Вид на ЦЕРН з висоти пташиного польоту: на передньому плані — швейцарська частина, на задньому — французька. (Фото з Wikipedia.)
Автор цих рядків народився і більшу частину свого дотеперішнього життя прожив при«розвиненому соціалізмі». Тобто в системі, за якої журналісту, навіть для того, щоб потрапити на завод з виробництва електрочайників, потрібно було здобути дозвіл сумнозвісного Першого відділу, а потім піддатися на прохідній процедурі принизливого обшуку. Тож коли групі журналістів включно з кореспондентом «УМ» запропонували відвідати найпотужніший у світі центр ядерних досліджень ЦЕРН, то збудження викликала не стільки можливість побачити майбутнє світової науки, як думка: як же тут будуть намагатися приховати «передові буржуазні наукові досягнення». Насправді ж «об’єкт» не обнесений парканом з колючим дротом, а до центрального адміністративного корпусу вели двері без жодних «вертушок» з одним охоронцем на вході, без автомата. Ніхто не цікавився нашими документами чи вмістом сумок.
Європейська організація з ядерних досліджень, або просто ЦЕРН, є найбільшим у світі дослідницьким центром у галузі фізики елементарних частинок та високих енергій. ЦЕРН розташовується на території Швейцарії та Франції. У північно–західному передмісті Женеви — Мейрен — знаходяться адміністративні корпуси, окремі лабораторії та «мозок» ЦЕРНу — велетенський комп’ютерний центр. Встановлені в довжелезні ряди на багатоповерхових стелажах сотні потужних комп’ютерів нам вдалося побачити лише через скло, бо в герметичному і стерильно чистому приміщенні підтримується постійна робоча температура. Цей «супермозок» здатен проводити 10 в 15–й степені операцій за секунду.
З іншого боку кордону, поблизу французького містечка Превесан–Моен, розташовані «виробничі потужності», тобто цехи та спеціальні лабораторії, в яких елементи гігантських прискорювачів частинок складають в один механізм та начиняють його надсучасною електронною апаратурою для реєстрації даних, які потім надходять для аналізу в «мозок».
Велетенська територія ЦЕРНа не підпадає під юрисдикцію Франції і Швейцарії, а перебуває під контролем країн–засновників. Навіть пожежні машини на території центру мають дипломатичні реєстраційні номери.
Окрім ЦЕРН, в світі є ще кілька подібних ядерних дослідницьких центрів: чотири в США, три в Росії (у Новосибірську, Москві та Дубні), два у Франції, по одному в Канаді, Великій Британії, Німеччині, Японії, Італії та Китаї. Якщо уявити собі, що ЦЕРН — це університет, то решта національних центрів на його тлі виглядають початковими класами школи. Нині у ЦЕРН на постійній основі працюють приблизно 2600 учених, але в експериментах, які проводять у центрі, беруть участь приблизно вісім тисяч учених та інженерів, які репрезентують 500 наукових центрів та університетів з 80 країн, тобто більше половини фізиків–ядерників планети. З країн, які не належать до засновників, найбільший рівень співпраці з ЦЕРНом мають США (1260 вчених) та Росія (931 вчений). З інших країн СНД із ЦЕРНом співпрацюють 73 учених.
Упродовж останніх двох десятиліть всі Нобелівські премії з фізики, коли черга доходить до фізики частинок та високих енергій, майже незмінно діставалися вченим ЦЕРНу. Власне сам ЦЕРН на момент заснування мав скромну назву Європейська лабораторія фізики частинок і займався вивченням ядра атома та фізикою високих енергій, передусім взаємодією між елементарними частинками. Вченим ЦЕРНу належать проривні для ядерної фізики відкриття: нейтральних потоків (1973), W– і Z–бозонів, визначення кількості родин нейтрино (1989), cтворення перших атомів антиматерії (1995). 1984 року Карло Руббія і Сімон ван дер Мер отримали Нобелівську премію з фізики за відкриття W— і Z–бозонів, а 1992 року їхній успіх повторив Жорж Шарпак — за відкриття і розробку детекторів елементарних частинок.
Зараз у центрі діють шість акселераторів (прискорювачів) частинок та один деселератор (сповільнювач). Кожен з акселераторів служить для прискорення частинок із метою надання їм більшої енергії. Завданням деселератора є сповільнення швидкості антипротонів до приблизно 10 відсотків від швидкості світла для досліджень антиматерії.
