Сверхпроводящий суперколлайдер: окно в сотворение

Сверхпроводящий суперколлайдер: окно в сотворение

Английский философ XVIII в. Дэвид Юм, известный своим высказыванием, что каждая теория должна строиться на фундаменте эксперимента, так и не сумел объяснить, каким образом можно экспериментально подтвердить креационистскую теорию. Юм утверждал, что суть эксперимента — в его воспроизводимости. Если эксперимент нельзя повторять снова и снова в разных местах и в разное время и получать одинаковые результаты, значит, теория не внушает доверия. Но как осуществить эксперимент с сотворением мира? Поскольку сотворение по определению невоспроизводимо, Юму пришлось признать, что подтвердить какую бы то ни было теорию сотворения невозможно. И он заявил, что наука может ответить почти на все вопросы, касающиеся Вселенной, кроме единственного — о сотворении, которое нельзя воспроизвести экспериментальным путем.

В некотором смысле мы столкнулись с современной версией проблемы, обозначенной Юмом в XVIII в. Проблема по-прежнему в энергии, необходимой для воспроизведения сотворения. Но, несмотря на то что прямое экспериментальное подтверждение десятимерной теории в наших лабораториях невозможно, есть несколько способов подойти к этому вопросу косвенным путем. Наиболее логичный подход — расчет на то, что Сверхпроводящий суперколлайдер (ССК) поможет обнаружить субатомные частицы с характерными признаками суперструны, такими как суперсимметрия. Хотя ССК не достигает планковской энергии, благодаря ему мы можем получить убедительное косвенное свидетельство корректности теории суперструн.

ССК (строительство которого было прекращено по настоянию политической оппозиции) обещал стать поистине грандиозной установкой, последней в своем роде. Его строили неподалеку от Далласа, Техас; к 2000 г. должен был получиться гигантский туннель в виде кольца протяженностью 50 миль (80 км) в окружении столь же гигантских магнитов. (Если бы центр кольца находился в Манхэттене, то само оно распростиралось бы вглубь штатов Коннектикут и Нью-Джерси.) Более 3000 штатных и приглашенных физиков и других специалистов понадобилось бы, чтобы проводить эксперименты и анализировать данные, полученные с помощью этой установки.

ССК предназначался для того, чтобы внутри туннеля по кругу разгонялись два пучка протонов до тех пор, пока не достигнут скорости, близкой к скорости света. Поскольку эти пучки должны были перемещаться по часовой стрелке и против нее, было бы нетрудно заставить их столкнуться внутри туннеля, когда они достигнут максимальных значений энергии. Предполагалось, что протоны будут сталкиваться с энергией 40 трлн эВ (4 тераэлектронвольт, или 4 ТэВ), создавая мощный выброс субатомного мусора, пригодного для анализа. Подобных столкновений не случалось со времен Большого взрыва (отсюда и прозвище ССК — «окно в сотворение»). Среди обломков ученые надеялись найти редкие субатомные частицы, способные пролить свет на высшие формы материи.

Неудивительно, что ССК считали колоссальным инженерным и физическим проектом, раздвигающим границы известных технологий. Поскольку магнитные поля, необходимые для того, чтобы вызвать отклонение протонов и антипротонов в туннеле, должны быть исключительно велики (примерно в 100 тысяч раз превосходить магнитное поле Земли), для создания и поддержания такого поля требовались специфические процедуры. К примеру, чтобы уменьшить нагревание и электрическое сопротивление в проводах, магниты предстояло охлаждать почти до абсолютного нуля. Вдобавок их требовалось особым образом обрабатывать, так как в противном случае магнитные поля деформировали бы металл самого магнита.

ССК с проектной стоимостью $11 млрд стал вожделенной целью и предметом интенсивных политических махинаций. В прошлом места для ускорителей выбирали в ходе неприкрытой политической торговли. Так, в штате Иллинойс ускоритель «Фермилаб» (Fermilaby разместили в Батавии, возле самого Чикаго, по той причине, что, согласно журналу Physics Today, президенту Линдону Джонсону требовался решающий голос сенатора от Иллинойса Эверетта Дирксона в голосовании по вопросу войны во Вьетнаме. Вероятно, подобным образом обстояло дело и с ССК. Несмотря на яростную борьбу многих штатов за возможность осуществить этот проект, мало кто удивился, когда в 1988 г. местом размещения ССК был объявлен Техас, где выросли избранный президент США и кандидат в вице-президенты от Демократической партии.

На строительство ССК были затрачены миллиарды долларов, но его так и не завершили. К ужасу сообщества физиков, в 1993 г. палата представителей проголосовала за полное прекращение работ по этому проекту. Даже мощное лобби не помогло возобновить его финансирование. С точки зрения конгресса, дорогостоящий ускоритель частиц можно было рассматривать двояко. С одной стороны, он был лакомым кусочком — объектом, обеспечивающим тысячи рабочих мест и миллиарды долларов федеральных субсидий штату, в котором его строили. С другой стороны, строительство ускорителя можно было рассматривать как напрасную трату сил и средств, не дающую никакой потребительской выгоды. В скудные времена, рассудили в конгрессе, баснословно дорогая игрушка для специалистов в области высоких энергий — непозволительная для государства роскошь. (Однако, справедливости ради, финансирование проекта ССК стоит показать в сравнении с другими. Финансирование программы «звездных войн» составляло $4 млрд в год. Примерно $1 млрд требуется для переоснащения авианосца. Один полет космического корабля многоразового использования обходится в $1 млрд. А строительство единственного бомбардировщика «стелс» В-2 — почти в $1 млрд.)

ССК потерян для нас, и все-таки что мы могли бы обнаружить с его помощью? Как минимум ученые надеялись найти редкие частицы, такие как таинственный бозон Хиггса, предсказанный Стандартной моделью[97]. Именно бозон Хиггса нарушает симметрию, следовательно, является источником массы кварков. Таким образом, мы рассчитывали, что ССК обнаружит «источник массы». Все окружающие нас предметы, которые хоть сколько-нибудь весят, обязаны своей массой бозону Хиггса.

Вместе с тем физики готовы держать пари, что с той же вероятностью ССК мог бы обнаружить редкие частицы, не относящиеся к Стандартной модели. (В качестве возможных вариантов называли «техницветные» частицы, не входящие в Стандартную модель, но очень близкие к ней, и «аксионы», способные объяснить проблему темной материи.) Но, вероятно, наиболее заманчивой была возможность обнаружения суперпартнеров — суперсимметричных партнеров обычных частиц. К примеру, гравитино — суперсимметричный партнер гравитона. Суперсимметричные партнеры кварка и лептона — скварк и слептон соответственно.

Если бы суперпартнеры в конце концов были обнаружены, у нас появился бы слабый шанс увидеть остатки самой суперструны. (Суперсимметрия, как симметрия в теории поля, впервые была открыта в рамках теории суперструн в 1971 г., еще до открытия супергравитации. Теория суперструн — по всей вероятности, единственная, в которой суперсимметрию и гравитацию можно объединить полностью самосогласованным образом.) И даже если потенциальное открытие частиц-суперпартнеров не докажет правильность теории суперструн, то по крайней мере оно заставит замолчать скептиков, утверждающих, что теория суперструн не подтверждена ровным счетом никакими физическими свидетельствами.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.