Увидеть космос сквозь коллайдер

Экскурсии особого назначения

До посещения Большого адронного коллайдера у меня не было вопросов к мирозданию. Сейчас есть один, но я не могу его сформулировать. Не потому, что он не из приличных, а потому, что он пока представлен в бессознательном. Там же, кстати, куда провалился и школьный курс элементарной физики сразу же после выпускного экзамена, который я сдел на пятерку, пользуясь совершенной для середины 1980-х системой шпаргалок.

Экскурсии особого назначения

– Ну вы хоть что-нибудь помните со школы? – в глазах Марины (симпатичной российской сотрудницы, десять лет работающей в CERN и занимающейся в том числе организацией визитов разнообразных делегаций из России (и стран СНГ – от учителей школ до академиков), легкая растерянность. Ей поручено сопровождать журналистов, но такого неграмотного, как я, она встречает впервые. Впрочем, моя тотальная некомпетентность в ядерной физике вызывает у нее не раздражение, но стремление подобрать образы, метафоры и жесты, которые мне объяснили бы, чем тут весь этот CERN занимается со всеми его аспирантами, докторами и нобелевскими лауреатами.

– Так. Вы слышали, что есть такие молекулы?

– Ага! – обрадовался я, услышав знакомое слово.

– Прекрасно! Молекулы состоят из атомов.

– Точно!

– Атом состоит из ядра с протонами, вокруг которого вращаются электроны. Если представить, что ядро атома размером с яблоко, то электроны вращались бы от него на расстоянии десяти километров...

Марина на секунду задумалсь, посмотрела куда-то сквозь меня взглядом, каким обычно смотрят, когда видят то, что не видно другим, и сказала:

– Меня это расстояние от ядра до электрона завораживает... Получается, что все состоит... из пустоты.

Мне подумалось, что если представить атом размером со звезду типа нашего Солнца, то его электроны вращались бы вокруг него по орбитам планет... Микромир и макромир устроены, что ли, по одному принципу? И микроскоп, равно как телескоп, позволяет визуально увидеть то, что, даже увидев, невозможно осмыслить – бесконечность, причем в обе стороны – микро и макро.

Увидеть космос сквозь коллайдер

У нас сегодня большая программа – на целый день. Мне предстоит узнать, как работает CERN, который создан для того, чтобы узнать, как работает Вселенная. «Макрокосм – микрокосму!» – вот что следовало бы написать на дверях его ресепшен к оптимизму всякой сюда входящей мыслящей твари, вселяя уверенность в том, что Вселенная в принципе проницаема для Разума, коль скоро разум в ней каким-то образом возник.

Что с порога поражает нас, «всяких сюда входящих», так это предельная открытость и демократичность данного заведения. Серьезные ученые, физики, размышляющие о проблемах мироздания, отрываются от своих дел, чтобы в сотый раз рассказывать что-то очередному визитеру, выбирающему, куда ему отправиться в очередной уик-энд – в CERN или в луна-парк... В таком отношении чувствуется уважение к людям как к виду.

ЧИСТИЛИЩЕ ЧАСТИЦ

Территории CERN огромны и разбросаны по окраине Женевы и прилегающему к ней уголку Франции. Мы переходим улицу с проложенной по ней позавчера трамвайной веткой и оказываемся на территории эксперимента ATLAS. На входе нас встречает один из его многочисленных создателей Николай Зимин. Марина представляет меня ему с жалобными интонациями в голосе: «Он ничего не знает... Но мы уже вспомнили, что есть такие атомы...» Зимин приветливо улыбается. Он видит в журналисте не тупое животное, но совокупность более-менее организованных атомов и приветствует ее. Потому что верит – не материя первична, а гармония.

Здание эксперимента ATLAS напоминает собой живописно разрисованный ангар размером с пятиэтажку в своей наземной части, а в подземной – уходящий шахтой до коллайдера, где и происходит самое интересное. Там находится детектор. Эта впечатляющая штука представляет собой такой цилиндр в длину 45 метров, диаметром 25 метров, весом 8 тысяч тонн. Он любезно распахивает все свои 90 миллионов начальных каналов регистрации навстречу летящим частицам, и частицы попадают в объятия сверхпроводников и магнитов, которые их «строят» и заставляют «маршировать»: положительные частицы отклоняются, например, направо, отрицательные частицы идут налево, нейтральные частицы летят прямо. Измеряем кривизну – получаем импульс. Заряд, импульс, энергия, масса – вот мы идентифицировали частицу. Отпускают ли они на волю идентифицированные частицы или хранят в чистилище частиц – об этом не сообщалось.

