Коллайдер сломался

— 22.09.08 14:37 —

ТЕКСТ: Артём Тунцов

ФОТО: Reuters

На Большом адронном коллайдере произошла серьёзная авария, устранение последствий которой займёт минимум пару месяцев. Поломка одной из деталей повредила систему охлаждения, и тонна жидкого гелия вылилась прямо в тоннель. Возможно, процесс столкновения частиц в коллайдере будет отложен до следующего года.

В июле прошлого года двое физиков – вероятно, с досады на всё отодвигавшиеся сроки запуска Большого адронного коллайдера (LHC) – опубликовали почти серьёзную статью, в которой предложили объяснение бесконечно сдвигающимся срокам, а заодно и «неуловимости» последнего элемента стандартной модели физики элементарных частиц – бозона Хиггса.

Датчанин Хольгер Нильсен и японец Масао Ниномия рассмотрели модель обратного влияния будущего на прошлое в физических явлениях, при которых массово рождаются эти «хиггсы». Такое влияние появившихся в процессе работы LHC частиц может привести к различным авариям на установке, которые нам, не способным увидеть расположенную в будущем истинную причину, будут казаться случайными, но оттого не менее досадными.

Туннель окружностью 27 километров Большого адронного коллайдера (LHC) находится на границе Франции и Швейцарии недалеко от Женевского озера // cern.ch

Большой адронный коллайдер (LHC)
ускоритель заряженных частиц – протонов и ядер тяжёлых атомов, расположенный в 27-километровом круговом тоннеле, проложенном на глубине от 50 до 175 метров по обе стороны от франко-швейцарской границы....

Статья крайне спекулятивная – никакого обратного влияния будущего на прошлое наблюдать пока не удавалось. Но по нескольким причинам если оно где-то и могло проявиться, то именно в экспериментах с рождением «хиггсов», утверждали авторы, не настаивая, впрочем, на правоте; иначе как в виде электронного препринта, статья, разумеется, нигде не вышла. Хотя статья выглядит как почти серьёзная, отношение к ней физиков (да наверняка и авторов) прямо противоположное – несерьёзное, хотя и с крохотными оговорками.

В последние недели показалось, что Нильсен и Ниномия вскоре будут посрамлены, а физикам не придётся приспосабливать свою интуицию к экзотическому расположению причины и следствия.

В августе окончательно завершился длительный, продолжавшийся несколько месяцев процесс охлаждения электромагнитов, которым предстоит ускорять, направлять и фокусировать пучки протонов и ядер свинца в вакуумных трубах, проложенных в 27-километровом тоннеле Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН). Обмотки этих электромагнитов находятся в сверхпроводящем состоянии, чтобы выдержать токи, необходимые для создания мощнейшего магнитного поля, а низкую (–271,4 градуса по шкале Цельсия) температуру обеспечивает жидкий гелий.

Утром 10 сентября пришёл первый успех – учёным удалось провести пучок протонов по всему туннелю, добившись его устойчивой циркуляции в направлении по часовой стрелке. К вечеру того же дня аналогичного успеха удалось добиться и для протонов, движущихся по коллайдеру в противоположном направлении. Собственно, ускорения тогда не было – частицы летели по вакуумным трубам с той энергией 0,45 Тэв, с которой их впрыскивали в большое кольцо, однако быстрый прогресс позволил самым оптимистично настроенным сотрудникам ЦЕРНа надеяться, что первые столкновения частиц удастся осуществить уже на ближайшей неделе.

Теперь этим планам не суждено сбыться, а Нильсен и Ниномия, возможно, радостно потирают руки. Впрочем, Нильсену может быть и не до смеха – он является сотрудником ЦЕРНа, а на 21 октября намечена его официальная «инаугурация» с присутствием уймы VIP-гостей. Теперь она пройдёт на сломанном коллайдере, а сами столкновения, за которыми LHC-параноики видят апокалипсис, возможно, случатся не раньше следующего года.

В прошлую пятницу в одном из секторов большого тоннеля произошла большая авария.

По данным на понедельник, расследование инцидента всё ещё продолжается, однако последовательность событий уже примерно ясна. 19 сентября в 11.37 по местному времени (13.37 по Москве) прохудилась система охлаждения электромагнитов в секторе 3–4 и около тонны жидкого гелия вылилось прямо в бетонный тоннель под французскими виноградниками.

Авария 19 сентября 2008 года произошла на секторе 3-4 тоннеля между детекторами CMS и ALICE примерно в 150 метрах под склонами Юрских гор, давших название геологическому периоду // CERN/"Газета.Ru"

По мнению сотрудников ЦЕРНа, инцидент, при котором, как отдельно отмечает пресс-служба центра, никто из людей не пострадал, произошёл из-за бракованного электрического соединения между двумя электромагнитами. Оно успешно выдерживало работу при относительно малых токах, годных для управления движением протонов с энергией 0,45 Тэв, однако оказалось не в силах принять ток, необходимый для удержания протонов с энергией в 5 Тэв (самих протонов в вакуумных трубах не было). Соединение расплавилось, повредив систему охлаждения 30-тонного магнита, и гелий просто вытек.

Температура мгновенно подскочила почти на сотню градусов, и никакой сверхпроводимости в катушках примерно сотни электромагнитов более быть не могло. К счастью, все электромагниты, кроме одного, остались невредимыми. Система построена таким образом, что они и не пытались пропустить через себя неподъёмные в обычном состоянии токи, потеряв сверхпроводимость, иначе бы пол тоннеля залил не сжиженный газ, а расплавленный метал, а целый сектор пришлось бы перестраивать почти с начала.

Тем не менее на устранение последствий аварии потребуется ещё не менее двух месяцев.

После запуска LHC на полную мощность
в тоннеле будут постоянно циркулировать 300 триллионов протонов, пробегающих по кругу за 90 микросекунд и полностью обновляющих свой состав примерно за несколько часов. Их общая масса покоя - всего 0,5...

Если бы всё произошло с обычным электромагнитом, то полная замена пострадавшего «гелиепровода» заняла бы от силы несколько дней. Но в случае со сверхпроводящими установками придётся медленно повысить температуру электромагнитов до комнатной, чтобы инженеры смогли заменить повреждённую аппаратуру. После этого ещё больше времени уйдёт на повторное охлаждение всего сектора до рабочей температуры в 1,9 градуса выше абсолютного нуля. Только после этого работы продолжатся, а сотрудникам ЦЕРНа придётся повторить все работы по юстировке пучков и их проводке по коллайдеру. Опыт у них есть.

Двухмесячная задержка отодвигает запуск коллайдера на полную мощность минимум до конца ноября. Обычно в это время сотрудники ядерного центра уже посматривают на юг, в сторону альпийских лыжных склонов: зимой в ЦЕРНе принято устраивать каникулы – по официальной версии, для экономии электроэнергии на обогрев помещений. Удастся ли дождаться первых столкновений протонов в нынешнем году или конец света откладывается до следующей весны – мы узнаем ближе к декабрю. Если верить модели Нильсена и Ниномия, это не последняя задержка.