Помоги проекту - поделись книгой:
Ученые с нетерпением ждут новых открытий, люди, далекие от науки, опасаются, что столкновения имеющих огромную энергию субатомных частиц, которые будут проводиться в ускорителе, могут ни много ни мало угрожать существованию Земли. Опасность, по их мнению, представляют, в первую очередь, микроскопические черные дыры, которые могут поглотить часть объектов на нашей планете — например, какой-нибудь крупный город. Или вдруг возникнет некая странная частица, которая превратит всю Землю в комок непонятной материи, и все живое на ней погибнет. Насколько верно такое предположение?..
В Центре ядерных исследований недавно прошел день открытых дверей для представителей общественности, журналистов, студентов и школьников, чтобы те не только смогли своими глазами увидеть уникальный научный инструмент, но и получить исчерпывающие ответы на все вопросы. Прежде всего, конечно, организаторы проекта постарались убедить посетителей в том, что БАК никак не может стать виновником «конца света».
Да, находящийся в кольцевом туннеле с длиной окружности в 27 км коллайдер (от англ.
Но вот относительно того, что при этом возникнет черная дыра или вообще неизвестно что, представитель ЦЕРНа Джеймс Джилльс высказал большие сомнения. И не только потому, что оценка безопасности коллайдера постоянно проводится теоретиками, но и исходя из практики.
«Важным аргументом в пользу того, что эксперименты ЦЕРНа безопасны, является существование Земли, — сказал он. — Наша планета постоянно подвергается воздействию потоков космических частиц, энергия которых не уступает, а зачастую и превосходит церновские, — и до сих пор ничуть от них не пострадала».
Не видит он особой опасности и в возможности возникновения античастиц, которые появятся в результате экспериментов. «Антивещество в ЦЕРНе действительно производят, — подтвердил ученый в интервью журналу
Российские специалисты — профессор Ирина Арефьева и доктор физико-математических наук Игорь Волович из Математического института имени Стеклова в Москве — полагают, что масштабный эксперимент в ЦЕРНе может привести к появлению первой в мире машины времени. Мы попросили Ирину Ярославовну Арефьеву прокомментировать это сообщение. Вот что она нам рассказала.
Мы все еще довольно мало знаем об устройстве окружающего нас мира, считает профессор. Помните, древние греки полагали, что все объекты состоят из атомов, что в переводе с греческого означает «неделимый».
Со временем выяснилось, что сами атомы имеют довольно сложное устройство — состоят из электронов, протонов и нейтронов. А они, в свою очередь, могут делиться на ряд частиц. Поначалу их опрометчиво назвали элементарными. Однако к настоящему времени стало понятно, что и многие из этих, так называемых элементарных, частиц могут в свою очередь делиться…
«В общем, когда теоретики попытались свести все полученные знания в рамки общепринятой стандартной модели, оказалось, что центральным ее звеном, по некоторым данным, являются хиггс-бозоны», — говорит профессор Арефьева.
Загадочная частица получила свое название по имени профессора Питера Хиггса из Эдинбургского университета.
Еще в 60-е годы прошлого столетия П. Хиггс предположил, что Вселенная вовсе не пуста, как нам кажется. Все ее пространство заполнено некой тягучей субстанцией, через которую осуществляется, например, гравитационное взаимодействие между небесными телами, начиная от частиц, атомов и молекул и кончая планетами, звездами и галактиками.
Упрощая, можно сказать, что П. Хиггс предложил вернуться к идее «всемирного эфира», которая однажды была уж отвергнута. И сейчас принято считать, что именно это силовое поле придает ядерным частицам массу. А их взаимное притяжение обеспечивается носителем гравитации, который вначале было назвали гравитоном, а теперь — хиггс-бозоном.
В 2000 году физикам показалось, что они наконец «поймали» бозон Хиггса. Однако серия экспериментов, предпринятых для проверки первого эксперимента, показала, что бозон снова ускользнул. Тем не менее, ученые уверены, что частица все-таки существует. И чтобы доказать ее существование, нужны более надежные ловушки и еще более мощные ускорители. Один из самых грандиозных приборов человечества всеобщими усилиями ныне создан в Европейском центре ядерных исследований близ Женевы.
