Новости

09.09.2008 03:00
Рубрика: Общество
Проект: 25 лет "РГ"

Охота на божественного Хиггса

Завтра откроется новая эпоха в мировой науке
10 сентября в ЦЕРНе должна ожить самая крупная на планете экспериментальная установка - Большой адронный коллайдер, или БАК. Состоится пробный пуск, и первый пучок протонов пройдет по всему 27-километровому кольцу ускорителя.

Это событие откроет новую эпоху в мировой науке. По своему значению оно может сравниться разве что с полетом человека в космос и на Луну, пуском первого ядерного реактора. Репортаж о событии в прямом эфире покажет Евровидение.

Каким был акт творения Вселенной

Кто-то назвал расположенный под Женевой ЦЕРН (Европейская организация ядерных исследований) научным Лас-Вегасом, где ученые, говоря современным языком, отрываются по полной программе. Игра идет по-крупному. Сейчас на кону самая сокровенная тайна нашего мира: каким был акт творения Вселенной 15 миллиардов лет назад? Что происходило в первые мгновения после породившего ее Большого взрыва? Правда, сами физики выражаются более загадочно. На просьбу одним словом объяснить, зачем нужен БАК, который обошелся в 8,5 миллиарда долларов, они отвечают - "Хиггс" и добавляют - "божественный".

- Это не преувеличение, - говорит замдиректора НИИ ядерной физики МГУ, координатор участия российских институтов в проекте БАК, доктор физико-математических наук Виктор Саврин. - Дело в том, что лучшие умы мировой науки создали так называемую Стандартную модель - одно из самых выдающихся достижений человеческого разума XX века. Она довольно точно объясняет многие явления мироздания и возникновения Вселенной. Но красивое здание может рухнуть в одночасье, если БАК не поймает частицу, а точнее, бозон Хиггса. Она - краеугольный камень всей теории, поэтому и называют ее "божественной".

Тайну материи придется выбивать в прямом смысле слова. В коллайдере столкнутся миллиарды элементарных частиц, протонов, разогнанных почти до световой скорости. Среди миллионов осколков ученые будут вылавливать и таинственного Хиггса, и другие частицы. Например, те, которые образуют "темную материю", составляющую основную часть массы Вселенной. По сравнению с этими задачами поиск иголки в стоге сена - детские забавы.

Участвовать в охоте на Хиггса смогут тысячи физиков. Ведь каждое столкновение протонов порождает каждую секунду лавину информации. Если обрабатывать ее нынешними средствами, потребуются десятилетия. Поэтому создана грандиозная информационная система ГРИД, которая объединит в единую сеть все компьютеры планеты. Только такой мегамозг способен переварить колоссальный объем данных.

Как устроен Большой адронный коллайдер. Инфографика: ИТАР-ТАСС

Конечно, сам БАК поражает воображение. Это расположенное в пригороде Женевы на глубине 100 метров кольцо длиной 27 километров. По нему и побегут протоны. А ловить образовавшиеся осколки будут четыре огромных детектора. Один займется Хиггсом, второй кварк-глюонной плазмой (именно в таком состоянии была Вселенная в первые микросекунды после рождения), третий - антивеществом, четвертый - поиском новых, доселе неизвестных частиц микромира. Самый большой из детекторов занял бы половину парижского собора Нотр-Дам, а в самом тяжелом железа больше, чем в Эйфелевой башне.

Сооружение этого научного монстра началось в 1996 году. История его создания поражает не меньше, чем сам фантастический проект. Ведь у БАКа множество родителей: сотни институтов и предприятий из более чем 50 стран, десятки тысяч людей разных национальностей. И если с ведущими странами все понятно, они активные участники проекта, вложили в его создание приличные суммы, то, казалось бы, зачем БАК, к примеру, Португалии, Греции, Венгрии, Марокко, Азербайджану и другим странам, где фактически нет фундаментальной науки? И тем не менее они тоже внесли свой вклад. У каждого свой резон, но главное - в чувстве причастности к самому глобальному научному проекту, осуществляемому на планете. Сооружение Вавилонской башни человечество не потянуло, так как люди перестали понимать друг друга. Нынешние строители гигантской супермашины научились находить общий язык. Язык физики.

