магнитном поле. Каждую секунду на ускорителе будет происходить до миллиарда столкновений, а каждое столкновение даст около 10 миллионов единиц информации. Обработка и анализ информации будут одновременно вестись во всех участвующих институтах. Для этого разработан принципиально новый подход распределенных вычислений. А для его реализации будет создана всемирная компьютерная сеть GRID, которая в будущем дополнит WWW, обязанную своим появлением на свет также ЦЕРН. Именно здесь в 1989 году Тим Бернерс-Ли и Роберт Кай изобрели мировую компьютерную сеть WWW, что явилось откликом ЦЕРН на быстро развивающееся научное сотрудничество. Сегодня планируемые эксперименты LHC требуют невиданного до настоящего времени уровня глобальной интеграции вычислительных ресурсов. Особенность экспериментов – невероятно большой поток данных: годовой прирост объема будет составлять петабайты (миллионы гигабайт). Эта информация должна быть сохранена, обработана и проанализирована.

Россия—ЦЕРН: история сотрудничества

1967 Между ЦЕРН и Государственным комитетом СССР по использованию атомной энергии подписано первое соглашение о сотрудничестве.

1968-1975 Участие европейских физиков в экспериментах на ускорителе У-70 в Протвино. Более 300 физиков работали в 10 совместных экспериментах. Для этой программы ЦЕРН поставила научную аппаратуру стоимостью около 100 млн. швейцарских франков.

1975-1989 Участие российских ученых в 15 экспериментах на ускорителе SPS с энергией 400 ГэВ и в подготовке экспериментов на электрон-позитронном коллайдере LEP.

1989-2000 Проведение совместных экспериментов на коллайдере LEP в ЦЕРН. Для программ на SPS и LEP промышленностью России было изготовлено и поставлено в ЦЕРН уникальное научное оборудование общей стоимостью около 100 млн. швейцарских франков.

1993 Подписание соглашения между Правительством Российской Федерации и ЦЕРН о дальнейшем развитии научно-технического сотрудничества в области физики высоких энергий.

1996 Подписан протокол между Министерством науки и технической политики Российской Федерации и ЦЕРН об участии России в проекте «Большой Адронный Коллайдер» (LHC).

Около 720 российских физиков и инженеров (приблизительно 15% от общего числа членов коллабораций) принимают непосредственное участие в подготовке четырех экспериментов на LHC.

Россия получила статус Наблюдателя в Совете ЦЕРН, и все заседания по подготовке экспериментов на коллайдере проходят при непосредственном участии российских представителей.

Большое путешествие: Воюющий остров