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.
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. Также называется и эксперимент, который будет проведён в этом сооружении. За проект отвечает Европейский центр ядерных исследований (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, CERN), штаб-квартира которого расположена в Швейцарии, недалеко от Женевы.
Сам тоннель был построен ещё в середине 1980-х годов и предназначался для Большого электрон-позитронного коллайдера LEP, который теперь уступит место большому адронному. В тоннеле проложены две длинных вакуумных трубы, в каждой из которых в противоположных направлениях движутся два пучка частиц. Направляет частицы магнитное поле, которые создают полторы тысячи сверхпроводящих магнитов, температура которых поддерживается почти 100 тонн жидкого гелия.
Частицы в LHC поставляет каскад дополнительных ускорителей, разгоняющих протоны до 0,45 ТэВ. Задача ускорителя – увеличить их энергию в 15 раз, до 7 ТэВ. Помимо протонов LHC будет также использоваться для столкновения встречных пучков ядер свинца; энергия каждого из них превысит 1100 ТэВ, составив около 2,75 ТэВ на один нуклон (протон или нейтрон). Полная энергия пучка, разбитого на почти три тысячи сгустков, соответствует кинетической энергии скоростного французского поезда TGV, несущегося со скоростью около 160 км/ч.
Изучать продукты столкновения будут несколько огромных детекторов, самыми крупными из которых являются CMS, расположенный на французской территории, и ATLAS, оставшийся в Швейцарии. Используются также несколько специализированных детекторов – например ALICE, предназначенный для исследования кварк-глюонной плазмы, возникающей при столкновении тяжёлых ядер.
В конце июня завершается стадия охлаждения сверхпроводящих магнитов до рабочей температуры около 2K. Предполагается, что первые частицы будут вброшены в большое кольцо ускорителя в середине июля, а эксперименты по столкновению встречных пучков протонов с энергией около 5 ТэВ на протон начнутся в середине осени. После зимнего перерыва энергию планируется увеличить до расчётных 7 ТэВ.
Предполагается, что ускоритель может добиться рождения частиц, которые предсказаны так называемой Стандартной моделью, но до сих пор не удавалось изучать ни в лаборатории, ни среди космических лучей. Конечно, физики с ещё большим нетерпением ждут и явлений, которые в стандартную теорию не вписываются.
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.
skin: article/incut(default)
data:
{
"_essence": "test",
"incutNum": 3,
"picsrc": "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\"",
"repl": "<3>:{{incut3()}}",
"uid": "_uid_2841129_i_3"
}
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.
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 нанограммов, но полная энергия, которую они будут нести, составит примерно 350 МДж – это энергия локомотива поезда, несущегося со скоростью 300 км/ч или товарняка из 50 стандартных вагонов, гружёных углём, движущихся со скоростью 50 км/ч.
Несколько миллиардов столкновений в секунду будут фиксировать четыре крупных детектора – CMS, ATLAS, ALICE и LHCb. Поток информации, которую они будут выдавать, составляет около гигабайта в секунду. Базовые компьютеры самого CERN будут на лету выделять «самые интересные» с точки зрения науки столкновения, и информация о них будет через несколько десятков узлов первого и несколько сотен узлов второго уровня передаваться на какие-то из 80 тысяч компьютеров по всему свету, объединённых системой распределённых вычислений GRID.
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.
