Áîëüøîé àäðî́ííûé êîëëà́éäåð (àíãë. Large Hadron Collider, LHC) — óñêîðèòåëü çàðÿæåííûõ ÷àñòèö íà âñòðå÷íûõ ïó÷êàõ, ïðåäíàçíà÷åííûé äëÿ ðàçãîíà ïðîòîíîâ è òÿæ¸ëûõ èîíîâ (èîíîâ ñâèíöà), ïîñòðîåííûé â íàó÷íî-èññëåäîâàòåëüñêîì öåíòðå Åâðîïåéñêîãî ñîâåòà ÿäåðíûõ èññëåäîâàíèé (ôð. Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, CERN).
27-êèëîìåòðîâûé ïîäçåìíûé òóííåëü, ïðåäíàçíà÷åííûé äëÿ ðàçìåùåíèÿ óñêîðèòåëÿ LHC[/I]
Ïåðâûé óñêîðèòåëü ÷àñòèö Áîëüøîãî Àäðîííîãî Êîëëàéäåðà
Áîëüøèì îí íàçâàí èç-çà ñâîèõ ðàçìåðîâ — äëèíà îñíîâíîãî êîëüöà óñêîðèòåëÿ ñîñòàâëÿåò 26,7 êèëîìåòðîâ. Âñëåäñòâèå òîãî, ÷òî îí óñêîðÿåò ïðîòîíû è òÿæ¸ëûå èîíû, êîòîðûå ÿâëÿþòñÿ àäðîíàìè, åãî è íàçâàëè «àäðîííûì». Êîëëàéäåðîì æå (àíãë. collide — ñòàëêèâàòüñÿ) îí íàçûâàåòñÿ ïîòîìó, ÷òî óñêîðÿåò ÷àñòèöû íà âñòðå÷íûõ ïó÷êàõ.[1]
Ïîñòàâëåííûå çàäà÷è
 íà÷àëå XX âåêà â ôèçèêå ïîÿâèëèñü äâå îñíîâîïîëàãàþùèå òåîðèè — îáùàÿ òåîðèÿ îòíîñèòåëüíîñòè (ÎÒÎ) Àëüáåðòà Ýéíøòåéíà, êîòîðàÿ îïèñûâàåò Âñåëåííóþ íà ìàêðîóðîâíå, è êâàíòîâàÿ òåîðèÿ ïîëÿ, êîòîðàÿ îïèñûâàåò Âñåëåííóþ íà ìèêðîóðîâíå. Ïðîáëåìà â òîì, ÷òî ýòè òåîðèè íåñîâìåñòèìû äðóã ñ äðóãîì. Íàïðèìåð, äëÿ àäåêâàòíîãî îïèñàíèÿ ïðîèñõîäÿùåãî â ÷¸ðíûõ äûðàõ íóæíû îáå òåîðèè, à îíè âñòóïàþò â ïðîòèâîðå÷èå.
Åù¸ Ýéíøòåéí â ïîñëåäíèå ãîäû æèçíè õîòåë ðàçðàáîòàòü Åäèíóþ òåîðèþ ïîëÿ, íî êîëè÷åñòâî ýìïèðè÷åñêîãî ìàòåðèàëà áûëî òîãäà íåäîñòàòî÷íî. Âî âòîðîé òðåòè XX âåêà ôèçèêàì óäàëîñü ðàçðàáîòàòü Ñòàíäàðòíóþ Ìîäåëü (ÑÌ), êîòîðàÿ îáúåäèíÿëà òðè èç ÷åòûð¸õ ôóíäàìåíòàëüíûõ âçàèìîäåéñòâèé — ñèëüíîå, ñëàáîå è ýëåêòðîìàãíèòíîå.
 êîíöå XX âåêà ôèçèêè íà÷àëè ðàçðàáàòûâàòü òåîðèþ, êîòîðàÿ ñìîãëà áû îáúåäèíèòü âñå ÷åòûðå âçàèìîäåéñòâèÿ. Îêàçàëîñü, îäíàêî, ÷òî äîáàâèòü â ÑÌ ãðàâèòàöèîííîå âçàèìîäåéñòâèå ÷ðåçâû÷àéíî òðóäíî. Òàêèì îáðàçîì, â íàñòîÿùåå âðåìÿ ôóíäàìåíòàëüíûå âçàèìîäåéñòâèÿ îïèñûâàþòñÿ äâóìÿ îáùåïðèíÿòûìè òåîðèÿìè: ÎÒÎ è ÑÌ. Èõ îáúåäèíåíèÿ ïîêà äîñòè÷ü íå óäàëîñü èç-çà òðóäíîñòåé ñîçäàíèÿ òåîðèè êâàíòîâîé ãðàâèòàöèè. Äëÿ äàëüíåéøåãî îáúåäèíåíèÿ ôóíäàìåíòàëüíûõ âçàèìîäåéñòâèé â îäíîé òåîðèè èñïîëüçóþòñÿ ðàçëè÷íûå ïîäõîäû: òåîðèÿ ñòðóí, ïîëó÷èâøàÿ ñâî¸ ðàçâèòèå â Ì-òåîðèè (èëè òåîðèè áðàí), òåîðèÿ ñóïåðãðàâèòàöèè, ïåòëåâàÿ êâàíòîâàÿ ãðàâèòàöèÿ è äð.
Íåêîòîðûå èç íèõ èìåþò âíóòðåííèå ïðîáëåìû, è íè ó îäíîé èç íèõ íåò ýêñïåðèìåíòàëüíîãî ïîäòâåðæäåíèÿ. Ïðîáëåìà â òîì, ÷òî äëÿ ïðîâåäåíèÿ ñîîòâåòñòâóþùèõ ýêñïåðèìåíòîâ íóæíû ýíåðãèè, íåäîñòèæèìûå íà ñîâðåìåííûõ óñêîðèòåëÿõ çàðÿæåííûõ ÷àñòèö.
