БАК: Будет Аннигиляционная Катастрофа?

Новости об успешном продвижении строительства Большого адронного коллайдера (БАКа), опубликованные недавно в рубрике "Прогресс", вызвали в редакции "Ленты.ру" неожиданный спор: а не может ли быть так, что все эти исследования антивещества и других опасных материй до добра не доведут? Предположив, что и у читателей могли возникнуть подобные вопросы, мы обратились к отчету специальной комиссии, посвященному именно оценке безопасности проекта, и к популярной статье, которую Европейский центр ядерных исследований (ЦЕРН) опубликовал после выхода книги Дэна Брауна "Ангелы и демоны".

Страх, как известно, обладает некоторой притягательной силой. Бояться чего-то загадочного и непонятного - вдвойне притягательно, поэтому разговоры об опасности, которая таится в науке, никогда не умолкнут. Впрочем, их совершенно нельзя считать беспочвенными: двадцатый век дал достаточно убедительных подтверждений тому, как безобидные научные исследования могут привести к созданию мощнейшего оружия или страшным техногенным катастрофам.

Первые ускорители частиц (циклотроны) были построены более семидесяти лет назад. С тех пор они постоянно совершенствовались, достигались все более и более высокие энергии. Строя ускорители, физики надеются получить, в частности, новые, неожиданные, непредсказанные результаты - и в последние годы перед введением в строй новых ускорителей встает вопрос: если мы не знаем, чего ждем, не может ли эта неизвестность оказаться опасной?

Первая серьезная оценка безопасности ускорителя была проведена перед запуском Релятивистского коллайдера тяжелых ионов (RHIC) в Брукхэвенской национальной лаборатории США в 1999 году. Никакой угрозы не нашли. Однако в БАКе тяжелым ионам будет придаваться еще большая энергия - до 14 тераэлектронвольт (для сравнения: средняя энергия условной молекулы воздуха при комнатной температуре меньше в 560 триллионов раз), а спектр экспериментов еще шире. Поэтому в начале двадцать первого века руководство ЦЕРНа поручило специальной комиссии в составе шести ученых из Великобритании, Германии, Дании, Франции и Швейцарии проанализировать все вообразимые опасности, которые может представлять новый ускоритель. В 2003 году отчет комиссии был опубликован.

Широкой общественности удовольствие испытывать страх перед возможностями ЦЕРНа доставил писатель Дэн Браун. В его романе "Ангелы и демоны", вышедшем в свет в 2000 году, группа злоумышленников похищает из ЦЕРНа некоторое количество антивещества и намеревается с его помощью взорвать Ватикан. В связи с огромной популярностью книги ЦЕРН счел необходимым опубликовать прекрасную популярную статью о том, насколько роман правдоподобен с научной точки зрения.

В отчете комиссия рассматривает опасности трех основных типов: отрицательно заряженные страпельки (фрагменты странной материи), черные дыры и магнитные монополи. В популярной статье рассказывается главным образом об антивеществе (и о ЦЕРНе вообще).

Страпельки ("странные капельки", англ. strangelets) - гипотетические объекты, состоящие из странной материи - условно говоря, свободных кварков (верхних, нижних и странных), не объединенных в адроны. Предполагается, например, что из нее состоят некоторые нейтронные звезды, однако их обычно страпельками не называют, сохраняя это слово для небольших объектов.

По одной из гипотез (внимание: по одной из гипотез!), попадание отрицательно заряженной страпельки на Землю может привести к тому, что вся планета превратится в странную материю: сталкиваясь с ядром какого-нибудь атома, страпелька вызывает его превращение в странную материю, которое сопровождается выделением энергии и разлетанием во все стороны страпелек - получается цепная реакция.

Авторы отчета отмечают, что существование страпелек пока не доказано. Даже если предположить, что они существуют, то, по современным теориям, в БАКе не будет условий для их возникновения - а даже если возникновение все-таки произойдет, страпелька не сможет просуществовать сколь-нибудь значительное время и распадется прежде, чем начнется "опасная" цепная реакция. Наконец, принимая самые невыгодные для себя предположения, что страпельки могут возникнуть и оказаться сравнительно устойчивыми, авторы доказывают, что опасности они представлять не будут - в частности, потому, что заряд их с большой степенью вероятности окажется не отрицательным, а положительным (то есть они будут отталкиваться от положительно заряженных ядер, а не притягиваться к ним).

Теоретически представимо возникновение в коллайдере гравитационного феномена - черной дыры, очень маленькой, но от того не менее опасной. Авторы отчета, однако, доказывают, что возникновение устойчивой черной дыры невозможно. Даже если дыра образуется, она не сможет аккрецировать (поглощать) материю, а к тому же благодаря излучению Хокинга испарится прежде, чем начнет представлять угрозу.

Магнитный монополь - еще один гипотетический объект, который можно описать примерно как полюс магнита, существующий отдельно от другого полюса магнита. Ни одного монополя пока не обнаружено - как ни дели любой магнит на части, он все равно имеет два полюса и остается диполем. Тем не менее, его существование теория не исключает, а одна из гипотез предполагает, что присутствие магнитных монополей может ускорить распад протона - тоже теоретическое и никогда не наблюдавшееся явление (протон предположительно имеет период полураспада порядка 10³⁶ лет, что гораздо больше возраста Вселенной).

Авторы отчета доказывают, что даже если магнитный монополь на такое способен, даже если он возникнет в коллайдере и окажется устойчив, то он неизбежно скоро покинет Землю. До покидания он успеет уничтожить, по самым пессимистичным оценкам, 10¹⁸ протонов, что ничтожно мало.

Еще одним важным универсальным аргументом авторов отчета, которые, как читатель наверняка давно понял, пришли к выводу, что эксперименты ЦЕРНа безопасны, является уже само существование Земли. Наша планета постоянно подвергается воздействию космических лучей, энергии которых не уступают церновским (а то и превосходят их), - и до сих пор не уничтожена ни страпельками, ни черной дырой, ни магнитным монополем, ни чем-либо еще.

Что же касается антивещества, то все еще проще. В ЦЕРНе (и не только там) его действительно умеют производить и постоянно производят. Столкновение частиц с античастицами действительно приводит к аннигиляции, при которой часть материи может переходить в энергию (соотношение энергии и материи описывается формулой E=mc²). Однако те количества антивещества, которые возможно произвести на Земле, не представляют никакой угрозы: их не хватило бы даже на самую маленькую бомбу, тем более что хранить и накапливать антивещество по понятным причинам исключительно трудно (а некоторые его виды - вообще невозможно).

Так что, скорее всего (хотя, конечно, мы не можем быть полностью уверены), в 2008 году, когда БАК будет запущен на полную мощность, на границе Франции и Швейцарии глобальных катаклизмов не произойдет.