Показать полную версию страницы
Все материалы

«Это были точно не русские»

Новосибирский ученый рассказал, почему взорвалась начинка Большого адронного коллайдера

Большой адронный коллайдер, запуск которого был намечен на осень 2008 года, надолго вышел из строя. Более того, часть конструкции и магнитов коллайдера, в монтаже которых приняли активное участие сотрудники новосибирского Института ядерной физики СО РАН, была попросту взорвана в результате брака при сборке ускорителя. На очередной дискуссионной вечеринке из цикла «Умная среда» в клубе «Труба» сотрудник ИЯФ Александр Ерохин, который руководил командой по защите магнитов Большого адронного коллайдера, рассказал о непростом прошлом, настоящем и будущем самого амбициозного в мире научного проекта.

Как это все началось?

История этой машины началась в 1980-х. Тогда в тоннеле диаметром около 30 километров был построен циклический ускоритель, который работал на электронах и позитронах. Их встречные пучки ускоряли и сталкивали. В какой-то момент, словно ребенок, который получил игрушку и сразу начал думать о следующей, физики начали понимать, что для понимания мира этой огромной 30-километровой машины им недостаточно. И тогда задумали принципиально новую машину, с другой начинкой — чтобы ускорять протоны, которые в две тысячи раз тяжелее электронов. Соответственно можно достичь в две тысячи раз больших энергий. И в этом же тоннеле начали строить Large Hadron Collider — Большой адронный коллайдер.

Как устроен Большой адронный коллайдер?

Коллайдер находится на глубине примерно 100 метров. Примерно на 90 % он лежит под территорией Франции, при этом Европейский центр ядерных исследований (ЦЕРН) находится на территории Швейцарии. Что такое сам коллайдер? Это две трубы: для пучка протонов в одном направлении и пучка протонов в другом. Это шахты лифтов, это огромное количество галерей, в которых находятся источники питания, всевозможное диагностическое оборудование и так далее. Есть несколько точек встречи протонов, где происходят эксперименты. Там стоят громадные детекторы и регистрируются результаты столкновений.

Сталкиваются частицы с энергией 7 тераэлектронвольт. Один протон, ускоренный до таких энергий, — это примерно один комар. Однако таких протонов здесь примерно три тысячи сгустков и в каждом сгустке — примерно 1 000 000 000 000 таких вот комариков.

Помимо двух труб ускоритель состоит из сверхпроводящих магнитов, которые заставляют протоны летать по нужной траектории. Таких магнитов — каждый длиной около 14 метров — здесь стоит около 2 тысяч. И вот в этот огромный объем закачивается жидкий гелий температурой минус 271 градус по Цельсию, которую надо очень аккуратно поддерживать. Заставить 27-километровое кольцо оставаться при этой температуре пытались примерно год. Если кто-то следил за новостями, успел заметить, что сроки запуска коллайдера постоянно переносились. Так вот, проблема была именно в том, чтобы «захолодить» эту огромную массу железа.

Наверху находилось то, что можно назвать «центром управления полетами»: много людей, компьютеров и плазменных мониторов на стенах. Последний год здесь мы провели в режиме реалити-шоу — на нас постоянно смотрели туристы и репортеры. К концу этого лета мы все испытали, в начале августа отважились пустить пучок частиц, и стало понятно, что через месяц он сможет сделать несколько оборотов. На 21 октября была назначена, так сказать, официальная инаугурация коллайдера — туда были приглашены президенты, министры и так далее. В этот день планировали начать сталкивать пучки на небольших энергиях.

Почему этой осенью коллайдер сломался и проект остановили?

19 сентября начались проблемы. За несколько дней до приезда президентов плохой контакт между двумя магнитами вывел их из состояния сверхпроводимости и они начали нагреваться. А в них порядка одного гигаджоуля запасенной энергии. Чтобы было понятнее — это около 200 килограммов тротила.

Магниты начали нагреваться все сильнее и, в конце концов, эта цепь порвалась. И вот эти 200 килограммов тротила должны были куда-то выброситься.

К счастью, система защиты все-таки успела сработать, недаром мы ее столько испытывали. Однако немножко взорваться все же успело. «Немножко» взорвалось так, что несколько 14-метровых магнитов сорвало с креплений. Те анкеры, которыми они были привинчены к полу, просто срезало, а металлические кожухи смяло в гармошку.

Человеку, который припаял тот контакт, повезло. Несколько метров сверхпроводящей шины во время взрыва просто испарились. Поэтому улик нет. Но это были точно не русские и точно не я.

