Адронный коллайдер для начинающих

У тех, кто не следит за событиями в мире физики, новости о Большом адронном коллайдере, самой большой физической установке в мире, обычно вызывают удивление. Да, коллайдер наконец-то столкнул друг с другом субатомные частицы, но почему это так важно? И зачем вообще нужен этот коллайдер?

Начнем с самого простого. Чем занимается физика элементарных частиц?

У физиков, работающих в этой области, есть один трюк, который они проворачивают раз разом, а именно — сталкивать друг с другом разные штуки и смотреть, что из них выпадет.

Что имеют в виду, когда говорят, что коллайдер позволит физикам вернуться к временам Большого взрыва? Коллайдер — это машина времени?

Сразу после Большого взрыва температура Вселенной достигала миллиардов, а возможно, и триллионов градусов Кельвина. Физики подозревают, что законы физики вырабатывались, в ходе того как она остывала до сверхнизких температур, царящих в ней сегодня (3 градуса Кельвина), подобно тому как по мере падения температуры вода из пара превращается в жидкость, а затем в лед. Когда Вселенная остывала, считают физики, все становилось сложнее. Частицы и силы, которые когда-то были неразличимы, приобретали отличительные черты, подобно тому как испанский, французский и итальянский языки развились из латыни.

Сталкивая друг с другом субатомные частицы — протоны, физики создают небольшие огненные шарики (файерболы), позволяющие повторить условия тех давних времен и посмотреть, что происходило тогда.

Коллайдер, расположенной в окрестностях Женевы, имеет длину окружности в 27 км. Почему он такой большой?

Эйнштейн пришел к выводу об эквивалентности энергии и массы. Значит, чем больше энергии в файерболе, тем он массивнее. Коллайдер должен быть достаточно большим и мощным, чтобы придать протону колоссальное количество энергии.

Более того, чем быстрее двигаются частицы, тем сложнее направить их по кругу, так, чтобы они сделали оборот и столкнулись друг с другом. Коллайдер спроектирован так, чтобы протоны двигались по центру мощных электромагнитов размером с секвойю. Они направляют протоны по кругу, что приводит к столкновению. Хотя эти электромагниты — одни из самых мощных, когда-либо созданных человеком, они все равно не могут достигнуть радиуса поворота протонов меньше, чем в 4 километра.

Что надеются увидеть физики?

Согласно некоторым теориям — целый список частиц (включая глюино, фотино, скварки и вино), которых пока никто не видел, так как мы не достигали уровней энергии, требуемых для достаточно мощных столкновений.

Любые из этих частиц, если они существуют, могут составлять облака темной материи, которые, по словам астрономов, являются источниками гравитации, удерживающей вместе галактики и другие космические структуры.

Другим недостающим звеном в физике является частица бозон Хиггса, названная в честь Питера Хиггса из Эдинбургского университета. Эта частица придает массу остальным частицам, составляя всеобъемлющую патоку, которая пристает к частицам и помогает им «потолстеть» во время движения.

Сколько энергии надо, чтобы создавать такие файерболы?

Для Большого адронного коллайдера эта энергия составляет 3,5 трлн электронвольт на протон. Это очень много энергии. Это эквивалент ситуации, при которой 90-килограммовый человек набирает 300 000 килограммов.

Что такое электронвольт?

Электронвольт — это количество энергии, которую приобретает электрон, переходящий от отрицательной к положительной стороне батарейки мощностью в один вольт. Это единица измерения энергии и массы, используемая большинством физиков.

Может ли коллайдер создать черную дыру и уничтожить Землю?

Коллайдер не сделает ничего, чего уже не делают космические лучи на Земле и в остальной Вселенной. Ничто не свидетельствует о том, что подобные столкновения приводят к появлению черных дыр или, если это все-таки происходит, что эти черные дыры наносят какой-либо ущерб.

Согласно даже самым спекулятивным версиям о природе черных дыр в рамках теории струн, Большой адронный коллайдер не обладает достаточной мощностью для появления черной дыры.