Как устроен Большой адронный коллайдер, где он находится, сколько требует проводов? Чем такой ускоритель частиц мог бы быть полезен в Северном Бутове, и главное - что будет, если засунуть в коллайдер руку, а то и голову? На эти вопросы ответит лекция, прошедшая в музее "Экспериментаниум".
Меня зовут Иван, и по образованию я физик-экспериментатор. И это созвучно названию этого музея, поэтому, видимо, меня и решили сюда позвать. Но я толком не знал, мне сказали, что здесь будет детская аудитория, в смысле - здесь будут дети. И я не очень понимал, как детям рассказывать про коллайдер, потому что я сам плохо понимаю, как он работает, и никто толком... Ну, то есть есть люди, которые понимают, но таких мало. Вот. И как об этом говорить с детьми, которые там ни разу не работали, я не очень понимал. И, наверное, если мы хотим говорить о сложных вещах, а коллайдер – это сложная вещь, наверное, надо как-то начать с простых и потихонечку туда двигаться. Кто-нибудь знает вообще, что такое этот коллайдер, кто-то слышал про него что-то? Да? А что это такое?
- Электронный коллайдер – это устройство для разгона частицы. И, наверное, был придуман для того, чтобы разогнать частицы, столкнуть их между собой и посмотреть, какой будет результат.
А как он работает?
- Вот этого я не знаю, как он работает.
А какого он примерно размера?
- Ну, я думаю, поменьше города. Как город небольшой.
Ага, как небольшой город, хорошо.
Значит, я начну с того, что большой адронный коллайдер – это один из самых сложных, и, наверное, самый сложный прибор, которое сделало человечество. Вообще все человечество когда-либо. Когда мы говорим про приборы, мы имеем в виду, не знаю, компьютеры, утюги, телевизоры. Большой адронный коллайдер – это тоже прибор, но это очень сложный прибор, и это очень большой прибор. Он действительно размером с город, ну или, по крайней мере, сопоставим по размеру с городом. Значит, это кольцевой тоннель, который выкопан на глубине 100 метров под землей, и длина этого тоннеля, длина окружности – 27 км. Вот что такое 27 км – давайте попробуем представить себе. Это больше, чем эта комната, это больше, чем это здание. Вот кто сегодня сюда на метро приехал? Вы были на метро, на кольцевой линии метро? Представляете, да? Вот нам нужен час, примерно, чтоб проехать кольцевую линию метро. Кольцевая линия метро, по моему, 19 км. Это в 1,5 раза меньше, чем большой адронный коллайдер. Значит, коллайдер – это больше, чем кольцевая линия метро. Но в некоторых вещах он похож на метро, потому что метро – это тоннель. Вы представляете, что вот мы, когда со станции съезжаем, это такая труба, которая дальше идет… это труба диаметром метра 4. И коллайдер – это тоже труба диаметром метра 4. У нас на кольцевой линии есть поезда в одну сторону, поезда в другую сторону. Кто-нибудь был в час пик в метро, когда там все плотно-плотно-плотно, да? Вот примерно то же самое происходит в коллайдере. Там есть пучки протонов, пучки частиц, которые летят в одну сторону, и пучки частиц, которые летят в другую сторону. Действительно так, как молодой человек там подсказал. И в некоторых местах они сталкиваются примерно так, же, как сталкиваются потоки людей, которые выходят из двух поездов и идут дальше на переход. Вот такая же штука там происходит. Но это я уже далеко куда-то забежал, в устройство коллайдера. Давайте начнем с простого.
Какой самый простой электрический прибор вы можете себе представить?
- Лампа. Утюг.
Утюг, лампа, что еще?
- Фен. Телик.
Фен. Телик. Значит, как физик я вам расскажу, что утюг, лампа и фен – это просто провода, которые… которые и все! Это просто провода, которые соединяются. Значит, в лампе это тоненький провод, который начинает нагреваться и светить. В фене это провод потолще, он тоже начинает нагреваться, но не светит, а просто нагревается. Телевизор – это куда более сложный прибор, чем просто лампочка. Коллайдер намного более сложнее, чем телевизор. Но мы хотим с самого простого начать. Что может быть проще, чем лампочка? Значит, лампочка – это два контакта, которые соединяются. Что может быть проще?
- Электромагнит.
Нееет. Значит, подсказываю: если у нас есть два контакта, которые соединяются, и мы хотим что-то проще. Проще – это будет два контакта, которые не соединяются. Это розетка. Да? Это розетка?
- Это выключатель. Вот там розетка.
Значит, ну здесь вот есть розетка. Это самый простой электрический прибор. Есть два контакта, которые не соединяются, и она, в общем, ничего полезного не делает, пока мы не начнем ее как-то использовать. Но, тем не менее, это очень важный электрический прибор. Это первый электрический прибор, с которым мы начинаем иметь дело, когда мы начинаем расти. Да? Кто имел дело с этим прибором в глубоком детстве, а? Кто-нибудь имел? Кто-нибудь имел тесный контакт с этим прибором? Значит, вот когда мне было 2 года, видимо, было интересно, что все-таки произойдет, если начнешь осваивать этот прибор? Вот. И многие люди, как и я, хотят засунуть туда пальцы. Кто пробовал совать туда пальцы, а? Значит, вот те, кто пробовал совать туда пальцы, – тот знает, что пальцы туда не влезают. Да?
- Не пальцы, а гвоздями.
Воооот! Вот. Значит, кто гвоздями, кто как. В общем, слушайте, ровно на этом самом основана вообще вся физика до самого сложного прибора. Мы хотим куда-то засунуть пальцы, мы видим, что у нас это не получается, и мы придумываем что-то, чтобы это получилось. Да? И у нас это получается, и мы хотим засунуть пальцы куда-нибудь еще. И в итоге мы хотим засунуть пальцы в большой адронный коллайдер и думаем, получится это или нет? Если не получится - как все-таки сделать, чтобы получилось, и что будет после того, как это получится. Значит, примерно про это мы с вами и будем говорить.
С розеткой вот есть простой выход. Приборы специальные для этого или гвозди, или что-то – они помогают. В моем случае это была шпилька такая, дамская. В первый раз. Во второй раз это была проволока. Так я, в конце концов, оказался на физическом факультете. Вот. Давайте сейчас о коллайдере посмотрим мультик, коротенько, о том, как он на самом деле работает, чтоб потом уже в деталях это… Нет. Можешь, пожалуйста, помочь?
Так, значит, смотрите. Все начинается с того, что мы берем частицы и начинаем засовывать их в небольшие такие ускорители, которые разгоняют их до промежуточных энергий. Потом засовываем в следующие ускорители, которые ускоряют их еще дальше, до следующих энергий. Потом накапливаем таким образом ускоренные частицы и засовываем их уже в вот это вот 27-километровое кольцо, в котором они тоже крутятся, накапливаются и продолжают ускоряться. Вот в этом вот кольце они ускоряются до самых больших энергий, которые мы планировали достичь, и у нас есть, как я сказал, пучки в одну сторону, пучки в другую сторону. И в каждом пучке есть протоны (чуть позже расскажу, как именно они там устроены), и они несутся навстречу друг другу. И в некоторых местах эти пучки пересекаются. Там эти протоны сталкиваются, и с ними что-то происходит. Или не происходит. А мы стоим рядом с нашими большими приборами, которые похожи на такие фотоаппараты специальные, и фотографируем, что там произошло. Вот. И из того, что мы сфотографировали, мы потом пытаемся понять, как были устроены эти протоны. Значит, на самом деле, когда мы пытаемся взломать розетку, с розетки мы только начинаем, а потом все остальное, что под руку попадается, – мы тоже пытаемся взломать. Мальчики наверняка пытались взламывать всякие машинки, которые были интересны. Кто в своей жизни сломал хотя бы одну машинку?
- Три.
Три? Хорошо, а кто больше, чем три? Даже девочки ломали машинки? Ок. А девочки ломали кукол? А почему? Было интересно, что там?
