Браян Кокс про суперколайдер у ЦЕРН

Це – великий андронний колайдер. 27 кілометрів завдовжки. Це наймасштабніший науковий експеримент з усіх, що проводились. Більше 10 000 фізиків та інженерів з 85 країн з усього світу зібрались разом, щоб протягом кількох десятиліть збудувати цю машину. Чим ми займаємось – це, власне, прискорюємо протони – ядра водню – до майже 99.999999 відсотків від швидкості світла. На такій швидкості вони проходять ці 27 кілометрів 11 000 разів на секунду. І ми зіштовхуємо їх з іншим пучком протонів, який рухається в протилежному напрямку. Ми зіштовхуємо їх усередині величезних детекторів.

Вони по суті є такими собі цифровими фотокамерами. Це один із них, на ньому працюю я, називається ATLAS. Ви отримаєте відчуття розміру – бо внизу видно цих – стандартного для ЄС розміру – людей…

(сміх)

Усвідомте розмір: 44 метри завширшки, 22 метри у діаметрі, 7 000 тон. Ми відтворюємо умови, що були присутні у час менший, ніж мільярдні долі секунди після створення всесвіту – і це 600 мільйонів разів на секунду. Всередині цього детектора. Неймовірні числа. І, якщо ви поглянете на ці металічні сектори ось тут – це громіздкі магніти, що завертають електрично-заряджені частинки, так можна оцінити швидкість їхнього руху. Це зображення зроблено близько року тому. Ті магніти – всередині. І, знову – стандартного розміру ЄС реальна особа – так ви отримуєте певне відчуття пропорцій. А тут буде створено маленькі "Великі вибухи", десь влітку цього року.

Власне, вранці я отримав e-mail, де говориться, що ми якраз завершили – сьогодні – будівництво останньої частини ATLAS. Отже, на сьогодні, його завершено. Я хотів би сказати що це сплановано під TED, але не можу... Отже, від сьогодні він завершений.

(аплодисменти)

Так, це чудове досягнення. Ви можете спитати: «Навіщо? Навіщо відтворювати такі умови, що мали місце в час менший за мільярдні долі секунди після народження всесвіту?» Ну, якщо фізики не амбітні, то вони ніхто. А мета фізики частинок – зрозуміти з чого все складається, і як воно між собою поєднане. Під словом «усе» я маю на увазі, звичайно, мене й вас, Землю, Сонце, сотні мільярдів сонць у нашій галактиці та сотні мільярдів галактик у видимому всесвіті. Абсолютно все.

Зараз ви могли б запитати "Добре, але чому просто не роздивитись це? Знаєте? Якщо ви хочете взнати з чого зроблений я, то давайте заглянемо в мене". Ми вважаємо, що якщо розглядати зворотній хід часу, то всесвіт ставатиме все гарячішим, щільнішим, простішим. Зараз немає реальної підстави, щоб я сам цьому вірив, але це схоже на правду. Так, дуже давно, в ранні часи життя всесвіту, ми гадаємо, що він був дуже простим і зрозумілим. Вся ця заплутаність, увесь цей шлях до таких дивовижних речей, як людський мозок – властиві старезному, холодному і складному всесвіту. А на початку, в перші мільярдні долі секунди, ми гадаємо, і навіть стверджуємо, що він був дуже простим.

Це маже як ... Уявіть сніжинку на своїй долоні, а потім роздивіться її. Вона – неймовірно складний, прекрасний об’єкт. Але щойно ви її підігрієте, вона розтане у краплинку, і тоді ви у змозі побачити, що, фактично, це – H20, вода. І це подібне тому, як ми дивимось у минуле, щоб зрозуміти, з чого складається всесвіт. І на сьогодні він складається з таких речей. Існує 12 частинок матерії, що взаємодіють між собою за допомогою чотирьох сил природи. Кварки, такі рожеві штуки, з яких складаються протони і нейтрони і утворюють атомні ядра у вашому тілі. Електрон – частинка, що рухається навколо атомного ядра – і, між іншим, тримається на орбіті завдяки електромагнітним силам які переносяться ось цією штукою – фотоном. Кварки поєднані за допомогою інших частинок, які називаються глюонами.

