Свобода слова.
Дорого.
Поддержи The New Times.

#Наука

Коллайдер против Эйнштейна

11.11.2011 | № 37 (222) от 07 ноября 2011 года

Репортаж из ЦЕРНа о том, как нейтрино обогнало свет
56_240.jpg
«Шар Науки и Инноваций» Европейского
центра ядерных исследований
Быстрее света. Сообщение о том, что на Большом адронном коллайдере удалось разогнать нейтрино до скорости, превышающей скорость света, было встречено научным миром с большой осторожностью. Опровергнуть Эйнштейна — это не шутка. Кто эти отчаянные люди, покусившиеся на основы теории относительности? Корреспонденту The New Times повезло оказаться в ЦЕРНе, когда там обнародовали доклад о результатах выдающегося эксперимента

Физики, работающие в рамках проекта OPERA, на протяжении почти трех лет фиксировали невероятный факт. Пучок нейтрино, «отправляемый» из расположенного в ЦЕРНе (Швейцария) суперпротонного синхротрона — предускорителя Большого адронного коллайдера (БАК) — на расстояние 732 км в подземную лабораторию Гран-Сассо (Италия), прибывал на 60 наносекунд* * Наносекунда — одна миллиардная доля секунды. раньше, чем если бы двигался со скоростью света* * Скорость света в вакууме равна 299 792 км/сек. . Проверяя и перепроверяя себя, ученые все же решились доложить о результатах эксперимента.

Шанс оказаться в ЦЕРНе именно в этот день и час по теории вероятности был весьма близок к нулю. Но это случилось. Надзирающий за нашим братом-журналистом пресс-секретарь ЦЕРНа Джеймс Джиллис только потому, видимо, и разрешил автору поприсутствовать на закрытом научном семинаре, где впервые должен был прозвучать доклад о сенсационных результатах измерений, что больше никто из коллег, не считая вездесущего агентства Reuters, не успел. Клятвенно пообещав не фотографировать, не записывать на диктофон, не задавать физикам вопросы до и во время семинара, автор с максимально «ученым» лицом просочилась в амфитеатр церновского конференц-зала.

Секреты коллайдера

Впервые корреспонденту The New Times повезло очутиться в ЦЕРНе пару лет назад. Поразило, что перемещение по этому запутанному и неимоверно сложному комплексу зданий и лабиринтов довольно свободное. Все кабинеты открыты, помещения не охраняются. Тут нет и следа пресловутой секретности с вахтерами, пропусками и прочими признаками «режимного объекта», и если что-то все же заперто, то это означает потенциальную опасность места для посетителя. Например, войти в туннель, где протянута почти 27-километровая «труба» коллайдера, невозможно. Объяснение простое — повышенный фон радиации. А вот после 15 декабря нынешнего года, когда на БАКе будут производиться в течение нескольких недель профилактические работы, заглянуть сюда и даже в буквальном смысле слова потрогать сам коллайдер — сказали, можно будет «легко». Почему-то в это верится.
56_GR.jpg
Схема расположения объектов БАК на глубине 100 метров близ Женевы, на границе Швейцарии и Франции

Одну дверь и сейчас провожатый, английский ученый доктор Мик Сторр, открыл собственным ключом, потом подвел к предмету, похожему на небольшой красный огнетушитель, и сказал: «Вот отсюда вылетает водород, из которого выделяются протоны, которые, в свою очередь, разгоняются с помощью магнитных ускорителей до скорости, близкой к скорости света. Здесь и есть их первая стартовая площадка перед 27-километровым туннелем, где протоны летят в двух противоположных направлениях и сталкиваются лоб в лоб под присмотром четырех детекторов».

Первое искусственно «подстроенное» столкновение встречных пучков протонов, позволившее разделить доселе неделимое целое, зажгло «свет» не в конце, а внутри туннеля, высвободив около двухсот таинственных частиц, сколь загадочных, столь и прекрасных. Потому что с их помощью у человечества появился шанс сделать прыжок в направлении нового уровня познания. Причем не только в области ядерной физики, но и в медицине, биологии, химии.