Ýòîò óñêîðèòåëü ïîçâîëèò ïðîâåñòè ýêñïåðèìåíòû, êîòîðûå ðàíåå áûëî íåâîçìîæíî ïðîâåñòè è, âåðîÿòíî, ïîäòâåðäèò èëè îïðîâåðãíåò ÷àñòü ýòèõ òåîðèé. Òàê, ñóùåñòâóåò öåëûé ñïåêòð ôèçè÷åñêèõ òåîðèé ñ ðàçìåðíîñòÿìè áîëüøå ÷åòûð¸õ, êîòîðûå ïðåäïîëàãàþò ñóùåñòâîâàíèå «ñóïåðñèììåòðèè» — íàïðèìåð, òåîðèÿ ñóïåðñòðóí. Ïîäòâåðæäåíèå ñóùåñòâîâàíèÿ ñóïåðñèììåòðèè, òàêèì îáðàçîì, áóäåò êîñâåííûì ïîäòâåðæäåíèåì èñòèííîñòè ýòèõ òåîðèé.
Èçó÷åíèå òîï-êâàðêîâ
Òîï-êâàðê — ñàìûé òÿæ¸ëûé êâàðê è, áîëåå òîãî, ýòî ñàìàÿ òÿæ¸ëàÿ èç îòêðûòûõ ïîêà ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö. Ñîãëàñíî ïîñëåäíèì ðåçóëüòàòàì Òýâàòðîíà, åãî ìàññà ñîñòàâëÿåò 171,4 ± 2,1 ÃýÂ. Èç-çà ñâîåé áîëüøîé ìàññû òîï-êâàðê äî ñèõ ïîð íàáëþäàëñÿ ïîêà ëèøü íà îäíîì óñêîðèòåëå — Òýâàòðîíå, íà äðóãèõ óñêîðèòåëÿõ ïðîñòî íå õâàòàëî ýíåðãèè äëÿ åãî ðîæäåíèÿ. Êðîìå òîãî, òîï-êâàðêè èíòåðåñóþò ôèçèêîâ íå òîëüêî ñàìè ïî ñåáå, íî è êàê «ðàáî÷èé èíñòðóìåíò» äëÿ èçó÷åíèÿ õèããñîâñêîãî áîçîíà. Îäèí èç íàèáîëåå âàæíûõ êàíàëîâ ðîæäåíèÿ õèããñîâñêîãî áîçîíà â ÁÀÊ — àññîöèàòèâíîå ðîæäåíèå âìåñòå ñ òîï-êâàðê-àíòèêâàðêîâîé ïàðîé. Äëÿ òîãî, ÷òîáû íàä¸æíî îòäåëÿòü òàêèå ñîáûòèÿ îò ôîíà, íàäî âíà÷àëå õîðîøî èçó÷èòü ñâîéñòâà ñàìèõ òîï-êâàðêîâ.
Èçó÷åíèå ìåõàíèçìà ýëåêòðîñëàáîé ñèììåòðèè
Îäíîé èç îñíîâíûõ öåëåé ïðîåêòà ÿâëÿåòñÿ ýêñïåðèìåíòàëüíîå äîêàçàòåëüñòâî ñóùåñòâîâàíèÿ áîçîíà Õèããñà — ÷àñòèöû, ïðåäñêàçàííîé øîòëàíäñêèì ôèçèêîì Ïèòåðîì Õèããñîì â 1964 ãîäó â ðàìêàõ Ñòàíäàðòíîé Ìîäåëè. Íà ñàìîì äåëå, ôèçèêîâ èíòåðåñóåò íå ñòîëüêî ñàì õèããñîâñêèé áîçîí, ñêîëüêî õèããñîâñêèé ìåõàíèçì íàðóøåíèÿ ýëåêòðîñëàáîé ñèììåòðèè. Èìåííî èçó÷åíèå ýòîãî ìåõàíèçìà, âîçìîæíî, íàòîëêí¸ò ôèçèêîâ íà íîâóþ òåîðèþ ìèðà, áîëåå ãëóáîêóþ, ÷åì ÑÌ.
Èçó÷åíèå êâàðê-ãëþîííîé ïëàçìû
Îæèäàåòñÿ, ÷òî â óñêîðèòåëå â ðåæèìå ÿäåðíûõ ñòîëêíîâåíèé áóäóò ïðîèñõîäèòü íå òîëüêî ïðîòîí-ïðîòîííûå ñòîëêíîâåíèÿ, íî è ñòîëêíîâåíèÿ ÿäåð ñâèíöà. Ïðè ëîáîâîì ñòîëêíîâåíèè äâóõ ÿäåð íà óëüòðàðåëÿòèâèñòñêèõ ñêîðîñòÿõ íà êîðîòêîå âðåìÿ îáðàçóåòñÿ è çàòåì ðàñïàäàåòñÿ ïëîòíûé è î÷åíü ãîðÿ÷èé êîìîê ÿäåðíîãî âåùåñòâà. Ïîíèìàíèå ïðîèñõîäÿùèõ ïðè ýòîì ÿâëåíèé (ïåðåõîä âåùåñòâà â ñîñòîÿíèå êâàðê-ãëþîííîé ïëàçìû è å¸ îñòûâàíèå) íóæíî äëÿ ïîñòðîåíèÿ áîëåå ñîâåðøåííîé òåîðèè ñèëüíûõ âçàèìîäåéñòâèé, êîòîðàÿ îêàæåòñÿ ïîëåçíîé êàê äëÿ ÿäåðíîé ôèçèêè, òàê è äëÿ àñòðîôèçèêè.
Ïîèñê ñóïåðñèììåòðèè
Ïåðâûì çíà÷èòåëüíûì íàó÷íûì äîñòèæåíèåì ýêñïåðèìåíòîâ íà ÁÀÊ ìîæåò ñòàòü äîêàçàòåëüñòâî èëè îïðîâåðæåíèå «ñóïåðñèììåòðèè» — òåîðèè, ãëàñÿùåé, ÷òî ëþáàÿ ñóáàòîìíàÿ ÷àñòèöà èìååò ãîðàçäî áîëåå òÿæ¸ëîãî ïàðòíåðà, èëè «ñóïåð÷àñòèöó».