Даже американцы отступили

Кстати, в свое время американцы смело взялись за сооружение своего БАКа. Ударными темпами истратили миллиард долларов. Однако выяснилось, что цену надо удвоить. Потом утроить. И отступили, почувствовав, что это только начало. Европа рискнула. Может, потому, что в компании легче расставаться с деньгами. А если серьезно, то ЦЕРН дал всем урок, как надо реализовывать такие грандиозные проекты, хотя были периоды, когда казалось, что дело окончательно зашло в тупик. Но всегда находился выход. Причем такой легкий, как, скажем, сдача помещений в аренду коммерческим фирмам, здесь не проходит. Чистая наука должна быть чиста от барышей. Правда, за это ЦЕРН имеет немалые льготы. Выходили из тяжелых ситуаций прежде всего за счет жесточайшей экономии буквально на всем.

- Здесь скрупулезно отбирали и специалистов, и изготовителей по принципу цена-качество, - объяснял мне кандидат физико-математических наук Сергей Муравьев. - Скажем, в Марокко есть прекрасные математики именно в области элементарных частиц. Если их услуги дешевле, чем услуги других ученых, они имеют шанс получить приглашение ЦЕРНа. Тот же принцип и в изготовлении оборудования: один узел может быть детищем десятка стран: конструировался в одной, чертежи делались в другой, изготавливался в третьей.

Особо подчеркивается полная прозрачность всех финансов, всех конкурсов на размещение заказов. Здесь нет своих, нет любимчиков. За десятилетия, которые существует ЦЕРН, на его репутацию не легла даже тень подозрений, хотя деньги крутятся огромные. Ловчить не позволяет прин цип предельной экономии. Невыгодно.

А что Россия? Это отдельная песня. Несколько раз ее участие в проекте висело буквально на волоске. Причина очевидна - не было денег, чтобы работать на равных с другими странами. Неудивительно, что многие резко возражали. Особенно тяжелым был 1998 год с его дефолтом. И тем не менее Россию включили в проект. Решающей оказалась "схема Скринского". В церновских кругах говорят, она настолько эффективна, что ее автору, директору Института ядерной физики СО РАН академику Александру Скринскому впору присуждать Нобелевскую премию по экономике.

- Как мы эту схему пробивали - отдельная песня, - говорит Александр Николаевич. - Например, тогдашний министр науки никак не мог ее подписать у премьера Черномырдина. Если все объяснять - не поймет. Наконец на одном совещании подошел и говорит: "Виктор Степанович! Почти все, что сделаем, все равно будут ругать. А вот за это точно похвалят". - "Точно? - переспросил премьер. - Тогда давай". И подписал не читая.

По сути, нашим капиталом в проекте стали не финансы - Россия вложила около 70 миллионов долларов, а знания и опыт российских ученых. Они оказались весомыми. Более того, из казны ЦЕРНа наши предприятия получили около 120 миллионов долларов за создание различного оборудования. Скажем, они изготовили более 500 магнитов для самого ускорителя и крупные узлы для детекторов, каждый из которых высотой с многоэтажный дом. По сути, они - сердце БАК, основа сети, которая и должна поймать те самые неуловимые бозоны.

Перечисление всех систем БАК, которые создали российские специалисты, займет не одну страницу. Чтобы оценить масштаб, достаточно сказать, что в проекте участвовало более 50 институтов и предприятий. Среди них такие известные, как НИЦ "Курчатовский институт", сибирский Институт ядерной физики имени Г.И. Будкера, Институт физики высоких энергий, Институт теоретической и экспериментальной физики, МГУ, МИФИ, российские ядерные центры в Сарове и Снежинске. Впечатляет география заводов, где изготовлено оборудование. Здесь не только Москва и Санкт-Петербург, но и Пермь, Магнитогорск, Смоленск, Каменск-Уральский, Апатиты, Селятино и другие.