А ці хлопці, ось тут, вони відповідають за слабку ядерну силу, можливо, найменш відому. Однак без неї сонце не світило б. А коли світить сонце, ви отримуєте неймовірні кількості цих частинок, названих нейтрино. Фактично, якщо ви зараз подивитесь на свій ніготь – біля одного квадратного сантиметра – там буде близько 60 мільярдів нейтрино за секунду, від сонця, які що проходять через кожен квадратний сантиметр вашого тіла. Але ви не відчуваєте цього, тому що слабка взаємодія названа коректно. Дуже вузький діапазон і дуже слабка взаємодія, тому вони просто пролітають крізь вас.

Ці частинки були відкриті в минулому столітті, в основному. Першу, електрон, було відкрито в 1897, а останню, ось цю, названу "тау нейтрино" – в 2000 році. Те що я сказав – це наче навпростець до Чикаго. Я знаю, це велика країна, Америка, чи не так? Прямо навпростець. Щодо всесвіту, це навпростець.

(сміх)

Так, цю штуку було відкрито в 2000 році, тому це відносно сучасна картина. Одною з дивовижніших речей, насправді, я вважаю, є те, що ми відкривали деякі з них, розуміючи, наскільки крихітними вони є. Розумієте, вони – це крок у масштабі цілого видимого всесвіту. Так 100 мільярдів галактик, на відстані 13.7 мільярдів світлових років – крок у розмірі як звідти до Монтеррея, і як не дивно, це те ж саме як від Монтеррея до цих частинок. Безумовно, вражаюча величина, і поки що ми продовжуємо відкривати повний набір.

Так, один з найбільш славетних діячів університету Манчестера, Ернест Резерфорд, першовідкривач атомних ядер, якось сказав: "Уся наука є або фізикою, або колекціонуванням марок". Я не думаю, що він хотів образити інші науки, хоча він був з Нової Зеландії, тому хто його знає.

(сміх)

Але те, що він мав на увазі, і що ми насправді зробили – це колекція марок – ми відкрили частинки, але доки ви не розумієте основну причину цієї моделі – чому це саме так, то насправді ви займались лише колекціонуванням марок, а не наукою. На щастя, ми маємо, напевно, одне з найбільших наукових досягнеть ХХ століття, що підтверджує цю модель. Це закон Нютона, як вам завгодно, для фізики елементарних частинок. Воно називається "стандартною моделлю" – прекрасне і просте математичне рівняння. Ви могли б написати це на футболці, що завжи було б ознакою елегантності. Ось воно.

(сміх)

Я трохи перемудрив, тому що розширив рівність до всіх цих жахливих деталей. Це рівняння, таким чином, дозволяє вам обчислити усе – і не лише гравітацію – все, що існує у всесвіті. Ось ви хочете знати чому небо синє, чому атомне ядро ціле – в принципі, ви повинні мати достатньо великий комп'ютер – чому ДНК має саме таку форму. В принципі, ви були б у змозі обчислити це за допомогою цього рівняння.

Однак тут є проблема. Чи може хтось побачити, чим це є? Пляшку шампанського тому, хто це мені роз'яснить. Я зроблю його трохи простішим, видаливши деякі доданки. По суті, кожен з цих членів стосується певної частинки. Так, "Ws" відносяться до "Ws", і як вони з’єднанні разом. Ці носії слабкої взаємодії, "Z", так само. Але в цьому рівнянні є особливий символ: "H". Отже, "H". "H" позначає тут частинку Хіггса. Частинки Хіггса ще не виявлено. Однак вони є важливими – необхідними для того, щоб ця формула працювала. Таким чином усі витончені обчислення, що ми можемо виконати за допомогою цього чудового рівняння, неможливі без цієї особливої частинки. Отже, це є передбаченням – передбаченням нової частинки.

