Коллайдер

Хэлперн Пол

Если заверений ЦЕРНа нам мало, может быть, нас успокоит отсутствие предупреждающих сигналов из будущего. Как утверждают российские математики И.Я. Арефьева и И.В. Волович, не исключено, что энергии БАК хватит, чтобы в пространстве-времени образовались проходимые кротовые норы, связывающие нас с будущим. Тогда, если бы БАК нес человечеству угрозу, ученые будущего, наверное, послали бы нам предупреждение, как в научно-фантастическом романе Грегори Бенфорда «Панорама времени». Или, если уж на то пошло, они бы, как в «Мосте Эйнштейна», попытались бы изменить ход истории и сделать так, чтобы БАК никогда не вступил в строй.

Проходимая кротовая нора - это решение уравнений общей теории относительности, которое описывает удаленные друг от друга, но связанные между собой

части пространства-времени. Подобно черным дырам, кротовые норы возникают, когда вещество настолько мнет ткань Вселенной, что появляется глубокая гравитационная яма. Но поскольку в кротовой норе присутствует гипотетическая фантомная (или экзотическая) материя с отрицательной массой и энергией, тела взаимодействуют с этим объектом иначе. Веществу, падающему в черную дыру, суждено быть раздавленным силами тяготения, а вот проходимая кротовая нора благодаря фантомной материи открывает телам проход, и они через «горловину» пространства-времени могут попасть в другую область Вселенной. Проще говоря, если черная дыра - это шредер, то проходимая кротовая нора - принтер.

В конце 80-х ученые заметили, что в некоторых типах проходимых кротовых нор возможны особые траектории, называемые замкнутыми времениподобными кривыми (ЗВК), которые позволяют путешествовать назад по времени. ЗВК - это гипотетические петли в пространстве-времени: развиваясь вперед по времени, какое-нибудь событие в конце концов замыкается на свое собственное прошлое. Чем-то напоминает собаку, гоняющуюся за своим хвостом. Будь у нас достаточно крупная кротовая нора, смельчаки, пролетев (например, на космическом корабле) вдоль всей петли, смогли бы попасть в любой момент времени в прошлом. Если, конечно, на тот момент ЗВК существовала. А через маленькие кротовые норы проходили бы только частицы, и мы могли бы обмениваться информацией с более молодыми копиями самих себя.

Арефьева и Волович предполагают, что в энергетическом котле БАК сварится зелье из кротовых нор, которые откроют нам канал связи с будущим. Об этом экспериментаторы, видимо, смогут догадаться по странным сообщениям на своих компьютерах с датами, относящимися к далекому будущему. А может быть, их ящики с электронной почтой будут ломиться от спама, рассылаемого компаниями, которым только предстоит быть учрежденными.

Научная фантастика полна парадоксов, к которым приводят машины времени. Речь идет о нарушении причинности, принципа, гласящего, что причина предшествует своему следствию. Например, представьте: инженер БАК получает письмо от ученых будущего, которые с помощью кротовых нор, созданных на коллайдере, научились слать в прошлое четкие сигналы. В этом письме потомки нас предупреждают, что в случае запуска родится частица, которая начнет уничтожать Землю. Получив известие, руководство ЦЕРН решает отказаться от БАК. Но тогда первый вариант развития событий прервется! Как же ученым будущего удалось послать нам сообщение? Получается, следствие (остановка ускорителя) либо опередила причину, либо никакой причины вовсе не было.

В таких вот парадоксальных ситуациях очень пригодились бы параллельные вселенные. Всякий раз, когда информация, вещи или люди перемещаются назад по времени, Вселенная - в духе многомировой интерпретации - расщепляется на несколько копий, причем следствие в одной ветке может предшествовать своей кажущейся причине в другой ветке, не вступая в противоречие со здравым смыслом.

Сегодня львиную долю ученых, занимающихся физикой высоких энергий, волнуют гораздо более насущные проблемы, чем мифические всемирные катастрофы и возможность передачи сигналов в прошлое. Когда имеешь дело с таким сложным прибором, каким является БАК, и думаешь, как бы его потом усовершенствовать, все абстрактные измышления меркнут на фоне практических соображений. Детекторы БАК состоят из множества узлов, каждый из которых сам по себе чудо человеческой мысли, - учитывая, что некоторые из них подчас должны функционировать в экстремальных условиях (для примера вспомним о сверххолодных магнитах), можно себе представить, как трудно избежать в этой системе сбоев.