Власне, вивчення та створення антиматерії є однією з найбільш інтригуючих програм ЦЕРНу з огляду на її метафізичний характер. Ми і наша планета існуємо тому, що не зіштовхуємося з антиматерією, принаймні не в летальних кількостях. При входженні космічного проміння в атмосферу Землі утворюються мізерні її кількості.
Вчені впевнені, що антиматерія існувала у великих кількостях відразу після Великого вибуху, який стався 13,7 млрд. років тому і дав початок народженню Всесвіту. Тоді ж зароджувалася і матерія. Але на цей час учені не виявили у Всесвіті значної кількості антиматерії. Тоді куди ж вона поділася, якщо на момент утворення Всесвіту матерія і антиматерія з’явилися в рівних кількостях?
Теорія антиматерії була розроблена в 30–х роках минулого століття, відповідно до неї, у Всесвіті кожній елементарній частинці матерії відповідає така ж частинка антиматерії. Антиматерія — це дзеркальне відображення матерії. Подорож Аліси в Задзеркалля — це подорож у паралельний світ антиматерії. Частинки антиматерії мають таку ж масу, що і частинки матерії, але протилежний електричний заряд.
1932 року було відкрито позитрон, антиматеріальний відповідник матеріального електрона. Це довело, що антиматерія не є лише гіпотезою, вона існує. Пізніше були відкриті античастинки, близнюки елементарних частинок матеріального світу. Природа чи Творець чомусь віддали перевагу матеріальному світу. Симетричний на момент народження Всесвіт тепер став асиметричним.
1966 року російський учений Андрій Сахаров визначив три умови існування матерії у Всесвіті. Головна з них: «мирне співіснування» матерії і антиматерії неможливе: матерія для виживання повинна домінувати над антиматерією.
Для відповіді на всі питання стосовно теперішньої форми та наповнення Всесвіту потрібно повернутися до моменту його народження, тобто Великого вибуху. Цим займаються вчені ЦЕРНу. А також пошуком відповідей на багато інших містичних питань: чому матерія має масу, що то за дивні космічні частинки, що не мають маси і не підпорядковуються славетному рівнянню Ейнштейна E=mc2, чому більша частина Всесвіту є невидимою для нас і що там приховується? Куди поділися 96 відсотків маси і енергії Всесвіту?
Звичайна матерія, якою є ми і наша планета, займає лише чотири відсотки Всесвіту, ще 21 відсоток — за так званою темною матерією, а решту 75 відсотків Всесвіту займає темна енергія, теорію про існування якої було висунуто ще 70 років тому, але природу і характеристики якої ще належить пізнати. Це той потойбічний світ, у який ще жодна жива людина не проникала.
Найграндіознішим на цей час проектом ЦЕРН загальною вартістю 10 млрд. доларів є Великий андронний колайдер (зіштовхувач). Його складання та прокладання перебуває на заключній фазі, і перший пробний пуск заплановано на жовтень цього року, а навесні наступного вже очікуються перші відкриття, які претендуватимуть на чергову Нобелівську премію з фізики. Його завданням є прискорення і зіштовхування протонів, а також прискорення тяжких іонів з максимальною проектною енергією 14 ТеВ.
Спробую викласти принцип дії колайдера та його завдання максимально спрощено. Візуально це труба діаметром приблизно 70 сантиметрів, прокладена під землею у схожому на метро тунелі діаметром 3,8 метра на глибині від 50 (під Женевським озером) до 175 метрів (на території Франції). Велика глибина залягання пояснюється необхідністю попередження проникнення радіоактивного випромінювання на поверхню землі. Ця труба, яка складається з окремих збірних елементів (кожен довжиною 17 метрів), утворює ідеально рівне коло довжиною 27 кілометрів. Це гігантське коло мусить залягти під землею в одній ідеально рівній площині, а не нагадувати погнуте колесо велосипеда. Будівництво тунелю велося в двох напрямках, і будівельники зійшлися в кінцевій точці з точністю 1 сантиметр!
