Розділ без назви (33)

Через два тижні сталося лихо. В одному зі з’єднань одного з магнітів сталося замикання, унаслідок чого цей надпровідниковий магніт повернувся до нормального стану, вивільнивши велетенську кількість енергії, що спричинило механічні пошкодження та частковий витік рідкого гелію, який використовували для охолодження машини. Пошкодження були настільки значними, що знадобилися перепроектування та перевірка кожного зварного шва та з’єднання LHC, на що пішло більше року. У листопаді 2009-го LHC нарешті ввімкнули знову, проте з міркувань безпеки його потужність встановили на рівні семи тисяч енергій центра мас протона замість чотирна­дцяти тисяч. 19 березня 2010 року машина нарешті запрацювала із зустрічними пучками цієї меншої енергії, і за два тижні обидва набори детекторів почали фіксувати зіткнення з відповідною сумарною енергією.

Ця проста хронологія приховує неймовірні труднощі, пов’я­зані з технологічними звитягами, досягнутими в ЦЕРН упродовж п’ятнадцяти років відтоді, як було запропоновано ідею цієї машини. Якщо приземлитися в аеропорту Женеви й озирнутися навколо, побачите тиху сільську місцевість і далекі гори. Без підказки ніхто нізащо не здогадається, що під цією сільською місцевістю розташована найскладніша машина з усіх коли-небудь збудованих людством. Ось кілька характеристик цієї машини, яка перебуває під цим тихим пасторальним краєвидом на глибині, яка подеколи сягає 175 метрів:

1. У тунелі завширшки 3,8 метра на 27 кілометрів розтягнулися два паралельні кругові пучкові канали, що перетинаються в чотирьох точках кола. Уздовж кільця розставлено понад 1600 надпровідних магнітів, більшість із яких важить понад 27 тонн. Тунель настільки довгий, що, дивлячись уздовж нього, практично неможливо побачити його кривизну:

2. 96 тонн надтекучої рідини 4He використовують для того, щоб тримати температуру магнітів на рівні менш ніж двох градусів вище від абсолютного нуля, що холодніше за температуру фонової радіації в глибинах міжзоряного простору. Загалом використовують 120 тонн рідкого гелію, які спершу охолоджують десятьма тисячами тонн рідкого азоту. Довелося зробити приблизно сорок тисяч герметичних трубних з’єднань. Об’єм використовуваного гелію робить LHC найбільшою кріогенною установкою у світі.

3. Вакуум у пучкових каналах має бути розрідженіший за вакуум у відкритому космосі, у якому опиняються астронавти під час виходів із МКС, а його тиск — удесятеро нижчий за атмосферний тиск на Місяці. Найбільший об’єм LHC, у якому досягнуто такого рівня вакууму, налічує дев’ять тисяч кубометрів, що порівнянне з внутрішнім об’ємом великого собору.

4. Протони, що розганяються тунелем в обох напрямках, рухаються зі швидкістю 0,999999991с, себто лише на три метри за секунду повільніше за швидкість світла. Енергія, яку несе кожен із протонів, що беруть участь у зіткненнях, еквівалентна енергії летючого москіта, проте вона стиснута в радіусі, у мільйон мільйонів разів меншому за довжину тіла москіта.

5. Кожен пучок протонів розбивається по всій довжині кільця на 2808 окремих згустків, у кожному з яких налічується 115 мільярдів протонів і які в точках зіткнень стискаються до приблизно чверті ширини людської волосини, за рахунок чого маємо зіткнення пучків раз на одну двадцятип’ятимільярдну частку секунди та більш ніж 600 мільйонів зіткнень частинок щосекунди.

6. Обчислювальний ґрід, розроблений для обробки даних із LHC, є найбільшим у світі. Об’єм сирих даних, що генерується LHC щосекунди, достатній, щоб заповнити понад тисячу терабайтних жорстких дисків. Перед аналізом цей об’єм треба суттєво зменшити. За результатами 6 мільйонів мільярдів протонно-протонних зіткнень, проаналізованих упродовж лише 2012 року, було оброблено понад двадцять п’ять тисяч терабайтів даних — це більше, ніж кількість інформації у всіх коли-небудь написаних книгах, і для її зберігання знадобився б стос компакт-дисків заввишки майже двадцять кілометрів. Для цього було створено всесвітній обчислювальний ґрід, який охоплює 170 комп’ютерних центрів у 36 країнах. Коли машина працює, щосекунди генерується приблизно сімсот мегабайтів даних.

7. Вимоги до 1600 магнітів щодо створення достатньо інтенсивних для зіткнень пучків еквівалентні вимогам вистрілити назустріч одна одній двома голками з відстані десяти кілометрів із такою точністю, щоб вони зіткнулися точно посередині між позиціями стрільців.

8. Пучки зорієнтовано настільки точно, що необхідно брати до уваги припливні коливання кільця, спричинені гравітацією Місяця в процесі його переміщення над Женевою, унаслідок чого довжина тонелю LHC щодня змінюється на один міліметр.

9. Неймовірно інтенсивні магнітні поля, необхідні для керування протонними пучками, створюють шляхом пропускання через кожен із надпровідних магнітів струму потужністю майже 12 тисяч амперів, що приблизно у 120 разів перевищує струм, що протікає через пересічний сімейний будинок.

10. На створення магнітних котушок LHC пішло 270 тисяч кілометрів жил кабелів, що майже в шість разів перевищує довжину земного екватора. Якщо розгорнути й скласти докупи всі волокна в цих жилах, вони простягнуться від Землі до Сонця й назад більш ніж п’ять разів.

11. Сумарна енергія кожного пучка приблизно така сама, як у 400-тонного поїзда, що рухається зі швидкістю 150 км/год. Цієї енергії достатньо для розтоплення 500 кг міді. У надпровідних магнітах міститься в 30 разів більше енергії.

12. Навіть із використанням надпровідникових магнітів, які роблять рівень енергоспоживання машини прийнятним, під час роботи вона споживає приблизно таку ж кількість енергії, скільки всі домогосподарства Женеви разом узяті.

Це щодо самої машини. Для аналізу зіткнень у LHC було збудовано розмаїття великих детекторів. Кожен із чотирьох нині наявних детекторів не поступається розміром солідній офісній будівлі, а складністю — великій лабораторії. Коли отримуєш нагоду спуститися під землю та побачити ці детектори, починаєш почуватися Гуллівером у країні велетнів. Розміри абсолютно всіх компонентів вражають. Ось фото детектора CMS, меншого з двох найбільших детекторів LHC:

Якщо стояти біля самого детектора, складно навіть поглядом охопити всю картину, як видно на цьому, ближчому плані:

Складність машин майже не піддається розумінню. Теоретику на кшталт вашого покірного слуги важко уявити, яким чином якась певна група фізиків може просто тримати такий пристрій під наглядом, не кажучи вже про його розробку та побудову згідно з вкрай строгими специфікаціями.