Конкурсная работа команды IDem020 ЕдинствоФизики
В начале XX века в физике появились две основополагающие теории — общая теория относительности Альберта Эйнштейна, которая описывает Вселенную на макроуровне, и квантовая теория поля, которая описывает Вселенную на микроуровне. Проблема в том, что эти теории несовместимы друг с другом. Например, для адекватного описания происходящего в чёрных дырах нужны обе теории, а они вступают в противоречие. Эйнштейн многие годы пытался разработать единую теорию поля, но безуспешно, поскольку игнорировал квантовую механику. В конце 1960-х физикам удалось разработать Стандартную модель которая объединяет три из четырёх фундаментальных взаимодействий — сильное, слабое и электромагнитное. Гравитационное взаимодействие по-прежнему описывают в терминах общей теории относительности. Таким образом, в настоящее время фундаментальные взаимодействия описываются двумя общепринятыми теориями: общий теорией относительности и стандартной моделью. Их объединения пока достичь не удалось из-за трудностей создания теории квантовой гравитации. Для дальнейшего объединения фундаментальных взаимодействий в одной теории используются различные подходы: теория струн, получившая своё развитие в М-теории (теории бран), теория супергравитации, петлевая квантовая гравитация и др. Некоторые из них имеют внутренние проблемы, и ни у одной из них нет экспериментального подтверждения. Проблема в том, что для проведения соответствующих экспериментов нужны энергии, недостижимые на современных ускорителях заряженных частиц. БАК был задуман чтобы провести эксперименты, которые ранее было невозможно провести и, вероятно, подтвердит или опровергнет часть этих теорий. Большой адронный коллайдер (англ. Large Hadron Collider, LHC; сокр. БАК) — ускоритель заряженных частиц на встречных пучках, предназначенный для разгона протонов и тяжёлых ионов (ионов свинца) и изучения продуктов их соударений. Коллайдер построен в научно-исследовательском центре Европейского совета ядерных исследований на границе Швейцарии и Франции, недалеко от Женевы. БАК является самой крупной экспериментальной установкой в мире. Большим назван из-за своих размеров: длина основного кольца ускорителя составляет 26 659 м; адронным — из-за того, что он ускоряет адроны, то есть частицы, состоящие из кварков, коллайдером (англ. collide — сталкиваться) — из-за того, что пучки частиц ускоряются в противоположных направлениях и сталкиваются в специальных точках столкновения. Еще одной целью проекта является экспериментальное доказательство существования бозона Хиггса — частицы, предсказанной шотландским физиком Питером Хиггсом в 1960 году в рамках Стандартной Модели. В СМИ бозон Хиггса охарактеризовали как «частицу бога». Предположения о том, что эта частица создаёт всю массу Вселенной, вызвали страхи, что искусственное её получение может вызвать цепную реакцию непроизвольного роста массы с появлением чёрной дыры. С другой стороны, невозможность открыть этот бозон может скомпрометировать текущую реализацию Стандартной модели, но в физике элементарных частиц уже разработаны её расширения. Возможно первым значительным научным достижением экспериментов на БАК может стать доказательство или опровержение «суперсимметрии» — теории, гласящей, что любая элементарная частица имеет гораздо более тяжёлого партнера, или «суперчастицу». Но главный эксперимент, так напугавший мировую научную общественность, состоит в следующем. В кольцевом бетонном туннеле коллайдера, проложенном на глубине около ста метров под землей на территории Франции и Швейцарии, навстречу друг другу будут разгоняться до почти световой скорости пучки протонов и сталкиваться 40 миллионов раз в секунду. Для удержания и коррекции протонных пучков будут использоваться 1624 сверхпроводящих магнита, охлажденных до температуры -271°С. Заморозить какой-либо объект ниже этого значения невозможно, а потому туннель коллайдера превратится в самое холодное место не только на Земле, но и во всей Вселенной, в которой тоже нет ничего холоднее! Всего в пучках – 100 миллиардов протонов. Но лишь 20 из них смогут столкнуться и разбиться вдребезги, превратившись при этом во множество других частиц. Причем в момент столкновения частиц, как утверждают физики, будет создано нечто вроде настоящего Большого взрыва, только в миниатюре. Вот именно ради этого взрыва и «осколков» ученые, собственно, и затеяли небывалые опыты. Ведь среди продуктов эксперимента могут оказаться пока не открытые наукой частицы, которые, возможно, возникли в момент зарождения нашей Вселенной. По ним ученые надеются узнать тайны бытия – приблизиться к воссозданию реальных условий, в которых происходило рождение нашей Вселенной. Станет ли БАК «Божественным разочарованием» - скорее всего нет. Но ведь даже неудачный эксперимент приблизит ученых к разгадкам многих великих тайн бытия.