Николай Зимин и его живописный ATLAS

Смысл и назначение детектора – фиксировать все, что происходит в результате столкновения разнонаправленных, несущихся в вакууме по параллельным трубам пучков элементарных частиц, которые сталкиваются в четырех детекторах, одним из которых и является ATLAS.

В вестибюле возится толпа школьников, а за стеклянной стеной сидят человек двадцать пять исследователей и таращатся в мониторы. Мониторят!.. Это и есть «алтарь» всего эксперимента, командный пункт управления полетом частиц. На сегодняшний день Большой адронный коллайдер работает на половине своей проектной мощности, но и этого уже оказалось достаточно для того, чтобы получить энергии частиц, которые еще на Земле не достигались. Пока длится как бы подготовительный этап перед имитацией Большого Взрыва – тренируются магниты (а магниты тренируются как спортсмены), переоткрываются уже сделанные ранее феномены и законы – это переоткрытие открытого ранее на других установках в США, в Японии, в российской Дубне важно, так как говорит, во-первых, об объективности открытого, во-вторых, о том, что и здесь все работает как надо. Уже переоткрыли топ-кварки, Z- и W-бозоны. А недавно в CERN, правда, не на коллайдере, а на замедлителе частиц, получили то, чего еще не получал никто – какой-то антиводород, аж целых 38 атомов... В голове возник еще один вопрос, ответ на который улучшил бы мир, но я постеснялся его задать: может ли антиводород послужить противоядием от водородной бомбы?..

– Луи Деброль, один из основателей CERN, произнес однажды фразу, перевернувшую все представления физиков о природе вещей. Он сказал: «Частица и волна – это одно и то же...»

– То есть получается, что наука, проникнув в элементарнейшие основания элементарных частиц, увидела и измеряла имматериальную сущность материи? Что ли, так?

– Не совсем. Молекула – из атомов, атомы – из электронов, их ядра – из протонов и нейтронов, протон – из кварков. На данный момент это все. Но сами кварки никто не видел и линейкой их не измерял. При этом считается, что 6 кварков плюс 6 лептонов равно 12 кирпичиков материи. Но есть проблема – существуют частицы, обладающие разной массой, и частицы, массы не имеющие. Посмотри вокруг, видишь?

– Траву вижу. Деревья. Вот этот гигантский глобус...

Гигантский глобус, как оказалось, – это музей происхождения Вселенной.

– А почему ты это видишь?

– Потому что днем светло, вот и вижу.

На этом компьютере Тим Бернерс-Ли изобрел здесь, в CERN, Интернет и приклеил на него эту записку:

– Правильно. Мы можем что-либо видеть исключительно благодаря фотонам, частицам – переносчикам света. Фотоны – это частицы, не имеющие массы. Проблема заключается в том, что одни частицы имеют массу, а другие не имеют. И вообще, никто не знает, откуда берется масса. Высказана гипотеза, что частица обретает массу, взаимодействуя с так называемым бозоном Хиггса – неким полем, преобразующим одно качество материи в другое.

– Откуда Хиггсу его бозон явился? Тоже приснился?

– Там кроме Хиггса несколько человек независимо друг от друга написали примерно об одном и том же, и если мы тут подтвердим их гипотезы, то не только Хиггсу надо Нобелевскую премию давать, но тем, кто опубликовал идею первыми, или, еще лучше, всем, кто над этим работал. Вообще вся экспериментальная наука – это множество разнообразных способов подтвердить то, что однажды кому-то пришло в голову...

– О! Это по Платону – есть область свободных от тела идей, из которой чистый, разумеется, лишенный массы эйдос сталкивается с «бозоном разума» и материализуется... в виде Нобелевских премий.

– Можно сказать, все знания – плод воображения, подкрепленный некими данными, которые отчасти чему-то соответствуют. Чем больше узнает наука, тем меньше она знает.

– А это уже по Сократу...

На этом компьютере Тим Бернерс-Ли изобрел здесь, в CERN, Интернет и приклеил на него эту записку:

– Гораздо хуже. Видимая энергия в космосе – это всего лишь 5%. Остальное – темная материя и темная энергия. Что это за вещь, никто не знает. С другой стороны, существует понятие суперсимметрии – придания свойств одного явления другим. После Большого Взрыва возникли частица и античастица, они разлетелись в разные стороны и создали мир и антимир. Но при этом куда-то делись 95% всей энергии.