Для многих именно участие в проекте БАК позволило выжить во времена кризиса. Более того, наши заводы, в частности, Богородицкий завод, НПО "Луч" из Подольска, ОКБ им. Мясищева, НИКИЭТ, награждены золотыми медалями как лучшие изготовители. Таково было решение жюри ЦЕРНа. Выяснилось, что есть ниши, где наши предприятия являются бесспорными лидерами.

Россия готова играть на равных

Завтра начнется главное, ради чего все и затевалось, - научные эксперименты. А значит, былые заслуги позади. Никто и не вспомнит об огромном вкладе российских ученых. Как признают многие руководители ЦЕРНа, без России, может, вообще не было бы БАКа. Но это уже перевернутая страница, и игра пойдет по новым правилам полного равноправия. Льготный режим для нас закончен. Ведь в ЦЕРНе впервые даже те, кто фактически построил эту уникальную установку, будут платить за право работать на ней. Прежде все расходы по эксплуатации брала на себя принимающая сторона. С БАКом это не получится, всем желающим придется внести за каждого ученого, который будет участвовать в эксперименте, по 10 тысяч швейцарских франков в год. Сумма немалая. Готова Россия ее вносить?

- Готова, - утверждает Виктор Саврин. - Правительство страны приняло решение выделять ежегодно по 2,5 миллиона долларов на участие около 200 российских физиков в экспериментах на БАК. По каждому из четырех мегапроектов формируется коллабрация - международный коллектив из сотен ученых. Ведущие страны стремятся закрепить за собой как можно больше задач, возглавив их. Впервые в истории ЦЕРНа лидером одного из мегапроектов стал россиянин, доктор физико-математических наук из Института теоретической и экспериментальной физики Андрей Голутвин. Это огромный успех и признание нашей науки.

"Черные дыры" над Женевой

Завтра БАК сделает, говоря образно, только слабый вдох. На очень малой мощности по 27-километровому кольцу пройдет первый пучок протонов. Ускорителю еще предстоит долгая тренировка, прежде чем его выпустят в свободное плавание и он заработает в полную силу с невиданной доселе энергией - 14 Тэв. (Это в миллион раз больше, чем выделяется при единичном акте в термоядерном синтезе.) Пока самые мощные установки на Земле имели энергию "всего" до 2 Тэв. Но если физики ждут невероятных открытий, то есть немало ученых, которые бьют в набат. Интернет полнится все новыми научными страшилками, смущая простого обывателя.

Одни ученые толкуют о рукотворных "черных дырах", способных всосать Женеву, потом знаменитое озеро и далее по списку. Другие предсказывают, что появится антивещество и в результате гигантского взрыва Земля превратится в пыль. А последний тревожный сигнал прозвучал, когда группа ученых подала жалобу в Европейский суд по правам человека. Они утверждают, что "при подготовке к запуску ускорителя не были выполнены стандартные процедуры, предусмотренные, в частности, при пуске в эксплуатацию АЭС".

Не подошли ли ученые в своей страсти удовлетворять собственное любопытство к опасной черте? Не закончатся ли эти академические игры глобальной катастрофой? Вдруг Хиггс выйдет из-под контроля? Ведь XX век дал яркие примеры, как вроде бы безобидные исследования приводили к созданию страшного оружия.

- Создание каждого мощного ускорителя начинается с вопроса, а не нанесет ли он вред, - объясняет доктор физико-математических наук Эдуард Боос. - Такая оценка была сделала в 1999 году перед пуском коллайдера в Фермиевской лаборатории США c энергией 2 Тэв. Никакой угрозы не выявили, и сейчас он успешно работает. Точно так же все риски БАК анализировала специальная комиссия авторитетных ученых из нескольких стран.

Самый "страшный" для широкой публики вывод: да, на ускорителе в Женеве могут рождаться "черные дыры". Но вовсе не те космические монстры массой в миллиарды Солнц, которые поглощают все вокруг себя. "Черная дыра" в БАКе - совсем из другой оперы. Ее массу, по словам Бооса, даже невозможно представить: это 10 минус несколько десятков степеней грамма! И самое главное - мини-дыра испаряется, едва успев родиться. Поэтому никакой угрозы не представляет.