Èçó÷åíèå ôîòîí-àäðîííûõ è ôîòîí-ôîòîííûõ ñòîëêíîâåíèé
Ïðîòîíû ýëåêòðè÷åñêè çàðÿæåíû, ïîýòîìó óëüòðàðåëÿòèâèñòñêèé ïðîòîí ïîðîæäàåò îáëàêî ïî÷òè ðåàëüíûõ ôîòîíîâ, ëåòÿùèõ ðÿäîì ñ ïðîòîíîì. Ýòîò ïîòîê ôîòîíîâ ñòàíîâèòñÿ åù¸ ñèëüíåå â ðåæèìå ÿäåðíûõ ñòîëêíîâåíèé, èç-çà áîëüøîãî ýëåêòðè÷åñêîãî çàðÿäà ÿäðà. Ýòè ôîòîíû ìîãóò ñòîëêíóòüñÿ êàê âñòðå÷íûì ïðîòîíîì, ïîðîæäàÿ òèïè÷íûå ôîòîí-àäðîííûå ñòîëêíîâåíèÿ, òàê è äðóã ñ äðóãîì.
Ïðîâåðêà ýêçîòè÷åñêèõ òåîðèé
Òåîðåòèêè â êîíöå XX âåêà âûäâèíóëè îãðîìíîå ÷èñëî íåîáû÷íûõ èäåé îòíîñèòåëüíî óñòðîéñòâà ìèðà, êîòîðûå âñå âìåñòå íàçûâàþòñÿ «ýêçîòè÷åñêèìè ìîäåëÿìè». Ñþäà îòíîñÿòñÿ òåîðèè ñ ñèëüíîé ãðàâèòàöèåé íà ìàñøòàáå ýíåðãèé ïîðÿäêà 1 ÒýÂ, ìîäåëè ñ áîëüøèì êîëè÷åñòâîì ïðîñòðàíñòâåííûõ èçìåðåíèé, ïðåîííûå ìîäåëè, â êîòîðûõ êâàðêè è ëåïòîí ÿâëÿþòñÿ ñîñòàâíûìè ÷àñòèöàìè, ìîäåëè ñ íîâûìè òèïàìè âçàèìîäåéñòâèÿ. Äåëî â òîì, ÷òî íàêîïëåííûõ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ îêàçûâàåòñÿ âñ¸ åù¸ íåäîñòàòî÷íî äëÿ ñîçäàíèÿ îäíîé-åäèíñòâåííîé òåîðèè. À ñàìè âñå ýòè òåîðèè ñîâìåñòèìû ñ èìåþùèìèñÿ ýêñïåðèìåíòàëüíûìè äàííûìè. Ïîñêîëüêó â ýòèõ òåîðèÿõ ìîæíî ñäåëàòü êîíêðåòíûå ïðåäñêàçàíèÿ äëÿ ÁÀÊ, ýêñïåðèìåíòàòîðû ïëàíèðóþò ïðîâåðÿòü ïðåäñêàçàíèÿ è èñêàòü ñëåäû òåõ èëè èíûõ òåîðèé â ñâîèõ äàííûõ. Îæèäàåòñÿ, ÷òî ðåçóëüòàòû, ïîëó÷åííûå íà óñêîðèòåëå, ñìîãóò îãðàíè÷èòü ôàíòàçèþ òåîðåòèêîâ, çàêðûâ íåêîòîðûå èç ïðåäëîæåííûõ êîíñòðóêöèé.
Äðóãîå
Òàêæå îæèäàåòñÿ îáíàðóæåíèå ôèçè÷åñêèõ ÿâëåíèé âíå ðàìîê Ñòàíäàðòíîé Ìîäåëè. Ïëàíèðóåòñÿ èññëåäîâàíèå ñâîéñòâ W è Z-áîçîíîâ, ÿäåðíûõ âçàèìîäåéñòâèé ïðè ñâåðõâûñîêèõ ýíåðãèÿõ, ïðîöåññîâ ðîæäåíèÿ è ðàñïàäîâ òÿæ¸ëûõ êâàðêîâ (b è t).
Èñòîðèÿ ñòðîèòåëüñòâà
.................................................. .................................................
Èäåÿ ïðîåêòà Áîëüøîãî àäðîííîãî êîëëàéäåðà (ÁÀÊ) ðîäèëàñü â 1984 ãîäó è áûëà îôèöèàëüíî îäîáðåíà äåñÿòüþ ãîäàìè ïîçæå. Åãî ñòðîèòåëüñòâî íà÷àëîñü â 2001 ãîäó, ïîñëå îêîí÷àíèÿ ðàáîòû ïðåäûäóùåãî óñêîðèòåëÿ — Áîëüøîãî ýëåêòðîí-ïîçèòðîííîãî êîëëàéäåðà.
 óñêîðèòåëå ïðåäïîëàãàåòñÿ ñòàëêèâàòü ïðîòîíû ñ ñóììàðíîé ýíåðãèåé 14 Òý (òî åñòü 14 òåðàýëåêòðîíâîëüò èëè 14·1012 ýëåêòðîíâîëüò) â ñèñòåìå öåíòðà ìàññ íàëåòàþùèõ ÷àñòèö, à òàêæå ÿäðà ñâèíöà ñ ýíåðãèåé 5,5 Ãý (5,5·109 ýëåêòðîíâîëüò) íà êàæäóþ ïàðó ñòàëêèâàþùèõñÿ íóêëîíîâ. Òàêèì îáðàçîì, ÁÀÊ áóäåò ñàìûì âûñîêîýíåðãè÷íûì óñêîðèòåëåì ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö â ìèðå, íà ïîðÿäîê ïðåâîñõîäÿ ïî ýíåðãèè ñâîèõ áëèæàéøèõ êîíêóðåíòîâ — ïðîòîí-àíòèïðîòîííûé êîëëàéäåð Òýâàòðîí, êîòîðûé â íàñòîÿùåå âðåìÿ ðàáîòàåò â Íàöèîíàëüíîé óñêîðèòåëüíîé ëàáîðàòîðèè èì. Ý. Ôåðìè (ÑØÀ), è ðåëÿòèâèñòñêèé êîëëàéäåð òÿæ¸ëûõ èîíîâ RHIC, ðàáîòàþùèé â Áðóêõåéâåíñêîé ëàáîðàòîðèè (ÑØÀ).