– У бюджета Российской Федерации те же проблемы...

В софинансировании CERN участвуют где-то двадцать стран. Основные деньги – Германия, Англия, Франция, Италия. Вон, только один ATLAS обошелся в 550 миллионов евро! Цена яхты, которую Роман Абрамович якобы подарил Владимиру Путину, если верить инсинуациям «Новой газеты» (www.novayagazeta.ru/data/2005/38/00.html), и та в десять раз меньше...

Дорого ли обходится поиск «частицы бога», например, британскому налогоплательщику? Не поленились налогоплательщики и подсчитали. Сумма оказалась не смертельной. Всего пара чашек кофе в год. Для российского налогоплательщика это вообще ничего не стоит. Россия – страна, в которой деньги обладают еще большей текучестью, чем мозги, потому мы предпочитаем вносить свой вклад не деньгами, а мозгами. Поэтому здесь трудится множество русских физиков, живущих постоянно или приезжающих в командировки для выполнения конкретных задач.

ВСЕ ПУЧКОМ!

Распрощавшись с Зиминым, мы отправились на встречу с Александром Ерохиным из новосибирского Академгородка. Его ИЯФ, Институт ядерной физики, – давний партнер CERN, которому поставил оборудования на 130 миллионов швейцарских франков. Александр здесь трудился несколько лет, пока шли работы по монтажу оборудования и пока длились запуск и испытания коллайдера. Теперь приехал снова для того, чтобы участвовать в большой профилактике коллайдера во время его плановой остановки и перед запуском на всю катушку. Когда коллайдер остановят, он спустится в тоннель и четыре дня будет проверять свое оборудование. Сегодня он нам расскажет, как устроена вся эта труба, по которой в тоннеле летают и разгоняются пучки протонов.

Можно ничего не соображать в технике вообще, но нельзя не поразиться той невероятной точности расчетов, на основе которой создана эта мегаустановка, на работу которой влияет все – естественные вибрации земной коры, которые чувствуют разве что пресмыкающиеся, Луна, вызывающая приливы и отливы не только на море, но и на суше; от Луны амплитуда колебаний земной коры достигает двадцати сантиметров. Очень влияют на эксперимент и техногенные «шумы».

– Долго не могли понять, почему у нас пучок отклоняется каждый день ровно в одно и тоже время, потом выяснили – это с Женевского вокзала поезд TGV на Париж отходит. И вокзал-то не ровно над нами, а в десяти километрах как минимум, а пучок на стометровой глубине это чувствует.

– Вообще двадцатисемикилометровое кольцо допускает какие-то девиации? Ну не знаю там, в идеальной горизонтали? В стыковке сочленений? Буры как выехали навстречу друг другу, так и встретились миллиметр в миллиметр?

– Пара миллиметров отклонений для инженерных сооружений – это, естественно, не страшно, тем более что вакуумная камера (труба) выставлена с точностью до долей миллиметра, а траектория пучка в вакуумной камере корректируется магнитами с точностью до микрон. Очень сложная работа – расчет сжатия-расширения вакуумной камеры при охлаждении и нагревании магнитов. Вакуумная камера одного магнита сжимается при охлаждении и расширяется при нагревании вплоть до 10 сантиметров. Охлаждать магниты нужно, чтобы обмотки магнитов находились в сверхпроводящем состоянии. Для этого они заключены в криостат, в котором при помощи жидкого гелия поддерживается температура, близкая к абсолютному нулю. Минус 271 градус. В космосе и то теплее.

– Абсолютный ноль – минус 273, – напомнила Марина. – Должна заметить, что российские школьники, которые сюда приезжают на экскурсии, знают температуру абсолютного нуля. А школьники из прочих стран, как правило, не знают. То есть физика в России на школьном уровне преподается хорошо.

Естественный вопрос – а почему кольцо коллайдера решили проложить под землей, да так глубоко, буря скальные породы на протяжении 27 километров? Оказалось, что так оно проще и дешевле, чем если бы его положили на землю. Во-первых, технология отработанная – это технология метрополитена, во-вторых, подземное решение проблемы снимает массу головных болей и избавляет от колоссальных затрат – не нужно заморачиваться защитой, здесь сама толща скальной породы служит лучшим естественным изолятором, а еще не нужно заниматься выводом дорогой швейцарско-французской земли из обращения. Так что альпийские коровки могут продолжать мирно щипать себе траву, пока под землей проводится эксперимент на тему столкновения галактик.

