Колайдер проти Ейнштейна
Повідомлення про те, що на Великому адронному колайдері вдалося розігнати нейтрино до швидкості, що перевищує швидкість світла, було зустрінуте науковим світом з великою обережністю. Спростувати Ейнштейна — це не жарт.
Хто ці відчайдушні люди, покусившиеся на основи теорії відносності?
Кореспонденту The New Times пощастило опинитися в Церні, коли там оприлюднили доповідь про результати видатного експерименту
Фізики, що працюють в рамках проекту OPERA, протягом майже трьох років фіксували неймовірний факт. Пучок нейтрино, «відправляється» з розташованого в Церні (Швейцарія) суперпротонного синхротрона — предускорителя Великого адронного коллайдера (БАК) — на відстань в 732 км в підземну лабораторію Гран-Сассо (Італія), прибував на 60 наносекунд* * Наносекунда — одна мільярдна частка секунди. раніше, ніж якщо б пересувався зі швидкістю світла* * Швидкість світла у вакуумі дорівнює 299 792 км/сек. . Перевіряючи і перевіряючи себе, вчені все ж зважилися доповісти про результати експерименту.
Шанс опинитися в Церні саме в цей день і годину з теорії ймовірності був дуже близький до нуля. Але це сталося. Наглядає за нашим братом-журналістом прес-секретар Церну Джеймс Джілліс тільки тому, мабуть, і дозволив автору присутніми на закритому науковому семінарі, де вперше повинен був пролунати доповідь про сенсаційні результати вимірювань, що більше ніхто з колег, не рахуючи всюдисущого агентства Reuters, не встиг. Клятвено пообіцявши не фотографувати, записувати на диктофон, не задавати фізикам запитання до та під час семінару, автор з максимально «вченим» обличчям просочилася в амфітеатр церновского конференц-зали.
Секрети коллайдера
Вперше кореспонденту The New Times пощастило опинитися в Церні пару років тому. Вразило, що переміщення з цього заплутаного і неймовірно складного комплексу будівель і лабіринтів досить вільний. Всі кабінети відкриті, приміщення не охороняються. Тут немає і сліду горезвісної секретності з вахтерами, пропусками та іншими ознаками «режимного об'єкту», і якщо щось все ж замкнуто, то це означає потенційну небезпеку місця для відвідувача. Наприклад, увійти в тунель, де протягнута майже 27-кілометрова «труба» колайдера, неможливо. Пояснення просте — підвищений фон радіації. А ось після 15 грудня нинішнього року, коли на Баку будуть проводитися протягом декількох тижнів профілактичні роботи, заглянути сюди і навіть у буквальному сенсі слова помацати сам коллайдер — сказали, можна буде легко. Чомусь у це віриться.
Одні двері і зараз провідник, англійський учений доктор Мік Сторр, відкрив власним ключем, потім підвів до предмета, схожого на невеличкий червоний вогнегасник, і сказав: «Ось звідси вилітає водень, з якого виділяються протони, які, в свою чергу, розганяються за допомогою магнітних прискорювачів до швидкості, близької до швидкості світла. Тут і є їх перша стартова площадка перед 27-кілометровим тунелем, де протони летять у двох протилежних напрямках і стикаються лоб в лоб під наглядом чотирьох детекторів».
Перше штучно «підлаштований» зіткнення зустрічних пучків протонів, що дозволило розділити досі неподільне ціле, запалило «світло» не в кінці, а всередині тунелю, вивільнивши близько двохсот таємничих частинок, скільки загадкових, так і прекрасних. Тому що з їх допомогою у людства з'явився шанс зробити стрибок в напрямку нового рівня пізнання. Причому не тільки в області ядерної фізики, але і в медицині, біології, хімії.
В Церні легко помітити тенденцію — наука стрімко стає наднаціональної. Навіть пісочниці, в яких грають дітлахи співробітників, — свого роду символ, прообраз майбутнього наукового співтовариства планети: абсолютна суміш самих різних мов і повне, незважаючи на це, взаєморозуміння. Апофеоз цього єднання можна було спостерігати в разноликом і разноязиком залі, де високочолі представники людства сиділи на лавках і сходах, стояли в дверях і проходах амфітеатру і в абсолютній тиші слухали своїх колег.
Про порядок речей
Доповідь, під яким стоять підписи 174 авторів з десятків країн світу, зробив Даріо Аутьеро — один з головних дослідників проекту OPERA, під чиїм керівництвом проходив цей експеримент. Повний список учасників експерименту включає 216 осіб, але не у всіх рука піднялася поставити підпис під доповіддю, опрокидывающим один з основних постулатів Ейнштейна.
Доповідь містив аналіз різноманітних джерел похибок при фіксації швидкості нейтрино при русі з пункту А (ЦЕРН) в пункт В (Гран-Сассо). Доповідач водив лазерною указкою по чорних точок на графіках і діаграмах, що позначають реальні нейтринні дані, зареєстровані детектором і підсумовані по великому числу подій, а також по червоній кривої, що показує умовний «опорний» сигнал, який рухався зі швидкістю світла. І всім, хто жадібно стежив за розповіддю, ставало очевидно, що реєстрація нейтрино відбувається трохи раніше опорного сигналу.
Але Даріо Аутьеро був у своєму оповіданні стриманий і не робив категоричних висновків. Він говорив про те, що нейтрино дійсно не дуже-то й явно випереджає світло, але те, що помічено, стало приводом для того, щоб ретельно переміряти всі довжини кабелів, швидкості спрацьовування апаратури, час затримки електроніки і так далі. Як випливало з його розповіді, ця повторна перевірка була багаторазово виконана. І в результаті виявилося, що нейтринний сигнал дійсно обганяє опорний! Перевищення швидкості світла, в яких би мізерних значеннях воно не виражалося, перевищенням бути не перестає.
