Лунная рапсодия

Несколько лет назад с достижениями в физике элементарных частиц было получше. Сейчас, похоже, всё затмил Большой адронный коллайдер и трепетное ожидание результатов экспериментов, проведённых на нем.

Давно пора обратиться к теме физики элементарных частиц, да всё нет достойного повода. Но для полноты картины развития естественных наук и технологий без элементарных частиц обойтись не удастся. Важных проблем в этой области, несмотря на многолетнюю незыблемость Стандартной модели, предостаточно. И дело не только в элементарных частицах - наши знания о них сегодня во многом определяют представления об устройстве Вселенной, тогда как новые методы исследования частиц всё чаще используют астрофизические подходы.

Несколько лет назад с достижениями в физике элементарных частиц было получше. Сейчас, похоже, всё затмил Большой адронный коллайдер и трепетное ожидание результатов экспериментов, проведённых на нем. Но уж больно назойливо БАК рекламируют, что попахивает откровенным пиаром дорогущего проекта.

Чего стоит стращание публики возможностью образования на мощном ускорителе черных дыр, которые могут засосать Землю, Солнце и всё, что есть по соседству, и авторитетные заверения включившихся в сомнительную полемику профессоров, сводящиеся к тому, что эти дыры малы и немедленно испарятся, не успев ничего поглотить. Невольно забываешь, что гипотеза о существовании черных дыр всё ещё безоговорочно не подтверждена, а уж то, что они испаряются путем черного излучения, и вовсе никак не проверяемые соображения теоретиков. Кстати, изредка к нам из космоса прилетают частицы с такими энергиями, которые и не снились коллайдеру, и никаких черных дыр они не порождают.

Проекты, подобные БАК, в чём-то похожи на компьютерные программы - чем они больше, тем труднее их отлаживать и избегать при этом новых ошибок. Вот и получилось, что ускоритель построили, протестировали, но уже в начале первых серьёзных испытаний в сентябре прошлого года сгорели сверхпроводящие контакты в одном из секторов. Сейчас коллайдер подлатали, и было принято решение погонять его год-другой вполсилы, чтобы подкрутить где надо и не допустить повторения инцидента. Вроде разумное решение: иначе как потом объяснишь, что столько денег вбухали, а вместо того чтобы работать, ускоритель требует очередного дорогостоящего ремонта? В условиях кризиса, когда ряд научных программ сворачивается, такие гигантские траты впустую вызывают всё большее раздражение у многих учёных, однако чиновники по-прежнему благоволят БАК.

Возможно, коллайдер вообще не принесёт великих открытий. Что-то уточнят, а если повезёт, найдут бозон Хиггса, благодаря которому у всех частиц возникает масса. Бозона не хватает для замкнутости Стандартной модели физики элементарных частиц. Найдут, и все останутся при своих.

Пока же учёные рассматривают другие пути исследований свойств элементарных частиц. Земные возможности повышения энергии их столкновений уже практически исчерпаны. Остается надеяться на редкие частицы с огромной энергией, изредка залетающие к нам после космических катастроф. Тут, пожалуй, интереснее всего поиск нейтрино высоких энергий. Эти таинственные (неясно даже, есть ли у них масса покоя) нейтральные частицы очень слабо взаимодействуют с веществом. Нейтрино способны долго путешествовать по Вселенной и могут нести информацию о том, что происходит внутри звезд и других плотных объектов.

Для регистрации редких столкновений космических нейтрино с веществом учёным приходится следить за большими объёмами воды, льда или другой материи. Детекторы фиксируют вспышку света или другие следы от порождённого столкновением каскада частиц. Давно работает с десяток крупных установок, расположенных во льдах Антарктиды, в глубоких шахтах и в водной толще морей. Тем не менее, несмотря на все усилия, пока удалось надежно наблюдать лишь солнечные нейтрино и нейтрино, рожденные взрывом сверхновой SN 1987A. Столкновения слишком редки, чтобы надеяться увидеть хотя бы немного нейтрино от событий в далеком космосе. Нужно как-то увеличивать объёмы детекторов.

Но надежда есть: каскад частиц от космических нейтрино с энергией в сто миллионов раз большей, чем достижима на любом из земных ускорителей, должен порождать наносекундные радиоимпульсы, достаточно сильные, чтобы их можно было засечь даже на больших расстояниях. Поэтому учёные всерьёз рассматривают в качестве гигантского нейтринного детектора Луну. Её плотный и сравнительно однородный грунт вполне подходит для этой цели. Если современный радиотелескоп направить на границу нашего естественного спутника, то есть надежда зарегистрировать радиоимпульсы даже от редких столкновений высокоэнергетичных нейтрино с Луной.

Однако это весьма непростая задача. Радиотелескоп бомбардирует масса сигналов, включая шум от всевозможных земных источников, поэтому предполагаемые импульсы от нейтрино достаточно трудно выделить. Уже был успешно осуществлен ряд пилотных проектов, в основном с небольшими радиотелескопами, и несколько научных групп планируют в ближайшее время поработать с более мощной и чувствительной аппаратурой.

К сожалению, их "земным" конкурентам из проекта ANITA, ищущим радиоимпульсы от нейтрино во льдах Антарктиды с помощью поднимаемых на шаре-зонде антенн, пока не удалось ничего зарегистрировать. Но и эти эксперименты не напрасны - они позволяют примерно оценить количество нейтрино. Быть может, лунные проекты окажутся успешнее.

Из еженедельника "Компьютерра" № 30 (794)