В ЦЕРНе легко заметить тенденцию — наука стремительно становится наднациональной. Даже песочницы, в которых играют детишки сотрудников, — своего рода символ, прообраз будущего научного сообщества планеты: абсолютная смесь самых разных языков и полное, несмотря на это, взаимопонимание. Апофеоз этого единения можно было наблюдать в разноликом и разноязыком зале, где высоколобые представители человечества сидели на скамьях и ступеньках, стояли в дверях и проходах амфитеатра и в абсолютной тишине слушали своих коллег.
56_490.jpg
Большой адронный коллайдер
Основным проектом ЦЕРНа в данное время является Большой адронный коллайдер — БАК (англ. LHC), ускоритель заряженных частиц на встречных пучках, предназначенный для разгона протонов и тяжелых ионов (ионов свинца) и изучения продуктов их соударений. В строительстве и исследованиях участвовали и участвуют более 10 тыс. ученых и инженеров более чем из 100 стран. БАК позволяет производить эксперименты, которые ранее были неосуществимы. Пучки частиц ускоряются в противоположных направлениях и сталкиваются в специальных точках столкновения.

56_240_02.jpg
Гран-Сассо — самая большая подземная
лаборатория в мире. Она предназначена для
проведения экспериментов в области физики
частиц и ядерной астрофизики. Эксперимент
по регистрации нейтринного излучения от
сверхновых проводится на установке LVD
(Large Volume Detector — детектор большого
объема). Установка расположена в 120 км
от Рима в 10-километровом туннеле,
проходящем под массивом Гран-Сассо,
на высоте 963 м над уровнем моря и под
толщей горных пород около 1400 м. Горный
массив, расположенный над подземной
лабораторией, ослабляет поток мюонов
космических лучей — основной фон для
проводимых исследований — в миллион
раз. Другой источник фона — нейтроны —
также очень мал благодаря низкому
содержанию урана и тория в скальных породах.

О порядке вещей

Доклад, под которым стоят подписи 174 авторов из десятков стран мира, сделал Дарио Аутьеро — один из главных исследователей проекта OPERA, под чьим руководством проходил этот эксперимент. Полный список участников эксперимента включает 216 человек, но не у всех рука поднялась поставить подпись под докладом, опрокидывающим один из основных постулатов Эйнштейна.

Доклад содержал анализ разнообразных источников погрешностей при фиксации скорости нейтрино при движении из пункта А (ЦЕРН) в пункт В (Гран-Сассо). Докладчик водил лазерной указкой по черным точкам на графиках и диаграммах, обозначающих реальные нейтринные данные, зарегистрированные детектором и просуммированные по большому числу событий, а также по красной кривой, показывающей условный «опорный» сигнал, который двигался бы со скоростью света. И всем, кто жадно следил за рассказом, становилось очевидно, что регистрация нейтрино происходит чуть раньше опорного сигнала.

Но Дарио Аутьеро был в своем повествовании сдержан и не делал категорических выводов. Он говорил о том, что нейтрино действительно не очень-то и явно опережает свет, но то, что замечено, стало поводом для того, чтобы тщательно перемерить все длины кабелей, скорости срабатывания аппаратуры, время задержки электроники и так далее. Как следовало из его рассказа, эта перепроверка была многократно выполнена. И в результате оказалось, что нейтринный сигнал действительно обгоняет опорный! Превышение скорости света, в каких бы мизерных значениях оно ни выражалось, превышением быть не перестает.

Дело в том, что теория относительности не исключает само по себе бытие частиц, движущихся со сверхсветовой скоростью. Однако для таких частиц, существующих пока лишь в теории (их обобщенно называют «тахионы»), скорость света тоже является пределом, но только снизу — они не могут двигаться медленнее ее. При этом зависимость энергии частиц от скорости получается обратной: чем больше энергия, тем ближе скорость тахионов к скорости света.

Первые ласточки превышения скорости света были замечены 23 февраля 1987 года во время знаменитой вспышки сверхновой звезды SN1987A в Большом Магеллановом Облаке. Тогда были зарегистрированы и нейтрино, которые пришли за несколько часов до светового импульса. Однако раз нейтрино и свет, проведя в пути 170 тыс. лет, не разошлись более чем на несколько часов, значит, скорости у них очень близки и различаются не более чем на миллиардные доли. Эксперимент же OPERA показывает в тысячи раз более сильное расхождение.

Когда доклад закончился, из первого ряда поднялся человек, которого знал каждый из 400 присутствующих в зале, — лауреат Нобелевской премии Самуэль Тинг. Он поздравил коллег с успехом и призвал научное сообщество к дальнейшим поискам истины на этом пути. Еще час после этого зал задавал вопросы. Несмотря на неизбежный скепсис и уместные сомнения, ни насмешек, ни недоброжелательности не было и в помине.