Óñêîðèòåëü ðàñïîëîæåí â òîì æå òóííåëå, êîòîðûé ïðåæäå çàíèìàë Áîëüøîé ýëåêòðîí-ïîçèòðîííûé êîëëàéäåð. Òóííåëü ñ äëèíîé îêðóæíîñòè 26,7 êì ïðîëîæåí íà ãëóáèíå îêîëî ñòà ìåòðîâ ïîä çåìë¸é íà òåððèòîðèè Ôðàíöèè è Øâåéöàðèè. Äëÿ óäåðæàíèÿ è êîððåêöèè ïðîòîííûõ ïó÷êîâ èñïîëüçóþòñÿ 1 624 ñâåðõïðîâîäÿùèõ ìàãíèòà, îáùàÿ äëèíà êîòîðûõ ïðåâûøàåò 22 êì. Ïîñëåäíèé èç íèõ áûë óñòàíîâëåí â òóííåëå 27 íîÿáðÿ 2006 ãîäà. Ìàãíèòû áóäóò ðàáîòàòü ïðè òåìïåðàòóðå 1,9 K (−271 °C). Ñòðîèòåëüñòâî ñïåöèàëüíîé êðèîãåííîé ëèíèè äëÿ îõëàæäåíèÿ ìàãíèòîâ çàêîí÷åíî 19 íîÿáðÿ 2006 ãîäà.
Èñïûòàíèÿ
11 àâãóñòà 2008 ãîäà óñïåøíî çàâåðøåíà ïåðâàÿ ÷àñòü ïðåäâàðèòåëüíûõ èñïûòàíèé.[2] Âî âðåìÿ èñïûòàíèé ïó÷îê çàðÿæåííûõ ÷àñòèö ïðîø¸ë ÷óòü áîëåå òð¸õ êèëîìåòðîâ ïî îäíîìó èç êîëåö ÁÀÊà. Òàêèì îáðàçîì, ó÷¸íûì óäàëîñü ïðîâåðèòü ðàáîòó ñèíõðîíèçàöèè ïðåäâàðèòåëüíîãî óñêîðèòåëÿ, òàê íàçûâàåìîãî ïðîòîííîãî ñóïåðñèíõðîòðîíà (SPS), è ñèñòåìû ïðàâîé äîñòàâêè ëó÷à. Ýòà ñèñòåìà ïåðåäà¸ò â îñíîâíîå êîëüöî ðàçîãíàííûå ïó÷êè òàêèì îáðàçîì, ÷òî îíè íà÷èíàþò äâèãàòüñÿ ïî êîëüöó ïî ÷àñîâîé ñòðåëêå.  ðåçóëüòàòå èñïûòàíèé óäàëîñü îïòèìèçèðîâàòü ðàáîòó ñèñòåìû.
Âòîðîé ýòàï èñïûòàíèé ïðîø¸ë 24 àâãóñòà 2008 ãîäà. Áûëà ïðîòåñòèðîâàíà èíæåêöèÿ ïðîòîíîâ â óñêîðèòåëüíîå êîëüöî ÁÀÊ â íàïðàâëåíèè ïðîòèâ ÷àñîâîé ñòðåëêè.[3]
Îôèöèàëüíûé çàïóñê êîëëàéäåðà áûë ïðîèçâåä¸í 10 ñåíòÿáðÿ 2008 ãîäà, â 12:28 ïî ìîñêîâñêîìó âðåìåíè.[4] Çàïóùåííûé ïó÷îê ïðîòîíîâ óñïåøíî ïðîø¸ë âåñü ïåðèìåòð êîëëàéäåðà ïî ÷àñîâîé ñòðåëêå. Äàëüíåéøèå çàïóñêè ÷àñòèö áûëè ïðîâåäåíû â íàïðàâëåíèè ïðîòèâ ÷àñîâîé ñòðåëêè. Íà âòîðîì ýòàïå èñïûòàíèé áóäóò ïðîèçâîäèòüñÿ îäíîâðåìåííûå çàïóñêè ïó÷êîâ íàâñòðå÷ó äðóã äðóãó, ÷òîáû íàáëþäàòü, ÷òî ïðîèñõîäèò ïðè èõ «ëîáîâûõ» ñòîëêíîâåíèÿõ. Íà òðåòüåì ýòàïå èñïûòàíèé áóäóò ïðîõîäèòü ýêñïåðèìåíòû ïî ñòîëêíîâåíèþ ÷àñòèö íà áîëåå âûñîêèõ ýíåðãèÿõ. Âûõîä íà ýíåðãèþ 7 Òý íà êàæäûé ïðîòîííûé ïó÷îê íàìå÷åí íà íà÷àëî 2009 ãîäà.
Òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè
.................................................. .................................................
Óñêîðèòåëè è äåòåêòîðû LHC
Ñâåòèìîñòü ÁÀÊ âî âðåìÿ ïåðâîãî ïðîáåãà ñîñòàâèò âñåãî 1029 ÷àñòèö/ñì²·ñ. Ýòî âåñüìà ñêðîìíàÿ âåëè÷èíà. Îäíàêî, ïîñëå çàïóñêà ÁÀÊ äëÿ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèé, ñâåòèìîñòü áóäåò ïîñòåïåííî ïîâûøàòüñÿ îò íà÷àëüíîé 5·1032 ÷àñòèö/ñì²·ñ äî íîìèíàëüíîé 1,7·1034 ÷àñòèö/ñì²·ñ, ÷òî ïî ïîðÿäêó âåëè÷èíû ñîîòâåòñòâóåò ñâåòèìîñòÿì ñîâðåìåííûõ B-ôàáðèê BaBar (SLAC, ÑØÀ) è Belle (KEK, ßïîíèÿ). Âûõîä íà íîìèíàëüíóþ ñâåòèìîñòü ïëàíèðóåòñÿ â 2010 ãîäó.
Ïëàíèðóåòñÿ, ÷òî íà ÁÀÊ áóäóò ðàáîòàòü ÷åòûðå äåòåêòîðà: ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS), CMS (Compact Muon Solenoid), LHCb (The Large Hadron Collider beauty experiment) è ALICE (A Large Ion Collider Experiment). Óñòàíîâêè ATLAS è CMS ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ ïîèñêà áîçîíà Õèããñà è «íåñòàíäàðòíîé ôèçèêè». Äåòåêòîð LHCb îïòèìèçèðîâàí ïîä èññëåäîâàíèÿ ôèçèêè b-êâàðêîâ, à äåòåêòîð ALICE äëÿ ïîèñêà êâàðê-ãëþîííîé ïëàçìû èëè êâàðê-ãëþîííîé æèäêîñòè â ñòîëêíîâåíèÿõ èîíîâ ñâèíöà.
