Игорь Иванов - Удивительный мир внутри атомного ядра

Эти вещи не связаны. Есть такой термин из истории физики — эфир. «Светоносный эфир». Это некая постулированная среда, колебания которой являются электромагнитными волнами. Так считали более ста лет назад. На самом деле, сейчас считается, что этот эфир совершенно не обязателен, современная теория электромагнитных явлений обходится без него.

Хиггсовское поле может показаться немного похожим на эфир, потому что оно тоже пронизывает всю вселенную. На самом деле, оно не обладает свойствами, которые нужны для эфира. Оно, например, совершенно не воздействует на фотоны. Фотоны просто проходят и проходят, им наплевать. И это можно легко понять, ну, не то, чтобы понять — это просто экспериментальный факт. Тот факт, что мы видим очень далекие квазары, свет от которых шел к нам 10 миллиардов лет, означает, что с фотонами за это время ничего не случилось. Иначе они бы как-то распределились, размазались, а мы видим четкое изображение этих квазаров. А в течение всего этого времени свет действительно идет через хиггсовское поле. Ну, если, конечно, эта теория верна — а она на 99% верна.

То есть, на самом деле, это два разных явления — электромагнитные волны и хиггсовское поле, — которые не связаны друг с другом.

Теперь несколько картинок.

Коллайдер — это ускоритель встречных частиц. Там по двум кольцам ускоряются частицы и сталкиваются друг с другом. Это самая большая экспериментальная установка в мире, потому что длина этого кольца — туннеля — составляет 27 км. То есть ему еще нужно вписаться в горы. Это находится на границе Швейцарии и Франции, там начинаются Альпы, с этого места видно Монблан, и с другой стороны там другие горы есть, так что надо еще аккуратно в эти тектонические пласты вписаться, чтобы всё хорошо было. На самом деле, эта картинка не в масштабе, потому что диаметр — почти 9 км, а глубина залегания там — 100 м. Тем не менее она примерно дает общую картину.

Есть кольцо, по которому летают частицы. Их разгоняют, разгоняют — там есть специальные ускорительные секции. Их разгоняют до жутких энергий, а потом сталкивают. Сталкивают их в определенных местах, вокруг которых стоят чувствительные датчики. Это очень большие датчики, называются они «детекторы», я их потом покажу.

LHC будет разгонять эти протоны до жутких энергий. Вот вы представьте: частицы летают по вакуумной трубе, она буквально несколько сантиметров в диаметре и тянется на 27 км в разные стороны, по периметру. Частицы, которые там летают, — их подправляют магнитными и электрическими полями — представляют собой отдельные сгустки, как иголочки. Они очень тонкие, толщиной меньше человеческого волоса и имеют длину несколько сантиметров или несколько десятков сантиметров. Они летают с такой жуткой скоростью, что энергия при этом получается большая. Если взять полностью всю энергию этих частиц, это примерно будет как энергия реактивного самолета в движении. Казалось бы, мелочь какая-то: если все эти частицы и протоны собрать и положить, то вы не увидите ничего, потому что их очень мало, нанограмм один будет. Но когда они разгоняются до таких энергий, если они куда-то попадут, то не просто разрушат всё — они пройдут на многие километры.

Так выглядит этот туннель внутри. Здесь есть какой-то человек внутри — рабочий или физик, я не знаю. Туннельчик не сильно просторный, конечно. Здесь идет вакуумная труба, которая обставлена кучей техники, потому что, во-первых, за пучком надо следить, им надо управлять. Потом, всё это происходит при очень низких температурах: там всего 2 градуса Кельвина, потому что нужно, чтобы гелий был в сверхтекучем состоянии. В результате получается такая толстая бандура, в которую всё засунуто. И тянется всё это на протяжении 27 км. Это не просто какая-то железяка — это достаточно точная техника. Скажем, когда эти секции друг с другом сопоставляют, по высоте их выравнивают с микронной точностью. Это не просто взять и присобачить кусок трубы к другому куску. Эта установка очень длинная, поэтому, как видите, люди перемещаются не пешком. Представляете, чтобы проехать в другой конец вашей экспериментальной установки, вам нужно сделать немаленькую велопробежку. Иногда ездят на небольших машинках, особенно когда какие-то детали привозят.

Вот, например, как выглядит секция в разрезе. Это просто одна из секций со своей специфической функцией. Здесь даже сходу не скажешь, где та труба, откуда летит пучок. На самом деле, здесь есть такие желтенькие пучочки (нарисовано, конечно, всё нереально), они летят по этим трубам. А вот дальше уже эти трубы обставляются магнитами, секциями изоляции и так далее. Так вот всё сложно и стоит это очень дорого.

Вот типичный вид детектора. Это детектор ATLAS, который будет работать на LHC. Как вы думаете, он большой или маленький? Он большой, потому что тут вот люди нарисованы в масштабе. Представляете, он размером с 4-5-этажный дом. Вся эта бандура опускается в шахту — не полностью, а по кусочкам, — там монтируется... На самом деле, ATLAS уже практически смонтировали и он реально работает. Правда, он сейчас исследует не столкновение пучков, а космические лучи. Вот из космоса лучи прилетают, они тоже оставляют след в детекторе, он просто их проверяет — действительно, всё работает как надо. Самое главное, что здесь не просто железяки наставлены — это всё очень сложная техника. Она буквально напичкана электроникой, и вещество, которое здесь используется, очень редкое и сложное. Если представить — уму непостижимо, сколько на всё это требуется затрат. На самом деле, не одна группа это, естественно, создавала — над этим несколько тысяч человек работало несколько лет.

Вопрос: Какое количество детекторов ATLAS будет установлено в этих коллайдерах?

ATLAS — это имя собственное, так назвали именно этот детектор. А что касается детекторов вообще, то вот здесь показано: будет два больших детектора, которые предназначены для всего на свете — ATLAS и CMS (это такие большущие бандуры), плюс два детектора поменьше — ALICE и LHCb. Ну, и еще несколько совсем маленьких. То есть реально там будет семь экспериментов работать, но вот таких крупных — два.

Я сейчас за одну минутку расскажу вам, как это всё делается. Приезжаешь в какую-нибудь исследовательскую группу — на юг Италии, например. Там люди занимаются физикой, есть небольшая группа — два человека плюс три студента, которые тоже реально работают на ATLAS. Как их конкретная работа выглядит? У них есть лаборатория, и там они создали, собрали, тестируют, подключают какой-нибудь маленький кусочек, например, для этого угла. Они внимательно его изучают — год, может быть два. Нужно полностью понять, как это устройство работает, чтобы потом, когда всё соединят, всё было тип-топ. Студенты на этом защищают курсовую или диплом, и так далее.