Секрети великого адронного колайдера - і там є гуцули

Назарові — 29, він — науковий співробітник Національного інституту ядерної фізики в італійському Турині. Заклад має контракт про співпрацю із CERN (ЦЕРН) — Європейською організацією з ядерних досліджень, яка створила найбільший у світі прискорювач елементарних частинок. Тож Назар регулярно працює на Великому адронному колайдері (ВАК) поблизу Женеви, у Швейцарії.

Що відбувається всередині нього? Скільки грошей вкладають у ВАК? Як це — бути частиною великої команди, яка вивчає принципи побудови Всесвіту? Розповідає Назар Бартосік.

— Назаре, як ти потрапив на роботу за кордон?

— Навчався у Києво-Могилянській академії. Коли здобував рівень магістра, то поїхав на стажування у Німеччину, в дослідницький центр DESY, там раніше був свій прискорювач. Потім отримав контракт на аспірантську позицію у центрі. Відтоді весь час працюю за кордоном.

— Сьогодні ти — один з тих, хто працює на ВАК. Яка глобальна мета досліджень на колайдері?

— Ми шукаємо прояви фізики поза стандартною моделлю. Вона описує елементарні частинки, проте нею неможливо пояснити усе — наприклад, темну матерію. Намагаємося підтвердити чи заперечити теорію про суперсиметрію — що у кожної частинки є своя частинка-партнер з дещо іншими властивостями. Якби ми експериментально довели, що це так, то змогли би пояснити темну матерію.

У фізиці ще багато чого незвіданого, і колайдер — це тунель, через який ми проходимо, аби побачити новий світ.

Не можемо обіцяти, що знайдемо якусь дешеву енергію чи навчимось отримувати її з повітря. Проте фундаментальні дослідження дозволяють зрозуміти принципи побудови Всесвіту.

ДОКЛАДНІШЕ ПРО РОБОТУ КОЛАЙДЕРА

— Хто і коли вирішив створити ВАК?

— Головним ініціатором був ЦЕРН, найпотужніший в Європі центр з дослідження елементарних частинок. Проект задумали ще у 1984 році, реалізовувати його почали у 2001-му, а офіційно запустили наприкінці 2009-го.

На будівництво та запуск ВАК витратили приблизно 7 мільярдів євро, ще понад мільярд витрачається щороку.

— Якщо простими словами, що саме робить колайдер?

— Колайдер — це прискорювач, який має завдання розганяти елементарні частинки майже до швидкості світла, направляти їх для зіткнення одну з одною.

Що таке елементарна частинка? Це частинка, яка не має ніякої внутрішньої структури. Раніше такою вважали атом, проте довели, що в ньому є електрони та ядро. Електрон — елементарна частинка, а от ядро — ні. Воно складається із протонів та нейтронів. Протон — з кварків та глюонів. Ось вони вже є елементарними частинками. Саме з таких частинок створена уся матерія навколо нас.

У колайдері використовують саме протони — їх нескладно отримати з газоподібного водню. Проте зіштовхнути один протон з іншим не так легко — через неймовірно малі розміри. Тож у прискорювачі зіштовхують цілі скупчення з трильйона протонів, які проходять один крізь інший 40 мільйонів разів на секунду!

— До речі, у ВАК взаємодіють протони, чому колайдер називається адронним?

— Адронами називають комбінацію кварків. Оскільки протони також належать до адронів, то й колайдер називають адронним.

ВАК НАГАДУЄ БУБЛИК

— Який вигляд має колайдер?

— Це величезний тунель, окружність якого — 27 кілометрів. Створений у формі тора, простіше кажучи, нагадує бублик. Розташували колайдер на глибині до 175 метрів під землею. Чому? По-перше, земля на поверхні коштує значно дорожче. По-друге, у прискорювачі — високий рівень радіації, тому його розташування під землею — можливість подбати про безпеку навколишнього середовища.

— Скільки людей працює у колайдері?

— Загалом — понад 10 тисяч осіб. А коли запускають колайдер, до цього процесу задіяні, може, з півсотні людей. Коли прискорювач вимкнений, у тунель можна спуститись, проте лише за пропускною системою. Коли ж працює — вхід суворо заборонений, адже там — радіація.

— До речі, наскільки її контролюють у ЦЕРНі?

— У працівників, які мають доступ до детекторів, є дозиметри. Вони — персональні, і якщо треба спускатись під землю, без дозиметра — не пройти. У нього вмонтований електронний ключ, яким можна відчиняти двері. Раз у місяць ми перевіряємо дозиметри через спеціальну систему, яка зчитує рівень накопиченої радіації. Якщо рівень зависокий, ймовірно, працівникові закриють доступ.

— Які твої функції на ВАК?

— Я — член колаборації CMS. Це один із детекторів колайдера під назвою компактний мюонний соленоїд. Я відповідаю за піддетектор, який називається електромагнітний калориметр — він вимірює енергію частинок, народжених при зіткненні адронів. Коли частинка влітає у кристал, вона втрачає енергію, передаючи її атомам та молекулам кристалу, які, своєю чергою, випромінюють її у формі світла. До кожного з більш ніж 70 000 кристалів приєднано фотосенсор, який вимірює інтенсивність цих мікроспалахів світла в них.

Спеціальні алгоритми та корекції дозволяють з цих вимірів у кожному кристалі вирахувати енергію самої частинки до потрапляння у детектор. Оскільки процеси в кристалах та фотосенсорах дуже чутливі до температури, детектор повинен працювати при 18 градусах за Цельсієм — похибка може становити лише декілька сотих градуса. Я регулярно аналізую дані з термодатчиків, розміщених по всьому детектору, щоби перевіряти, чи температура не виходить за допустимий діапазон і чи немає впливу температури на інші показники детектора.

Коли колайдер запущено, я маю бути цілодобово на зв’язку, щоби реагувати на можливі проблеми з детектором.

Електронний зчитувач показників дозиметра

КОЛАЙДЕР МОЖЕ ЗРУЙНУВАТИ СВІТ?

— Ти сказав, що тепер ВАК не працює. Чому?

— Його зупинили для ремонту. Триватиме він два роки. Проте це не означає, що у нас немає роботи — аналізувати вже отримані дані ми можемо ще десятиліття.

— А як планують модернізувати Великий адронний колайдер?

— Перший етап полягає в збільшенні концентрації протонів у прискорювачі та частоти їх зіткнень, щоб отримати більше даних за коротший час. А якщо ми збільшимо кількість зіткнень, то зменшимо статистичні похибки.

Другий етап — новий прискорювач, який матиме більшу енергію. Гіпотетично це дозволить створювати більш екзотичні частинки, і якщо вони існують — ми їх неодмінно побачимо.

Європейська рада ядерних досліджень уже презентувала концепт нового прискорювача. Називають його Майбутній круговий колайдер. Це буде тунель завдовжки 10 кілометрів! Будувати його мали б у тому ж місці, де є ВАК. Проте це питання найближчих десятиліть. Адже й вартість проекту — це космічна цифра у 25 мільярдів доларів!

— Коли запускали ВАК, багато говорили про небезпеку, що він може навіть зруйнувати світ...

— У ЦЕРНі я почуваюся безпечніше, ніж гуляючи у полі. Швейцарці дуже скрупульозні щодо безпеки. Звісно, повністю заперечити можливість суттєвих поломок чи вибухів неможливо. Проте навіть якщо це станеться — колайдер просто знищить себе. На світ чи навіть на маленьку частину території це ніяк не вплине.

Читайте також про в'язниці комфортного режиму: як живуть засуджені в Норвегії.