Ðîññèÿ ïðèíèìàåò àêòèâíîå ó÷àñòèå êàê â ñòðîèòåëüñòâå ÁÀÊ, òàê è â ñîçäàíèè âñåõ ÷åòûð¸õ äåòåêòîðîâ, êîòîðûå äîëæíû ðàáîòàòü íà êîëëàéäåðå.[5]
Ïîòðåáëåíèå ýíåðãèè
Âî âðåìÿ ðàáîòû êîëëàéäåðà ðàñ÷¸òíîå ïîòðåáëåíèå ýíåðãèè ñîñòàâèò 180 ÌÂò. Ïðåäïîëîæèòåëüíûå ýíåðãîçàòðàòû âñåãî CERNà íà 2009 ãîä ñ ó÷¸òîì ðàáîòàþùåãî êîëëàéäåðà — 1000 ÃÂò·÷, èç êîòîðûõ 700 ÃÂò·÷ ïðèä¸òñÿ íà äîëþ óñêîðèòåëÿ. Ýòè ýíåðãîçàòðàòû — îêîëî 10 % îò ñóììàðíîãî ãîäîâîãî ýíåðãîïîòðåáëåíèÿ êàíòîíà Æåíåâà. Ñàì CERN íå ïðîèçâîäèò ýíåðãèþ, èìåÿ ëèøü ðåçåðâíûå äèçåëüíûå ãåíåðàòîðû.
Ðàñïðåäåë¸ííûå âû÷èñëåíèÿ
Îñíîâíàÿ ñòàòüÿ: LHC@home
__________________________________________________ ______________
Äëÿ óïðàâëåíèÿ, õðàíåíèÿ è îáðàáîòêè äàííûõ, êîòîðûå áóäóò ïîñòóïàòü ñ óñêîðèòåëÿ ÁÀÊ è äåòåêòîðîâ, ñîçäà¸òñÿ ðàñïðåäåë¸ííàÿ âû÷èñëèòåëüíàÿ ñåòü LCG (àíãë. LHC Computing GRID ), èñïîëüçóþùàÿ òåõíîëîãèþ ãðèä. Äëÿ îïðåäåë¸ííûõ âû÷èñëèòåëüíûõ çàäà÷ áóäåò çàäåéñòâîâàí ïðîåêò ðàñïðåäåë¸ííûõ âû÷èñëåíèé LHC@home.
Íåêîíòðîëèðóåìûå ôèçè÷åñêèå ïðîöåññû
__________________________________________________ _____________
Íåêîòîðûå ñïåöèàëèñòû è ïðåäñòàâèòåëè îáùåñòâåííîñòè âûñêàçûâàþò îïàñåíèÿ, ÷òî èìååòñÿ îòëè÷íàÿ îò íóëÿ âåðîÿòíîñòü âûõîäà ïðîâîäèìûõ â êîëëàéäåðå ýêñïåðèìåíòîâ èç-ïîä êîíòðîëÿ è ðàçâèòèÿ öåïíîé ðåàêöèè, êîòîðàÿ ïðè îïðåäåë¸ííûõ óñëîâèÿõ òåîðåòè÷åñêè ìîæåò óíè÷òîæèòü âñþ ïëàíåòó. Òî÷êà çðåíèÿ ñòîðîííèêîâ êàòàñòðîôè÷åñêèõ ñöåíàðèåâ, ñâÿçàííûõ ñ ðàáîòîé ÁÀÊ, èçëîæåíà íà îòäåëüíîì ñàéòå.[6] Èç-çà ïîäîáíûõ íàñòðîåíèé ÁÀÊ èíîãäà ðàñøèôðîâûâàþò êàê Last Hadron Collider (Ïîñëåäíèé Àäðîííûé Êîëëàéäåð).
 ýòîé ñâÿçè íàèáîëåå ÷àñòî óïîìèíàåòñÿ òåîðåòè÷åñêàÿ âîçìîæíîñòü ïîÿâëåíèÿ â êîëëàéäåðå ìèêðîñêîïè÷åñêèõ ÷¸ðíûõ äûð,[7] à òàêæå òåîðåòè÷åñêàÿ âîçìîæíîñòü îáðàçîâàíèÿ ñãóñòêîâ àíòèìàòåðèè è ìàãíèòíûõ ìîíîïîëåé ñ ïîñëåäóþùåé öåïíîé ðåàêöèåé çàõâàòà îêðóæàþùåé ìàòåðèè.
Óêàçàííûå òåîðåòè÷åñêèå âîçìîæíîñòè áûëè ðàññìîòðåíû ñïåöèàëüíîé ãðóïïîé CERN, ïîäãîòîâèâøåé ñîîòâåòñòâóþùèé äîêëàä, â êîòîðîì âñå ïîäîáíûå îïàñåíèÿ ïðèçíàþòñÿ íåîáîñíîâàííûìè.[8][9] Àäðèàí Êåíò îïóáëèêîâàë íàó÷íóþ ñòàòüþ ñ êðèòèêîé íîðì áåçîïàñíîñòè, êîòîðûå ïðîäâèãàåò CERN, ïîñêîëüêó îæèäàåìûé óùåðá (òî åñòü ïðîèçâåäåíèå âåðîÿòíîñòè ñîáûòèÿ íà ÷èñëî æåðòâ) ÿâëÿåòñÿ íåïðèåìëåìûì. Îäíàêî åãî óòâåðæäåíèå, ÷òî îôèöèàëüíîé îöåíêîé ðèñêà ãëîáàëüíîé êàòàñòðîôû ÿâëÿåòñÿ 1 ê 50 ìèëëèîíàì[10], íå ñîîòâåòñòâóåò äåéñòâèòåëüíîñòè.  ðåàëüíîñòè ìîæåò áûòü ïîëó÷åíî ëèøü îãðàíè÷åíèå ñâåðõó, à íå ñàìà âåðîÿòíîñòü, è ñîâðåìåííûå îãðàíè÷åíèÿ ñâåðõó óæå íàìíîãî ìåíüøå ýòîãî ÷èñëà[11].