– Знаете, сколько энергии заключено в одном пучке? Чтобы ее представить наглядно, можно взять полный состав поезда TGV, который разгоняется до 150 км/ч, и на полной скорости влепить его в такой же состав. Только при этом пучок с такой энергией настолько тонкий, что пролетит сквозь игольное ушко!

– Саша, а если ваш Большой адронный коллайдер постигнет большая адронная, прости за выражение, дисфункция? Куда полетят коровки, которые сейчас пасутся на поверхности? К альфа-кентаврам? Или вообще никуда не полетят, а мирно испарятся?

– Ну нет же, конечно. Все человеческие страхи понятны, но они беспочвенны. Коллайдер – это не бомба, не АЭС и даже не склад боеприпасов. Предположим, что-то случилось с отклоняющими пучок магнитами, пучок полетел по прямой и вырвался из кольца... Он просто прожжет дыру в оборудовании, уйдет в землю и угаснет в скальной породе.

Эт-т-то оч-ч-чень, знаете ли, интересно... А не может ли пучок протонов прожечь дыру не в оборудовании, а в стене хранилища одного из швейцарских банков? Даром, что ли, его под Женевой построили?..

ОТ ФИЗИКИ К МЕТАФИЗИКЕ

Наступило время обеда, мы отправились в столовку. Учреждения общепита научных центров разных стран мира могут отличаться друг от друга по таким параметрам, как ассортимент, цены, степень свежести ингредиентов и количество мух, пикирующих на котлеты, но все их роднит приятная атмосфера гармонии плотского с духовным, поскольку за обедом разговоры об устройстве мироздания не прекращаются.

– У нас здесь люди очень увлеченные,  – комментирует Марина, – они не могут даже на время прекратить рассуждать о физике... Вот этот высокий мужчина в черном пиджаке с подносом, который в очереди перед вами, кстати заметить, нобелевский лауреат....

– Конечно, только в своем кругу их никто не достает дурацкими вопросами о том, чем они тут все занимаются и на фига все это нужно.

– Когда Майкла Фарадея, того самого, который открыл электричество, спросили, дескать, зачем он всем этим занимается, он не нашел что ответить и сказал, что он не знает, зачем все это электричество, но уверен, что когда-нибудь правительство сможет получать с этого открытия налоги...

– Может быть, лет через двести нефть и газ будут таким же энергетическим анахронизмом, как сегодня кизяк и парус, и двигатели автомобилей будущего станут приводить в движение какие-нибудь бозоны... Если, конечно, история не повернется так, что актуальными источниками энергии будущего снова станут кизяк и парус...

– Так или иначе, но развитие знания самоценно.

– Если не сказать – неизбежно.

– Не говоря о том, что в процессе фундаментальных исследований в качестве побочных эффектов изобретаются такие вещи, как Интернет. Ты знаешь, что Интернет был изобретен здесь?

– Я слышал, что где-то в Пентагоне...

– Там был изобретен принцип компьютерной сети, а протокол www. был изобретен именно в CERN... Ой, мне надо почту проверить. Встретимся здесь через полчаса.

Марина убежала в свой офис, а я отправился засвидетельствовать свое почтение богу атомных энергетиков, королю танцоров, вездесущему воплощению всего сущего, статуя которого подарена CERN департаментом атомной энергетики правительства Индии. Подпись на табличке гласит: «O Omnipresent, the embodiment of all virtues, the creator of cosmic universe, the king of dancers, who dances the Ananda Tandava in the twilight, I salute thee». (Verse №. 56, Sivanandalabari by Sri Adi Sankara.) Cовершенно понятно: это кольцо, в котором танцует божество, поддерживая танцем гармонию всего сущего, и есть кольцо Большого адронного коллайдера, изображенное в индуистской традиции, а четыре руки Вездесущему для того, чтобы он управлял одновременно всеми его детекторами, поддерживая системный порядок мироздания на уровне его первоэлементов.

Послеобеденная программа состояла в посещении новых объектов – музея Вселенной, в котором мультимедийные системы уносят «крышу» посетителя к тайнам космоса. Музей располагается в уникальном сооружении – решетчатом деревянном глобусе, который в сумерках светится подобно другой планете, случайно приземлившейся на Землю, компьютерного центра, представляющего собой город из гудящих, как взлетающий «Боинг», серверов, в которых хранится и рассылается по миру вся получаемая CERN информация, и еще один детектор, для проезда к которому следовало пересечь государственную границу и въехать на территорию Франции.

