Великий адронний і наш: як потрапити на коллайдер і що там дивитись

Про великий адронний коллайдер чули чи не всі. Це саме той величезний дослідницький центр на перетині Швейцарії, Франції й Італії, де відкрили бозон Гіґґса і досліджують антиматерію і темну матерію. Однак не всі знають, що потрапити у CERN може кожен охочий – екскурсії проходять регулярно. А чим цей центр живе і вражає – для Platfor.ma написала Юлія Закутня, яка сама побувала у цьому серці світової науки.

У CERN прибуваємо пізніше запланованої екскурсії – по дорозі трапилася аварія, тож наш трамвай надовго зупинився. У холі людно. Переживаємо, чи не пропустили свою чергу. Але нас зустрічають усмішкою: «Група з України? О, ми так хвилювалися, де ви зникли, телефонували вам».

Російськомовна провідниця проводить нас коридорами. Розминаємося з різними людьми, один чоловік пропонує нам зайти після екскурсії поспілкуватися, додаючи у слід, що його звуть Мік – «М», «І», «К», Мік.

Заходимо в аудиторію, де нам розповідають історію CERN. З’явився Європейський центр ядерних досліджень після війни як об’єднання 12 країн для розвитку мирної фізики і пошуку відповідей на фундаментальні питання: що таке Всесвіт і з чого він виник.

– Припускають, що під час Великого вибуху утворилася матерія, антиматерія і темна матерія. Усе, що ми бачимо, складається з матерії, але це лише 4–5% Всесвіту. Решту становить темна матерія, про яку ніхто нічого не знає.

Щоб все ж дізнатись дещо, в CERN проводять кілька експериментів:

– зіткнення елементарних частинок (детектори загального спрямування ATLAS і CMS);

– вивчення взаємодіючої матерії за екстремальної щільності енергії (спеціальний детектор ALICE);

– з’ясування відмінностей між матерією й антиматерією через дослідження фундаментальних частинок – кварків (спеціальний детектор LHCb);

– менші експерименти  TOTEM, LHCf I MoEDAl.

Сукупно все це і є Великий адронний колайдер. Бюджет: близько мільярда євро. Штат – приблизно 3,5 тис. науковців.

На даний момент чи не найбільше відкриття центру – бозон Гіґґса, який надає масу елементарним частинкам. Теоретично існування бозону обґрунтували ще півстоліття тому, а відкрили експериментально у 2012 році.

Науковий завод

Перший об'єкт екскурсії – CMS. До нього добираємося на автобусі. «Ви перетнули кордон Франції», – через деякий час повідомляє мобільний оператор.

На місці нас чекає двоє фізиків – у білих касках і жилетах. Наш екскурсовод – Олександр, родом із Казахстану, роздає зелені беджі відвідувачів і запрошує досередини. Щогодини, крім неділі, CERN приймає по дві групи туристів, реєструватися варто заздалегідь. Зголошуються проводити екскурсії співробітники за власним бажанням.

Зсередини будівля більше схожа на завод, ніж на наукову установу: подекуди обшарпані стіни, залізо, працівники у брудних комбінезонах.

Олександр розповідає, що CMS – це один із «вузлів» Великого адронного колайдера. Він виглядає як два кола з труб діаметром 90 сантиметрів (і величезною кількістю захисних шарів). У ці труби запускають пучки елементарних частинок, які поступово розділяються і набувають прискорення. Детектори CMS і ATLAS перебувають на місці зіткнень і все фіксують.

Ліфтом спускаємося під землю. Поверхів, де можуть перебувати люди, – три. «Ліфт – найбезпечніше місце тут, – “заспокоює” нас екскурсовод. – Хоча насправді ми не себе захищаємо від радіації, а детектор – від радіації зовнішнього середовища».

Найближчий поверх – «травна система» коллайдера. Далі – «мозок» коллайдера, ґрід – розділена у просторі система серверів для збереження даних. Головна система збору даних експерименту розташована тут, решта – по університетах світу.

Коли коллайдер працює, відбувається близько 600 млн зіткнень частинок за секунду. Проходження кожної частинки через детектор («подію зіткнення») записують як серію електронних сигналів, після чого головна система збору даних фільтрує усі події до 3 тисяч, і лише 350 з них відсилають на опрацювання в різні університети. Решта подій зіткнення видаляється назавжди.

Вхід до частини коллайдера, де відбуваються зіткнення, захищений дверима із пристроєм для сканування ока.

– Коли прискорювач працює, ніхто не може тут пройти, – пояснює Олександр. – І навіть якщо хтось намагається зламати код, прискорювач моментально відмикається. Так само він реагує на будь-яке, навіть незначне відхилення від норми.

Детектор CMS (Компактний мюонний соленоїд) у розібраному вигляді нагадує величезний тунель, а складається з кількох шарів. Внутрішній з них – труба-трекер з силіконових смуг, крізь яку рухаються частинки. Її огортає електромагнітний калориметр (між іншим, кристали для нього виростили українські вчені) для вимірювання енергії електронів і фотонів. Адронний калориметр визначає енергію часточок, що складаються із кварків і глюонів, а також встановлює присутність незаряджених частинок, наприклад нейтрино. Четвертий шар становить надпровідний соленоїдний магніт – рушійна сила колайдера. Далі – червоний металевий шар із чергами індивідуальних детекторів міонів. Це єдині частинки, які можуть пройти за межі магніту. До цього протони рухаються індивідуальними трубами, і лише у цій 90-сантиметровій трубі зустрічаються.

По дорозі до виходу від CMS – коридор пошани, картинки різних його елементів, етапів розвитку й фото відомих дослідників. Між іншим, всі вони люди, і в суміжним кімнатах панує творчий безлад, іноді – порожні пляшки: відкорковуються на честь відкриттів.

За бажанням екскурсовод також проводить до кластеру, де зберігають і ремонтують деталі коллайдера. А взагалі план екскурсії залежить від періоду, стану робіт в CERN, його завантаженості і відвідувачів, тож маршрут може відрізнятися.

Тут народився веб

Ідемо назад до головної «вітальні» центру. Знаходимо Міка. Він розкриває ще одну з фішок CERN – тут було винайдено www – світову павутину. Там є кабінет, де на табличці, чорним по золотому, написано: «Тут народився веб», а також подано коротку передісторію події.

– Досі зберігаю там речі першовідкривача – Тіма Бернерса-Лі. Як гадаєте, чому? – запитує Мік, поспішаючи відповісти: – Знадобляться для історії і музеїв.

Тут же, у CERN, можна пообідати. У їдальні зустрічаємо українську делегацію. Україна є асоційованим членом CERN, сюди регулярно їздять наші науковці і навіть школярі-студенти Малої академії наук.

Перед тим, як повернутися, відвідуємо музей елементарних частинок навпроти. Усередині він нагадує планетарій. Родзинка музею – детектор, який у реальному часі фіксує траєкторії космічних часточок. Більшість із них розпадаються і до Землі не долітають. Важчі частинки долітають і пронизують усі предмети і нас у тому числі. Детектор насичений газом, космічні часточки іонізують його і стають видимими.

Як сюди потрапити

Загалом дістатися до CERN легко, – щоправда, тільки якщо ви зараз у Женеві. З центру міста курсують звичайні трамваї. Сама Женева – теж неймовірно красива й «міжнародна» – тут розташовані офіси багатьох міжнародних установ, як-от Світова організація торгівлі.

На екскурсію по коллайдеру реєструватись варто заздалегідь (краще за місяць) ось тут.

P.S. Мандрівка до CERN відбулася в межах програми “Молодь змінить Україну” Благодійного фонду Богдана Гаврилишина.