Впрочем, ловят бозон Хиггса не только для того, чтобы убедиться в справедливости предположения П. Хиггса. «Традиционная теория говорит о том, что мы живем в четырех мерном мире — три пространственные координаты плюс время, — продолжила свой рассказ профессор И.Я. Арефьева. — Но есть гипотезы, предполагающие, что на самом деле измерений шесть, десять, а то и больше. В этих измерениях сила гравитации может быть существенно выше, чем привычное нам «g». А гравитация, согласно уравнениям Эйнштейна, может влиять на течение времени. Отсюда и возникла гипотеза о «машине времени». Но если даже она и существует, то в течение очень короткого времени и в очень малом объеме»…
Столь же экзотична, по мнению Ирины Ярославовны, и гипотеза об образовании при столкновении встречных пучков миниатюрных черных дыр. Если они и образуются, то время жизни их столь ничтожно, что их будет чрезвычайно трудно просто обнаружить. Разве что по косвенным признакам, да и то уже после того, как сама дыра исчезнет.
Словом, реакции, по некоторым расчетам, будут происходить в объеме всего лишь 10-20 куб. см и настолько быстро, что экспериментаторам придется немало поломать головы, чтобы суметь получить данные и затем соответствующим образом их интерпретировать.
Первые испытания, скорее всего, состоятся осенью, в конце сентября — начале октября. Это будут прежде всего наладочные пуски. Примерно полгода понадобится, чтобы отладить, настроить все оборудование. И лишь после этого исследователи приступят к первым экспериментам. По мере накопления данных их передадут для анализа теоретикам. «Так что реально первых результатов от запуска ВАКа можно будет ожидать где-то лишь через год», — сказала в заключение своего рассказа профессор Арефьева.
P.S. Пока статья готовилась к печати, произошло знаменательное событие: состоялся первый пробный пуск БАКа. Как вы теперь сами знаете, все остались живы и ничего страшного не произошло. Работы продолжаются…
МЕЧТЫ О БУДУЩЕМ
БАК еще не начал работать, а ученые уже мечтают о строительстве гигантского ускорителя частиц следующего поколения — Международного линейного коллайдера (
«Конструкторы ILC уже определили основные параметры будущего коллайдера, — сообщают ученые. — Его длина около 31 км; основную часть займут два сверхпроводящих линейных ускорителя, которые обеспечат электрон-позитронные столкновения с энергией 500 ГэВ.
Пять раз в секунду ILC будет генерировать, ускорять и сталкивать почти 3000 электронных и позитронных сгустков в импульсе длительностью 1 мс, что соответствует мощности 10 МВт для каждого пучка. КПД установки составит около 20 %, следовательно, полная мощность, которая понадобится ILC для ускорения частиц, составит почти 100 МВт*.
Для создания пучка электронов мишень из арсенида галлия будут облучать лазером; при этом в каждом импульсе из нее будут выбиваться миллиарды электронов. Эти электроны сразу будут ускорены до 5 ГэВ в коротком линейном сверхпроводящем ускорителе, а затем инжектированы в 6,7-километровое накопительное кольцо, расположенное в центре комплекса. Двигаясь в кольце, электроны будут генерировать синхротронное излучение, и сгустки сожмутся, что увеличит плотность заряда и интенсивность пучка.
На середине пути при энергии 150 МэВ электронные сгустки будут слегка отклонены и направлены в специальный магнит, так называемый ондулятор, где некоторая часть их энергии преобразуется в гамма-излучение. Гамма-фотоны попадут на мишень из титанового сплава, вращающуюся со скоростью около 1000 оборотов в минуту. При этом образуется множество электрон-позитронных пар. Позитроны будут захвачены, ускорены до 5 ГэВ, после чего попадут в другое сжимающее кольцо и, наконец, во второй главный линейный сверхпроводящий ускоритель на противоположном конце ЛC.