– Да что тут у нас может быть интересного... Мы же не какой-ниудь ATLAS, у нас тут труба пониже и дым пожиже... – шутит Юрий Гус, еще один русский физик, руководящий очередным экспериментом. А потом очень просто и доступно объясняет, что его детектор LHCb предназначен для высокоточных измерений частиц с меньшими массами, которые другие детекторы не могут анализировать.

– Представь, что миллион событий в секунду рассылается по двадцати тысячам компьютеров, которые «жуют» их по алгоритмам: «наше – не наше». А мы интересуемся как раз такими явлениями, которые как бы вне алгоритмов. В них, на мой взгляд, происходит много чего интересного, и не факт, что Хиггса откроют в виде чего-то такого явно выраженного, а вот как-то косвенно, в редком процессе – вполне вероятно. Пойдем еще сюда, чего-то покажу…

И мы выходим на площадку, от которой вниз ведет наружная пожарная лестница.

– Вот это – аэродром Женевского аэропорта. Все, кто сюда прилетает, первое, что видят, – это наше круглое окно.

Действительно, гигантское круг-лое окно выходит прямо на аэродром, встречает и провожает самолеты, напоминающие гигантские летающие частицы. Слева от территории LHCb прямо возле забора аэродрома расположился цыганский табор. Не всех цыган изгнал из Франции гонитель джипси Саркози... Все-таки человек, наверное, самая загадочная частица, способная к осмыслению Вселенной и не способная к пониманию себя. Смотришь на ученых и поражаешься тому, какое человечество умное. Смотришь на политиков и не перестаешь удивляться человеческой глупости… Диалектика-с!

– Ну хорошо, допустим, вы открыли «частицу бога». А как быть с самим богом? Что есть, собственно, бог, как не великий дух системообразования, как сказали бы индейцы…

– Это глубоко драматический вопрос. Среди ученых многие верят в божественное происхождение Вселенной, хотя и не все в этом готовы даже себе признаться. Некоторые считают, что физика едва ли не экспериментально доказывает божественное происхождение жизни. Не так давно тут подсчитали вероятность возникновения во вселенной жизни и пришли в выводу, что эта вероятность на основе уже открытых физических законов была равна нулю.

– Но жизнь, как мы имеем основания догадываться, каким-то образом возникла...

– Именно. Но как возникла и откуда? Одна моя знакомая, физик-теоретик, сказала, что Вселенная расширяется с такой скоростью, что любой сигнал, посланный за ее пределы, никогда не выйдет за ее границы. То есть мы никогда не узнаем, как она устроена на самом деле и что там за ее пределами.

Многих вообще это понимание принципиальной ограниченности возможностей науки просто удручает. Но вот что интересно: разумная жизнь, вопреки ее знаниям о своем происхождении и обстоятельствам развития Вселенной, исключающей жизнь даже на уровне теории вероятности, таки возникает. Может ли исключительность этого феномена косвенно свидетельствовать о том, что возникновение жизни во Вселенной является целью и апофеозом космогонии? Если такое допущение возможно, то можно ли предположить далее, что законы и принципы космогенеза тождественны законам и принципам культурогенеза? А именно принципам осуществления, развития и трансляции информации как таковой? Уж коль скоро в космосе зародилась информационная молекула ДНК, которая развилась в интеллект, пытающийся осмыслить космос, то может ли сам факт таких попыток служить приглашением к поиску законов развития Вселенной в законах социогенеза сознания? И принципы системообразования, лежащие в основе и поэзии, и теоремы, и физики, и религии, по сути своей едины. И расширение вселенной после Большого Взрыва может быть аналогично расширению сознания – не только и не столько в плане физического увеличения объема головного мозга, сколько в плане его способности к полисемиотическим прогрессиям, в которой смысловые поля бесконечно порождают сущности и категории, умножающие, усложняющие и обогащающие друг друга?.. Стало быть, если принципы полисемиотики информационных систем имеют отношение к законам космогонии, то и в этом нет ничего нового, поскольку давным-давно, задолго до Энгельса и Маркса, со времен Кецалькоатля и Вицлипуцли, Тангароа и Гитчи Маниту, Урана и Хроноса, Идзанаги и Осириса, известно – гармония первична. То есть в начале было Слово. И Словом была Система.

Планируя путешествие в Альпы, записаться на экскурсию в CERN можно на сайте www.cern.ch. И желательно заранее.