- Да.
Ага. Значит, смотрите, получается, что чтобы узнать, как какая-то штука работает, вам ее нужно разломать. То же самое мы пытаемся сделать с протонами. Значит, мы в детстве ломали машинки, потом мы ломали другие штуки, рано или поздно мы начали ломать вещество, из которого все сделано. И мы дошли до самых маленьких частиц, из которых все сделано, до протонов. И мы хотим разломать и протоны. Как вы ломаете что-то? Вот если у вас есть машинка и она предназначена для того, чтобы ее разбирать, вы берете и отламываете что-то. Ну, разбираете просто. Если она не предназначена, чтобы разбирать, вы можете развинчивать, постучать. Кто сказал: "Постучать"? Ага, молодец! А если … А как постучать? По полу. А если не получается? Молотком! Кто сказал "молотком"? Молодец! Это ровно то же самое, как мы думали. Взять и шарахнуть что-нибудь. Для этого нам нужно эти протоны разогнать хорошенько. Мы их разгоняем и шарахаем. Ровно так вся эта деятельность и устроена.
- Попрыгать ногами.
Попрыгать ногами – это то же самое. Это взять, разогнаться, приобрести какую-то энергию и свалиться со всей этой энергией на ту штуку, которую мы хотим разобрать. Вот в нашем случае мы хотим разобрать протоны.
- Об стену.
Об стену. Мы эти протоны раньше шарахали в стену, буквально. У нас была неподвижная мишень. Мы разгоняли протоны и шарахали. Это то же самое, что вот "биться об стену", да, говорят? Потом нам показалось это как-то нелогично: с одной стороны что-то движется, с другой стороны стоит. Чего оно стоит? Давайте его тоже разгоним. И так появились встречные пучки: с одной стороны летят протоны и с другой стороны летят протоны. А идея ровно та же самая: взять и разломать. Если не получается просто, значит, нужно как-то размахнуться и разломать.
Значит, как мы размахиваемся? У нас вот эти вот протоны, которые летят… Кто знает, что такое протон?
- Протоны – это пучки из атомов.
Нет, протоны – это не пучки из атомов. Вот смотрите, мы с вами состоим из молекул. Молекулы состоят из атомов. Атомы состоят из ядра и электронов на орбитах. Ядро состоит из отдельных частиц. Отдельные частицы – это нейтроны и протоны. Да? Вот протоны – это самые маленькие штуки, из которых устроены атомы. Раньше мы так думали. Сейчас мы понимаем, что протоны тоже устроены из более маленьких частиц.
- Из двух кварков.
Из трех кварков. Но на кварки мы не делим, это трудно. И мы сейчас думаем, что это невозможно. Поэтому самые маленькие штуки, до которых мы можем дойти – это протоны. На самом деле протоны – это ядра водорода. Значит, если мы возьмем водород, который вот здесь вот у нас в воздухе есть, который есть в воде, в нас с вами, то если мы возьмем водород и отдерем от него электрон – останется протон. Значит, водород – это просто протон и электрон. Электроны достаточно легко отдираются, и получаются протоны. Водород – это просто газ. Мы можем его хранить в баллоне. Поэтому весь этот адронный коллайдер начинается из баллончика водорода, из которого мы потихонечку берем немножечко водорода, отдираем от него электроны и дальше начинаем это дело ускорять. Значит, смотрите, чтобы один раз запустить всю вот эту вот огромную 27-километровую машину, нам нужно 2 нанограмма водорода. Значит, кто знает, что такое нанограммы?
- Десять в минус девятой.
Отлично! Десять в минус девятой. Хорошо. Значит, смотрите, мы эту штуку запускаем примерно раз в день. Иногда чаще, иногда реже. Значит раз в день нам нужно десять в минус девятой граммов водорода. Если мы возьмем 1 грамм водорода, это немного, нам на сколько его хватит, раз вы такие умные? Да, значит, смотрите. Будем считать, что мы чуть чаще, чем раз в день запускаем. У нас в году 365 дней. Будем считать, что мы 500 раз в год запускаем. Значит, если мы будем с такой частотой запускать эту штуку – нам хватит на 100 миллионов лет. Одного грамма водорода. Да. Вот это вот 27 км сложнейшего прибора – и потребляет всего 2 нанограмма водорода. В этом смысле достаточно экономичный прибор. И все, что нам нужно – это вот водород. Плюс. Что еще нужно, чтобы этот электрический прибор работал? Электроэнергия. Так, что еще?
- Провода.
Провода! Отлично! Давайте вот пока на этих двух штуках остановимся – электричество и провода.
Смотрите, чайник. Все знают, что такое чайник?
- Да.
Или фен, или хорошая лампочка. Он потребляет порядка 1 киловатта – это 1000 ватт электроэнергии. Но мы редко днем пользуемся чайником. Мы днем то чайник включаем, то микроволновку, то фен, то еще что-то. В среднем наши квартиры потребляют порядка киловатта, полутора киловатт на то, чтобы иметь дома свет, холодильник, чтобы работали наши компьютеры и т.д. Коллайдер тоже потребляет электроэнергию. Он потребляет порядка 120 мегаватт. Мы не будем сейчас вслух пробовать считать – мы поняли, что это не очень быстро получается. Значит, если вы разделите электропотребление коллайдера на наше среднее домашнее потребление, окажется, что вместо коллайдера можно было бы обогревать, освещать, снабжать компьютерами и так далее порядка 100 тысяч домохозяйств.100 тысяч квартир – это много или мало?
- Много!
Ну, вот смотрите, в Москве у нас сколько квартир? Ну, 100 тысяч квартир – это, грубо говоря, 200 тысяч человек. Да? Или 300 тысяч человек.
- У нас 16 миллионов человек.
В Москве, будем грубо говорить, 19 миллионов. Если взять какое-то более-менее такое крупное образование, такой округ Москвы, какое-нибудь Северное Бутово – это 100 тысяч человек. Вот вам энергии, которую вы тратите на коллайдер, хватило бы, чтобы полностью обеспечить электроэнергией всего лишь Северное Бутово. Это большой район, но это один из очень многих районов Москвы. Значит, вам нужно чуть-чуть водорода и достаточно много электроэнергии, чтобы снабжать все это хозяйство.
Теперь про провода. Смотрите, значит, 120 мегаватт, про которые я сказал, - это сильно больше, чем фен, чайник, лампочка и так далее. Поэтому те провода, которые подводят электричество к нашим обычным приборам, нам их нужно сильно больше. Вот на этой вот картинке нарисованы вот такие вот толстые кабели. Их здесь 25 штук, вот таких вот толстых кабелей. Это кабели, которые нужны, чтобы снабжать вот этот вот коллайдер. Иначе, если мы возьмем менее толстые кабели, они сгорят. Эти кабели использовались в коллайдере прошлого поколения, и с тех пор (это было лет 40 назад) мы придумали другие кабели – вот там, на картинке вон есть. Он тоненький, он размером с тесемку от вашей сумки. Это примерно сантиметр в толщину и миллиметр – по другому измерению. Это совсем такой тоненький кабелек, который полностью заменяет вот эту вот большую бухту кабелей и не перегорает. Вот мы специально для того, чтоб этот коллайдер работал, мы разработали такие тоненькие кабели, для которых не нужно много металла. Представьте, что вот столько вот металла на протяжении 27 км – это было бы очень расточительно. Мы сделали очень тоненькие специальные кабели, но нам их тоже понадобилось много. Значит, если взять все кабели, которые используются на большом адронном коллайдере, то можно несколько раз домотать до центра Земли и обратно. Так много там кабелей. Но эти кабели, на самом деле, они устроены из отдельных веревочек таких. Каждая веревочка содержит внутри отдельные волокна. И эти вот волокна – это такие отдельные маленькие кабелечки, ниточки. И если мы размотаем все наши кабели на отдельные ниточки, то мы можем 5 раз домотать до Солнца, обратно и еще до Луны немножко домотать. В общем, вот чтобы вся эта штука работала, нам нужно, как вы правильно сказали, много электричества, много кабелей и чуть-чуть водорода.
