Главная В избранное Контакты News О проекте Планы сайта Карта Гостевая
счетчик сайта
Размер шрифта:

>>Найти: на:

Кратко:

Интересно знать.

В течение почти всего XX века физика элементарных частиц — теория, эксперимент, ускорительная техника, приборостроение — развивалась необычайно быстро. В последние годы её развитие неразрывно связано с изучением космологии ранней Вселенной и новых разделов, чистой математики.

Работу физиков-теоретиков питают новые эксперименты и новые данные. В счастливое время развития физики элементарных частиц количество этих данных, как и число объяснявших их теорий, непрерывно возрастало. Теории требовали проверки, что побуждало учёных к разработке всё более мощных ускорителей элементарных частиц и всё более чувствительных регистрирующих приборов. Крупным достижением теоретической физики явилось создание согласованной картины микромира — так называемой Стандартной модели. Эта модель объединила квантовую хромодинамику и электрослабую теорию и описала с общих позиций сильное, электромагнитное и слабое взаимодействия. Сейчас можно утверждать, что нет ни одного эксперимента, который прямо противоречил бы Стандартной модели.

 

Физика ядра и элементарных частиц

© Dave Goldberg, Jeff Blomquist.
"Знания-сила".


Можно ли считать БАК очередным важным шагом к полному пониманию природы Вселенной или мы, подобно Икару, подлетаем слишком близко к Солнцу?
Ждёт ли нас возмездие за дерзкую жажду к знаниям?

 VI. Как же старина БАК, такой малюсенький,
уничтожит такой большой мир?

Итак, мы наконец поняли, зачем построили БАК, но мы знаем и то, что любопытному на днях прищемили нос в дверях и любопытство сгубило кошку. Если мы откроем частицу Хиггса, будет здорово. Это определенно докажет, что мы страшно умные, но нам бы очень не хотелось перемудрить. Это не в наших интересах.

Например, если мы сумеем получить одну массивную частицу — частицу Хиггса,— столкнув два кварка, не окажется ли, что мы сумеем получить и другую, совсем другую частицу, крайне опасную? Конечно, при высокоэнергичном столкновении можно получить много всякой всячины. Общественность боится, что если две частицы столкнутся, они создадут что-то очень-очень страшное: черную дыру или некоторую экзотическую материю под лирическим названием «страпельки». Могут ли они уничтожить мир?

Ультрасупермегакошмарный сценарий № 1.
Чёрная дыра заглатывает Землю изнутри.

О чёрных дырах мы говорим подробно в разделе чёрные дыры нашего сайта, а сейчас вам нужно знать лишь один важный факт: если вы уроните ключи в чёрную дыру, забудьте о них, поскольку их, увы, уже не вернуть. Существует точка, откуда нет возврата,— так называемый горизонт событий,— и чем больше вещества падает в черную дыру, тем больше становится горизонт событий, а следовательно, и черная дыра.

Так что же произойдет, если два протона столкнутся в БАК и каким-то образом превратятся в черную дыру? Черная дыра будет массой самое большое в 14 тысяч масс протона — то есть по человеческим масштабам совсем крохотулечная. Более того, горизонт событий будет даже меньше, чем размер ядра атома. Нужно быть очень метким, чтобы уронить в неё хотя бы частичку. Должно быть, вам кажется, будто можно вздохнуть с облегчением — ан нет, не расслабляйтесь! Следует помнить, что наша микроскопическая черная дыра — неостановимая машина для убийств. Стоит ей натолкнуться на другие частицы, и она их поглотит и будет расти всё быстрее и быстрее. Мы боимся, что микроскопическая чёрная дыра, сформировавшись, начнет расти, упадёт к центру Земли, где продолжит расти, и впоследствии поглотит Землю.

Ужас, правда? БАК и его головная организация ЦЕРН были так озабочены проблемами связей с общественностью, которые возникли при строительстве и запуске коллайдера, что создали две экспертные группы — одну в 2003-м, другую в 2008 году,— которые должны были выяснить, есть ли вероятность, что мир будет уничтожен. Их заключение гласит, что «нет никаких оснований считать, что БАК представляет собой какую бы то ни было угрозу». Ещё бы! Что ещё они могли сказать? Однако если мы с вами немного подумаем, то придём к тому же заключению.

Первая утешительная новость — тот факт, что все процессы, которые будут происходить в БАК, уже происходили на Земле больше 100 тысяч раз, и мы по-прежнему с вами и можем это обсуждать. Космические лучи двигаются с энергиями даже выше, чем те, которых мы достигнем в БАК. И они постоянно врезаются в атмосферу. Все опасности, связанные со столкновениями высокоэнергичных протонов, повторялись снова и снова.

Земля по-прежнему существует, следовательно, БАК не уничтожит Землю.

Давайте забудем о том, что Земля по-прежнему существует, и подумаем о том, почему она до сих пор не погибла. Прежде всего учтём, что, несмотря на колоссальные энергии, мы можем производить в БАК только частицы ниже определенной массы. Как мы уже говорили, верхний предел — примерно 14 тысяч масс протона. На практике он ещё ниже, так как сталкиваются на самом деле кварки и глюоны, а не протон целиком. На самом деле будут создаваться частицы лишь примерно в тысячу раз массивнее протона.

С другой стороны, если мы хоть что-то понимаем в устройстве Вселенной, то знаем, что минимальная масса черной дыры составляет примерно 20 миллиардных долей килограмма — это так называемая масса Планка. Кажется, что она очень мала, но это примерно в квадрильон раз больше, чем самые массивные частицы, которые можно получить в БАК.