 êà÷åñòâå îñíîâíûõ àðãóìåíòîâ â ïîëüçó íåîáîñíîâàííîñòè êàòàñòðîôè÷åñêèõ ñöåíàðèåâ ïðèâîäÿòñÿ ññûëêè íà òî, ÷òî Çåìëÿ, Ëóíà è äðóãèå ïëàíåòû ïîñòîÿííî áîìáàðäèðóþòñÿ ïîòîêàìè êîñìè÷åñêèõ ÷àñòèö ñ ãîðàçäî áîëåå âûñîêèìè ýíåðãèÿìè. Óïîìèíàåòñÿ òàêæå óñïåøíàÿ ðàáîòà ðàíåå ââåä¸ííûõ â ñòðîé óñêîðèòåëåé, âêëþ÷àÿ ðåëÿòèâèñòñêèé êîëëàéäåð òÿæ¸ëûõ èîíîâ RHIC â Áðóêõåéâåíå. Âîçìîæíîñòü îáðàçîâàíèÿ ìèêðîñêîïè÷åñêèõ ÷¸ðíûõ äûð íå îòðèöàåòñÿ ñïåöèàëèñòàìè CERN, îäíàêî ïðè ýòîì çàÿâëÿåòñÿ, ÷òî â íàøåì òð¸õìåðíîì ïðîñòðàíñòâå òàêèå îáúåêòû ìîãóò âîçíèêàòü òîëüêî ïðè ýíåðãèÿõ, íà 16 ïîðÿäêîâ áîëüøèõ ýíåðãèè ïó÷êîâ â ÁÀÊ. Ãèïîòåòè÷åñêè ìèêðîñêîïè÷åñêèå ÷¸ðíûå äûðû ìîãóò ïîÿâëÿòüñÿ â ýêñïåðèìåíòàõ íà ÁÀÊ â ïðåäñêàçàíèÿõ òåîðèé ñ äîïîëíèòåëüíûìè ïðîñòðàíñòâåííûìè èçìåðåíèÿìè. Òàêèå òåîðèè ïîêà íå èìåþò êàêèõ-ëèáî ýêñïåðèìåíòàëüíûõ ïîäòâåðæäåíèé. Îäíàêî, äàæå åñëè ÷¸ðíûå äûðû áóäóò âîçíèêàòü ïðè ñòîëêíîâåíèè ÷àñòèö â ÁÀÊ, ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî îíè áóäóò ÷ðåçâû÷àéíî íåóñòîé÷èâûìè âñëåäñòâèå èçëó÷åíèÿ Õîêèíãà è áóäóò ïðàêòè÷åñêè ìãíîâåííî èñïàðÿòüñÿ â âèäå îáû÷íûõ ÷àñòèö.
21 ìàðòà 2008 ãîäà â ôåäåðàëüíûé îêðóæíîé ñóä Ãàâàéåâ áûë ïîäàí èñê[12][13] Óîëòåðà Âàãíåðà (àíãë. Walter L. Wagner) è Ëóèñà Ñàí÷î (àíãë. Luis Sancho), â êîòîðîì îíè, îáâèíÿÿ CERN â ïîïûòêå óñòðîèòü êîíåö ñâåòà, òðåáóþò çàïðåòèòü çàïóñê êîëëàéäåðà äî òåõ ïîð, ïîêà íå áóäåò ãàðàíòèðîâàíà åãî áåçîïàñíîñòü.
Àðãóìåíòû â ïîëüçó êàòàñòðîôè÷åñêîãî ñöåíàðèÿ
Ïî ìíåíèþ ñòîðîííèêîâ êàòàñòðîôè÷åñêîãî ñöåíàðèÿ, ñóùåñòâóåò ïðèíöèïèàëüíàÿ ðàçíèöà ìåæäó áîìáàðäèðîâêîé Çåìëè êîñìè÷åñêèìè ÷àñòèöàìè è ýêñïåðèìåíòàìè íà óñêîðèòåëå.  ïåðâîì ñëó÷àå ñòàëêèâàþòñÿ ïðèëåòàþùèå èç êîñìîñà óëüòðàðåëÿòèâèñòñêèå (ëåòÿùèå ñî ñêîðîñòüþ, áëèçêîé ê ñêîðîñòè ñâåòà) ýëåìåíòàðíûå ÷àñòèöû ñ ýëåìåíòàðíûìè ÷àñòèöàìè íà Çåìëå, ñêîðîñòü êîòîðûõ ìàëà. Îáðàçóþùèåñÿ ÷àñòèöû òàêæå ÿâëÿþòñÿ óëüòðàðåëÿòèâèñòñêèìè è óëåòàþò â êîñìè÷åñêîå ïðîñòðàíñòâî, íå óñïåâ ïðè÷èíèòü Çåìëå íèêàêîãî âðåäà.  êîëëàéäåðå æå ñòàëêèâàþòñÿ ïó÷êè ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö, ëåòÿùèå ñ óëüòðàðåëÿòèâèñòñêèìè ñêîðîñòÿìè â ïðîòèâîïîëîæíûõ íàïðàâëåíèÿõ. Îáðàçóþùèåñÿ ìèêðîñêîïè÷åñêèå ÷¸ðíûå äûðû è äðóãèå îïàñíûå ÷àñòèöû ìîãóò âûëåòàòü ñ ëþáûìè ñêîðîñòÿìè. Íåêîòîðûå èç íèõ áóäóò íàñòîëüêî ìåäëåííûìè, ÷òî íå ñìîãóò ïîêèíóòü Çåìëþ.
Îáùàÿ òåîðèÿ îòíîñèòåëüíîñòè â âèäå, ïðåäëîæåííîì Ýéíøòåéíîì, íå äîïóñêàåò âîçíèêíîâåíèÿ ìèêðîñêîïè÷åñêèõ ÷¸ðíûõ äûð â êîëëàéäåðå. Îäíàêî îíè áóäóò âîçíèêàòü, åñëè âåðíû òåîðèè ñ äîïîëíèòåëüíûìè ïðîñòðàíñòâåííûìè èçìåðåíèÿìè. Ïî ìíåíèþ ñòîðîííèêîâ êàòàñòðîôè÷åñêîãî ñöåíàðèÿ, õîòÿ òàêèå òåîðèè è óìîçðèòåëüíû, âåðîÿòíîñòü òîãî, ÷òî îíè âåðíû, ñîñòàâëÿåò äåñÿòêè ïðîöåíòîâ. Èçëó÷åíèå Õîêèíãà, ïðèâîäÿùåå ê èñïàðåíèþ ÷¸ðíûõ äûð, òàêæå ÿâëÿåòñÿ ãèïîòåòè÷åñêèì — îíî íèêîãäà íå áûëî ýêñïåðèìåíòàëüíî ïîäòâåðæäåíî. Ïîýòîìó åñòü äîñòàòî÷íî áîëüøàÿ âåðîÿòíîñòü òîãî, ÷òî îíî íå äåéñòâóåò.