Справа в тому, що теорія відносності не виключає сама по собі буття частинок, що рухаються зі сверхсветовой швидкістю. Однак для таких частинок, поки лише в теорії (їх узагальнено називають «тахионы»), швидкість світла теж є межею, але тільки знизу — вони не можуть рухатися повільніше її. При цьому залежність енергії частинок від швидкості виходить зворотного: чим більше енергія, тим ближче швидкість тахионов до швидкості світла.
Перші ластівки перевищення швидкості світла були помічені 23 лютого 1987 року під час знаменитої спалаху наднової зірки SN1987A у Великій Магеллановій Хмарі. Тоді були зареєстровані і нейтрино, які прийшли за кілька годин до світлового імпульсу. Однак раз нейтрино і світло, провівши в дорозі 170 тис. років, не розійшлися більш ніж на кілька годин, значить, швидкості у них дуже близькі і відрізняються не більше ніж на мільярдні частки. Експеримент же OPERA показує в тисячі разів більш сильне розбіжність.
Коли доповідь закінчився, з першого ряду піднявся чоловік, якого знав кожен з 400 присутніх у залі, — лауреат Нобелівської премії Самуель Тинг. Він привітав колег з успіхом і закликав наукове співтовариство до пошуків істини на цьому шляху. Ще годину після цього зал задавав питання. Незважаючи на неминучий скепсис і доречні сумніву, ні глузування, ні недоброзичливості не було і в помині.
Не треба лякатися
Ось кілька думок вчених, які вдалося записати автору по закінченні семінару.
Ставрос Катсаневас, заступник директора французького Національного інституту ядерної фізики та фізики елементарних частинок (безпосередній учасник експерименту OPERA): «Люди будуть читати і коментувати наш доповідь, обговорення теж може бути дуже цікавим і корисним. Я довіряю команді, з якою працював. Про результати, які сьогодні зрадили гласності, ми знали вже шість місяців тому. Але перш ніж оголосити висновки, перевіряли знову і знову, результат був багаторазово підтверджений і зафіксований. Якщо надалі у колег результат вийшов таким же, значить, не треба лякатися і говорити, що цього не може бути».
Фізик-теоретик з Вірменії Арам Іонесян (сім років співпрацює з ЦЕРНом): «Я схильний думати, що все ж це систематична помилка. Часто ми, вчені, відкриваємо те, що хочемо відкрити».
Микола Зімін, науковий співробітник з Дубни (25 років працює в Церні): «Процес народження нейтрино — імовірнісний. Ви ніколи не знаєте абсолютно точно, коли нейтрино народився. Тут можлива похибка вимірювань. Тому сьогоднішні сенсаційні висновки повинні бути добре перевірені незалежними джерелами, наприклад, в лабораторії Фермі поблизу Чикаго. Сьогоднішній семінар для того і потрібен, щоб наукова спільнота дізналася про новому несподіваному результаті і зайнявся його подальшою перевіркою».
Мік Сторр, фізик (Великобританія): «Тут, на Великому адронному колайдері, ми вже давно відмовилися від виразу «цього не може бути, бо не може бути ніколи». Сьогоднішня наукова сенсація — можливе тому підтвердження».
ЦЕРН (CERN) — Європейська організація з ядерних досліджень, найбільша у світі лабораторія фізики високих енергій. Абревіатура CERN відбулася від французького Conseil Europen pour la Recherche Nuclaire (Європейська рада з ядерних досліджень). Угода про освіту Церну було підписано в Парижі 29 червня — 1 липня 1953 р. представниками 12 європейських країн. Офіційною датою утворення Церну вважається 29 вересня 1954 р. Крім об'єднання європейських вчених Центру з ядерних досліджень був покликаний розділити зростаючу вартість фізичних експериментів у галузі фізики високих енергій між державами-учасниками. В даний час число країн-членів зросло до двадцяти. В Церні постійно працюють близько 2,5 тис. осіб, близько 8 тис. фізиків та інженерів з 580 університетів та інститутів. 85 країн беруть участь у міжнародних експериментах ЦЕРН і працюють там тимчасово. Бюджет Центру в 2011 р. склав більше 1 млрд швейцарських франків.
До початку всіх початків
У 1964 році великого фізика Пітера Хіггса під час гірської прогулянки в районі Единбурга відвідало осяяння. Він так і сказав, прийшовши у свою лабораторію: «У мене — грандіозна ідея!» Ідея Хіггса полягає в тому, що існує екзотична частинка. Вона невидима, але вона є скрізь. І ця частинка є тим самим єдиним відсутньою ланкою Стандартної моделі елементарних частинок, яка так потрібна для закінченості моделі світу. Прихильники «грандіозної ідеї», яких на сьогоднішній день більшість, припускають, що бозон Хіггса зіграв основну роль у механізмі, за допомогою якого деякі частки — кварки, лептони — під час Великого вибуху придбали масу, а інші залишилися безмассовыми, як фотони. Якщо «хіггс» все ж виявлять, то підтвердиться правильність нашого розуміння матерії Всесвіту. Але драматизм ситуації полягає в тому, що якщо буде доведено, що ніякого бозона Хіггса немає, то це відкриє шлях для цілого ряду альтернативних теорій — аж до науково-фантастичних з «паралельними Всесвітами» або «вищими вимірами».
Гіпотетичний бозон Хіггса отримав напівофіційна назва «частинка Бога». Адже вона і невидима, і всюдисуща, і все тримається на її невидимої присутності. Буквально за образом і подобою...
Знайти або не знайти, підвівши риску під цим пошуком, в Церні планують в кінці цього — початку наступного року.