Значит, поехали дальше. Вот представьте, прибор, который длиной 27 км. Сейчас мы на работу едем на метро. Или в школу едем на метро. Или в музей едем на метро. Да? А там сам прибор такой, что до него нужно как-то добираться. Поэтому люди приезжают (он под землей находится на глубине 100 метров). Есть несколько шахт, которые опускают на эту глубину. Поэтому люди спускаются под землю в одном месте, а чтобы добраться до основного места работы – дальше садятся на велосипеды и по этому тоннелю едут несколько километров на работу, как нарисовано здесь вот. А в остальном вы можете посмотреть, что вот эта вот труба большая, в которой все находится, – она примерно такого размера, как наше метро. Здесь чуть-чуть меньше 4 метров в диаметре, а наше метро чуть-чуть больше 4 метров в диаметре. Сам тоннель. Вот. И внутри этого тоннеля находится, собственно, труба самого коллайдера, внутри которой, находятся, собственно, летят вот эти вот пучки. Пучки – это отдельные 2 потока частиц. Как они устроены? Давайте продолжим вот это вот сравнение с метро с нашим. У нас в метро ходят отдельные поезда. В поездах есть отдельные вагоны. Да? Значит, здесь в каждую сторону летит примерно 3 тысячи таких сгустков частиц. Они длиной несколько сантиметров и толщиной меньше миллиметра, сильно меньше миллиметра. Они тоньше, чем ваш волос. Такие вот получаются иголочки. Длинные тонкие иголочки летят на расстоянии нескольких метров друг от друга. И таких иголочек 3 тысячи в каждом направлении. И внутри каждой иголочки примерно 100 миллиардов протонов. Вот те вот 2 нанограмма, которые, как нам показалось, очень мало с точки зрения граммов – это очень много с точки зрения количества частиц. В каждом таком вот вагончике, которых 3 тысячи, у нас 100 миллиардов частиц. Вот представьте вот, 100 миллиардов протонов в одну сторону, 100 миллиардов протонов в другую сторону. И в некоторых местах они сталкиваются. И все это внутри той трубы, которая внутри того тоннеля. Когда они сталкиваются, там могут появляться какие-то другие частицы. И как я сказал, мы вокруг этих вот мест, где они сталкиваются, стоим с нашими фотокамерами и смотрим. Фотокамеры – это достаточно условная вещь. Вот у меня на телефоне есть фотокамера. Она может вас всех сфотографировать, но чтобы сфотографировать те штуки, которые происходят в коллайдере, нам нужна фотокамера размером со все вот это вот здание. Она высотой этажей 5, может больше – может быть 10, и она…если качество вот этой вот фотокамеры мы измеряем в пикселях, да, и здесь вот, наверное, 5 миллионов пикселей, то в тех камерах, которые мы там используем, там несколько сотен миллионов пикселей, и они могут фотографировать очень быстро. Да?
- То есть по этому принципу они фотографируют, когда молекулы … протоны вылетают в трубу - они начинают фотографировать?
Да. Мы знаем, когда вот эти вот иголочки пролетают, мы знаем, когда эти иголочки пролетают друг сквозь друга и сталкиваются. Да? И мы в этот момент фотографируем. Значит, что там происходит? 100 миллиардов протонов с одной стороны, 100 миллиардов протонов с другой стороны. Они приближаются. Что будет? Ну, на самом деле, это вот представьте, в кино, наверное, смотрели, когда два войска начинают воевать и стреляют друг в друга из луков. Летят стрелы. Да? И они вот так вот с одной стороны стрелы летят, с другой стороны стрелы летят. Эти стрелы пролетают, облака стрел - они пролетают друг через друга. Да? И они попадают дальше в воинов, но стрелы через стрелы пролетают, потому что они мало места занимают. Точно так же с протонами. Когда у вас 100 миллиардов с одной стороны, 100 миллиардов с другой стороны – на самом деле сталкиваются только несколько штук, а все остальные пролетают дальше. Поэтому мы не можем крутить эти протоны достаточно быстро. Значит, за 1 секунду 11 тысяч раз они успевают прокрутиться, и только несколько штук из них сталкиваются. Поэтому мы можем эти пучки достаточно долго там крутить. Вот. Но когда они сталкиваются – происходит взрыв. На что это похоже? На что похож этот взрыв? Смотрите, когда мы говорим об очень энергетичных частицах, которые движутся… Где еще у нас есть энергетичные частицы, которые движутся, и какие-то эффекты мы от этого наблюдаем?
- Свет.
Ок, свет – это тоже частицы, которые движутся. Но вот если я закрою глаза, я буду как-то чувствовать, что на меня светит свет или не светит свет?
- Свет будет проходить через веки.
Через веки. А если хорошенько закрыть, то не почувствуешь. Хорошо. Ну, смотрите, а вот воздух – это же тоже частицы? Когда мы начинаем нагревать воздух – что происходит с этими частицами?
- Они испаряются.
Нет, они не испаряются. Они начинают двигаться быстрее и быстрее. Чем быстрее движутся частицы – тем выше температура, да? Какие самые высокие температуры вы знаете? И где они?
- Миллиард градусов.
Миллиард градусов. Хорошо, где это?
- Внутри Солнца.
Внутри Солнца, так. Кто еще знает, какие высокие температуры? Где выше температура – внутри Земли или внутри Солнца?
- Внутри Солнца.
Нет, внутри Солнца температура, конечно, выше. И в нашей с вами Солнечной системе самые высокие температуры – они действительно были внутри Солнца. Были, потому что когда мы запустили коллайдер, это оказалось не так. Значит, смотрите, сейчас мы до этого дойдем. А где самые низкие температуры?
- В космосе.
В космосе. Какие еще варианты? Где? Я услышал "В Раменках", или мне показалось? Так, хорошо, космос, морозилка, Раменки.
- Если коллайдер так сильно нагревается, то его, наверное, нужно как-то остужать…
Сейчас. А я пока еще не сказал, что он нагревается. Мы сейчас еще дойдем до этого. А по-твоему, он нагревается? За счет чего? Обо что они трутся, по-твоему?
- О воздух.
О воздух. Отлично. Смотрите.
- …. есть сопротивление. Сопротивление может создавать трение. Если они летят на такой скорости, то они усиленно нагреваются. А если сильно нагреваются, то для следующего запуска его нужно остудить.
Хорошо. Теперь смотри. А если мы хотим избежать этого трения? Вот мы знаем, что мы машем – и это трение, и мы хотим избежать. Хорошо. Нет, ты на самом деле две важных вещи сказал. А как тебя зовут? Арсений? Хорошо, Арсений, вот смотри. Ты сказал про вот это вот махание руками. Действительно, если мы будем махать руками, мы чувствуем сопротивление воздуха. Если мы возьмем что-нибудь большое - лист бумаги или что-то - и попробуем махать, мы его почувствуем еще лучше. На этом устроено, допустим, все парусное судоходство. Там ветер дует и таким образом двигает. Если мы захотим против ветра – мы чувствуем сопротивление. И теперь смотрите: мы хотим это сопротивление уменьшить. Что мы должны сделать? Если воздух нам мешает. Вакуум. Да, нам нужно откачать оттуда воздух. Значит, это первая вещь, которую ты сказал. Вторая вещь – про сопротивление току, когда он течет в проводах. Действительно, когда … есть такой эффект, что чем ниже температура проводника – тем сопротивление меньше. А если мы доходим до самого-самого-самого низкого…низкой температуры, то сопротивление резко падает, и мы можем наш ток крутить практически без потерь. Ровно поэтому мы вот эти вот наши толстые провода смогли заменить на тоненькие, потому что они работают при сверхпроводящем режиме, а для этого нам нужны сверхнизкие температуры. Сейчас, подожди секундочку. Значит, действительно, для того, чтобы там ток крутился, нам нужно охладить коллайдер до очень низких температур. И оказывается, что эти низкие температуры – они в 1,5 раза ниже, чем температура в космосе. До того, как мы запустили коллайдер, самая низкая температура в нашей Солнечной системе была, действительно, в космическом пространстве вокруг нас. И температура определяется тем излучением, которое там есть. Микроволновое излучение, которое после большого взрыва там присутствует. Его температура порядка трех градусов. А температура, которая в коллайдере – она чуть-чуть ниже двух градусов. Это в 1,5 раза меньше. Мы говорим о градусах Кельвина, а не о наших с вами бытовых градусах.