Когда энергия электронов и позитронов достигнет конечной величины в 250 ГэВ, они устремятся к точке столкновения. После столкновения продукты реакции будут направляться в ловушки, где их зафиксируют.
Несмотря на то что команда ILC уже выбрала общую концепцию коллайдера, предстоит большая работа по ее детализации. Кроме того, есть еще и ряд нерешенных теоретических проблем. Так что когда БАК начнет выдавать данные по протон-протонным столкновениям, полученные результаты будут использованы и для оптимизации конструкции ILC.
Предполагается, что создание коллайдера нового поколения будет вестись сообща учеными всего мира. Но пока даже не известно, где будет расположен ILC — в Европе, США или в Японии.
У ВОИНА НА ВООРУЖЕНИИ
«Окно» в небо
Мы уже привыкли к тому, что радары видят дальше, чем самые совершенные бинокли и подзорные трубы. Однако, видимо, не случайно в астрономии наряду с радиотелескопами продолжают работать и обычные, оптические. Опыт астрономов оказался полезным и в военном деле.
В современных локальных конфликтах военные все чаще применяют высокоточное оружие, обладающее наибольшей эффективностью. Однако, чтобы крылатая ракета или «умная» управляемая бомба попали точно в цель, необходимо, чтобы самонаводящаяся головка ее опознала. То есть, говоря иначе, нужно иметь точную карту данного участка местности, учитывающую самые последние изменения.
Такие данные можно получить с помощью спутника, на борту которого установлена соответствующая картографическая аппаратура. Вот и получается, что такой спутник опаснее множества ракет.
И если какое-либо государство начинает перегруппировку своих космических средств или выводит на орбиту новые аппараты, то не исключено, что оно готовится к военным действиям в определенном районе. По крайней мере, именно так происходило во всех локальных конфликтах последних десятилетий.
Российский оптико-электронный комплекс «Окно» в состоянии не только все это увидеть, но и определить регион, подвергающийся наиболее детальному изучению.
Выглядит этот комплекс довольно своеобразно. На первый взгляд он очень похож на астрономическую обсерваторию. И это не случайно. В его составе тоже есть телескопы. Причем настолько мощные, что способны на расстоянии в 40 000 км рассмотреть все детали того или иного объекта размером около 1 м.
Расположен этот комплекс высоко в горах Таджикистана, к юго-востоку от Душанбе. Когда в 1979 году здесь началось строительство нового секретного объекта, зарубежные эксперты, получив данные с тех же спутников-шпионов, забеспокоились. Внутри блестящих шаров, по их мнению, могли скрываться сверхмощные лазеры, способные сбивать спутники. А расположенная неподалеку Нурекская ГЭС вполне могла обеспечить их необходимым количеством энергии.
Советскому Союзу был выражен официальный протест: дескать, вы, вопреки достигнутым договоренностям, строите лазерный комплекс военного назначения. Пришлось нашим специалистам раскрыть назначение данной стройки. «В горах будет размещен всего лишь комплекс оптико-электронного наблюдения за космическими объектами, аналогичный системе GEODSS, уже построенной американцами», — пояснили они.
Район постройки оптико-электронного комплекса «Окно» был выбран не случайно. Это один из самых южных регионов бывшего Советского Союза, расположенный неподалеку от экватора. Кроме того, горы Санглок, относящиеся к горной системе Памира, поднимаются здесь на 2200 м над уровнем моря. Оба этих фактора позволяют уже на первых витках после запуска увидеть каждый космический аппарат, выведенный с любого космодрома мира на орбиту высотой более 2000 км. Тем более что по количеству ясных ночных часов, пригодных для оптических наблюдений (примерно 1500 часов в год), а также по астроклимату (прозрачность и стабильность атмосферы) данный район сопоставим с лучшим по данным параметрам регионом мира (горы Сьерра-Тололо, Чили).
