Знание-сила, 2007 № 10 (964)

В физике микромира решение многих проблем зависит от такой гипотетической частицы, как хиггс-бозон. В 2000 году ученые ЦЕРН были как никогда близки к его открытию, но... на долгих семь лет знаменитый женевский центр закрылся на переоборудование. С вводом в этом году в эксплуатацию Большого адронного коллайдера LHC в ЦЕРН ученые надеются наконец отыскать эту неуловимую частицу.

Питер Хиггс

Когда-то для проведения научных экспериментов на самом высоком уровне достаточно было лишь посадить яблоню, а потом в пору урожая расположиться под ней на досуге. Траектория падающего плода открывала пытливым умам пути передвижения планет и фундаментальные законы взаимодействия всех объектов Вселенной.

На протяжении двух веков картина мира, рожденная лишь оттого, что ветер качнул веткуяблони,вполне удовлетворяла ученых, пока — по воле Эйнштейна и теоретиков квантовой физики — за пределами привычного, точно очерченного мироздания не открылись дали Макрокосма и Микрокосма, конца которым не видать, сколько бы ни вглядывались в них исследователи, какие бы новейшие приборы они ни использовали. За одной Вселенной, пусть пока в гипотезах, открывается череда параллельных Вселенных; внутри одной элементарной частицы, — к примеру, протона — открылись новые: кварки.

Но поиск истины в бесконечности становится все дороже. Время простых экспериментов прошло. Вместо яблони в цвету, которую мог бы вырастить каждый, — грандиозный ускоритель стоимостью в четыре миллиарда евро; его сооружали несколько тысяч человек из полусотни стран. Вместо садика возле дома — туннель протяженностью почти три десятка километров, а в нем на мгновение возникает частица, меньше которой ничего нельзя представить. Вместо одинокого мыслителя — международный коллектив, насчитывающий многие тысячи ученых. Это — ЦЕРН.

На берегу Женевского озера царит идиллический покой. На северо-западе вздымаются покрытые снегом вершины Французской Юры, а на юговостоке застыл белоснежный Монблан.

Именно здесь и будут воссозданы условия, царившие во Вселенной вечность назад — через считанные доли секунды после Большого Взрыва. Здесь осенью этого года должен вступить в строй Большой адронный коллайдер стоимостью около четырех миллиардов евро и протяженностью 27 километров — крупнейший в мире ускоритель элементарных частиц. Его рабочая температура составит -271 градус по Цельсию, что на градус ниже средней температуры Вселенной. Подобная температура нужна для создания гигантского магнитного поля, удерживающего атомные ядра в коллайдере. Это поле окажется в 200 тысяч раз мощнее магнитного поля Земли.

Заставляя частицы сталкиваться почти со световой скоростью (0,999999991 от скорости света. — А. Г.), физики надеются увидеть то, что было сразу после Большого Взрыва, когда в мироздании действовала одна-единственная Первосила, еще не расщепившаяся на четыре известных нам фундаментальных взаимодействия (это произошло по мере расширения Вселенной).

Возможности Большого адронного коллайдера в сотни раз превосходят возможности лучших современных ускорителей. Этот коллайдер, надеются ученые, произведет в физике такой же переворот, как и Космический телескоп имени Хаббла — в астрономии.

Каждую секунду в подземном туннеле будет происходить до тридцати миллионов столкновений протонов. Каждую секунду детекторы коллайдера будут регистрировать около ста миллиардов вторичных частиц.

Специально для обработки собранных данных создана новая «всемирная сеть связи» — Data-Grid, своего рода преемница «мировой паутины». Благодаря ей ученые всего мира получат доступ к данным, собранным в ЦЕРН, и займутся их обработкой. К началу 2007 года к этой сети были подключены 90 тысяч компьютеров в тридцати странах мира, связанные с ЦЕРН с помощью сверхбыстрых «трафиков».

Для чего же все эти громадные затраты? Для чего самые большие коллайдеры и детекторы? Для чего миллиардные расходы? Ученые надеются уже в ближайшие годы получить ответ на самые волнующие вопросы физики и космологии.

Почему наша Вселенная содержит в основном вещество? Почему в ней почти нет антивещества (см. «З-С», № 2/06, с. 50)? А почему все многообразие элементарных частиц можно свести по сути к комбинации шести кварков и шести лептонов? А какова размерность нашего пространства? Если в нем и впрямь более трех измерений, как считают многие физики, то во время экспериментов на Большом адронном коллайдере, возможно, удастся обнаружить следы частиц, прилетевших из дополнительных измерений. По мнению некоторых исследователей, быть может, будет доказано даже существование многомерных черных дыр.

CERN (Conseil Europeen pour la Recherche Nucleaire), Европейская организация по ядерным исследованиям, была основана двенадцатью странами Европы в 1954 году. Ее создатели намеревались бросить вызов ведущей научной державе того времени — США — и прекратить «утечку мозгов», отъезд европейских ученых в крупнейшие университеты США. Задуманное удалось. Сегодня в штате ЦЕРН числится около трех тысяч сотрудников, и еще здесь работает около 6500 ученых, приглашенных со всего мира. ЦЕРН стал крупнейшим в мире научным центром подобного рода.

Загадки мироздания могут быть самыми элементарными, самыми очевидными. Вот уже многие десятилетия физики пытаются понять, что такое масса и почему мельчайшие частицы вещества наделены ей? Из чего — почему бы не сказать так? — состоит «элементарный заряд массы»?

Порой в отчаянии исследователи готовы отшутиться, сказав, что тайну сию не ведает сам Бог. Так, в популярном у немецких физиков анекдоте Вольфганг Паули — знаменитый теоретик, известный и своей нелюбовью к экспериментам и въедливостью в вопросах теории, — возносится по смерти на небеса, где встречает Господа Бога. Сей покровитель блаженных физиков обещает ученому раскрыть — по его выбору — одну из загадок бытия. «Так что же такое масса?»

— немедленно спрашивает Паули. Добрый пастырь берет мелок и покрывает школьную доску, встречающую вас у входа в Царство Небесное, многими строками формул. Паули смотрит на написанное, досадливо машет рукой, и, взывая в отчаянии к небесам, стирает многоумные значки:

«Да что Вы, Боженька? Так не пойдет! Я уже давно это проверил!»

Итак, вопрос «Почему элементарные частицы наделены массой?» остается одной из глубочайших загадок физики. Ведь им вовсе не обязательно иметь массу, чтобы оставаться самими собой. Например, фотоны — частицы света — не имеют массы покоя, они непрестанно пребывают в движении, проносясь со скоростью света по Вселенной.