ЦЕРН работает «step by step» |

Хотя ЦЕРН находится не в другой галактике, а совсем рядом с Женевой, на границе Швейцарии и Франции, широкая общественность знает о нем примерно столько же, сколько сами физики – о составе вещества во Вселенной. То есть примерно 4 процента. Остальные 96% в деятельности ЦЕРНа остаются для мирского человека темными, как те материя и энергия, тайну которых сотрудники Европейской организации по ядерным исследованиям пытаются разгадать в своих грандиозных экспериментах.

Между тем, об экспериментах ЦЕРН рассказывает открыто и заботится о том, чтобы донести информацию в доступной обывателю форме. Например, издает научно-популярные брошюры и увлекательные книжки о «невероятном путешествии протона в Большом адронном коллайдере». А в честь больших событий, как запуск самого коллайдера, устраивает пресс-конференции. Одна их них прошла в женевском пресс-клубе 8 марта под названием «Новая эра открытий и роль ЦЕРНа в будущем физики элементарных частиц».  

В Международный женский день директор ЦЕРНа профессор Рольф-Дитер Хойер не только поздравлял прекрасную половину Организации, но и рассказывал журналистам о продвижении главного эксперимента – о самом большом в мире ускорителе элементарных частиц.

Профессор Хойер заверил, что Большой адронный коллайдер (БАК) свой третий запуск перенес без осложнений и на данный момент находится в прекрасном состоянии. То есть постепенно разгоняется, чтобы в скором времени спровоцировать лобовые столкновения двух пучков протонов со скоростью, близкой к скорости света. Ученые надеются перейти к решающей фазе эксперимента в конце марта и впервые довести энергию сталкивающихся в БАКе протонов до максимума - 7 тераэлектронвольт (ТэВ). Это позволит исследователям воспроизвести в микроскопических масштабах условия Большого взрыва и, возможно, развеет «туманности» над фундаментальными вопросами астрофизики и физики элементарных частиц. Как образовалась Вселенная и наша планета, и почему они созданы из материи, а не из ее противоположности – антиматерии? Откуда у тел и предметов масса? Из чего состоят темные энергия и вещество?

Напомним, что Большой адронный коллайдер представляет собой сложную систему ускорителей и детекторов: до решающего столкновения элементарные частицы проходят несколько этапов «длительного путешествия» - постепенно разгоняются, приобретая все большую энергию. Между первым ускорителем и «финальным» кольцом длиной 27 километров энергия протона увеличивается примерно в 9000 раз! «Поэтому БАК нельзя запустить сразу на полную мощность», - объясняет профессор Хойер. – «Его нужно постепенно, шаг за шагом, подготовить к опытам с использованием максимальной энергии».

На самом деле, тот самый заветный барьер в 7 тераэлектронвольт, о котором мечтают инженеры ЦЕРНа, в привычных нам масштабах покажется смехотворным: это значение соответствует энергии иголки, падающей с высоты 2 сантиметров! Но так как в адронном ускорителе подобная энергия концентрируется на участке пространства в десять тысяч миллиардов раз меньшем, чем иголка, соответствующим образом возрастает и ее плотность, достигая невероятно высоких значений.

Естественно, «жонглирование» элементарными частицами на столь высоких скоростях требует более чем повышенных мер безопасности. После инцидента в сентябре 2008 года, когда электрический разряд пробил изоляцию криогенной системы (установка охлаждена при помощи жидкого гелия до -271С, чтобы повысить проводимость сверхмощных магнитов), БАК был остановлен. В процессе подготовки ко второму и третьему запускам инженеры усовершенствовали систему пожарной безопасности коллайдера, "Quench protection system", установив вокруг БАКа 2000 новых детекторов. Система контролирует каждый виток и участок коллайдера, вовремя предупреждая об опасности перегрева и, при необходимости, приводя в действие механизм остановки устройств.

«Нашу Газету.ch» большего всего интересовал вопрос о сотрудничестве России с ЦЕРНом, с которым мы и обратились к профессору Хойеру.

Рольф-Дитер Хойер: Этому сотрудничеству более 40 лет. Первые ученые из СССР приехали в ЦЕРН в 1964 году, а в 1967-м было заключено первое формальное соглашение. Мы очень ценим высокое качество работы российских специалистов, постоянно сотрудничаем с Институтом ядерной физики им. Г.И. Будкера в Новосибирском Академгородке, Объединенным Институтом Ядерных Исследований в Дубне, Институтом Физики Высоких Энергий в Протвино и с другими научно-исследовательскими учреждениями.