Труба оточена електромагнітами, кожен вагою 27 тонн (на їх виготовлення витрачено більше заліза, ніж на Ейфелеву вежу), струм до яких подається провідниками з особливого матеріалу, котрий при наднизьких температурах не має опору. Завдання електромагнітів — розганяти елементарну частинку (в нашому випадку — протони) до швидкість, що лише на одну мільйонну відсотка менша за швидкість світла. Протони будуть рухатися прямокутним тунелем в центрі труби. Розмір тунелю — трохи більше сірникової коробки, але в точках, де протони мають зіштовхуватися, його ширина зменшується до кількох мікронів — для збільшення вірогідності зіткнень. З допомогою систем охолодження гелієм диполі магнітів, які також закладені в трубі, та сам міні–тунель охолоджуються до 1,9 градуса Кельвіна, тобто мінус 271,3 градуса за Цельсієм. Нагадаю, що навіть температура абсолютного космосу вища — 2,7 градуса Кельвіна. В робочому тунелі встановлюється майже абсолютний вакуум.
Пучки протонів попередньо розганяють з допомогою менших прискорювачів, а потім запускають у головний тунель. Протон буде робити 11 тис. 245 повних обертів по робочому тунелю довжиною 27 кілометрів за одну секунду.
Колайдер діє за тим же принципом, що і акселератор: потрібно розігнати елементарну частинку до максимальної швидкості, тоді при зіткненні виділиться максимальна кількість енергії. Але в акселераторі частинка розганяється і врізається в якусь перепону, немов м’яч у стінку, а колайдер має дві пари магнітів, поля яких протилежні, і вони розганяють окремі частинки у двох протилежних напрямках. При їх взаємному зіткненні виділяється вдвічі більше енергії. По–перше, такий сильніший викид енергії легше реєструвати, а по–друге, зіткнення зі швидкістю світла пари протон–протон фактично є міні–моделлю народження Всесвіту, який виник у результаті Великого вибуху, або, як більш колоритніше його називають в англійській мові, — Big Bang (Великого бабаху). Саме дослідження народження Всесвіту є одним із головних завдань цього проекту.
Утім чітка реєстрація зіткнення також надзвичайно важлива для чистоти та результативності експерименту. Для цього у спеціальних шахтах на трубі колайдера встановлені на радіальних відстанях у 90 градусів чотири головні детектори, з яких два є багатоцільовими. Є також два менші детектори для спеціальних завдань. Читач може уявити, що кожен з детекторів — це щось на зразок приладу розміром з комп’ютер. Зовсім ні, це суперприлади гігантських розмірів, яких ще не бачив світ. При зіткненні двох частинок виділяється енергія, яка (увага!) в мільйон мільйонів разів менша, ніж енергія, яку витрачає комар у польоті.
Більшість користувачів інтернету переконані, що він народився у США. Насправді ж «пологи» відбулися 1989 року в ЦЕРНі, а батьками були вчені Тім Бернерс–Лі та Робер Кайо. Перший у світі веб–сайт з’явився тут 1991 року, а 30 квітня 1993 року ЦЕРН оголосив, що світова комп’ютерна мережа буде безплатною і вільною для доступу всім бажаючим. Тепер Європейська організація з ядерних досліджень має найпотужніший штучний мозок світу, але навіть його недостатньо для обробки всієї інформації, яка буде надходити з детекторів Великого андронного колайдера, тому ЦЕРН буде надсилати частину даних до наукових центрів у всьому світі.
Масиви даних велетенські, тому у квітні 2005 року ЦЕРН здійснив пробну передачу даних із використанням нової технології GRID до семи лабораторій світу з швидкістю 600 MB за секунду. На цей час вчені Центу вже здатні передавати дані зі швидкістю 1800 МВ за секунду. Не виключено, що паралельно з роботою над колайдером в ЦЕРНі також народиться інтернет нового покоління. Загалом, упродовж року вчені будуть отримувати таку кількість даних, що для їхнього запису (на відомих нам носіях) знадобиться 100 тисяч DVD–дисків.
У Європі не раз звучали застереження стосовно того, що експерементуючи із зіткненням частинок із такими високими рівнями викиду енергії, які в світі ще не випробовувалися, вчені ЦЕРНу можуть «пробудити» якесь не відоме науці катастрофічне для землян явище. Йдеться передусім про «виробництво» мікроскопічних «чорних дір», які в космосі існують, але ще не вивчені, а на нашій планеті їх досі не було, та так званих «стрейнджлетів» (від поєднання англійських слів strange nugget — «дивний самородок»). Є сценарій, за яким навіть мікроскопічні «чорні діри» можуть об’єднатися і відтак «роз’їсти» нашу планету всього за 50 місяців.
