5 февраля, 2015
Самый большой девайс в мире. Глава 2.
Теперь немного «матчасти» процесса, происходящего в этом невзрачном здании на границе Швейцарии и Франции, где физики-ядерщики со всего мира уточняют строение мира.
Только не надейтесь, что будет рассказано всё-всё-всё про нутра ускорителей на простом человеческом языке. Будет рассказано только то, что за четыре(!) часа приватной экскурсии уместилось в моём ограниченном по размеру мозге, т.е. только то, что понял мой разум и сможет воспроизвести мой же склероз. Плюс захваченное ушами и головами моих случайных попутчиков А.Б. и С.Б. — некоторые части повествования изложены их словами, но, увы, без ссылок на авторство.
Ещё раз, для пущего страху, Disclaimer:
Уважаемые Физики-ядерщики! Большая просьба: поймите, что про глубоко научные и достойные технологии, процессы и эксперименты я рассказываю как простой обыватель, случайно подсмотревший в дверной проём комнаты, полной Больших Тайн Мира. Посему, что увидел и осознал — о том и пою известными мне мелодиями. В тексте, уверен, полно ошибок и неточностей, если есть что подсказать — добро пожаловать в комменты.
Итак, у всех на слуху такие большие названия как «Большой Адронный Коллайдер» и «ЦЕРН».
Если не увидеть это дело вживую, то всё это представляется каким-то Изумрудным Городом, в котором живут волшебники. Это только наполовину правда. Волшебники там действительно живут, называть как-то иначе учёных, которые там всё это делают словарный запас не поворачивается :) Они действительно волшебники.
А вот «изумрудным городом» вся эта конструкция не является. Это больше похоже на город, который сначала был деревней, потом обрастал кварталами, потом домами, проспектами и в результате появилась очень сложная топология ускорителей разной длины и разного предназначения. Для разгона и исследования микроэлементов совершенно разных сущностей.
Сначала были относительно небольшие ускорители (первый построен аж в 1957м(!) году). Постепенно к ним присоединяли новые, более эффективные, созданные по новым технологиям, некоторые старые закрывали и так далее.
В результате сеть ускорителей выросла до очень сложной и разветвлённой системы разгона элементарных частиц и переключения их на полигоны для проведения экспериментов. Сначала частицы поступают в один ускоритель, за ним в другой, потом в третий и так далее, пока в конце концов разогнанное до мегаскоростей вещество потом магнитными полями не направляется в нужную мишень. Вуаля! Взяли протон или какой-либо там нужный для эксперимента нейтрон, раскрутили его в ускорителях и бабах по цели! А потом смотрят — что же получилось в результате «бабаха»?
Современная алхимия!
В нехорошие средние века те самые алхимики смешивали, плавили и кипятили самые разные «условные ртути», козьи какашки, кровь девственниц и смотрели что получится. А сейчас сталкивают нейтроно-протоны друг о дружку на околосветовых скоростях и тоже пытаются понять и объяснить полученные результаты. Что-то меня на лирическо-философское потянуло: человек как был любопытным неучем, так и остаётся им до сих пор. Выучил многое, но границ неизведанного так и не определил. Но это же и здорово! Есть ещё куда гнать тележку любопытства!
Так, пора вернуться к осязаемому.
Если раньше мне казалось, что Большой Адронный Коллайдер (БАК) — это нечто «само в себе великое», то сейчас я понимаю, что это не так. БАК — это очередное улучшение старого и проверенного. Сначала сделали фазотрон. Потом прилепили что-то более совершенное, при этом придумав «стрелку-переключатель» потока частиц, чтобы магнитными полями можно было направлять их в разных направлениях. Потом к этой конструкции приделали «балкон и мансарду» и так далее. И так далее. И ещё больше.
Сейчас это больше похоже на железнодорожную сеть: сначала построили одну ветку и депо, потом начали приделывать более совершенные рельсы со шпалами и сейчас карта ЦЕРНа выглядит как железнодорожные пути. Ветки, круги (ускорители), тупики (улавливатели). Топология весьма нетривиальная!
И что там происходит в самом БАКе?
А вот что. Берут атом водорода, отрывают от него электрон, а оставшийся одинокий протон разгоняют и бахают его на самой максимальной скорости (это почти скорость света, если верить Общей теории относительности Эйнштейна) о другой протон, который на той же скорости летит в противоположном направлении по параллельной трубе (об этом чуть позже). Т.е. разгоняют две субстанции до страшно-подумать-каких скоростей — и бац! Друг об друга.
Только не пробуйте воспроизвести это у себя на кухне! :) Процесс отсечения протонов из атома непрост, он требует большой умелости и значительной электроэнергии (пробки по всему подъезду выбьет — это точно). Но, если вдруг какие-то соседи этажом выше в 3 часа ночи заведут какой-нибудь «Учкудук-три-колодца» на полной громкости, то можно попробовать и атомарные эксперименты. Но, учтите, — кухня может сгореть!
Так, опять потянуло на лирику. Пора обратно к физике.
Во-первых, в других «железнодорожных депо» ЦЕРНа разгоняют и бахают не только несчастные протоны, но и более тяжелые и менее лёгкие материи. Ионами свинца и нейтринами там тоже балуются.
Во-вторых, пора поговорить о физико-математических метриках происходящих там явлений. А там есть чему удивляться!
1. По дороге в коллайдер протон проходит несколько ускорителей (линейный, бустер, ещё один, потом 7-километровый). В большом кольце пучок протонов движется со скоростью 10+ тысяч оборотов в секунду.
2. Масса протонов в пучке крохотна, но скорость такая, что энергия у пучка как у скоростного поезда. «На этих скоростях насколько это близко к скорости света уже неважно,» — сказали нам дословно. Это всё очень-очень быстро. В результате учёные ищут научные основания для построения новой теории элементарных частиц, выходящей за рамки принятой Стандартной модели. Что это может значить для человечества — это примерно как компьютер для питекантропа. Может мы в конце концов без особых затрат и риска для жизни улетим за пределы нашей галактики? А может… Ну, в общем, много чего может :)
3. Концентрация науки на кубический метр воздуха ощущается физически. Когда мы зашли внутрь первого из зданий (ангаров), то мой первый комментарий был: «здесь пахнет наукой». На что мне местный сотрудник ответил — «Да. Наука везде пахнет одинаково. Был в Дубне — там тот же запах».
В общем, ЦЕРН — это очень правильное место для работы. Здесь сразу чувствуешь некую ауру, рабочий запах великих открытий и кипящих мозгов. Наверное, в параллельной своей жизни я его и выбрал. На острие науки, техники, инноваций. Примерно, как у нас в Вирлабе :) Ну, или в следующей моей жизни — мечтается побывать не только программистом-миллионером, но ещё и простым физиком-ядерщиком. Это, наверное, будет поинтереснее.
Остальные фотки здесь.