Значит, коллайдер – это самое холодное место в Солнечной системе. С недавних пор. До этого самым холодным местом была сама Солнечная система.
Теперь насчет воздуха. Мы хотим откачать оттуда воздух и создать там вакуум. Где, мы еще знаем, есть вакуум? В космосе! Да!
- Там очень большое просто расстояние между...
Отлично, на самом деле, вакуума нет нигде, везде есть какой-то остаточный газ. И если мы будем отсюда вот откачивать воздух и откачаем все, через некоторое время частицы, которые со стен, откуда-то – они проникают, и здесь все равно что-то оказывается. Значит, как бы мы ни откачивали из нашего космоса – там все равно что-то есть. Как бы мы ни откачивали из коллайдера – там все равно что-то есть. Но, так как из коллайдера, на самом деле, мы откачиваем, а из космоса – нет, получается, что тот вакуум, который мы создаем в коллайдере – это самый глубокий вакуум, который есть у нас в Солнечной системе, и там остаточное давление, то есть количество частиц, которые есть у нас в коллайдере, – оно в 10 раз меньше, чем в том, что есть, условно, между Землей и Луной. Вот, поэтому самое пустое место у нас – это коллайдер. И по многим вот таким параметрам коллайдер – это очень парадоксальное место. Это одновременно самое холодное место (и я только что объяснил почему, да?), и это самое горячее место, потому что частицы там двигаются с такой скоростью, что энергия этих частиц, и, соответственно, температура этих частиц – она сильно больше, чем температура внутри Солнца. Она в сотни и тысячи раз больше, чем температура внутри Солнца. Это самое холодное и самое горячее место. Это самое пустое место, потому что нам нужно создать там вакуум. И это самое плотное место, потому что когда мы сталкиваем частицы, плотность вещества в момент столкновения – она сильно больше, чем когда бы то ни было в нашей Солнечной системе. Где бы мы ни брали: в пещере, внутри Земли, внутри какой-нибудь другой планеты или внутри Солнца – везде плотность вещества будет ниже, чем получается у нас в коллайдере.
Значит, коллайдер – это вот такая прикольная штука, которой нужно совсем чуть-чуть водорода, очень много проводов, очень много электроэнергии, которая одновременно и холодная, и горячая, и пустая, и полная. И мы ее сделали, потому что нам в детстве нравилось засовывать пальцы в коллайдер… пальцы в розетку, извините. Этим физики любят заниматься, да? Эта штука стоит достаточно много денег. Зачем, тем не менее, мы ее хотим. Мы, физики, хотим эту штуку, кроме того, чтоб попробовать туда что-нибудь засовывать. Значит, смотрите. Лет 30 назад мы, физики, узнали, что все вокруг, все, из чего сделана эта комната, вся наша планета, вся наша Солнечная система, все звезды, которые мы знаем, все звезды, от которых видим только какие-то следы – вот это вот все, все, что светится и как-то до нас доходит, это все меньше, чем 5% от всей массы Вселенной, о которой мы неожиданно узнали. То есть все, что человечество изучало сотни лет, все, что человечество наблюдало тысячи лет, – это всего лишь 5%. Да. А 20% от массы Вселенной – это так называемая "темная материя" и 74% - это "темная энергия". И что это такое – у нас 30 лет назад не было никакого понятия. В общем, за 30 лет у нас этого понятия пока не прибавилось, но мы рассчитывали, что коллайдер - как прибор, в котором могут происходить разные процессы, - коллайдер поможет ответить нам на этот вопрос. Значит когда мы его строили, начинали строить – мы думали, что на нем сможем исследовать вот эти вот штуки. Кроме того, все вы, наверное, слышали про знаменитый бозон Хиггса, идея которого возникла 50 лет назад, и мы никак не могли его найти на наших предыдущих приборах, и, наконец, на этом приборе мы его нашли год назад, и в этом году дали за него Нобелевскую премию.
Еще одна вещь, которую мы собирались исследовать с помощью коллайдера, – это наличие дополнительных пространственных измерений. Мы, человечество, тысячи лет думали, что наше пространство трехмерное, примерно 100 лет мы понимаем, что наше пространство 3+1-мерное, потому что то, как время течет, – это связано с тем, как изменяется пространство. Поэтому мы считаем, что пространство 4х-мерное. И не так давно возникли идеи, что пространство, на самом деле, имеет большее количество измерений. И эти измерения очень хитрым образом устроены. Но если мы начнем делать какие-то очень специальные штуки, мы сможем узнать, как устроены эти дополнительные измерения, и мы сможем понять, как их почувствовать, мы сможем понять, сколько этих дополнительных измерений. И нам эта идея очень понравилась. А что, если пространство не 4х-мерное, а 10-ти-мерное, и мы сможем в эти дополнительные измерения попасть. И мы сможем через эти дополнительные измерения попадать в будущее, в прошлое или в другое место в пространстве. До этого очень далеко, но мы хотим начать это исследовать. И прибор, с помощью которого мы можем попробовать это исследовать, – это большой адронный коллайдер. Для этого мы, физики, его захотели рано или поздно построить, да?
Но мы, физики, деньги на этот прибор не зарабатываем. Его оплачивают обычные люди. Так как они платят налоги, а потом государство финансирует вот это вот все. Зачем вам, обычным людям, тратить деньги на большой адронный коллайдер? Есть идеи? Помогите мне, пожалуйста, заработать на профессию. Зачем люди должны финансировать большой адронный коллайдер?
- Ну наверное для того, чтобы приобрети телепортацию, путешествуя во времени.
Хорошо, то есть пока мы вам не пообещаем телепортацию – вы нам денег не дадите? Я услышал. Да, давай.
- Люди платят налоги, сами того не зная, куда. Может быть, они идут на благоустройство улиц, а может быть, на коллайдер. Но зачем? Если, допустим, с помощью коллайдера мы найдем какое-нибудь новое измерение. Все равно ученые стремятся все привести к благу человечества. Фактически, если бы люди знали, они бы сказали: "Зачем нам это надо, вдруг ничего не произойдет, вдруг безрезультатно?.
То есть я правильно понял, что, по-твоему, коллайдер финансируется только потому, что люди об этом не знают? Ок, то есть если б все человечество узнало, то никакого коллайдера мы бы… Хорошо, значит я услышал.
