5 книг о том, что такое Большой адронный коллайдер и как он работает
Если исследование микромира представить себе — в духе мореплавателей XV века — как путешествие за горизонт, через океан неизведанного, то у «флотилии» современной физики частиц имеется свой флагман — Большой адронный коллайдер (БАК, он же LHC), самый крупный научный прибор, созданный человеком. Этот коллайдер на слуху у всех, даже у тех, кто далек от науки. Задуманный в конце 1970-х, Большой адронный коллайдер был построен 30 лет спустя, в 2008 году. Проработает он еще два десятилетия: научная программа коллайдера расписана до конца 2030-х годов. Ваши дети закончат школу и поступят в университет, возможно, станут учеными и начнут изучать микромир — а коллайдер будет все так же исправно поставлять новые данные.
Запуск коллайдера в 2008 году сопровождался широчайшим освещением в СМИ. Примерно в это же время вышло и несколько научно-популярных книг про устройство и задачи LHC. Книги эти были разной степени проработанности, и далеко не все из них я бы посоветовал в качестве знакомства с темой. К тому же многие из них не переведены на русский. Поэтому для знакомства с коллайдером я предлагаю ниже подборку материалов разного уровня — от книг до научных обзоров, в том числе и на английском.
Если уж рекомендовать книгу про LHC на русском, то вот эту. Она написана физиком-экспериментатором, который к тому же вот уже много лет рассказывает про элементарные частицы самой разной публике — от школьников и до взрослых. Книга начинается с очень доступного обзора переднего края физики частиц к моменту запуска LHC, описывает задачи и устройство коллайдера и детекторов с большими отличными иллюстрациями. Затем рассказ переходит к первым годам работы коллайдера, первым надеждам и разочарованиям, подробно рассказывается про поиск и открытие бозона Хиггса — главное на сегодня достижение LHC. А в конце — поиски физики за пределами Стандартной модели и планы на будущее. Классическое, взвешенное, информативное описание того, как человек вгрызается в микромир.
Для тех, кто хочет поближе познакомиться с инструментальными аспектами работы ускорителя и детекторов, оставаясь при этом на достаточно доступном уровне, — всеми силами рекомендую эту книгу. Да, она на английском. Но, во-первых, она написана главным «создателем» коллайдера, руководителем всего проекта в годы — нет, в десятилетия — его разработки и строительства, а во-вторых, она свободно доступна на сайте ЦЕРНа! Второе издание датируется 2018 годом и содержит, в том числе, и свежую информацию.
Слова «чудо технологии» в подзаголовке совершенно справедливы. Масштабы и сложность коллайдера и детекторов, слаженность работы миллионов отдельных узлов — беспрецедентны. И это все стоит того, чтобы, не торопясь, познакомиться с настоящим чудом современного мира.
Книга наполнена совершенно шикарными иллюстрациями, объяснениями, диаграммами, фотографиями. В ней приводятся технические детали, которые обычно не упоминаются в научно-популярных книжках, но которые тем не менее критически важны для всей установки. Многослойная структура ускорительного кольца, принцип и параметры работы сверхпроводящих магнитов, вакуумные технологии, крышесносящая многоуровневая система охлаждения и теплоотвода при работающем ускорителе, системы управления и слежения за пучками, включая их аварийный сброс в нештатной ситуации, ускорительные секции, крупнейшие детекторы и их главные научные задачи. Рассказывается даже про историю экскавации гигантских подземных залов для детекторов размеров в десятки метров и обсуждаются тонкие вопросы менеджмента таких грандиозных проектов.
Одним словом, впечатляющее и воодушевляющее чтение!
Если первые две книги написаны физиками-экспериментаторами и дают погружение в устройство и работу коллайдера, то эта книга — взгляд теоретика, одного из ведущих исследователей микромира в коллайдерную эпоху. Не надо думать, что, если книга написана теоретиком, она обязательно заумная. Джудиче начинает с истории, с первых экспериментов в микромире и постепенно доходит до устройства и задач Большого адронного коллайдера. Но если экспериментаторы где-то здесь и завершают свой рассказ, то Джудиче только разгоняется. Он рассказывает о современном взгляде на устройство микромира, о том, какие загадки природы физики стремятся разрешить с помощью LHC, описывает связь того, что коллайдер способен обнаружить, с тайнами возникновения и жизни всей вселенной.
«Зептопространство» в заголовке — это те самые далекие и неведомые «земли за горизонтом», которые физики хотят достичь с помощью Большого адронного коллайдера. Приставка «зепто» отвечает десятке в степени –21. Размер ядра — фемтометр, десятка в степени –15. Это физика начала XX века. Радиус действия слабого взаимодействия — аттометр, десятка в степени –18, расстояния, до которых физики прощупали устройство микромира в преддверии LHC. Зептометр — еще в тысячу раз меньше. Пока неизвестно, как устроен наш мир на таких мельчайших расстояниях, но LHC должен помочь приоткрыть тайну.
Это не книга, а подборка небольших заметок про устройство, цели, историю создания Большого адронного коллайдера. Они появились в специальном приложении к журналу Nature летом 2007 года, когда строительство LHC вышло на финишную прямую. Если у вас нет времени на чтение полноценной книги, но хочется получить общее впечатление о грандиозном проекте и той атмосфере воодушевления и нетерпеливого ожидания, которая сопровождала ввод коллайдера в строй, то эта подборка — идеальный материал.
И наконец, приведу ссылку на «краткую» техническую информацию по всем компонентам ускорителя с обслуживающей инфраструктурой, а также по каждому из шести детекторов, с которых начиналась работа LHC. Это полноценные научные обзоры, каждый на сотню страниц, но они не зубодробительные, а вполне удобочитаемые. Здесь приведена выжимка из всего многотомного описания ускорителя и детекторов и оформлено все так, чтобы при желании можно было быстро сориентироваться. Бесценный источник информации для тех, кто хочет уточнить тот или иной технический параметр и прочитать чуть подробнее про технологии, на которую опираются компоненты, — и при этом не утонуть в океане специальной литературы. Единственное предостережение: коллайдер с тех пор возмужал, прошел через несколько этапов модернизации и умеет куда больше, чем десятилетие назад.
P. S. Бонус! Для тех, кто не хочет много читать, но хочет прикоснуться к магии современной физики, — совершенно потрясающая книжка-раскладушка про Большой адронный коллайдер, гигантский детектор ATLAS и фундаментальную физику — от микромира до Большого взрыва. Вы раскрываете книгу — и интерактивные трехмерные конструкции выпрыгивают на вас со страниц. Чистосердечно признаюсь вам: ТАКОГО Большого взрыва я еще никогда не видел! Книжка не оставит равнодушным никого — ни детей дошкольного возраста, ни профессоров с академиками.