The_Searcher Голосов: 4 Адрес блога: http://www.liveinternet.ru/users/the_searcher/ Добавлен: 2007-11-28 15:41:09 блограйдером the_searcher

Какую опасность представляют ускорители частиц.

2008-09-12 17:16:32 (читать в оригинале)

По просьбам трудящихся в лице труженницы v_ea (или лучше не так - "В нашу редакцию поступают письма встревоженных читателей...") рассказываю о том, что за нашумевший конец света нам обещают от запуска Большого Адронного Коллайдера.

9. Исследование элементарных частиц.

Надежда на простое объяснение устройства материи рухнула сто лет назад, когда не оправдала себя теория Нильса Бора о строении атома с ядром-солнцем и электронами-планетами. Законы нашего мира оказались неприменимы к миру элементарных частиц, хотя кое-где электронные оболочки по традиции продолжают называть орбитами.
Атом оказался гораздо сложнее - даже в простейшем случае с одним протоном и одним электроном (водород) всего учесть не получается, слишком сложные процессы идут внутри. Так, с ходу удвоилось число известных способов взаимодействия материи на расстоянии - к электромагнитному и гравитационному добавились сильное и слабое ядерные. Энергии этих взаимодействий огромны, но действуют на очень крохотных расстояниях. Вскоре обнаружилось, что атомное ядро умеет превращать массу в энергию и обратно по той самой формуле эмцэквадрат, что открыло нам ядерную энергетику.
Эти открытия были сделаны в процессе изучения состава ядер и поведения в нём протонов и нейтронов (вместе называемых одним словом - адроны, те самые адроны для которых построен Большой Коллайдер). Что в свою очередь стало возможным благодаря умению оперировать гораздо большими энергиями, чем когда-либо раньше.
Ещё большая энергия позволила просветить протон и считать распределение заряда внутри него. В дальнейшем были открыты кварки, из которых и состоят все адроны (в отличие от лептонов - например, электронов) и ещё множество частиц, выполняющих функции клея между кварками, носителей отдельных свойств составных частиц, переносчиков взаимодействий и так далее.
Зачем для заглядывания внутрь атома нужны большие энергии? Представьте, что атом - это механические часы в картонной коробке. Часы - это ядро, коробка - электроны. И единственный способ посмотреть что там внутри - это разрывать всё на части. Картон держится слабым клеем, сами часы туго завинчены. Чтобы добраться до часов, достаточно голыми руками разорвать коробку. Чтобы заглянуть внутрь часов, надо стукнуть их молотком. А чтобы разобрать часы на мелкие детали, нужно с огромной силой ударить их обо что-нибудь твёрдое (какую-нибудь мишень, как в различных ускорителях) или о другие такие же часы (такую схему называют коллайдером).
Чем глубже внутрь материи, тем выше энергии, которые её связывают. Чем более детально мы хотим узнать её устройство, тем большие энергии нам надо прикладывать.
Так вот, Большой Адронный Коллайдер (БАК) будет тратить сотни гигаватт-час каждый месяц для разгона протонов и антипротонов во встречных направлениях и столкновения их друг с другом. Для регистрации разлетающихся осколков придуманы бесчисленные детекторы. В БАК они располагаются в четырёх комплексах, служащих для разных целей. Размеры этих комплексов измеряются десятками метров, а вес тысячами тонн. Нужны они для того, чтобы собрать все осколки и измерить направления и скорости их движения.
Но на таких энергиях поведение осколков очень далеко от простого разлетания. С ними происходят очень глубокие метаморфозы вплоть до полного исчезновения одних деталей и появления других, принадлежащих совсем уже не часам. В точке столкновения перестают существовать в обычном виде материя, пространство и время, после чего они возникают снова, как это было миллиарды лет назад во время Большого Взрыва. Чем больше энергии будет вложено в образовавшийся разрыв, тем более тяжёлые частицы смогут из этой энергии образоваться.
Дело в том, что учёные, кажется, начинают понимать, как образуются частицы, и на это у них уже есть несколько вариантов объяснений. Поэтому интересно получить новые частицы и посмотреть в рамках какой из теорий они будут образовываться. А новые - это более тяжёлые, чем те, что мы могли получать на более мелких ускорителях с меньшими энергиями частиц.
Насколько они могут быть опасны? Нисколечки - расчётная энергия сталкивающихся частиц - 7 с 12 нулями, но из космоса к нам постоянно летят частицы, энергия которых записывается 21-значным числом и более, то есть в миллиард раз больше. Такие частицы рождаются в центрах галактик и в других сверхмассивных объектах и бомбят нашу планету, как и все остальные космические объекты, миллиардами лет. И Земля до сих пор существует, да и ни одного случая гибели звезды от таких странных обстоятельств зафиксировано не было. Поэтому нет смысла даже перебирать гипотетические опасности по отдельности - в более жёстких условиях за огромное время ни одна из них так и не реализовалась.
Так что весь риск раскручен падкими до сенсаций журналистами. Но и те уже устали от этой темы, поэтому поспешили её закрыть на одном из пробных пусков, где ни столкновений не производилось, ни максимальные энергии достигнуты не были. Теперь журналисты врут, что БАК запущен, мир цел - стало быть опасность, о которой они врали до этого, миновала.
Сами же эксперименты, ставшие предметом споров, начнутся только в следующем году, а выход на полную мощность планируется лишь в 2010-м.

Что конкретно делает БАК? Да всё то же, что и остальные ускорители. Берутся частицы, обладающие электрическим зарядом - в данном случае протоны или атомы свинца, лишённые электронов (то есть, ионы). Поскольку в электрическом поле на заряд действует сила, придающая ему ускорение, можно на всём пути полёта частицы создать ускоряющее напряжение. Чем больше будет пройден путь под действием этой силы, тем больше в конце будет скорость. Чтобы увеличить путь, частицы пускают по кругу, поворачивая их магнитным полем. БАК обладает для этого почти 30-километровой трубой с глубоким вакуумом внутри. Труба представляет собой идеальное кольцо с погрешностью в считанные миллиметры. По всей её длине установлены полторы тысячи электромагнитов из сверхпроводника, которые следят за идеальностью траектории частиц, подправляя её при необходимости - они не должны даже приближаться к стенкам трубы. Конструкция такова, что все излучения остаются внутри. Однако, на случай сбоев она располагается в ста метрах под землёй. Помимо этого рядом находится ещё один небольшой ускоритель, который создаёт антипротоны. Их заряд противоположен, а значит, то же поле толкает их в обратную сторону. Таким образом создаются встречные пучки. Их столкновение будет производиться в центре детектора, о нём я уже говорил. Единственное отличие от всех предыдущих ускорителей - в размерах, которые позволяют придать частицам раз в десять большую энергию, чем может его ближайший конкурент. В принципе, не такой уж большой прорыв, учитывая диапазоны встречающихся в природе энергий, но, тем не менее, весьма существенный шаг вперёд. Вернее, вглубь вещества.