Давайте посмотрим, как это было раньше. Коллайдер – это вещь относительно свежая. Ее там 15 лет назад начали строить. Но это не первый же научный прибор и, более того, это не первый ускоритель частиц, который есть у человечества. Это самый большой, но не первый. И вообще, у каждого прибора…вот когда мы начинаем какие-то приборы строить, любые приборы: электрические, газовые, тепловые, какие угодно – у них есть какая-то история. Они начинаются обычно с какого-то любопытства: "А что будет, если…?". Да? А дальше из этого может что-то произойти, а может что-то и не произойти. Так появилось все, вообще все что угодно: компьютеры, полупроводники, самолеты, пароходы, паровозы – все! Началось с того, что вот "а давайте сделаем". Вдруг поплывет. Или взлетит. Или не взлетит, но все равно будет прикольно. Вот. Значит, вот здесь вот схема одного из самых первых ускорителей, которые человечество сделало. Это было начало 30-х годов прошлого века, т.е. это примерно 80 лет назад. Это не так много, да? У нас самолеты летают больше 100 лет уже, а ускорителю всего лишь 80 лет. Вот это вот ускоритель Ван де Граафа. И с точки зрения того, что я вам рассказывал про большой адронный коллайдер, вот это вот – это жуткий-жуткий-жуткий лоу-тек. Это, в общем, очень примитивная вещь. Вот эта вот лента, которая здесь нарисована – это буквально такая лента из диэлектрика, которая крутится и переносит на себе заряд. Если мы говорим о том, что сейчас у нас там протоны со скоростью… практически со скоростью света летают 11 тысяч раз в секунду по этому кольцу, то тогда, 80 лет назад, заряд (в данном случае электроны) переносился просто на ленте. Лента крутилась (это могла быть кожаная лента или еще какая-то – в общем, это такая вот….на коленке сделанная штука). И от такой на коленке сделанной штуки за 80 лет мы дошли до большого адронного коллайдера. Зачем такая штука была сделана? Потому что это прикольно. Потому что мы можем разогнать частицы. И, в общем, в таком режиме – "потому что это прикольно" - она используется до сих пор, к примеру. А здесь, в этом музее, есть ускоритель Ван де Граафа, и вы можете … Да. Значит, вот это вот был самый первый ускоритель, который делал буквально то, что мы задумали, – он ускорял частицы. Зачем? Мы, физики, сначала не думали. Ну, не было ускоренных частиц, а тут есть. Прикольно же? Прикольно. Потом можно было вот эти вот штуки делать. Да? А потом, действительно, речь зашла о прикладном применении этого всего. Зачем мы можем эти ускоренные частицы использовать?
Смотрите, вот этот вот мальчик, двухлетний, - это один из самых первых пациентов, который 50 лет назад или даже больше…50 лет назад…ему пробовали лечить опухоль мозга с помощью ускоренных частиц. Мы знаем, что есть такой класс болезней – рак или опухоли. И иногда с ними получается бороться, иногда – не очень. Иногда их можно просто отрезать. Но если опухоль случилась в голове, внутри головы, то вырезать ее может быть либо очень сложно, либо невозможно. Доставлять туда лекарства, которые помогли бы с ней бороться, – тоже очень сложно. А вот оказывается, что раковая опухоль – она может быть чувствительной к вот этим вот частицам. Частицы, вообще говоря, когда летят, могут убивать все, что им попадается под руку. Но если мы этот поток частиц сфокусируем на больной области в человеке (а частицы могут достаточно глубоко проникать), то мы можем таким образом бороться с опухолями, в том числе с опухолями мозга. Смотрите, за 80 лет мы вот эти штуки сначала попробовали, а потом научились применять в медицине. Эти штуки – я имею в виду ускорители. Сейчас весь мир знает про большой адронный коллайдер – это самый большой ускоритель. Но не все знают, что таких ускорителей, которые используются в медицине, их очень много. Сколько, по вашему мнению, в мире пассажирских самолетов? Какие есть идеи? Сколько?
- Несколько тысяч. Несколько десятков тысяч. Миллионы.
Несколько тысяч. Несколько десятков тысяч. Миллионы. А сколько, по-вашему, ускорителей в мире? Больше, чем что? Больше, чем самолетов? Хорошо. Ну, так как я знаю правильный ответ, вернее, я знаю приблизительный ответ. В мире от 25 до 30 тысяч пассажирских самолетов, которые летают на регулярных и нерегулярных, почтовых всяких там, ну, в общем, это не военные, не частные, это большие пассажирские самолеты. Их от 25 до 30 тысяч. В мире примерно столько же, примерно 25 тысяч ускорителей, которые работают не для нужд фундаментальной науки. Они не занимаются поисками бозона Хиггса, они не занимаются дополнительными пространственными измерениями. Они работают на наши ежедневные нужды: на медицину, на создание новых материалов и так далее. Абсолютное большинство ускорителей работают на какие-то наши нужды. А началось все с вот таких вот штук. Мы сделали их, потому что прикольно. Да? А теперь мы не можем без них делать нормальную медицину, не можем без них делать современные материалы, и так далее. Значит, вот если это был первый пациент и, соответственно, это был первый прибор, который использовался, то вот это вот современный прибор, и таких приборов тысячи, в которые помещается пациент, и этот пациент по-всякому вертится, а мы просто позиционируем пациента под пучком так, чтобы был максимальный ущерб для опухоли, минимальный ущерб для его здоровых тканей. Это куда эффективней, чем другие способы терапии в некоторых случаях. Да?
- Этот человек выжил?
Не скажу. Ну, во-первых, это было 50 лет назад. Просто вероятно, что он по возрасту уже мог уйти от нас, да? А во-вторых, когда мы занимаемся вот такими штуками, мы не считаем судьбу отдельных пациентов. Мы смотрим на 100 или 1000 пациентов и смотрим что с ними. Помогла им в среднем терапия или нет? Лучше это для 1000, чем отсутствие терапии, или нет? И оказывается, что если смотреть на статистику, то для некоторых заболеваний терапия с помощью заряженных частиц – она очень эффективна просто потому, что без заряженных частиц у вас нету никаких других шансов. Вы не можете ножиком залезть в голову, вы не можете туда некоторое лекарство доставить эффективно и так далее.
Возвращаемся обратно. К тому, что такое коллайдер. Можно ли туда засовывать пальцы? Что будет, если засовывать? Что будет, если не засовывать, а еще что-нибудь с ним сделать? Вопрос?
- А что будет, если большой адронный коллайдер увеличить в несколько тысяч раз и засунуть туда капсулу с людьми, и использовать его для того, чтобы их передвигать из одной точки в другую, использовать как аттракцион.
Значит, сейчас. Если взять большой адронный коллайдер, увеличить в несколько тысяч раз и капсулу с людьми передвигать, то получатся "Российские железные дороги". Нет? Ну, вот у Российских железных дорог там со скоростью проблема, но, я думаю, со временем это решается. Да?
- Я думаю, что нельзя использовать адронный коллайдер как метро, аттракцион, потому что с учетом скорости для человека будет такая перегрузка, что его в это капсуле…
Сейчас. Ну, это следующий вопрос – что делать, если засунуть человека туда, да? Давайте пока с теми протонами, которые там есть, разберемся. Что будет, если нас в них как-то засунуть? Вот давайте на 1 протон сначала посмотрим. Я сказал, что ускорителей этих очень много, и в некоторые из них мы людей засовываем. Вполне. И это помогает им даже выжить. Вот. Но наш главный вопрос – что будет с большим адронным коллайдером. Что будет, если туда засунуться? Там куча протонов. Давайте начнем с одного протона. Параметр, который отличает этот большой адронный коллайдер от остальных ускорителей, это какой параметр? Какие есть? Громче, пожалуйста.
- Скорость частиц.
Скорость частиц. Ну, почти так. И там, и там частицы летят со скоростью, очень близкой к скорости света. Параметр, который более чувствительно определяет эту разницу, – это энергия частиц. Вот. И энергия частиц в большом адронном коллайдере, вы, может быть, уже слышали это слово, - 7 тераэлектронвольт, проектная энергия. Пока она не была достигнута, но мы уже близко. Это 7 тераэлектронвольт или 7 ТэВ. Не все физики понимают, что это такое, потому что энергию мы, вообще говоря, меряем по-разному. Кто знает, как физики меряют энергию? В каких единицах хотя бы? Никто не знает. Никто еще на физфаке не учился, да?
- В джоулях.