Цифрами обозначены: 1 — поисковая оптико-электронная станция обнаружения стационарных космических объектов; 2 — система управления сканированием зоны; 3 — видеосигнал; 4 — анализ и оцифровка видеосигнала; 5 — выбор цели; 6 — измерение координат и скорости космического объекта; 7 — захват объекта; 8 — оптико-электронная станция измерения угловых координат и фотометрирования космических объектов; 9 — обнаружение растра космического объекта; 10 — видеосигнал; 11 — аппаратура первичной обработки информации; 12 — выработка алгоритма сканирования; 13 — определение координат и скорости космического объекта; 14 — определение краткосрочного прогноза траектории; 15 — определение точных координат, скорости и блеска объекта; 16 — переход в гелиоцентрическую систему координат; 17 — окончательное вычисление параметров орбит; 18 — система вычислительных средств.
Говоря короче, выбранное место позволяет комплексу решать все возложенные на него задачи, а по некоторым характеристикам даже превосходить американскую систему GEODSS, состоящую из четырех станций, разнесенных вдоль земного экватора (США, Испания, о. Диего-Гарсия, Гавайские острова).
Итак, в огромных серебряных шарах находятся мощные телескопы. Каждую ночь они всматриваются в звездное небо. Основным рабочим диапазоном для «Окна» являются высоты от 2000 до 40 000 км. Именно там размещены многие системы предупреждения о ракетном нападении, стратегической радио- и радиотехнической разведки, связи, навигации.
Специалистам не нужно ночи напролет просиживать на дежурствах. Телескопы работают в автоматическом режиме. Телевизионное оборудование преобразует оптическое изображение космических объектов в электрические сигналы. Видеосигнал поступает в аппаратуру первичной обработки информации, где сигналы от движущихся объектов автоматически обнаруживаются на фоне сигналов от звезд и помех.
Эти данные после соответствующей обработки используются для наведения в тот или иной район неба оптико-электронной станции измерения угловых координат и фотометрирования космического объекта. То есть, проще говоря, определяются точные координаты, скорость и блеск объекта, вычисляются параметры его орбиты.
Полученная информация передается в систему контроля космического пространства. Все это комплекс проделывает без участия человека. Зачастую операторы даже не знают, какой объект они отслеживают и для чего. По крайней мере, так они говорили журналистам — вся информация, с которой здесь работают, засекречена. Ведь при необходимости комплекс можно использовать для наведения на цель противоспутниковых систем.
Известно также, что аппаратура комплекса следит не только за зарубежными, но и отечественными космическими аппаратами, выводимыми на высокие орбиты. Именно отсюда зачастую поступает ценнейшая информация при возникновении нештатных ситуаций — например, при отказе бортовых систем связи самого спутника.
Используется оборудование «Окна» и для экологического мониторинга космического пространства в поисках «космического мусора» — то есть малых частиц разрушенных космических объектов (остатков корпусов ракет-носителей, отслуживших свое спутников), представляющих угрозу для пилотируемых полетов.
Российский комплекс поистине уникален. Все его телескопы (весом более 40 тонн каждый) подвижны в трех плоскостях, и любой можно «перебрасывать» из одной стороны в другую в течение секунды. В этом плане нашему комплексу нет аналогов в мире.
Американские системы могут соперничать с российской только в одном — круглосуточно «смотреть в космос». Причем за океаном зачастую наблюдение за космическими объектами ведется с лазерной подсветкой. Отсюда и расход значительного количества энергии, и вредное воздействие на окружающую среду.
В российском же комплексе наблюдение производится в пассивном режиме, поэтому энергопотребление комплекса чрезвычайно мало. По оценкам, оно сравнимо с расходом энергии одного жилого дома на 150 квартир.
Все оборудование комплекса, включая оптику и программное обеспечение, — отечественное. Телевизионная аппаратура комплекса тоже уникальна — синхронизация аппаратуры, методы формирования, обработки, передачи и коррекции видеосигнала совершенно необычны для традиционного телевидения.
В настоящее время «Окно» используется всего лишь на две трети мощности, поскольку продолжаются работы по окончательной автоматизации комплекса. После проведения очередной, уже третьей с момента постройки комплекса, модернизации комплекс сможет следить за объектами на большей высоте и в течение более продолжительного времени.
Поделиться книгой: