Следует заметить, что Стивен Бассет не первый и не последний, кто опасается БАКа. У него был предшественник, некий Уолтер Вагнер. В свое время он подал иск с требованием остановить строительство БАКа и провести дополнительные тесты, чтобы доказать безопасность установки. А после заседания суда стали переживать и другие активисты. Так, группа неизвестных даже угрожала расправой ученым, которые работали над созданием БАКа. Аналитики «РБК», заинтересовавшись темой коллайдера, провели в 2022 году журналистское расследование. И подтвердили, что устрашающий сценарий невозможен, и вот почему. Согласно одной из теорий, во время столкновения протонов на Большом адронном коллайдере могут появиться черные дыры. Если они окажутся стабильными и не распадутся, то попадут в центр Земли, поглотят ее материю и разрушат планету. Но если бы это было в действительности, то черные дыры уже давно возникли бы. Кроме того, согласно теории относительности Эйнштейна, микроскопические черные дыры не могут возникнуть на БАКе, потому что частицы, которые могли бы их образовывать, моментально распадаются.
Что же представляет из себя адронный коллайдер? Это ускоритель, разгоняющий частицы высокой энергии почти до скорости света с помощью воздействия электромагнитных полей. Такое название устройство получило потому, что работает с определенным классом частиц – адронами (составными частицами, подверженными сильному ядерному взаимодействию) – и в процессе сталкивает их (англ. collider – сталкиватель).
Первый в мире адронный коллайдер ISR был запущен еще в 1971 году в том же ЦЕРНе. Устройство было небольшим – 943 м в длину, а максимальная энергия частиц, до которой оно могло их разогнать, – 28 ГэВ. В 1980-х годах работу ISR остановили и направили финансовые средства, которые уходили на его содержание, на строительство более мощного электрон-позитронного коллайдера. Последний проработал до 2001 года, пока его не сменил Большой адронный коллайдер – на сегодняшний день самый мощный ускоритель адронов в мире.
БАК находится на границе между Францией и Швейцарией, возле Женевы, в тоннеле глубиной 100 м. Длина ускорителя – почти 27 км, а максимальная энергия частиц, до которой он может их разогнать, – 7 ТэВ, что почти в 230 раз больше, чем у первого адронного коллайдера.
Большой адронный коллайдер является самой крупной экспериментальной установкой в мире – в строительстве, которое длилось почти 10 лет, принимало участие более 10 000 ученых и инженеров из 100 стран. Затраты на создание БАКа оцениваются в Ђ4,6 млрд.
Для чего нужен Большой адронный коллайдер? В физике элементарных частиц есть важный постулат – Стандартная модель. Это теория, описывающая, как взаимодействуют элементарные частицы нашего мира: кварки, бозоны, лептоны, барионы. Ученым интересны эти отношения, потому что в результате них могут появиться новые или очень редкие элементы, которые слабо или вообще не изучены. Это, в свою очередь, позволит узнать больше о мире и его материи.
Чтобы открывать новые частицы, нужно проводить эксперименты. В этом ученым и помогают коллайдеры. Установки воспроизводят процессы, которые в действительности происходят в природе, то есть сталкивают друг с другом заряженные частицы материи – протоны с протонами или электроны с позитронами. После этого собранные данные фиксируются и передаются на компьютер. У ученых есть возможность детально изучить результаты взаимодействия заряженных частиц: обнаружить следы распада мюонов, пи– и К-мезонов и другие события, возникшие в коллайдере. Помимо поиска черных дыр и обнаружения бозона Хиггса, перед адронным коллайдером стоит еще несколько задач.
♦ Поиск суперсимметрии, то есть подтверждение теории о том, что у каждой элементарной частицы Вселенной есть суперсимметричный партнер. Если БАК сможет доказать это явление, то подтвердится, что Стандартная модель – не единственная теория устройства элементарных частиц, а лишь часть большой системы микромира.
♦ Изучение топ-кварков – самых тяжелых элементарных частиц. Их свойства недостаточно изучены и потому интересны физикам.
♦ Изучение кварк-глюонной плазмы, которая возникает при столкновении ядер свинца. Исследование этого явления поможет ученым построить более совершенные теории сильных взаимодействий частиц.
На сегодняшний день бозон Хиггса – единственное открытие, сделанное на Большом адронном коллайдере. Эта элементарная частица была необходима ученым, чтобы объяснить нарушение электрослабой симметрии, в результате которой другие частицы, которые изначально ничего не весили, приобрели массу.
Чтобы объяснить нарушение симметрии, в 1970-х годах Питер Хиггс и еще несколько ученых выдвинули теорию, согласно которой Вселенную пронизывает некое поле, при взаимодействии с которым частицы приобретают массу. Позже его назвали полем Хиггса. Для подтверждения теории ученым нужно было найти и доказать существование бозона Хиггса – основы материи поля Хиггса.
Несколько десятков лет Франсуа Энглерт и Питер Хиггс путем экспериментов пытались обнаружить бозон Хиггса, но все было безрезультатно. Эту частицу сложно увидеть, потому что она нестабильна, а появившись, сразу распадается – нужно было мощное оборудование, которое сможет запечатлеть следы ее распада. Однако с помощью экспериментов на электрон-позитронном коллайдере ученые смогли определить примерную массу бозона Хиггса, что значительно облегчило поиски.
Работы были продолжены на Большом адронном коллайдере, и в 2012 году экспериментаторы объявили, что каждый из них наблюдал новую частицу, которая своей массой и другими признаками похожа на бозон Хиггса. В 2013 году находку ученых официально признали, а Франсуа Энглерт и Питер Хиггс получили Нобелевскую премию за свои открытия. И кстати, инопланетяне тут были ни при чем. Если только не считать, что сами Энглерт и Хиггс были замаскировавшимися пришельцами.
А вот в 2020 году Нобелевская премия по физике, действительно, ушла в черную дыру. Награду получили астрофизики Роджер Пенроуз, Рейнхард Гензель и Андреа Гез. Каждый сделал свое открытие, находившееся в пограничных областях. В частности, Пенроузу премию присудили за открытие того, что образование черных дыр является надежным предсказанием общей теории относительности. А Гензель и Гез получили награду за открытие сверхмассивного объекта в центре Млечного Пути. Интересно, что на сегодня существуют два реалистичных и два гипотетических варианта создания черных дыр: катастрофически быстрое сжатие массивной звезды или центра части галактики; и, соответственно, сотворение черных дыр как последствия Большого взрыва и возникновение в ядерных реакциях высоких энергий.
Продолжая тему, дзен-канал «Популярная наука» замечает, что черные дыры не вечны. На первый взгляд, эти объекты лишь втягивают в себя все окружающее, но согласно квантовой теории тяготения, черная дыра, поглощая, должна непрерывно излучать, теряя при этом свою энергию. Чем больше «энергии-массы» потеряно, тем больше температура и скорость излучения, что в итоге приводит к взрыву. Остается ли что-то потом от черной дыры или нет, неизвестно. Ответ на этот вопрос может дать квантовая теория гравитации, над которой собираются хорошенько поработать в ближайшие пару десятков лет. При этом существуют три теории «функционирования» черных дыр. Согласно первой, черных дыр во Вселенной конечное количество, они находятся в каждой галактике, следовательно, они могут являться способом перемещения в пространстве, своеобразным телепортом – зашел в эту черную дыру, вышел из другой. Причем можно «регулировать» не только место, в которое попадешь, но и время (именно на это намекал Стивен Бассет, когда говорил, что пришельцы проникают в Солнечную систему через черные дыры). Вторая теория опирается на теорию множественности миров Хью Эверетта, согласно которой количество Вселенных бесконечно. Благодаря этому появилась гипотеза, что черные дыры являются проходом в другую Вселенную. Физические законы во всех Вселенных могут различаться, но лишь проходные пункты – черны дыры – незыблемы, хоть и не вечны.