Но почему физики так уверены в своей правоте? Ведь на Земле еще не было столь мощных ускорителей. Разве можно исключать неожиданные события? У физиков весомые аргументы. Скажем, вся история Земли. Ведь за миллиарды лет ее существования на планету попадали космические лучи с энергией куда большей, чем способен создать БАК. Но никаких катастроф не наблюдается.

- Наука десятилетиями создавала правила езды в незнаемое, - говорит Эдуард Боос. - Если бы существовала малейшая вероятность всей этой экзотики, то она обязательно вылезла бы на предыдущих ускорителях. Не буду объяснять, каким образом, так как это очень сложные эффекты, связанные со свойствами физического вакуума. Но главное, что мы их бы обязательно увидели. Но ничего нет. Так что никаких сверхъестественных явлений с пуском БАКа не будет.

А если Хиггс ускользнет?

Получив в руки такую супердорогую и небывалую на Земле игрушку, физики вовсе не дают гарантии, что поймают Хиггса. Попадется он в руки, значит, мир устроен так, как и предсказала Стандартная модель. И мы будем знать, как родилась Вселенная, что такое "темная материя", а еще куда исчезло антивещество, что такое масса и т.д. И Нобелевские премии посыпятся как из рога изобилия.

А если результат окажется отрицательным? Что же, миллиарды долларов и работы десятков тысяч лучших ученых и инженеров пойдут в корзину? Тут, конечно, можно вспомнить слова Петра Капицы: "Если эксперимент полностью совпадает с теорией, то наука умерла". Поэтому от БАКа ждут самых коварных неожиданностей и интриг. Он закроет одни теории и откроет новые.

Но даже при самом негативном исходе затраты себя окупят, утверждают ученые. Ведь БАК - это прорыв по многим направлениям науки и техники. Многие научные решения не останутся в церновском портфеле, а будут в самых разных отраслях экономики превращаться в товар. Спектр широчайший - от материаловедения, космоса, энергетики, электроники до медицины и информатики. Пожалуй, самый яркий пример - Всемирная паутина. Она была в свое время разработана именно в ЦЕРНе в связи с возрастающими потребностями в быстром обмене информацией. Экономический эффект только от ее создания многократно перекрывает затраты на эксперименты в ЦЕРНе. А на очереди новый, куда более грандиозный проект ГРИД, о котором уже было рассказано. И отдача от него окажется намного существеннее, чем от Интернета.

Но будем надеться на лучшее. Уже в конце года БАК выйдет на почти проектную мощность в 10 Тэв, а весной заработает в полную силу. Так что в физике все самое интересное только начинается.

Досье "РГ"

Большой адронный коллайдер является ускорителем протонов. (Адроны - это прежде всего знакомые со школьной скамьи нейтроны и протоны.) Он расположен в 27-километровом кольцевом туннеле на глубине от 50 до 175 м в районе Женевы. Коллайдер разгонит протоны до скорости 0,999999998 от скорости света. Они будут сталкиваться в лоб 800 млн раз в секунду, создавая при каждом соударении тысячи новых частиц. Обмотки гигантских магнитов, которые управляют движением протонов, охлаждены до температуры всего на два градуса выше абсолютного нуля (-271ºС).

БАК - самая грандиозная и дорогая установка, когда-либо создававшаяся на Земле. Она должна ответить на самые ключевые вопросы науки: как 15 млрд лет назад возникла наша Вселенная, почему из нее практически исчезло антивещество, что такое масса и "темное вещество" и т.д. Поиском ответов займутся более пяти тысяч ученых по всему миру, объединенных новейшей информационной системой ГРИД.

Общество Наука 25 лет "Российской газете" Научный подход с Юрием Медведевым Большой адронный коллайдер
Добавьте RG.RU 
в избранные источники