НГ: А в каких конкретно областях работают ученые и инженеры из России?

Р.-Д. Хойер: Практически во всех – разработка новых технологий, сектор «ускорителей» и детекторов, анализ данных, экспериментальный сектор… И во все эти сферы вносят значительный вклад. Конкретный пример - такая важная составляющая ускорителя, как магниты. Российские институты в общей сложности изготовили для нас 360 сверхмощных магнитов.

В ускорителе элементарные частицы подвергаются действию множества магнитов сверхвысокой проводимости, которые разгоняют их и направляют по нужной траектории. Громадные двухполюсные магниты длиной 15 метров и весом 35 тонн удерживают протоны на орбите кольца ускорителя. Таких магнитов в БАКе больше всего, а именно 1232. Более 500 четырехполюсных магнитов направляют ускоренные протоны в центр «туннеля» ускорителя: непосредственно перед «коллизией» электромагнитные пучки фокусируются на частицах, чтобы поднять их шансы на столкновение. Еще 7500 различных магнитов фиксируют пучки протонов. На самом деле, ускоритель элементарных частиц – не что иное, как сверхмощная магнитная система: 23 из 27 километров «туннеля» заняты магнитами, которые еще называют «магнитными линзами» ускорителя.

НГ: Эти магниты были разработаны и сконструированы в России и потом доставлены в ЦЕРН?

Р.-Д. Хойер: Да, при перевозке и установке оборудования «наши» сотрудники работали вместе с российскими специалистами.

НГ: А много ли российских ученых официально работает в ЦЕРНе?

Р.-Д. Хойер: Около 700-1000 инженеров и исследователей зарегистрированы при Организации как сотрудники, то есть имеют доступ к ускорителям и базам данных. Не учитывая всех тех специалистов в России, с которыми мы сотрудничаем и которым заказываем изготовление деталей и отдельных частей приборов. Кроме магнитов существует множество других необходимых устройств. Например, российские ученые принимали активное участие в разработке высокотемпературных сверхпроводников для ускорителя (High Temperature Superconductor), системы анализа данных (Beam Loss Monitors)и системы вакуума (Vacuum System for Transfer Lines). Непосредственно российские специалисты работали над производством кристаллов для такой важной части устройства, как Компактный мюонный соленоид (CMS).

Последнее, конечно, нуждается в пояснении. CMS – поливалентный детектор элементарных частиц, устроенный на базе сверхмощного и самого большого в мире магнита-соленоида (6 метров в диаметре на 13 метров в длину). Катушка сверхвысокой проводимости образует магнитное поле в 4 тесла, что в 100 000 раз больше, чем магнитное поле земли. «Компактным» этот колоссальный соленоид назвали, потому что он гораздо меньше всех других, хотя и мощнее.  А «мюонным» - потому что его детекторы охотятся за частицами «мюонами», сравнимыми с «тяжелыми электронами». Идентификация мюонов помогла бы ученым решить загадку массы элементарных частиц, а может быть, и навела бы их на след неуловимого бозона Хиггса. Но это далеко не единственная задача CMS, «чувствительного» к тысяче элементарных частиц, сталкивающихся 40 миллионов раз в секунду. В процессе экспериментов с CMS ученые надеются узнать больше о темной материи.

Кристаллы - часть электромагнитных калориметров, заключенных в катушке соленоида. Каждый кристалл из вольфрамата свинца по объему занимает не больше чашки кофе, зато весит 1,5 кг. Кристаллы служат для измерения энергии позитронов, протонов и электронов и помогают «идентифицировать» частицы. Кстати, в конструкции одного из двух калориметров была использована латунь от снарядов военно-морского флота СССР. Около 800 тонн артиллерийских снарядов времен Второй мировой войны было переплавлено на заводе в Белоруссии, около Минска.

НГ: Если на протяжении 40 лет ЦЕРН поддерживает такие тесные отношения со специалистами из России и стран СНГ, почему Россия до сих пор не является членом организации?

Р.-Д. Хойер: Если честно, я и сам не знаю (смеется). Мы постоянно обсуждаем этот вопрос, но решения пока не приняли. Я думаю, здесь нужно учитывать и финансовый аспект. Ведь члены ЦЕРНа должны инвестировать в инфраструктуру и лаборатории немалые деньги.

НГ: Вы думаете, в этом основная проблема?

Р.-Д. Хойер: Может быть, не основная, но такая проблема есть.