Европейские правительства чего-то сомневались в необходимости финансирования строительства нового коллайдера, но тут американцы, в то время доминирующие в ядерной физике, решили тоже строить у себя в Техасе свой супер коллайдер с кольцами и лаборантками. Его назвали SSC — сверхпроводящий суперколлайдер (одобрен в 1987-ом), и на нем собирались наоткрывать всякого на пару столетий вперед. В том числе и темную материю. Поэтому разум европейских властелинов дрогнул, и началась совместная стройка Большого Адронного Коллайдера, который, полагаем, сегодня известен каждому.
Что интересно, американцы не сдюжили. В середине 90-х проект закрыли, мол, деньги нужны в другом месте. И американцы в кои-то веки потеряли первенство в передовых фундаментальных исследованиях. О чем до сих пор жалеют.
А к строительству БАКа начали подтягиваться другие страны, в том числе Япония, Канада и Россия. По нашим сведениям многие детали и запчасти ускорителя создавали в Новосибирске — здорово же? В конце концов американцы тоже вложились в проект. И коллайдер, как мы сказали в самом начале, стал одним из самых крутых символов сотрудничества народов во имя науки. А мы вот, например, холодильник в офисе поделить не можем…
Для Большой Адронного Коллайдера решили использовать туннели LEP, они идут под землей на глубине около 100 метров с перепадами.
Старый коллайдер разобрали (около 2000-го года) и стали собирать новый. Впрочем, проблем это не убавило. Если пересказывать все трудности, с которыми столкнулись строители и инженеры, получился бы неплохой фильм-катастрофа для любого прораба, инженера или бухгалтера.
Например, когда копали яму для детектора CMS, обнаружили остатки римского дворца 4 века нашей эры. Пришлось отбиваться и, возможно, откупаться от археологов. Или как-то обнаружилось, что подземные воды поднимают почву — а ведь любые даже незаметные движения и колебания в туннелях в будущем гарантированно испортят тонко настроенную аппаратуру. А еще спонсорами постоянно предпринимались попытки сократить финансирование, по ходу строительства в разы увеличивались расходы, казалось бы проверенные поставщики оборудования всучивали брак. Мы не представляем, как начальник всего этого, некий Линдон Эванс, смог пережить строительство практически здоровым. Вот они — герои нашего времени!
В Большом Адронном Коллайдере на огромных скоростях сталкивают пучки протонов. Сами протоны получают относительно просто: нагревают атомы водорода, они теряют электроны, в результате чего остаются ядра-протоны — это как арахис пожарить на сковородке. Накопив побольше таких жареных ядер, их засылают в коллайдер в количестве около трех тысяч пучков. В одном пучке собрано примерно сто миллиардов протонов. Вы же не думали, что они там реально сталкивают два протона? — такой точности столкновения невозможно добиться совсем не по техническим причинам, а вследствие некоторых неприятных законов природы.
И вот эти стомиллиардные пучки протонов с интервалом в десять метров начинают гонять по кругу, чтобы придать им еще больше скорости, импульса, энергии. Длина окружности равна 27 километров, и пучки делают полный круг 11000 раз в секунду. Ну, круто же?
Пучкам придают скорость специальные акселераторы, расположенные по окружности. А вылететь за пределы круга протонам не позволяют специальные магниты, создающие сильное магнитное поле (в миллион раз больше магнитного поля Земли, между прочим), корректирующее движение пучков.
Чтобы магниты работали как надо и не переохлаждались, температура в коллайдере удерживается на отметке 1.9 К. Заметьте, что это ниже температуры Вселенной, — в коллайдере холоднее, чем в космосе. Холод создается специальной оболочкой из жидкого гелия в состоянии сверхтекучести (сто тонн на один магнит). Стоимость одного такого магнита около 700 000 евро, а всего их 1232 штуки. Попробуйте представить, как эти магниты доставляли к месту эксплуатации, а затем опускали в тоннели — ювелиры нервно курят в сторонке. А кто-то все еще восхищается строительством египетских пирамид, уверяя, что ничего более точного и эпичного на планете не создано.
