6 ноября 2019

Почему искусственная чёрная дыра не поглотит мир: правда и мифы о ЦЕРН

НИЯУ МИФИ
Штаб-квартира ЦЕРН

Вокруг деятельности ЦЕРН ходят слухи и легенды. Какие технологии созданы благодаря ему? К чему привело открытие «Частицы бога»? Не уничтожит ли столкновение частиц в Большом адронном коллайдере нашу планету — в материале РИА Новости.

К новой физике — почти со скоростью света

С появлением теории относительности в физике началась эпоха многообразия фундаментальных моделей, объединить которые в единую систему не удается по сей день. Сегодня самые точные данные об устройстве материи производит физика высоких энергий. Она изучает процессы рождения фундаментальных частиц в столкновениях протонов и ядер, разогнанных до скоростей крайне близких к скорости света. Это позволяет проверять теоретические прогнозы и находить новые агрегатные состояния частиц.

Стандартная модель, сформированная к 60-м годам, представляет собою комплекс теорий физики частиц, объясняющих большинство, однако, не все фундаментальные явления — например, она не объясняет гравитацию. Для уточнения этой модели и был создан Большой адронный коллайдер (БАК).

БАК представляет собою кольцеобразный тоннель на стометровой глубине с длиной окружности 27 км, внутри которого более 1200 сверхпроводящих магнитов разгоняют частицы для столкновения на скорости 0,99999999 скорости света. Кроме него, в ЦЕРН работают еще шесть ускорителей и ряд детекторов, регистрирующих результат столкновений частиц.

Информация, производимая детекторами, исчисляется десятками петабайт (т. е. десятками миллионов гигабайт) в месяц, а на ее анализ уходит иногда не один год работы ученых. Данные, производимые лабораториями центра, обрабатываются многоуровневой сетью, узлы которой находятся в университетах и научных центрах 40 стран мира, включая Россию.

Открытие в 2012 году бозона Хиггса стало финалом грандиозной работы по подтверждению Стандартной модели. Сегодня на базе ЦЕРН развернут целый ряд параллельных экспериментальных программ, посвященных как проверке точности предсказаний Стандартной модели, так и поиску проявлений «новой физики».

Дальнейшее исследование бозона Хиггса даст возможность изучать феномены за рамками Стандартной модели. Наибольший интерес ученых вызывают такие явления, как темная материя и темная энергия, а также асимметрия материи и анти-материи.

Горнило новых технологий

«Невозможно знать наверняка направление научного поиска, которое приведет нас к новым технологиям, поэтому только исследование фундаментальных проблем, которое предполагает преодоление границ возможного в настоящий момент, может гарантировать развитие прикладной науки»,

— объяснил профессор НИЯУ МИФИ, участник коллаборации ATLAS Анатолий Романюк.

Необходимость обработки огромного объема данных сделала ЦЕРН одним из центров развития компьютерных технологий. Кроме «Всемирной паутины», созданной там в 1989 году для удобства исследователей, центр также оказал большое влияние на технологию распределенных вычислений.

Предметом особой гордости ученых являются разработки по уменьшению физических размеров ускорителей. Миниатюрные ускорители уже сейчас активно используются для сканирования внутренней структуры объектов — например, в медицине или экспертизе искусства.

Связанные с этим технологии визуализации также развиваются на базе ЦЕРН. Коллаборация Medipix адаптирует для применения в диагностике технологию, служившую для наблюдения за столкновениями частиц. Разрабатывается уже четвертое поколение чипов, позволяющих как получать 3D-сканы человеческого тела, так и проводить мониторинг различного рода, в том числе в космических условиях.

Помимо этого, уникальные экспериментальные условия позволяют изучать влияние космической радиации на формирование климата и разрабатывать методы защиты электроники от нее для аэрокосмической сферы.

ЦЕРН обладает уникальной экспертизой как в ряде производственных компетенций, так и в управлении процессами, что делает его авангардным хабом индустрии 4.0, влияющим на наукоемкий бизнес во всем мире.

На пороге будущего

Всего в ЦЕРН действуют несколько десятков коллабораций экспериментаторов, в разных направлениях раздвигающих горизонты науки. Крупнейшие из них ATLAS и CMS ориентированы на поиск новых элементарных частиц, поиск темной материи, и других новых явлений. LHCb изучает антиматерию, а ALICE специализируется на изучении состояния вещества в первые микросекунды после Большого Взрыва.

Вокруг работы БАК часто появляются слухи и тревожные теории и, к счастью, все они были опровергнуты: уничтожить Землю не удастся ни микроскопическим черным дырам, которые и вправду могут на доли секунды возникать в коллайдере, ни загадочному магнитному монополю. Зато постоянно существует вероятность совершить открытие, которое перевернет все — в хорошем смысле.

Для повышения эффективности наблюдений на БАК прямо сейчас реализуется проект модернизации, который превратит его в коллайдер «высокой светимости» (HL-LHC). Считается, что этот апгрейд позволит загрузить ученых данными примерно до 2035 года.

На смену БАК, как планируют ученые, придет либо Future Circular Collider, длина окружности которого составит уже около 100 км, либо же ускоритель совершенно иного типа Linear Collider. Целью этих проектов является детальное изучение бозона Хиггса.

«Самое главное достижение ЦЕРН, я считаю — это сообщество, которое удалось создать. Здесь собираются самые светлые головы со всего мира, работающие в различных областях физики и технологий. Такого уровня профессионального общения, такого обмена опытом нет больше нигде», — поделился Анатолий Романюк.

На сегодняшний день в ЦЕРН на постоянной основе трудятся около 2600 ученых и инженеров. В экспериментах центра принимают участие более 12000 физиков из 85 стран, и среди них более тысячи россиян. За годы своего существования центр расширился с 11 до 23 стран-участников.

Материал подготовлен на основе лекции «Большой адронный коллайдер: история и будущее исследований ЦЕРН», состоявшейся в МИА «Россия сегодня», и при содействии учёных Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ».