Самые важные физические и технологические достижения происходят на границе Швейцарии и Франции. А итоги подвели в Санкт-Петербурге.
Ученые говорят о возникновении Вселенной, природе загадочной темной материи, медицине 21-го века и существовании частицы, о которой до этих дней не знал мир.
В субботу в нашем городе завершалась международная конференция Large Hadron Collider Phisics (LHCP) 2015, посвященная работе Большого адронного коллайдера (БАК) и других подразделений международной лаборатории высоких энергий CERN.
На пороге открытия
О главном научном итоге конференции физики говорят осторожно.
«Есть закономерность: всякое новое качество появлялось с увеличением энергии. И в 1976 году, когда мы поняли, что элементарные частицы – это не протоны, а кварки. И в 2012-м, когда был открыт бозон Хиггса. Сейчас мы увеличили энергию в два раза – может быть, что-нибудь и откроем. На заседании кое-что уже прозвучало, но мы не можем точно говорить без предварительных результатов»,
– объясняет член-корреспондент РАН, руководитель Отделения физики высоких энергий Петербургского института ядерной физики НИЦ «Курчатовский институт» Алексей Воробьев.
Скорее всего, академик говорит об открытии новых частиц, подобных фотону, но с очень большой массой.
Подробнее о них рассказывает профессор СПбГУ Александр Андрианов:
«Вряд ли они элементарные. Есть техни-теория (как направление музыки «техно»), которая предполагает, что векторные бозоны состоят из техни-кварков, которые сами по себе не взаимодействуют с нами».
Существуют такие частицы 10 в минус 24-й степени секунд, но их влияние на современную физику огромно.
Интенсификация-2015
Говоря о предстоящих открытиях, профессор предупреждает, что увеличение мощности ускорителя не единственный способ получить значимые результаты:
«Стремиться к большим энергиям не всегда полезно. Потому что от них возрастает температура, а ядерная плотность становится очень маленькой. Иногда нужно промежуточное состояние – больше ток и чуть меньше энергии».
Поэтому петербургские физики разработали систему, которая в 10 раз увеличивает интенсивность потока частиц.
«Как все русские изобретатели – с помощью простого приспособления и смекалки»,
– смеется заведующий лабораторией СПбГУ, руководитель группы СПбГУ в коллаборации ALICE Георгий Феофилов.
Сделано в России
Проведение мероприятия в Петербурге отражает вклад наших земляков в международный проект.
«Идеи, которые привнесли российские ученые, не имеют аналогов»,
– констатирует заместитель генерального директора ЦЕРН по науке Сержио Бертолучи.
Подробнее о работе коллег рассказывает профессор Университета Фрайбурга, член Комитета европейской стратегии физики высоких энергий, основатель и бывший руководитель коллаборации ATLAS Питер Йенни:
«Участие российских институтов в проекте началось около 20 лет назад, уже в то время у ваших физиков было понимание, как ставить эксперименты на БАК. Некоторые из этих идей были реализованы. То, что сделали наши российские коллеги, работает отлично».
Так идеи, возникшие в Петербурге, стали базовыми при создании коллаборации ALICE, подразделения ЦЕРН, в котором изучают праматерию, сформировавшуюся сразу после Большого взрыва.
«Инженерный и научный потенциал нашего города позволил разработать предложения, которые в 1992 году прошли в ЦЕРН и работают до сих пор. Сейчас в СПбГУ занимаются модернизацией детекторов установки ALICE, к процессу подключились студенты университета», – говорит Григорий Феофилов.
Почти как в футболе
Всего в ЦЕРНе работает больше восьмисот физиков, инженеров и программистов из России. Только три страны – Италия, Германия и Франция, а также США, которые не входят в объединение, – могут похвастаться большим присутствием.
Но у проведения конференции в Петербурге есть и другой аспект, политический. Его озвучивает заместитель директора Центра фундаментальных исследований НИЦ «Курчатовский институт» Владимир Шевченко:
«Почему мы любим проводить в России чемпионаты по футболу? Потому что организаторы всегда имеют некоторые преимущества. Кроме того, проведение такого крупного форума в нашей стране – напоминание о нас как о крупном игроке. Державе, у которой есть свои интересы».
Перед нами портал в новый мир
«Те, кто говорит, что коллайдер – самое горячее место во Вселенной, не ошибаются. При столкновении ядер, разогнанных почти до скорости света, материя становится чем-то очень интересным для изучения, – признается Григорий Феофилов. – Дает ключи к открытиям в области астрофизики, влияет на фундаментальную науку – понимание стандартной модели и отклонений от нее».
Температура в ходе экспериментов измеряется триллионами градусов, то есть в сотни раз превосходит температуру Солнца.
Что касается стандартной модели, неизменным предметом обсуждения остается обнаруженный на БАК в 2012 году бозон Хиггса, или «хиггс», как его кратко называют ученые. Эта элементарная частица подтвердила состоятельность основной теоретической конструкции современной физики и в то же время вывела человечество за пределы стандартной модели, в неведомые измерения.
«Важно понимать, что хиггс – не «еще одна частица», а представитель нового типа материи со спином ноль. Перед нами открывается портал в новый мир, узнать, что ждет за воротами, – задача на много лет для всего научного сообщества», –
предсказывает Владимир Шевченко.
Темные начала
Есть и другие прогнозы.
«Самым впечатляющим открытием, которое нам предстоит, должна стать разгадка тайны темной материи. Мы можем получить результат, либо увеличив энергию в ускорителе, либо проводя более точные измерения частиц»,
– надеется Питер Йенни.
Темная материя действительно остается главной загадкой нашего века – Вселенная на 96% состоит из этой субстанции, но мы не можем ни видеть ее, ни регистрировать, только определять ее существование по воздействию на видимые 4%. Понимание того, что такое темная материя, скорее всего, перевернет все наши представления о реальности. Но даже этими удивительными открытиями не исчерпываются возможности ЦЕРНа.
«Я не знаю, что природа откроет нам в следующий момент»,
– честно признается заместитель генерального директора ЦЕРН по науке Сержио Бертолучи.
Только для больных
Есть и более понятные результаты работы ускорителя. Именно в ЦЕРНе возникла адронная терапия – использование пучков заряженных частиц для точечного облучения опухолей. Воздействие происходит настолько локально, что не касается здоровых тканей.
«Это сплав физики высоких энергий и новейших медицинских технологий, который дает очень высокие показатели»,
– отмечает Григорий Феофилов.
В Москве и Петербурге запланировано строительство двух частных протонных центров. Большему распространению адронной медицины в России мешает несовершенство законодательства, объясняет Владимир Шевченко: физик не имеет права оказывать медицинские услуги, а врач не владеет физикой высоких энергий.
В ожидании конца света
В глазах обывателя эксперименты на Большом адроном коллайдере чаще всего ассоциируются не с великими открытиями, а с глобальной катастрофой.
Семь лет назад ученых из ЦЕРН даже пытались судить за попытку организовать конец света.
Представления общества хорошо выражает картинка, на которой перебинтованный ученый сообщает журналисту: «С помощью БАК мы узнали, что Вселенная появилась в результате взрыва». Или футболка с четырьмя рукавами и надписью «Я пережил запуск адронного коллайдера».
Физики знают о таких шутках и иронизируют в ответ.
«Если в ЦЕРНе будет обнаружена черная дыра, это станет большим научным открытием. Правда, цена его тоже будет большой – все человечество исчезнет», – говорит Алексей Воробьев.
Впрочем, отчаиваться рано. Физика учит, что маленькая черная дыра должна испариться, а вовсе не поглотить мироздание.
Все уже случилось
Академик РАН, директор Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ, Дубна) Виктор Матвеев советует соблюдать спокойствие:
«Человеку, не имеющему дела с физикой, трудно представить масштабы процессов. Эксперименты в лаборатории лишь повторяют то, что было во Вселенной. Все, что могло случиться, уже случилось. Если бы оно несло катастрофические последствия, нас с вами уже бы не было».
Из того, что мы существуем, следует вывод: Большой адронный коллайдер не несет опасности человечеству. И это доказательство должно быть понятно даже людям, которые бесконечно далеки от физики высоких энергий.