Не надо пугаться

Вот несколько мнений ученых, которые удалось записать автору по окончании семинара.

Ставрос Катсаневас, замдиректора французского Национального института ядерной физики и физики элементарных частиц (непосредственный участник эксперимента OPERA): «Люди будут читать и комментировать наш доклад, и это обсуждение тоже может быть очень интересным и полезным. Я доверяю команде, с которой работал. О результатах, которые сегодня предали гласности, мы знали уже шесть месяцев назад. Но прежде чем огласить выводы, проверяли снова и снова, результат был многократно подтвержден и зафиксирован. Если в дальнейшем у коллег результат получился таким же, значит, не надо пугаться и говорить, что этого не может быть».

Физик-теоретик из Армении Арам Ионесян (семь лет сотрудничает с ЦЕРНом): «Я склонен думать, что все же это систематическая ошибка. Часто мы, ученые, открываем то, что хотим открыть».

Николай Зимин, научный сотрудник из Дубны (25 лет работает в ЦЕРНе): «Процесс рождения нейтрино — вероятностный. Вы никогда не знаете абсолютно точно, когда нейтрино родился. Здесь возможна погрешность измерений. Поэтому сегодняшние сенсационные выводы должны быть хорошо проверены независимыми источниками, к примеру, в лаборатории Ферми близ Чикаго. Сегодняшний семинар для того и нужен, чтобы научное сообщество узнало о новом неожиданном результате и занялось его дальнейшей проверкой».

Мик Сторр, физик (Великобритания): «Здесь, на Большом адронном коллайдере, мы уже давно отказались от выражения «этого не может быть, потому что не может быть никогда». Сегодняшняя научная сенсация — возможное тому подтверждение».


ЦЕРН (CERN) — Европейская организация по ядерным исследованиям, крупнейшая в мире лаборатория физики высоких энергий. Аббревиатура CERN произошла от французского Conseil Europen pour la Recherche Nuclaire (Европейский совет по ядерным исследованиям). Соглашение по образованию ЦЕРНа было подписано в Париже 29 июня — 1 июля 1953 г. представителями 12 европейских стран. Официальной датой образования ЦЕРНа считается 29 сентября 1954 г. Кроме объединения европейских ученых Центр по ядерным исследованиям был призван разделить возрастающую стоимость физических экспериментов в области физики высоких энергий между государствами-участниками. В настоящее время число стран-членов возросло до двадцати. В ЦЕРНе постоянно работают около 2,5 тыс. человек, около 8 тыс. физиков и инженеров из 580 университетов и институтов. 85 стран участвуют в международных экспериментах ЦЕРН и работают там временно. Бюджет Центра в 2011 г. составил более 1 млрд швейцарских франков.


56_180.jpg
К началу всех начал

В 1964 году великого физика Питера Хиггса во время горной прогулки в районе Эдинбурга посетило озарение. Он так и сказал, придя в свою лабораторию: «У меня — грандиозная идея!» Идея Хиггса состоит в том, что существует экзотическая частица. Она невидима, но она есть везде. И эта частица является тем самым единственным недостающим звеном Стандартной модели элементарных частиц, которая так нужна для законченности модели мира. Сторонники «грандиозной идеи», коих на сегодняшний день большинство, предполагают, что бозон Хиггса сыграл основную роль в механизме, посредством которого некоторые частицы — кварки, лептоны — во время Большого взрыва приобрели массу, а другие остались безмассовыми, как фотоны. Если «хиггс» все же обнаружат, то подтвердится правильность нашего понимания материи Вселенной. Но драматизм ситуации состоит в том, что если будет доказано, что никакого бозона Хиггса нет, то это откроет путь для целого ряда альтернативных теорий — вплоть до научно-фантастических с «параллельными Вселенными» или «высшими измерениями».

Гипотетический бозон Хиггса получил полуофициальное название «частица Бога». Ведь она и невидима, и вездесуща, и всё держится на ее незримом присутствии. Буквально по образу и подобию…

Найти или не найти, подведя черту под этим поиском, в ЦЕРНе планируют в конце этого — начале следующего года.





×
Мы используем cookie-файлы, для сбора статистики. Отключение cookie-файлов может привести к неполадкам в работе сайта.
Продолжая пользоваться сайтом без изменения настроек, вы даете согласие на использование ваших cookie-файлов.