«Стрейнджлет» — це наразі гіпотетичний об’єкт, наявність якого в космосі вчені встановили побічним шляхом. Він складається з так званої «дивної матерії», пов’язаних між собою «дивних кварків», тобто елементарних цеглинок матерії, природа яких ще повністю не вивчена. «Стрейнджлет» має супермікроскопічні розміри та масу, але коли його розміри зростають до макроскопічних (метр або більше в діаметрі), він уже називається «кваркова зірка» або «дивна зірка».
На Міжнародній космічній станції лише встановлюється апаратура для вивчення «стрейнжлетів» і «кваркових зірок». Наразі відомо лише, що «стрейнжлети» є стабільними в космосі самі собою, але коли вони вступають у контакт зі звичайною матерією, то починають перетворювати її на «дивну», з якої складаються самі. Процес має ланцюговий характер і значно небезпечніший за ядерну реакцію. Сила ядерного вибуху обмежується зарядом, а дія «стрейнджлета» нічим не обмежена. Це ніби мурашка потрапляє на слона і повністю з’їдає його. Вчені такий процес поглинення «стрейнжлетами» нашої планети називають «сценарієм думсдей» («сценарієм фатального дня», коли Земля перестане існувати).
Британський вчений сер Мартін Різ прорахував, що ймовірність виникнення «фатального дня», тобто коли Земля перестане існувати, в результаті дослідів у ЦЕРНі становить 1 до 50 мільйонів. Це така ж ймовірність, як зривати джекпот в національній лотереї три тижні поспіль. Учені ЦЕРНу після вивчення всіх можливих катастрофічних сценаріїв наприкінці минулого року розмістили на сайті центру заяву, в якій запевняють, що «немає підстав для виникнення серйозної загрози» від «стрейнжлетів» та чорних дір.
Щоправда, це головні, але не єдині загрози під час експериментів, але про інші в заяві не згадується. Ще не відомо, які «фокуси» може викинути таємнича антиматерія, так звана радіація Хокінса, про існування якої вчені лише дебатують, та інші «троянські коні» народження Всесвіту, яке вчені ЦЕРНу будуть моделювати.
Угоду про створення ЦЕРН підписали 29 вересня 1954 року 12 європейських країн–засновників, які фінансують його діяльність. Тепер кількість засновників розрослася до 20: до програми приєдналися колишні комуністичні країни Центральної і Східної Європи. Обсяги фінансування — в середньому один мільярд доларів щороку. Найбільш щедрими спонсорами є Німеччина, Велика Британія і Франція: ці три країни наповнюють більше половини бюджету ЦЕРНу. Окрім 20 засновників, які роблять регулярні внески на програми Центру, з ним на цей час співпрацюють учені ще 60 інших країн світу, включно з Україною.
P.S. Автор висловлює вдячність Швейцарській неурядовій організації «Форум Схід–Захід» за надану можливість відвідати ЦЕРН.
Знання, які людина повинна засвоїти, множаться у геометричній прогресії. Чи здатен наш мозок витримати такі навантаження? А може, він уже досяг піку свого розвитку і радіє, що новітні технології забирають на себе частину його функцій? >>
У радянські часи Всесвітній день авіації та космонавтики відзначали справно. Власне, у той час усі досягнення, пов’язані чи то з польотом у космос, чи то з появою нового літака, прирівнювались мало не до державних свят. Сьогодні цю дату також відзначають, проте масштаб суттєво зменшився. Чи розвивається авіація та космонавтика сьогодні? >>
Фахівці навчально-наукового центру «Небесна долина», що діє у Вінницькому національному технічному університеті, передали військовослужбовцям розвідувального підрозділу, який виконує завдання в зоні бойових дій на сході України, безпілотний розвідувальний комплекс власної розробки. >>
Ярослав Шпотюк — фізик-матеріалознавець, закінчив Львівський національний університет імені Івана Франка (ЛНУ) та займався науковими дослідженнями у Франції. Науковець здійснив майже неможливе і захистився одразу в двох навчальних закладах: у ЛНУ та університеті Ренн 1. >>