За що вона відповідає? Ми довгий час шукали гарну аналогію. І повернімось у 80-ті, коли ми хотіли виділення грошей на коллайдер від британського парламенту, Маргарет Тетчер тоді сказала: "Якщо ви, хлопці, зможете пояснити це на такій мові, щоб політик зміг зрозуміти, чим, у біса, ви займаєтесь, то ви отримаєте гроші. Я хочу знати, як ця частинка Гіхса діє". І ми знайшли таку аналогію і це нібито спрацювало. Отже, що робить частинка Хіггса, то це надає фундаментальним частинкам масу. І ця картинка є усім всесвітом – і це не означає тільки космос, це включає також і мене, й вас – увесь всесвіт наповнений чимось, що називається полем Хіггса. Частинками Хіггса, якщо бажаєте.

Ось аналогія: ці люди в кімнаті є частинками Хіггса. І коли елементарна частинка рухається крізь всесвіт, вона може взаємодіяти з цими частинками Хіггса. Але уявіть когось не дуже популярного, котрий іде кімнатою. І кожен ігнорує його. Вони можуть просто пройти через кімнату дуже швидко, по суті зі швидкістю світла. Вони не мають маси. І уявіть декого неймовірно впливового, популярного та інтелігентного, що заходить у кімнату. Їх оточують люди, і їхній прохід через кімнату ускладнюється. Вони наче стають тяжкими. Вони стають масивними. І саме так працює механізм Хіггса. Картинка відображає те, що електрони і кварки у вашому тілі й у всесвіті, який ми бачимо довкола – тяжкі, у відомій степені, а також масивні, бо їх оточили Хіггсовими частинки. Вони взаємодіють з полем Хіггса.

Якщо ця картина правдива, то ми маємо відкрити частинки Хіггса на ВАК. Якщо це неправда – бо це досить заплутаний механізм, в той же час це найпростіше, що ми можемо уявити – тоді як же частинки Хіггса, які нам відомі, мають проявити себе в колайдері. Це одна з основних причин, чому ми збудували цю гігантську машину. Я радий, що ви впізнали Маргарет Тетчер. Насправді, я думав зробити це більш окультуреним, але – (сміх) нічого страшного. Отже, це одне. Це по суті є тим, що шукатиме ВАК.

Є багато інших речей. Ви чули про багато серйозних проблем у фізиці частинок. Однією з них є темна матерія, темна енергія. Тут інша проблема, де сили у природі – це достатньо гарно, насправді – здається, коли ви рухаєтесь назад у часі, вони наче змінюють силу. Скоріше, вони змінюються у силі. Так електромагнітна сила, та, що утримує нас вкупі, стає сильнішою, якщо ви рухаєтесь до вищих температур. Сильна взаємодія, сильна ядерна взаємодія, що утримує ядро, слабшає. І що ви бачите, є стандартною моделлю – ви можете вирахувати, що ці зміни – ці сили, ці три сили, відмінні від гравітації – здається, сходяться в одній точці у певний момент. Це майже як один чудовий тип суперсили, властивий початку часів. Але зараз вони зникли.

Зараз існує теорія, названа суперсиметрією, яка подвоює число частинок у стандартній моделі. Це, на перший погляд, не звучить спрощенням. Але фактично, з цією теорією, ми виявляємо, що сили природи мали б об’єднатись разом, на початках Великого Вибуху. Абсолютно чудове передбачення. Модель створювалась не для цього, але, схоже, вона це зробить. Крім того, ці суперсиметричні частинки – перші кандидати на чорну матерію. Дуже переконлива теорія, що є справді основною течією в фізиці. І якби я міг поставити на це гроші – я поставив би, в дуже ненауковий спосіб, на те, що ці речі можуть також виявитись і на ВАК. Є багато інших речей, які ВАК міг би відкрити.