Однако главной проблемой оказалась не замена этих магнитов, а то, что горящая электрическая дуга разнесла копоть на несколько сотен метров. А копоти в вакууме не место. И вот теперь уже около 30 сверхпроводящих магнитов нужно поднять на поверхность и тупо помыть. При этом каждый магнит нужно сначала протянуть по тоннелю со скоростью несколько метров в час, поднять, потом перекрыть все движение на нескольких улицах Женевы, увезти и отремонтировать. Это займет в лучшем случае полгода. Кроме того, теперь нужно заложить несколько тысяч каналов защиты, чтобы подобное не повторилось. В итоге нас отбросило примерно на год. Что-то интересное нас ждет, наверное, только в 2010 году.

Почему коллайдер все-таки безопасен?

Чтобы попасть внутрь коллайдера, сначала нужно было показать пластиковый пропуск, куда-то его вставить, немного проехать, снова показать и так далее. В конце концов нужно было подойти к шлюзу, связаться с оператором, который сначала опознавал подлинность пропуска, потом опознавал лично через видеокамеру, потом спрашивал, зачем вы туда идете. Затем открывалась металлическая варежка, из которой нужно было взять именной ключ, вставить — и только тогда шлюз откроется.

После чего нужно показать сканеру глаз, вам просканируют сетчатку и сравнят ее рисунок с базой данных. И только тогда, как в фильмах о Джеймсе Бонде, вы проходите внутрь, где все время находитесь под видеонаблюдением.

Однако, наверное, никаким рекламным агентствам ЦЕРНа не удалось бы так раскрутить коллайдер, как это сделали два американца, которые назвали себя физиками. Они просто по-человечески хотели попаразитировать на крупном проекте и стать успешными. И вот появились два человека, которые сказали: а вы знаете, что в коллайдере зародятся черные дыры и мы все умрем? Наконец, появилась книжка Дэна Брауна «Ангелы и демоны», в которой говорилось про ЦЕРН, и началось... Однако дело в том, что ускоритель, который производит протон-протонные взаимодействия, уже существует. Кстати, его руководителем является наш земляк, бывший работник ИЯФ. И на этом ускорителе уже достаточно давно достигнута энергия в 1 тераэлектронвольт. Качественно это почти такая же энергия. И никто не умер.

Зачем нужен коллайдер?

Можно задать резонный вопрос — а зачем это все нужно? Надо сказать, что количество событий, которые будут регистрировать детекторы коллайдера, объемы информации, которые будут получены, — таких объемов нет во всем интернете, во всех сетях мира. И физики по всей земле, как детективы, будут искать в этой информации следы пресловутого бозона Хиггса.

Наверное, многие читали, что когда произошел Большой взрыв и образовалась кварк-глюонная плазма, которая была в миллионы раз горячее Солнца, то еще не было никаких других частиц — только кварки и связующие их частицы. Со временем эта субстанция начала остывать и появилось поле Хиггса. И переносчиками этого взаимодействия были бозоны Хиггса. Именно благодаря взаимодействию в этом поле частицы Вселенной начали обретать массу.

Второе — это поиск темной материи. Судя по тому, как ведут себя небесные тела, физикам до сих пор неизвестно, где находится 96 % массы Вселенной.

Из них 26 % названы темной материей, а 70 % темной энергией. У существующего ускорителя не хватило энергии, чтобы перешагнуть рубеж, за которым предположительно находятся энергии этих частиц, и обнаружить их. Хочется верить, что 7 тераэлектронвольт нам хватит.

Другой законный вопрос — а зачем тратить 10 миллиардов долларов из бюджетов разных стран, чтобы удовлетворить интересы горстки физиков? Дело в том, что такие установки — это прогресс не только для физики. Это прогресс наших технологий, наших материалов, систем связи, компьютеров. Промышленность развитых стран буквально дерется за право делать «железо» для коллайдера — потому что ни одна компания не может позволить себе таких бешеных ассигнований в разработку.

Ну и последний пример. Наверное, все пользуются интернетом. В 1990-х годах, когда уже появились компьютерные сети, компьютерщик Тим Бернерс-Ли придумал HTTP — гипертекстовый протокол, то есть именно то, что сегодня является Всемирной паутиной. Так вот, Тим Бернерс-Ли работал в ЦЕРНе. Представьте, сколько миллионов раз — еще в тот момент — мир окупил эти 10 миллиардов долларов.


Петр Малков
Фото автора и forum.lluga.net


29463
Все материалы
Вход в почту
Выбор города