Откуда берутся эти пределы? Из неопределенности. Известно, что нельзя с определенностью сказать, где находится частица, и чем меньше её масса, тем больше неопределенность. С другой стороны, когда мы говорим о чёрных дырах, то имеем в виду, что вся их масса заключена в пределах горизонта событий. Вывод: если чёрная дыра слишком мала, то она вся «не поместится» в пределы горизонта событий. Точка пересечения — величина массы Планка.

Все наши знания показывают, что черные дыры размером меньше массы Планка образовываться не могут. Но вдруг мы ошиблись и они все равно образуются?

Чем меньше чёрная дыра, тем быстрее она испаряется. Рассуждать о том, насколько быстро испарится черная дыра из БАК, бессмысленно, даже если предположить, что такая дыра всё-таки образуется. Для сравнения скажем, что с того момента, когда чёрная дыра сформируется, до того момента, когда она исчезнет, она сможет пройти лишь микроскопическую долю размера ядра атома. Иначе говоря, у неё не будет времени, чтобы что-то поглотить.

Более того, мы дадим руку на отсечение, что чёрная дыра испарится. Если физика частиц нас чему-то и научила, так этому простому правилу: если частицу удается создать в столкновении, значит, она способна распадаться.

Ультрасупермегакошмарный сценарий № 2.
Образуются страпельки, которые затем сольются в кристалл, отчего весь мир станет странным. То есть странной материей.

До сих пор мы вели разговор в основном о таком способе использования БАК, когда в нём будут сталкиваться друг с другом отдельные протоны. С другой стороны, БАК можно настроить иначе, и в нём будут сталкиваться отдельные ядра тяжелых атомов, в основном свинца, и эта ионная настройка породила дополнительный набор страхов.

Вероятно, вы думаете, будто мы уже рассказали вам обо всех потенциальных ужасах. Однако множество космических лучей, которые прошивают нашу атмосферу, состоит из тяжёлых ионов. Чем это отличается от происходящего в БАК? Разница в том, что тяжёлые ионы в атмосфере сталкиваются с легкими атомами вроде кислорода, азота и водорода, поэтому мы на Земле никогда не видели, что бывает, когда сталкиваются "два куска свинца".

Однако мы видели, что при этом происходит на Луне. На Луне ведь нет атмосферы, и космические лучи постоянно её бомбардируют. Мы совершенно уверены, что Луна не уничтожена, поэтому и мы должны, вероятно, чувствовать себя в безопасности.

Вас это не убеждает, и мы слышим, как вы уточняете: «В безопасности? От чего?»

Чтобы ответить на этот вопрос, мы должны сначала указать, что помимо u-кварков и d-кварков, о которых мы уже говорили, существуют и другие разновидности кварков. Всего их шесть и u-кварки и d-кварки самые легкие — так уж совпало. Следующий по легкости — так называемый странный кварк, заряд которого, как и у d-кварка, равен -1/3.

Мы уже отмечали, что по большей части тяжёлые частицы при всяком удобном случае распадаются на более легкие. Странные кварки имеют то же обыкновение. Однако есть вероятность, что гипер-ядра, содержащие один или два странных кварка, окажутся легче обычных ядер. Не верите? Как выяснилось, лишь 2% массы обычного протона составляют u-кварки и d-кварки. Всё остальное получается из энергии — энергии движения кварков и энергии взаимодействия между кварками и глюонами.

Не исключено, что гиперядра в БАК окажутся способны образовывать страпельки (состоящие из примерно равного количества странных кварков, u-кварков и d-кварков). Всё это довольно-таки спекулятивно, поскольку странные кварки живут так мало, что не доступны никаким реальным экспериментам. Мы даже не знаем, что будет, если вводить странные кварки в обычную материю. В результате получилось огромное количество самых разнообразных теорий.

Некоторые из этих теорий абсолютно апокалиптичны. Их создатели и сторонники боятся, что стоит нам получить одну страпельку, и она свяжется с обычной материей, а обычная материя превратится в странную материю с меньшей энергией. Это будет происходить неопределенно долго, а в итоге планета и всё на ней погибнет. По случайному совпадению именно этот сценарий конца света подробно освещен в фильме «Возвращение Супермена», только вместо странной материи там криптонит.

Это и правда страшновато — с той лишь поправкой, что никаких страпелек, судя по всему, не существует. Релятивистский коллайдер тяжёлых ионов в Брукхавенской национальной лаборатории сталкивает тяжёлые ионы, что очевидно из названия. И никаких свидетельств существования страпелек там не обнаружили. От столкновения космических лучей страпельки тоже не получаются. Так что спите спокойно. Физики часто придумывают устройства, которые способны уничтожить планету, но гигантская круглая дырка в земле к ним не относится.

 

>>>Читайте дальше: VII. Удовлетворятся ли физики достигнутым, обнаружив частицу Хиггса?

Теории Ферми и ЮкавыЭлементарные частицы. Стандартная модельФермионы - Лептоны - КваркиАдроны - Барионы и МезоныПогубит ли адронный коллайдер Землю? [1 2 3 4 5 6]Монополь Дирака [1 2]Партоны

 
 
Главная В закладки Контакты Новости О проектеПланы сайта

 

 

 

 

   
Rambler's Top100 Рейтинг лучших сайтов категории Наука / Образование Рейтинг ASTROLAB


© KV