Цифровой журнал «Компьютерра» № 26

- Во Вселенной происходят и термоядерные реакции, и Землю бомбардируют частицы всех рангов, начиная от фотонов и кончая нейтрино. Более того, частицы, которые нас каждую секунду пронизывают, имеют в миллиарды раз большие энергии, чем те протоны, которые получают в LHC. Но нельзя взять «карманный» детектор и искать по всему земному шару места, где сталкиваются между собой эти частицы. Для этого и нужны коллайдеры, чтобы события были в известном месте, где можно уже поставить необходимый детектор. Тем не менее, сами космические частицы детектируют, и когда LHC ещё не давал столкновений, а ATLAS и CMS уже были построены, первые несколько месяцев они калибровались на частицах, которые летят из космоса. По тому, какой след они оставляли, определялось, какие это частицы, с какими энергиями. Поэтому, это примерно одна и та же наука. Более того, изначальная цель того же LHC – найти бозон Хиггса, который в свое время возник именно во время образования Вселенной, и является частицей, ответственной за массу.

Существует предположение, что все частицы в первые мгновения после Большого Взрыва не обладали массой. С охлаждением Вселенной температура упала ниже некоторой критической величины, так что сформировалось так называемое поле Хиггса, ассоциированное с бозонами Хиггса. С распространением поля Хиггса во Вселенной любая частица, взаимодействуя с бозоном Хиггса, приобретала массу. Чем больше частица взаимодействовала в поле Хиггса, тем большей массой она наделялась. Эта теория приводит к решению, не противоречащему основным принципам Стандартной Модели. Проблема заключается только в том, что бозон Хиггса до сих пор не был найден, и масса его до сих пор неизвестна, что в свою очередь усложняет его идентификацию. Остается только последовательно рассматривать диапазон масс, которому предположительно принадлежит масса бозона Хиггса. Ожидается, что на Большом адронном коллайдере бозон Хиггса будет либо найден, либо будет показано, что его масса находится вне диапазона 14ТэВ.

- Почему недостаточно нейтрино, чтобы изучать эти процессы?

- Нейтрино – это вообще очень странные частицы, которые до сих пор нормально не изучали. У любой частицы есть понятие длины свободного пробега — длины, на которой частица взаимодействует с веществом. Нейтрино относятся к тем частицам, длина свободного пробега которых настолько велика, что нейтрино с низкими энергиями (единицы МэВ) проходят сквозь Землю (длина свободного пробега для таких нейтрино составляет порядка 10¹⁴м). Однако нейтрино с много большими энергиями, при которых длина свободного пробега составляет сотни метров или километры, можно регистрировать. На озере Байкал уже давно существует эксперимент, где под водой по сфере диаметром в несколько сотен метров расположены фотоэлектронные умножители, регистрирующие результаты взаимодействия нейтрино с водой. А сейчас на Tevatron и на LHC готовятся два одинаковых эксперимента. Суть их заключается в следующем. Пучок отводится от основного кольца и разворачивается по отношению к горизонтальной плоскости (кольцо ускорителя расположено горизонтально). После этого пучок направляется на мишень, протоны бомбардируют её, «выбивая» нейтрино. Нейтрино летят по хорде Земли, пролетая 300-400 километров. В CERN отвод сделан так, чтобы они пролетели 300 километров и вылетели в итальянских Альпах. Примерно то же самое в Штатах. Отвод от Tevatron начинается на глубине 50 метров и заканчивается на глубине 100 метров — это конечная точка, где стоит мишень. Этот перепад глубин задает направление, в котором полетят нейтрино. В Чикаго выпускают, в другом штате регистрируют.

На том же LHC пытаются получить не только бозон Хиггса. Помимо четырех основных детекторов есть всевозможные отводы для технологических нужд, для рассевания на мишени, в том числе для получения нейтрино. Физики работают и на LHC, и на SPS (бустерный синхротрон). Например, с SPS берут протоны, рассевают их на мишени и получают антипротоны, потом антипротоны вместо того, чтобы ускорять, наоборот, тормозят, а торможение равносильно охлаждению. Недавно вышла статья о том, что они охладили антипротоны до нескольких градусов Кельвина. Потом из них получают, например, антиводород, и исследуют это антивещество.

- А так раньше делали?

- Делали, в том же «Фермилабе», но это настолько трудоемкая и денежноемкая работа, что сказка, рассказанная Дэном Брауном в «Ангелах и демонах» — это, конечно, неправда. Я буквально неделю назад разговаривал с русским физиком, который ответственен за такой эксперимент в CERN. Он говорит, что для того, чтобы получить один грамм этого вещества, нужно работать несколько миллионов лет. То антивещество, которое они сейчас получают, в случае аннигиляции способно разогреть воду объёмом полстакана, а никак не взорвать Ватикан.

- Ускорители России: каких результатов можно достичь на низких энергиях?