(На картинке ниже изображен принцип разгона частиц на линейном ускорителе).
Итак, рано или поздно пучки протонов (длиной 10 см и шириной 1 мм) натравливают друг на друга внутри так называемых детекторов, начинка которых предназначена для регистрации разного рода событий. Сами понимаете, что вероятность столкновения двух сотен миллиардов протонов — не нулевая. Встречи происходят на мельчайших расстояниях: порядка одной десятой от одной тысячной от одной триллионной доли миллиметра (10–19 м). И кое-где при встрече случается ДТП, оставляющее после себя важные и интересные следы, моментально улавливаемые этими самыми детекторами. Они тут же анализируются компьютерами, без которых вряд ли можно было бы осилить такую статистику: в среднем за секунду происходит реально около миллиарда событий, и среди них ученым нужно найти своё — заветное.
Ввод коллайдера в эксплуатацию ознаменовался эпичной драмой. Сначала все было хорошо — в сентябре 2008 года пучки протонов покатались по кольцам. Но 19 сентября случилось то, что никогда не было, и вот опять. Халтурная пайка медной оболочки в магните, плохой контакт, искра в контейнере с жидким гелием, мгновенно превратившийся в пар, взрыв, сдвиг оборудования, потеря вакуума, сажа в трубках, повреждение приборов.
Ремонт занял год времени. Ох уж эти ученые — не опустили руки, хотя уверены, что с горя было выпито немало алкоголя.
В ноябре 2009 года протоны снова полетели по кольцам. Теперь успешно. 23 ноября совершилось первое столкновение частиц на Большом Адронном Коллайдере.
А через два с половиной года, в июле 2012 года все страдания и затраты человечества по постройке коллайдера окупились: ученые объявили, что они, кажется, нашли бозон Хиггса. Конечно, человечество, занятое своими дрязгами и взаимными претензиями, почти не заметило событие, и большинство прочитавших новость в очередной раз презрительно высказалось о попиленных грантах и шарлатанах из ЦЕРНа. Но по факту мы шагнули на еще одну ступеньку на пути к пониманию мироздания. Как же здорово это было!
Что ж, в заключении осталось объяснить впечатлительным читателям, почему коллайдер это друг, а не враг. Многие алармисты, включая и наших соотечественников, с момента запуска коллайдера уверены, что на БАКе в результате экспериментов обязательно появится черная дыра и затянет в себя нашу планету, солнечную систему и галактику. Эти интересные люди не только снимали фильмы и публиковали панические статьи, но даже подавали в суд на ЦЕРН.
Что ж, спустя более чем десять лет, мы так и не дождались пожирающей всех черной дыры — это ли не лучший аргумент против паникеров?
Тем не менее, строго говоря, вероятность получения малюсенькой черной дыры в результате столкновения частиц вполне существует. Правда, для этого нужно, чтобы некоторые допущения в физике оказались реальностью, а не гипотезами. К тому же такие дыры если и появятся, то так же быстро исчезнут, испарятся, аннигилируют или как там это у ученых называется. Но самым убедительным доводом против конца света является замечание усталых исследователей о том, что вообще-то то, что мы делаем в коллайдерах, постоянно происходит в верхних слоях атмосферы Земли, где жесткое космическое излучение врезается в вещество. Энергии там сопоставимые с безобразиями на коллайдерах. И — ничего. Никаких дыр, только помехи для связистов и головная боль у метеозависимых. А что говорить о подобных процессах в атмосфере гигантских звезд? И к слову, какие бы аргументы мы не приводили за и против черных дыр, но за все время экспериментов исследователи так и не получили ни одного хоть немного подозрительного свидетельства черной дыры. Фейл, короче.