Правильно, в джоулях. Физики вообще меряют энергию в джоулях. Но некоторые физики…некоторым физикам удобнее мерить в электрон-вольтах. Это очень специальная единица и мы не будем пробовать про нее говорить. Мы просто отметим, что вот есть физики, которые меряют энергию в тераэлектронвольтах, есть физики, которые меряют в Джоулях. Есть другие люди, там девушки любят мерить энергию в калориях. Тоже можно, да? Вы, когда едите шоколадку, там есть энергия. Вы ее просто потребляете, и все такое. Так вот, 1 протон – это 7 тераэлектронвольт. Что это такое – 7 тераэлектронвольт в каких-нибудь человеческих единицах, не физических и не девичьих? Есть идеи? Как всегда, я знаю правильный ответ. Значит, смотрите. Протон – это частица, которая движется. У нее есть энергия кинетическая за счет того, что она движется, да? Комар, когда летает, это тоже что-то маленькое, что движется, и у него тоже есть энергия, да? Вот 7 тераэлектронвольт – это примерно та энергия, которой обладает комар, который летает. Вот. Значит, 1 протон в коллайдере – это как 1 комар. Значит, комар – это страшно или нет? Это неприятно, да? Но не страшно. Значит, 1 комар потребляет 2 нано ... сейчас … 2 миллиграмма крови - из вас высасывает. 5 комаров – 1 миллиграмм. Что такое 1 миллиграмм? Значит, миллиграмм – это одна тысячная доля грамма. То есть нам нужно 5 тысяч комаров, чтобы высосать 1 грамм крови из вас. 5 тысяч комаров – это страшно? Потерять 1 грамм крови – это страшно?
- Нет, но 5 тысяч комаров – это страшно!
А я говорил, сколько у нас протонов в каждом вагончике?
- 100 миллионов, кажется.
Нет, значит, там было 100 миллиардов. 100 миллиардов протонов в каждом вагончике. У нас 3 тысячи таких вагончиков в каждую сторону. 100 миллиардов комаров – это страшно? Ну, вот смотрите, получается, что 1 протон с энергией 7 тераэлектронвольт – это не очень страшно, да? И если нас укусит 1 вот такой протон – это не очень страшно. Если нас укусит 100 миллиардов протонов – это уже непонятно, страшно или нет. Вот, значит, это 5 тысяч… в общем, это много-много-много тысяч литров крови, если в комаров конвертировать. Ну, это такая кровища, что это страшно. Поэтому давайте еще как-нибудь попробуем. Вот все-таки физики эту энергию меряют в джоулях, и если мы соберем всю энергию всех протонов – это получится, по-моему, 350 мегаджоулей, да? И 350 мегаджоулей – это 2 поезда, скоростных поезда, которые несутся друг навстречу другу. Они обладают ровно такой вот энергией. Вот если бы мы все наши протоны столкнули, буквально все протоны столкнули, то произошло бы ровно то же самое, что произошло бы при столкновении поездов. Поезда не могут пройти друг сквозь друга, а протоны – могут, протоны проходят. Вот если бы они не проходили, а сталкивались, то был бы такой же взрыв, как при столкновении поездов. Но, слава Богу, протоны проходят. Мы уже немножко затронули про калории. Значит, если мы эту энергию, 350 мегаджоулей, конвертируем в калории, а дальше в шоколадки, то получится примерно 80 кг шоколада. Значит, энергия, запасенная в пучках коллайдера, – это примерно та самая энергия, которую вы потребите, а потом выделите, если съедите 80 кг шоколада. Значит, если хотите повторить этот подвиг коллайдера – вот такой рецепт. Если конвертировать это в химическую энергию, скажем, когда у нас взрывается что-то, какое-нибудь взрывчатое вещество, то там тоже высвобождается энергия, и энергия, запасенная в пучках коллайдера эквивалентна энергии, которая получается при взрыве примерно 80 кг какого-нибудь взрывчатого вещества типа тротила. Да? В ручных гранатах, я не знаю, несколько сотен грамм, наверное, взрывчатого вещества. Поэтому это большая энергия. И если бы мы всю эту энергию выделили в нашей руке – смогли бы – то был бы взрыв. Вот. Мы хотим знать – будет такой взрыв или нет? Можно ли засунуть все-таки. После всего того, что я уже рассказал, какие есть идеи, можно ли засовывать руку в коллайдер или нет?
- Можно, но что будет – никто не отвечает.
Можно? Ага! Хорошо, значит, помните ответ, правильный ответ, можно ли засовывать пальцы в розетку?
- Не влезают.
Правильный ответ: "Не влезают". Да. Значит, ровно этот же самый ответ и с коллайдером. Вот это та самая труба коллайдера, которая находится внутри тоннеля. Она примерно вот такого вот размера. Она по большей части состоит из всей этой охлаждающей машинерии, потом из этих электромагнитов, которые держат частицы на траектории. И внутри есть две вот таких вот трубы, в каждой из которых летят протоны – в одну сторону и в другую сторону. Чтобы добраться туда, нам нужно все это хозяйство, из-за которого вся эта штука работает, нам нужно его разрушить. Мы не сможем туда попасть, потому что это все под железным кожухом. Потому что все в подвале, куда нас не пустят во время запуска. Все это под землей, в Швейцарии и так далее. Правильный ответ: "Рука туда не поместится". Но мы знаем, что если у нас что-то куда-то не помещается, то надо придумывать способ, да? И какие у нас есть варианты? Значит, смотрите. Когда мы инжектируем туда протоны, засовываем, они у нас крутятся-крутятся-крутятся, потихоньку этот пучок тощает за счет того, что некоторые сталкиваются и выбывают. И потом мы хотим сказать: "Ок, мы хотим следующий запустить пучок. Давайте этот остановим". Как мы его останавливаем?
- Охлаждаем.
Чего? А? Охлаждаем что? Ну, охлаждаем – это был бы правильный ответ. Значит, мы хотим уменьшить энергию этих частиц. А как мы можем? Если у нас что-то движется с большой скоростью, а мы хотим уменьшить его скорость? Мы его шарахаем куда-нибудь, в стенку, например, да? С протонами мы делаем то же самое – мы шарахаем их в стенку. Значит, я сказал, что в норме это все крутится по окружности, а когда мы хотим остановить это, у нас вот в некоторых местах на окружности стоят специальные магниты, которые, когда мимо них пролетают частицы, они их специальным образом выпинывают, отмагничивают в сторону. И они с этой окружности слетают и летят дальше прямо. Летят прямо в сторону специального устройства – это поглотитель. Это просто такая большая болванка из графита, 70 см в диаметре. Это труба. 70 см в диаметре и 7 метров в длину. И вот этим протонами мы стреляем в эту болванку, и они там все застревают. Они там просто теряют энергию, когда туда попадают. Запомните вот эти вот числа: чтобы остановить протоны с такой энергией, нам нужно 7 метров графита. Значит, вот эта вот стенка бетонная, она несколько десятков сантиметров. Они через нее пролетят. Они пролетят через этот стол, через все, что угодно. Чтобы их остановить, нужно несколько метров вещества. Но если мы засунем туда руку – они пролетят, они не оставят всю свою энергию у нас в руке. Поэтому в этом смысле не нужно рассчитывать, что вся эта энергия в руке выделится. Они выделят только часть энергии. Какую часть и что произойдет – сейчас поговорим. Вот. Но, чтобы остановить их, нужно очень много вещества. И вот эти вот 7 метров графита стоят вот здесь вот. Между ними и точкой, где стоит выпинывающий магнит, - несколько сотен метров. И вот эти вот несколько сотен метров они летят по прямой. Они тоже летят в трубе, но там уже эта труба не очень важна. Вот там вот мы можем как-нибудь подойти и засунуть туда руку. И узнать, что будет. И такого эксперимента мы пока не планировали, потому что нам пока еще нужен этот прибор, мы боимся его сломать. И я боюсь, что запланировать такой эксперимент было бы трудно. А мы с вами можем фантазировать сколько угодно, но, в конце концов, все наши теории – их нужно проверять экспериментом. Эту теорию – что произойдет – мы тоже должны были бы проверить экспериментом. Но спланировать такой эксперимент нельзя, потому что никто нам не разрешит. Не знаю, к счастью или к беде, иногда эксперименты происходят незапланированно.
Значит, 36 лет назад, не на том коллайдере, про который мы говорим, а здесь, в России, километров 150 от Москвы, в Калужской, кажется, области, в Протвино, был коллайдер, энергия которого была в 50 раз меньше. И там тоже никто не собирался ставить эксперименты по засовыванию рук в пучок. И там тоже нельзя было находиться в экспериментальном зале во время запуска. Но однажды случилась накладка, какой-то кусок аппаратуры не очень хорошо работал, и один из физиков, который руководил экспериментом, пошел проверить эту аппаратуру, и почему-то система безопасности не сработала, и пучок не был отключен. В общем, когда человек наклонился к аппаратуре, этот пучок того коллайдера, который был точно так же выведен с окружности и уже свободно летел, - пучок попал ему в лицо. И мы знаем, что если пучок попадает туда, что он не остановится, он пролетит дальше. Пучок попал в лицо, прошел через голову и вышел с обратной стороны. И здесь вот нарисовано. Пучок попал вот сюда вот. Вот видите вот здесь небольшое полысение, где он вышел. И вот здесь вот след как он через череп прошел. Сам этот человек в момент, вернее после этого, описывает, что он увидел вспышку в тысячи раз ярче, чем свет солнца. Но обратите внимание – пучок не попал ему в глаз. Значит, вот эти вот ощущения про то, что он увидел яркость, - это не было связано непосредственно со зрительными ощущениями. Это просто ощущение, которое уже возникло просто у него в мозге от того, что туда попал такой пучок. И после этой вспышки он почувствовал какое-то головокружение, но вообще смог доделать то дело, из-за которого он туда пришел, и пошел дальше делать свою работу. И никому об этом ничего не сказал. Досидел свою смену и пошел домой. На следующий день, когда у него распухло лицо, ему пришлось рассказать всем, что случилось, и тогда все встали немножко на уши. Его сразу сдали медикам.
Медики не знали, что делать, потому что такие вещи не происходят очень часто. Они вообще никогда не происходили. И медики тогда обратились к физикам: "Ок, физики, а посчитайте нам, пожалуйста, какую он там дозу облучения получил и как нам вообще его лечить?". После того, как физики посчитали, оказалось, что это доза в сотни раз выше, чем смертельная доза. Поэтому этого человека из Калужской области быстренько привезли в Москву, в специальную клинику, где таких людей пробовали лечить, но, в общем, было предсказуемо, что долго он не проживет. Это было 36 лет назад. Насколько я знаю, человек жив до сих пор, его зовут Анатолий Бугорский. Он после этого успел защитить кандидатскую диссертацию, родить, воспитать сына. Он продолжал работать как научный сотрудник и руководить некоторыми экспериментами там. В чем фокус? Фокус в том, что те облучения, о которых говорили медики, они обычно происходят на других устройствах, например, на реакторах. На реакторах есть сплошной поток частиц, который облучает вас всего. В данном случае этот поток частиц был очень маленький, очень тоненький. Он просто прожег дырочку, очень маленькую дырочку, порядка миллиметра размером, но не повредил никакие другие органы. Чудом он не задел ни кровеносные сосуды, ни важные мозговые центры. За счет этого человек смог выжить. Через несколько лет после этого у него начались некоторые проблемы со здоровьем, и мы не можем точно сказать, были ли эти проблемы связаны с возрастом или с этой аварией. Может быть, они были связаны – это очень вероятно. Но точно мы не можем сказать.
В общем, засовывание головы в коллайдер оказалось неприятной, но не смертельной вещью. Это примерно то же самое, что будет, когда вы наконец-то дорветесь до розетки. Это неприятно, но не смертельно. Вот. И если все-таки когда-нибудь будет эксперимент по засовыванию руки в большой адронный коллайдер, я думаю, он закончится точно так же. Это неприятно, но не смертельно. Вот.
Ссылки по теме
- В столице рассказали, как работает Большой адронный коллайдер
- Студенты МФТИ смогут работать с Большим адронным коллайдером
- Нобелевскую премию по физике получили первооткрыватели бозона Хиггса
Я не знаю, зачем человечеству вот это вот знание. Иногда это непредсказуемо. Мы занимаемся чем-то, и это кажется бессмысленно, just for fun и так далее. А потом оказывается, что это для чего-нибудь да нужно. Я перечислял, для чего нас на самом деле нужен большой адронный коллайдер: мы хотели там что-то открыть. Из этого "чего-то" мы пока только нашли бозон Хиггса, а все остальные интересные штуки мы пока оставим на потом - в 2015 году. Сейчас он на перерыве. В 2015 году он запустится с большими энергиями и большими потоками частиц, и мы продолжим изучение, и, может быть, найдем какие-то другие штуки: черные дыры, дополнительные пространственные измерения или следы темной энергии или темной материи. И вот для этого всего мы, физики, этот коллайдер хотели построить, а теперь хотим перезапустить. Для чего он вам, нашим спонсорам, может пригодиться? Мы точно не знаем. Мы знаем, что те коллайдеры, ускорители, с которыми мы игрались до того, они, в конце концов, показали, что пригождаются. Мы надеемся, что и какие-то технологии, которые мы делаем для этого коллайдера, в конце концов, окажутся применимы где-то вне коллайдера. И результаты, которые мы там получили – будь то бозон Хиггса или дополнительные пространственные измерения, – мы тоже думаем, что они могут оказаться полезными для вас. Но точно мы не знаем, мы можем только фантазировать. В общем, примерно все у меня. Если есть какие-то вопросы – пожалуйста.
- А это примерно где находится?
Смотрите, это 27 км и находится в Европе. 27 км в длину. В Европе трудно найти место, которое было бы ничем не занято, которое было бы удобно и доступно. И поэтому пришлось прятать это под землю. Под землю это было спрятано рядом с Женевой. Но Женева – она достаточно рядом с границей с Францией. Это в Швейцарии, но рядом с французской границей. Поэтому сам коллайдер – он пересекает границу под землей, и он получается на территории двух стран: частично, по большей части, в Швейцарии и немножко торчит во Францию.
- Это получается один. А вы сказали, что их много.
Те десятки тысяч, которые есть, – они по всему миру. Это очень распространенная технология сейчас. Конечно, как сложная технология она во многом в развитых странах преимущественно сконцентрирована. Те коллайдеры, ускорители, которые применяются для медицинских вещей, они есть, в том числе и в России. По большей части они используются для того, чтобы производить радиоактивные вещества, которые дальше используются при рентгенодиагностике. Но они также используются и для протонной терапии, про которую я говорил, когда лечат раковые опухоли. Такой есть в Дубне. Он уже несколько лет работает в штатном режиме, принимает несколько сотен пациентов, облучает несколько сотен пациентов в год. При нем есть клиника. В общем, это технология, которая практически ежедневная.
- Это как лазерная терапия?
Это не лазерная терапия. В чем здесь отличие и прелесть по сравнению с лазерной терапией? Лазер – это свет. Он, когда вы свет куда-нибудь направляете, очень сильно поглощается на поверхности и практически не доходит внутрь. Чтобы вам направить его внутрь, вам нужно такую дозу на поверхности отдать, чтобы хоть что-то дошло. И ситуация ровно противоположная с заряженными частицами: они могут достаточно просто проходить внутрь и выделять всю энергию уже внутри. В этом их смысл. И да – они опробованы. Они используются, они изучаются уже десятки лет и уже, думаю, лет 15 они используются в штатном режиме. В том числе в России. Это не что-то…это сейчас уже не самый передний край. Значит, эта техника развивается в сторону и увеличения числа пациентов, и оптимизации параметров. Скажем, вместо протонов мы можем использовать тяжелые ядра. Это сложнее технологически, но это выигрышней с точки зрения медицины. И это одно из главных практических применений ускорительной техники сейчас.
