Лоуренс Краусс - Почему мы существуем? Величайшая из когда-либо рассказанных историй

На концептуальный проект установки ушел целый год, а еще годом позже были утверждены предложения двух коллабораций, отвечавших за основные экспериментальные детекторы. США, которым в этой гонке ставить было не на кого, были приняты в ЦЕРН в статусе «наблюдателя», что позволило американским физикам стать ключевыми игроками в разработке и проектировании детекторов. В 1998 г. сооружение полости, которая должна была вместить один из двух основных приборов, детектор CMS, пришлось задержать на полгода, поскольку рабочие обнаружили на строительной площадке галло-римские руины, в том числе виллу и окружающие ее поля.

Через четыре с половиной года громадные подземные пустоты для размещения двух главных детекторов были готовы. За два следующих года 1232 громадных магнита по пятнадцать метров длиной и тридцать пять тонн весом каждый были опущены под землю на глубину пятидесяти метров через специальную шахту и доставлены на предназначенные для них места при помощи специально спроектированного погрузчика, способного перемещаться по туннелю. Через год после этого на место были опущены последние кусочки каждого из двух больших детекторов, и 10 сентября 2008 г. в 10:28 установка первый раз была официально включена.

Через две недели разразилась катастрофа. В коннекторе одного из магнитов произошло короткое замыкание, из-за которого соответствующий сверхпроводящий магнит перешел в обычное, не сверхпроводящее состояние, высвободив громадное количество энергии и вызвав механические повреждения и утечку жидкого гелия из системы охлаждения. Повреждения оказались достаточно обширными, чтобы потребовалась доработка проекта и проверка всех паек и соединений БАКа; на работы ушло больше года. В ноябре 2009 г. Большой адронный коллайдер наконец вновь заработал, но из-за опасений за конструкцию в режиме разгона только до семи тысяч эквивалентных масс протона (по отношению к центру масс), а не четырнадцати тысяч, как было задумано. 19 марта 2010 г. установка начала работать со столкновением пучков на этих сниженных энергиях, и в течение двух недель оба детектора начали регистрировать столкновения с соответствующей суммарной энергией.

Эта сухая хроника ничего не говорит о тех невероятно сложных технических задачах, которые приходилось решать в ЦЕРН на протяжении пятнадцати лет с того момента, когда впервые прозвучало предложение о строительстве установки. Если выглянуть из окна самолета перед посадкой в аэропорту Женевы, увидишь только слегка холмистые ухоженные поля и горы в отдалении. Если не знать заранее, то невозможно догадаться, что под этими полями находится самая сложная машина из всех, когда-либо построенных человеком. Рассмотрим некоторые характеристики установки, залегающей кое-где на глубине 175 метров под этим безмятежным пасторальным ландшафтом.

1. В туннеле шириной 3,8 метра и длиной 27 километров располагаются два параллельных кольцевых канала для пучков, которые пересекаются в четырех точках по окружности. Вдоль кольца располагаются более тысячи шестисот сверхпроводящих магнитов, большинство из которых весит более двадцати семи тонн. Туннель настолько длинен, что его кривизна почти незаметна, если посмотреть вдоль.

2. Для того чтобы обеспечивать работу магнитов при температуре менее двух градусов над абсолютным нулем, то есть при температуре ниже, чем у космического микроволнового фона в глубинах межзвездного пространства, используется 96 тонн сверхтекучего 4He. Всего используется 120 тонн жидкого гелия, который сперва охлаждают при помощи примерно десяти тысяч тонн жидкого азота. Для этого пришлось изготовить около сорока тысяч герметичных трубных соединений. Объем используемого гелия делает БАК крупнейшей криогенной установкой в мире.

3. Вакуум в каналах, по которым движутся пучки, по техническим требованиям должен быть более разреженным, чем вакуум открытого космоса, с которым сталкиваются астронавты при выполнении задач на внешней поверхности МКС; давление в них должно быть в десять раз ниже атмосферного давления на Луне. Наибольший объем на БАКе, где поддерживается такой вакуум, составляет девять тысяч кубических метров, что сравнимо с внутренним объемом крупного собора.

4. После разгона по туннелю в том или ином направлении протоны движутся со скоростью 0,999999991 скорости света, или всего примерно на 3 метра в секунду медленнее, чем свет. Энергия, которой обладает каждый протон при столкновении, эквивалентна энергии летящего комара, но сконцентрированной в радиальном объеме, в миллион миллионов раз меньшем размера этого комара.