В настоящее время титул крупнейшего в мире ускорителя элементарных частиц принадлежит американскому Тэватрону, который входит в состав в Национальной лаборатории ускорителей им. Ферми (Фермилаба) в штате Иллинойс. Эта гигантская машина разгоняет пучки протонов и антипротонов, которые затем сталкиваются в лобовых ударах. Частицы обоих пучков после всех циклов разгона набирают энергию примерно в один триллион электронвольт, или, как говорят физики, в 1 ТэВ.
В каждом акте соударений между протонами и антипротонами выделяется вдвое большая энергия, около 2 ТэВ. Она идет на образование множества экзотических короткоживущих частиц, следы которых потом регистрируют совмещенные с ускорителем детекторы. В течение четверти века Тэватрон был мировым рекордсменом по своим энергетическим возможностям.
Однако в скором времени Тэватрону придется уступить верхнюю ступеньку другому ускорителю на встречных пучках - Большому Адронному Коллайдеру (БАК), который входит в состав Европейского института ядерных исследований, и о работе которого мы уже сообщали. Когда эта машина заработает на полную мощность, она будет сталкивать пучки протонов, разогнанных до 7 триллионов электронвольт. Эффективная энергия столкновений составит 14 триллионов электронвольт – в семь раз больше, чем у Тэватрона. Поэтому БАК сможет рождать очень массивные частицы, на которые у Тэватрона попросту не хватает энергии. Физики не сомневаются, что работа БАК обернется множеством интереснейших открытий.
Новый ускорительный комплекс фактически состоит из пяти ускорителей, главного и четырех вспомогательных. Эта четверка должна доводить энергию протонов до 450 миллиардов электронвольт, а уж все остальное сделает основная машина. Она будет разгонять протоны во встречных направлениях внутри двух вакуумных камер, смонтированных в кольцевом подземном туннеле длиной 27 километров, который пролегает под территориями Франции и Швейцарии. Камеры окружены сверхпроводящими магнитами, охлаждаемыми жидким гелием.
Набрав полную энергию, частицы будут сталкиваться друг с другом в специально выделенных зонах, расположенных по соседству с шестью детекторами. Все эти приборы будут отслеживать информацию о продуктах столкновений и передавать ее для автоматической электронной обработки. Такую обработку будут вести компьютерные центры многих стран, в том числе и России.
Все основные системы Большого Адронного Коллайдера разработаны при активном содействии физиков из США, которые будут принимать самое непосредственное участие и во всех этапах его работы. Со стороны Лаборатории имени Ферми эти усилия координирует известный физик-экспериментатор Дэн Грин [Dan Green]. Вот что он рассказал в эксклюзивном интервью Русской службе «Голоса Америки».
Дэн Грин: Для начала хочу отметить, что БАК – это самый крупный комплекс научной аппаратуры за всю историю человечества. Поэтому его запуск –очень сложная задача, которая потребует немалого времени. Все энергетические системы ускорителя и системы охлаждения криогенных магнитов давно и многократно проверены и готовы к работе. На прошлой неделе в вакуумные камеры главного кольца уже начали инжектировать протоны и прогонять их по отдельным участкам. А теперь предстоит заставить протонные сгустки двигаться по всему главному кольцу – сначала только по одному направлению, а затем и по обоим. Это мы и начнем делать 10 сентября.
Алексей Левин: Но это только первая стадия запуска?
Д.Г.: Совершенно верно. По ее окончании в главное кольцо будут направляться протоны с энергией 450 миллиардов электронвольт, прошедшие первые стадии разгона во вспомогательных ускорителях. Сначала мы планируем сталкивать там именно такие протоны промежуточной энергии. Благодаря этому мы сможем сравнить полученные данные с информацией с Тэватрона, где частицы разгоняются до триллиона электронвольт. Начало этого этапа планируется на 21 октября. И уже потом главное кольцо наконец-то заработает в качестве ускорителя. Это и будет настоящий запуск Большого Адронного Коллайдера.
А.Л.: Вы рассчитываете уже на этом этапе довести энергию частиц до 7 триллионов электронвольт?
Д.Г.: Нет, придется подождать. Мы не хотим сразу же подвергать сверхпроводящие магниты максимальной нагрузке, поэтому сначала остановимся на 5 триллионах. Это тот предел, который мы рассчитываем достичь к декабрю. Поскольку все детекторы уже готовы к работе, уже в этом году можно будет исследовать столкновения с эффективной энергией порядка 10 триллионов электронвольт – впятеро больше, чем позволяет сделать Тэватрон. А потом, где-то к Рождеству, коллайдер на время остановится.
А.Л.: Почему?
Д.Г.: Это будет сделано, чтобы ограничить счета за электричество, которое в Европе в холодный сезон сильно дорожает. Так что в зимние месяцы коллайдер будет бездействовать. Но это время даром не пропадет, оно будет потрачено на окончательную оптимизацию магнитной системы. В апреле коллайдер будет вновь запущен, и уже тогда, как мы надеемся, энергия пучков достигнет расчетного максимума. Так что подготовительный период в целом займет более полугода.
А.Л.: И что за этим последует?
Д.Г.: Будем проверять фундаментальные теории современной физики и астрофизики. Быть может, удастся детектировать гипотетические тяжелые частицы, из которых, как принято считать, состоит космическая темная материя. Возможно, удастся завоевать главный приз и обнаружить бозон Хиггса, без которого очень трудно объяснить, почему частицы обладают массой. Его давно предсказали теоретики, но вот в эксперименте он пока не проявился. Или будут сделаны какие-то открытия, которые мы пока даже не можем предвидеть. В общем, скучать не придется, я в этом уверен.
А.Л.: В какой степени физики Фермилаба будут сотрудничать с учеными, работающими в Европе?
Д.Г.: Самым тесным образом. Наши сотрудники накопили богатейший опыт изучения столкновений между тяжелыми частицами самых высоких энергий. У нас уже оборудован центр дистанционного управления работой Большого Адронного Коллайдера и налажена система оперативных телекоммуникаций с европейскими коллегами. Мы на семь часов отстаем по времени от Женевы, так что будем работать во вторую смену.
А.Л.: Что же, выходит, Большой Адронный Коллайдер – это совместное предприятие Америки и Европы?
Д.Г.: Конечно. Так работать гораздо интересней.
Я также позвонил еще одному американскому координатору научных программ нового ускорителя, декану физического факультета Технического университета Техаса Нуралу Акчурину [Nural Akchurin].
Алексей Левин: Кое-кто опасается, что внутри женевского ускорителя будут возникать сверхмикроскопические черные дыры, способные сожрать нашу планету, а за ней и всю Вселенную. Что можно сказать по поводу этих страхов?
Нурал Акчурин: Ну, подобные прогнозы не стоит принимать всерьез. Если бы микродыры могли рождаться в столкновениях между частицами, от нас давно бы уже ничего не осталось. Ведь Землю постоянно бомбардируют космические протоны, энергии которых подчас неизмеримо превышают верхний предел Большого Адронного Коллайдера. Кроме того, даже если бы микродыра и появилась, она исчезла бы практически мгновенно и не успела натворить никаких черных дел. Так что риска никакого, я гарантирую.