Однак в останні кілька хвилин я просто хочу дати вам інший погляд на те, про що я думаю – що фізика частинок насправді значить для мене – фізика частинок і космологія. І це, я думаю, дало нам дивовижну розповідь – майже історію створення, як вам завгодно – про всесвіт, від новітньої науки в останні декілька десятиліть. Я б хотів сказати, що це заслуговує, в дусі промови Вейда Дейвіса, бути принаймні вибраним, до ряду таких чудових історій творення, як у людей високих Анд і холодної півночі. Ця історія творення, я думаю, є настільки ж дивовижною.

І ось ця історія: ми знаємо, що всесвіт виник 13.7 мільярдів років тому, в надзвичайно горячому, щільному стані, і був набагато меншим за один атом. Він почав розширюватись десь у мільйон мільярд мільярд мільярд мільярдів разів за секунду – я думаю, я тут не помилився – після Великого вибуху. Гравітація відділилась від інших сил. Тоді всесвіт розширювався експоненціально, у спосію, що називається інфляцією. Десь у перші мільярдні долі секунди, з’явились Хіггсові поля, і кварки і глюони й електрони, що надають нам маси. Всесвіт продовжував розширюватись і охолоджуватись. Після десь кількох хвилин у всесвіті вже були водень і гелій. Це все. Всесвіт був на 75 відсодків з водню, на 25 відсотків з гелію. І все ще залишається таким донині.

Він продовжував розширюватись десь 300 мільйонів років. Потім світло почало подорожувати всесвітом. Він був достатньо великим, щоб бути прозорим для світла, і це є тим, що ми бачимо в космічному мікрохвильовому фоні, який зобразив Джордж Смут – це наче як дивишся в лице Бога. Після десь 400 мільйонів років почали формуватись зірки, і той водень, той гелій, почали перетворюватись у більш тяжкі елементи. Отже, елементи життя – вуглець, кисень і залізо, всі елементи, які потрібні для нас – були приготовані в цих перших поколіннях зірок, в яких потім закінчилось пальне, вони вибухнули, і таким чином ці елементи повернулись назад у всесвіт. Вони потім знову сколапсували в інші покоління зірок і планет.

І на одній з таких планет, кисень, який був створений в першому поколінні зірок, зміг з’єднатись з воднем, щоб сформувати воду, рідку воду на поверхні. На одній, і, можливо, тільки на одній з цих планет, розвинулось примітивне життя, яке еволюціонувало мільйони років в істоту, яка вертикально ходила і залишила сліди десь 3 з половиною міліони років тому в мулі боліт Танзанії, і, зрештою, залишила слід в іншому світі. І побудувала цю цивілізацію, цю чудову картину, що перетворила темінь на світло, і ви можете бачили цивілізацію з космосу. Як один з моїх героїв, Карл Саган, сказав, ці речі – і насправді, не тільки ці, що я бачу навколо – ці речі, як ракети Сатурн V, і Спутнік, і ДНК, і література і наука – це речі, які створенні з атомів водню, коли пройшло 13.7 міліонів років.

Безумовно дивовжно. І також закони фізики. Згідні? Отже, правильні закони фізики – вони чудово збалансовані. Якби слабка взаємодія була хоч трішки іншою, то вуглець і кисень не були б стабільними всередині зоряних сердець, і не було б у всесвіті нічого цього. Я думаю, це – дивовижна й визначна історія. 50 років тому я не зміг би розказати цю історію, тому що ми цього не знали. Це дійсно примушує мене відчувати, що цивілізація – котра, як я говорю, і якщо ви вірите у наукову історію створення, виявилася чисто як результат законів фізики, і декількох атомів водню – то я думаю, щодо себе так точно, це змушує відчувати себе надзвичайно значущим.

Отже, це колайдер. ВАК неодмінно, коли його запустять влітку, напише наступний розділ цієї книги. І я з великим нетерпінням чекаю його запуску. Дякую.

(Аплодисменти)