Если в перерывах между

попытками выжать все из передовых технологий у увлеченного элементарными частицами физика и бывает время подумать о будущем, то он наверняка задумывается о будущем своей отрасли. Как результаты, полученные на БАК, - каковы бы они ни были - повлияют на развитие физики элементарных частиц? Насколько общество будет лояльно к одной из самых дорогих научных дисциплин в вопросах поддержки и финансирования? С учетом этой неопределенности справедливо ли привлекать в физику высоких энергий молодых исследователей? Что в этой области науки будет происходить через несколько десятилетий?

Послесловие. Будущее физики высоких энергий. Международный линейный коллайдер и прочее

Будущее физики элементарных частиц немыслимо без интенсивного международного сотрудничества.

Лев Борисович Окунь. Круглый стол «Будущее физики элементарных частиц», 2003 г.

Куда нам идти дальше? После более чем 75 лет стремительного прогресса будущее физики высоких энергий сегодня никак нельзя назвать определенным. Многое зависит от того, что мы обнаружим на Большом адронном коллайдере.

В худшем случае, если на БАК не будет найдено ничего интересного, физическому сообществу придется произвести переоценку ценностей. Оправдано ли окажется в финансовом плане дальнейшее повышение энергии ускорителей в надежде натолкнуться на более тяжелые частицы? Будут ли государства готовы выбрасывать гигантские суммы на непонятные рядовому гражданину исследования в этот не самый приятный для мировой экономики период? Если БАК нас ничем не порадует, нечего будет и думать, чтобы заручиться поддержкой политиков, замахиваясь на проект еще более крупного агрегата. «Физике элементарных частиц, наверное, придет конец»⁹⁷, - сказал Мартинус Вельтман, рассуждая о том, что будет, если существующий в природе бозон Хиггса не обнаружат на БАК.

Впрочем, настолько пессимистичные прогнозы не имеют под собой оснований. Предположим, БАК все-таки обнаружит новые частицы (скажем, «хиггс» и суперсимметричных партнеров), укажет пальцем на главных претендентов на темную материю, прольет свет на скрытые измерения и/или найдет что-нибудь совсем уж из ряда вон выходящее. Прочесав экспериментальные данные, теоретики тогда скажут, какие модели их лучше всего объясняют, и предъявят список того, чего им недостает, чтобы заполнить все пробелы.

В идеале уникальные открытия на БАК помогут нам понять, насколько точно Стандартная модель отражает природу в широком диапазоне энергий. С их помощью мы также сможем сделать выбор между Стандартной моделью в ее первоначальном варианте и суперсимметричными теориями или же склониться в пользу других альтернатив. Если получится отсеять какие-то гипотезы и оставить только самые правдоподобные, было бы здорово. Но, судя по предыдущему опыту, творческой активности теоретикам не занимать - как бы нам не оказаться лицом к лицу с еще большим количеством моделей, чем было раньше. Что тогда будем делать?

В памяти слишком свежо фиаско, которое потерпел Сверхпроводящий суперколлайдер, поэтому вряд ли эстафету у ЦЕРНа перехватят американские лаборатории. Не считая участия США в европейских и международных проектах (хотя его значение трудно переоценить), в целом в американской физике высоких энергий движения мало. Новый ускоритель не предвидится, а существующие лаборатории вынуждены работать в условиях постоянного сокращения финансирования.

«Фермилаб» уже больше 20 лет живет в ожидании страшного конца. Едва под ССК была выбрана техасская площадка, экспериментаторы Батавии уже приготовились увидеть последние обороты своей любимой высокоэнергетичной карусели - хотя она еще по-настоящему и не разогналась. Однако судьба продлила аттракциону жизнь. Отмена программы ССК в 1993 г. и открытие в 1995 г. на «Теватроне» топ-кварка дали понять, что без «Фермилаба» физика элементарных частиц многое бы потеряла. И вместо того чтобы законсервировать ускоритель, его всего лишь временно закрыли на ремонт.