Êðîìå òîãî, âûñîêà âåðîÿòíîñòü îáðàçîâàíèÿ ñòðàïåëåê.
Àðãóìåíòû ïðîòèâíèêîâ êàòàñòðîôè÷åñêîãî ñöåíàðèÿ
Ñðàâíåíèå ñ ïðèðîäíûìè ñêîðîñòÿìè è ýíåðãèÿìè
Óñêîðèòåëü ïðåäíàçíà÷åí äëÿ ñòàëêèâàíèÿ òàêèõ ÷àñòèö, êàê àäðîíû è àòîìàðíûå ÿäðà. Îäíàêî, ñóùåñòâóþò ïðèðîäíûå èñòî÷íèêè ÷àñòèö, ñêîðîñòü è ýíåðãèÿ êîòîðûõ çíà÷èòåëüíî âûøå, ÷åì â êîëëàéäåðå[14] (ñì.: Çýâàòðîí). Òàêèå ïðèðîäíûå ÷àñòèöû îáíàðóæèâàþò â êîñìè÷åñêèõ ëó÷àõ. Ïîâåðõíîñòü ïëàíåòû Çåìëÿ ÷àñòè÷íî çàùèùåíà îò ýòèõ ëó÷åé, íî, ïðîõîäÿ ÷åðåç àòìîñôåðó, ÷àñòèöû êîñìè÷åñêèõ ëó÷åé ñòàëêèâàþòñÿ ñ àòîìàìè è ìîëåêóëàìè âîçäóõà.  ðåçóëüòàòå ýòèõ ïðèðîäíûõ ñòîëêíîâåíèé â àòìîñôåðå Çåìëè ðîæäàåòñÿ ìíîæåñòâî ñòàáèëüíûõ è íåñòàáèëüíûõ ÷àñòèö.  ðåçóëüòàòå, íà ïëàíåòå óæå â òå÷åíèè ìíîãèõ ìèëëèîíîâ ëåò ïðèñóòñòâóåò åñòåñòâåííûé ðàäèàöèîííûé ôîí.
Ëåòîì 2008 ãîäà ó÷¸íûå îáíàðóæèëè â ðàéîíå Êðàáîâèäíîé òóìàííîñòè ïðèðîäíûé óñêîðèòåëü çàðÿæåííûõ ÷àñòèö.[15]
Òî æå ñàìîå (ñòàëêèâàíèå ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö è àòîìîâ) áóäåò ïðîèñõîäèòü è â ÁÀÊ, îäíàêî ñ ìåíüøèìè ñêîðîñòÿìè è ýíåðãèÿìè, è â ãîðàçäî ìåíüøåì êîëè÷åñòâå.
Ìèêðîñêîïè÷åñêèå ÷¸ðíûå äûðû
Åñëè ÷¸ðíûå äûðû ìîãóò âîçíèêàòü â õîäå ñòîëêíîâåíèÿ ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö, îíè òàêæå áóäóò è ðàñïàäàòüñÿ íà ýëåìåíòàðíûå ÷àñòèöû, â ñîîòâåòñòâèè ñ ïðèíöèïîì CPT-èíâàðèàíòíîñòè, ÿâëÿþùèìñÿ îäíèì èç ñàìûõ ôóíäàìåíòàëüíûõ ïðèíöèïîâ êâàíòîâîé ìåõàíèêè.
Äàëåå, åñëè áû ãèïîòåçà ñóùåñòâîâàíèÿ ñòàáèëüíûõ ÷¸ðíûõ ìèêðî-äûð áûëà âåðíà, òî îíè áû îáðàçîâûâàëèñü â áîëüøèõ êîëè÷åñòâàõ â ðåçóëüòàòå áîìáàðäèðîâêè Çåìëè êîñìè÷åñêèìè ýëåìåíòàðíûìè ÷àñòèöàìè. Íî áî́ëüøàÿ ÷àñòü ïðèëåòàþùèõ èç êîñìîñà âûñîêîýíåðãåòè÷åñêèõ ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö îáëàäàþò ýëåêòðè÷åñêèì çàðÿäîì, ïîýòîìó ÷àñòü ÷¸ðíûõ äûð áûëè áû ýëåêòðè÷åñêè çàðÿæåíû. Ýòè çàðÿæåííûå ÷¸ðíûå äûðû çàõâàòûâàëèñü áû ìàãíèòíûì ïîëåì Çåìëè è, áóäü îíè â ñàìîì äåëå îïàñíû, äàâíî ðàçðóøèëè áû Çåìëþ. Ìåõàíèçì Øâèììåðà, äåëàþùèé ÷¸ðíûå äûðû ýëåêòðè÷åñêè íåéòðàëüíûìè, î÷åíü ïîõîæ íà ýôôåêò Õîêèíãà è íå ìîæåò ðàáîòàòü, åñëè íå ðàáîòàåò ýôôåêò Õîêèíãà.
Ê òîìó æå, ëþáûå ÷¸ðíûå äûðû, çàðÿæåííûå èëè ýëåêòðè÷åñêè íåéòðàëüíûå, çàõâàòûâàëèñü áû áåëûìè êàðëèêàìè è íåéòðîííûìè çâ¸çäàìè (êîòîðûå, êàê è Çåìëÿ, áîìáàðäèðóþòñÿ êîñìè÷åñêèì èçëó÷åíèåì) è ðàçðóøàëè èõ.  ðåçóëüòàòå âðåìÿ æèçíè áåëûõ êàðëèêîâ è íåéòðîííûõ çâ¸çä áûëî áû ãîðàçäî êîðî÷å, ÷åì íàáëþäàåìîå â äåéñòâèòåëüíîñòè. Êðîìå òîãî, ðàçðóøàåìûå áåëûå êàðëèêè è íåéòðîííûå çâ¸çäû èñïóñêàëè áû äîïîëíèòåëüíîå èçëó÷åíèå, êîòîðîå â äåéñòâèòåëüíîñòè íå íàáëþäàåòñÿ.