- А в итоге открытие какое-нибудь произошло?
О: На большом адронном коллайдере? Ну, смотрите, когда мы его планировали, мы примерно перечислили, что бы мы там хотели бы увидеть. И это перечисление – это две вот такие вот книжки по тысяче страниц каждая. Да? Из этого всего мы пока нашли только бозон Хиггса. Бозон Хиггса – это большая для нас вещь, потому что мы его предсказали 50 лет назад, я имею в виду, физики предсказали его 50 лет назад. И по всем параметрам выглядело, что он должен быть. Вот природа так устроена, что он должен быть. Это вот как Солнце, которое утром рано встает, и вы его каждый день ожидаете. Или Солнце, или облака – одно из двух. А тут вот он предсказан, а его не было. На одном ускорителе не находили, на другом не находили. Приходилось все время повышать и повышать энергию. И вот, в конце концов, мы достигли тех энергий, при которых мы можем его увидеть. И увидели. И достаточно надежно увидели. Теперь следующие запуски будут изучать разные характеристики этого бозона Хиггса, но сам факт его открытия – это хорошо установленная вещь. Вот. Но все другие пункты вот этих 2 тысяч страниц – это очень интересные вещи про дополнительные пространственные измерения, или гравитацию, или все, что угодно. И из этих других пунктов мы настолько интересных вещей, как бозон Хиггса, пока не обнаружили. Либо этого нет в природе – природа так устроена, либо нам нужно еще понабирать данные. И мы со следующего года собираемся. Это долгоиграющая вещь. Это на годы. Измерение этих вещей – это на годы. Еще вопросы?
- Что происходит с протонами в момент их столкновения?
О: Может не происходить ничего. То есть может лететь – пролетело рядом, и все. Да? Потому что рядом пролетели. Могут задевать друг друга так, по касательной. Тогда могут просто разлететься. Они почувствовали друг друга, но разлетелись. Один протон чуть-чуть поменял направление, другой протон чуть-чуть поменял направление, но остались протоны, и они полетели дальше. Если они лоб в лоб сталкиваются, то там может происходить все, на что хватит энергии. Энергия обычно тратится на рождение частиц. И могут рождаться любые частицы, на которые буквально хватит энергии. Мы почему не могли открыть бозон Хиггса раньше? Потому что энергии, которая получалась при столкновении – ее просто не хватало. Сейчас нам энергии хватает. Мы смогли его там родить, измерить и установить достаточно уверенно, что это он. То есть базовая вещь, которая там происходит – это просто кинетическая энергия движения этих частиц превращается в другие способы энергии и, в конце концов, в другие частицы. И большая часть этих частиц давно нами открыта и изучена. Меньшая часть – это то, что нам на самом деле интересно. Смотрите, каждую секунду они сталкиваются 100 миллионов раз, то есть это очень часто. 100 миллионов раз там что-то происходит. За 1,5 года запуска там было только несколько штук частиц бозона Хиггса. Из этих 100 миллионов раз в секунду, происходящих практически круглогодично, ну там 80% времени в год, 100 миллионов раз в секунду там что-то происходит, мы эти 100 миллионов раз в секунду фотографируем, и из этого всего потом находим всего лишь несколько бозонов Хиггса в год. Нам нужно очень быстро отсеивать эти события, неинтересные нам, потому что мы про них давно уже знаем, и выделять те, которые чем-то новы, например, тем, что там есть бозон Хиггса. Мы пробовали искать там другие вещи – черные дыры, но пока не нашли.
- А что это такое?
Что это такое – что?
- О чем Вы говорили?
- А? Бозон Хиггса?
- Да.
Как он выглядит… Как выглядит килограмм?
- Килограмм? Смотря чего…
Ну, смотрите. Если вы смотрите на весы – то вам не важно чего. Вы на весах килограмм от полукилограмма можете отличить. Да? Вот точно так же мы можем частицы отличать друг от друга по каким-то своим приборам. Вот мы знаем, как на приборах выглядит электрон, да? И мы про него все давно знаем. И вот мы видим на приборах что-то, что точно есть и что не выглядит как электрон.
- Вы приборы фотографируете?
Да. Мы фотографируем наши приборы, которые там стоят. Значит, на самом деле бозон Хиггса живет очень-очень-очень мало. Он рождается там, где сталкиваются протоны, и он не успевает оттуда далеко улететь, потому что он моментально распадается на другие частицы. И мы меряем уже следы пролета вот этих уже других частиц. А потом, складывая эти частицы как бы в общую точку, пытаемся взвесить ту частицу, которая распалась на эти конечные частицы. И мы знаем, какие частицы там могут распадаться из известных нам частиц. То есть мы знаем, что будет, если там разлетится протон, да? Протон может разлететься просто так. Нейтрон может разлететься, другие какие-нибудь частицы могут разлететься, да? И мы знаем, как они выглядят на наших приборах. И тут хоп – и есть что-то, что мы видим, и оно не похоже на те частицы, которые мы знали раньше. И оно по всем параметрам подходит под те предсказания о бозоне Хиггса, которые мы знаем. Таким образом, мы устанавливаем, что это новая частица. И если она не противоречит ничему другому, то это бозон Хиггса. Да?
- Много у вас работает русских ученых? Какой национальности большинство сотрудников?
Это сложный вопрос. Я не знаю, как определять национальность ученых, да. Но какие-то оценки я могу вам сказать. Значит, большой адронный коллайдер построен очень многими институтами, очень многими странами. Скажем, эксперимент, в котором я работал, - это 30, примерно, стран, где работает, примерно, 200 институтов, где работает, примерно, 4 тысячи физиков – в одном только эксперименте. Таких экспериментов 4. Все это хозяйство находится рядом с организацией, которая называется ЦЕРН – это Европейская организация ядерных исследований. Вот в этой организации зарегистрировано примерно 1000 человек с какой-то российской привязкой – это граждане России, это сотрудники российских институтов или что-то в этом духе. Это примерно тысяча человек. Они не обязательно наняты российскими институтами. Они иногда работают на другие университеты по всему миру, но это люди российского происхождения. Их примерно тысяча человек. Примерно столько же там работает, скажем, американцев. Вот. Да, еще вопросы?
- Предположительно, остальные эти 2 тысячи открытий – через сколько времени они могут произойти?
Мы не знаем, могут ли они произойти вообще. Мы знаем, что мы примерно до 2030 года будем с помощью этого коллайдера набирать данные. Мы будем его запускать, мы будем смотреть, что там происходит, мы будем его иногда останавливать на передышку, на замену каких-то частей, для оптимизации его параметров. Вот. И эта вся штука будет длиться до 2030 года. Потом мы наберем столько данных, что мы не сможем их быстро обработать. Значит, мы еще несколько лет после 2030-го будем обрабатывать эти данные. И вот в самом конце, когда мы просмотрим все наши данные, мы уже сможем определенно сказать, что мы либо нашли что-то, либо не нашли. Если получится найти до того, как получилось с бозоном Хиггса, мы с радостью объявим и с радостью получим очередную Нобелевскую премию. Если не получится, то мы построим другой коллайдер. И планы на другой коллайдер уже есть.
- Больше?
Естественно, больше. Потому что мы хотим хорошенько шарахнуть, и для этого нам нужен коллайдер побольше.
- А что у него с носом?
А что у него с носом? Я думаю это просто повреждение от того, что ему шарахнули частицы. Это была ранка.
- У него он такой и был или..?
Ну, смотри. Вот этот пучок – он был очень маленьким. Он примерно миллиметр. То есть это такая иголочка, которая очень легко, как ножик в масло, как горячий ножик в масло входит, да? Оно след там оставляет, но этот след настолько маленький, что прям вот сквозной дырки там не получается. Там получается просто поврежденная ткань. Ткань человеческая, через которую прошли частицы. Вот. Эта ткань – она потихоньку отмирает. И снаружи это выглядит просто как царапина большая. Вот.