Íàêîíåö, òåîðèè ñ äîïîëíèòåëüíûìè ïðîñòðàíñòâåííûìè èçìåðåíèÿìè, ïðåäñêàçûâàþùèå âîçíèêíîâåíèå ìèêðîñêîïè÷åñêèõ ÷¸ðíûõ äûð, íå ïðîòèâîðå÷àò ýêñïåðèìåíòàëüíûì äàííûì òîëüêî åñëè êîëè÷åñòâî äîïîëíèòåëüíûõ èçìåðåíèé íå ìåíüøå òð¸õ. Íî ïðè òàêîì êîëè÷åñòâå äîïîëíèòåëüíûõ èçìåðåíèé äîëæíû ïðîéòè ìèëëèàðäû ëåò, ïðåæäå ÷åì ÷¸ðíàÿ äûðà ïðè÷èíèò Çåìëå ñêîëüêî-íèáóäü ñóùåñòâåííûé âðåä.
Ñòðàïåëüêè
Îñíîâíàÿ ñòàòüÿ: Ñòðàïåëüêà
×àñòèöû, ñîñòîÿùèå èç âåðõíèõ, íèæíèõ è ñòðàííûõ êâàðêîâ, îáèëüíî ïðîèçâîäÿòñÿ â ëàáîðàòîðíûõ óñëîâèÿõ, íî ðàñïàäàþòñÿ çà âðåìÿ ïîðÿäêà 10-9 ñåê. Ñóùåñòâóåò ãèïîòåçà, ÷òî äîñòàòî÷íî áîëüøèå ÿäðà, ñîñòîÿùèå èç ïðèìåðíî ðàâíîãî êîëè÷åñòâà âåðõíèõ, íèæíèõ è ñòðàííûõ êâàðêîâ, ÿâëÿþòñÿ ñòàáèëüíûìè, ïîñêîëüêó êâàðêè îòíîñÿòñÿ ê ôåðìèîíàì, à ïðèíöèï Ïàóëè çàïðåùàåò äâóì îäèíàêîâûì ôåðìèîíàì íàõîäèòüñÿ â îäíîì è òîì æå êâàíòîâîì ñîñòîÿíèè. Åñëè â ÿäðå åñòü òðè ðàçíûõ òèïà êâàðêîâ, à íå äâà, êàê â îáû÷íûõ ÿäðàõ, òî áîëüøåå êîëè÷åñòâî êâàðêîâ ìîæåò íàõîäèòüñÿ â íèçêîýíåðãåòè÷åñêèõ ñîñòîÿíèÿõ, íå íàðóøàÿ ïðèíöèïà Ïàóëè. Òàêèå ãèïîòåòè÷åñêèå ÿäðà, ñîñòîÿùèå èç òð¸õ òèïîâ êâàðêîâ, íàçûâàþòñÿ ñòðàïåëüêàìè.
Ãèïîòåòè÷åñêè âîçìîæíî, ÷òî ñòðàïåëüêè êàêèì-òî íåèçâåñòíûì íàì îáðàçîì êàòàëèçèðóþò ïðåâðàùåíèå îáû÷íîé ìàòåðèè â ñòðàïåëüêè, ÷òî ìîæåò ïðèâåñòè ê ïðåâðàùåíèþ â ñòðàïåëüêè âñåé ïëàíåòû. Îäíàêî äàæå â ýòîé ñèòóàöèè êîëëàéäåð íå ïðåäñòàâëÿåò îïàñíîñòè, ïîñêîëüêó ýíåðãèè ñòîëêíîâåíèÿ ÷àñòèö òàì íà ïîðÿäêè íèæå[èñòî÷íèê?], ÷åì òå, ïðè êîòîðûõ ìîãóò îáðàçîâûâàòüñÿ ÿäðà (áóäü òî îáû÷íûå èëè ñòðàïåëüêè). Êðîìå òîãî, åñëè áû ñòðàïåëüêè âîçíèêàëè â ÁÀÊ, îíè áû â åù¸ áîëüøèõ êîëè÷åñòâàõ âîçíèêàëè è â ðåëÿòèâèñòñêîì óñêîðèòåëå òÿæ¸ëûõ èîíîâ RHIC, ïîñêîëüêó êîëè÷åñòâî ñòîëêíîâåíèé òàì âûøå, à ýíåðãèè íèæå. Íî ýòîãî íå ïðîèñõîäèò.
Ìàøèíà âðåìåíè
Ïî èíôîðìàöèè ìåæäóíàðîäíîãî èçäàíèÿ New Scientist (àíãë.), ïðîôåññîð, äîêòîð ôèçèêî-ìàòåìàòè÷åñêèõ íàóê Èðèíà Àðåôüåâà è ÷ëåí-êîððåñïîíäåíò ÐÀÍ, äîêòîð ôèçèêî-ìàòåìàòè÷åñêèõ íàóê Èãîðü Âîëîâè÷[16] ïîëàãàþò, ÷òî ýòîò ýêñïåðèìåíò ìîæåò ïðèâåñòè ê ñîçäàíèþ ìàøèíû âðåìåíè.[17][18] Îíè ñ÷èòàþò, ÷òî ïðîòîííûå ñòîëêíîâåíèÿ ìîãóò ïîðîäèòü ïðîñòðàíñòâåííî-âðåìåííû́å ÷åðâîòî÷èíû («êðîòîâûå íîðû»).
Ïðîòèâîïîëîæíûõ âçãëÿäîâ ïðèäåðæèâàåòñÿ äîêòîð ôèçèêî-ìàòåìàòè÷åñêèõ íàóê èç ÍÈÈ ÿäåðíîé ôèçèêè ÌÃÓ Ýäóàðä Áîîñ, îòðèöàþùèé âîçíèêíîâåíèå íà ÁÀÊ ÷¸ðíûõ äûð, à ñëåäîâàòåëüíî, «êðîòîâûõ íîð» è ïóòåøåñòâèé âî âðåìåíè.[19]