Перенеситесь мысленно на 150 лет вперед и представьте инженерное сооружение невиданных масштабов – ускоритель частиц, змеей обвивающий Луну. Звучит слишком смело, однако физики, предлагающие создать такой инструмент, не торопятся и рассчитывают именно на середину будущего века.
Кэролайн Делберт редакция Тэги: Космос Технологии Будущее Спутник Вселенная
Коллайдеры разгоняют пучки частиц, обычно протонов или электронов, до огромных скоростей, чтобы столкнуть их друг с другом (или с мишенью) и посмотреть, что получится в итоге. Самый масштабный – Большой адронный коллайдер (БАК) – использует кольцевой ускоритель, но другие могут быть и прямыми, линейными. В любом случае энергия столкновений создает целую россыпь экзотических частиц, которые регистрируются детекторами. Чем выше энергия, тем более массивные обломки возникают – например, бозон Хиггса. Появление еще более мощных коллайдеров может привести к открытию и других частиц, которые помогут ученым объединить разрозненные области фундаментальной физики и дать более полное и целостное представление о нашем мире.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Кольцо, охватывающее Луну, сможет ускорять частицы вплоть до энергий в 14 квадриллионов электронвольт – в тысячи раз выше, чем тот же БАК, текущий рекордсмен. «В физике частиц остается целый ряд больших незакрытых проблем, и теоретические пути их решения почти исчерпаны», – добавляет ученый Джеймс Бичем из американского Университета Дьюка, активно продвигающий идею «лунного коллайдера». Возможно, с его помощью мы найдем что-то, по значению сравнимое с бозоном Хиггса – частицей, наделяющей остальные частицы массой, – а возможно, и нечто большее. Мы сможем даже исследовать происходившее во Вселенной в первые мгновения после Большого взрыва. И хотя на первый взгляд такая стройка кажется совершенно неподъемной задачей, Бичем и его единомышленники уже планируют основные этапы.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Инструмент таких размеров позволит открыть совершенно новые области физики частиц и, возможно, теории струн.
ШАГ 1. Отправить на Луну команду ученых и инженеров для детального обследования. Следует выяснить, какие местные материалы можно использовать при строительстве, а какие придется доставлять с Земли. Важнее всего понять, можно ли изготовить на месте высокотемпературные сверхпроводниковые магниты. Такие магниты не потребуют расходов на экстремальное охлаждение и смогут работать при «умеренных» температурах порядка –170 °С. Желательно также обойтись местными ресурсами и техникой, собираемой на Луне. Бурильная установка может весить 1200 т, а между тем выведение грузов даже на околоземную орбиту сегодня обходится NASA примерно в 1500 долл. за килограмм. Подсчитать можете сами; добавим лишь, что стоимость программы Apollo в пересчете на нынешние цены составила около 280 млрд.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
ШАГ 2. Подумать, как именно коллайдер будет проходить над лунной поверхностью. Охватить сферу можно в любом месте, необязательно на экваторе. Другие варианты могут быть предпочтительнее – например, если позволят избежать сильных перепадов высот.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
ШАГ 3. Подготовить производственную инфраструктуру. На первом этапе важнейшей задачей станет извлечение строительных материалов. «Для "лунного коллайдера" лучше всего использовать высокотемпературные сверхпроводники на основе железа, – добавляет Джеймс Бичем, – поскольку там этого металла достаточно и он доступен».
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
ШАГ 4. Пробурить тоннели кольцевого ускорителя. Главной проблемой здесь могут стать перепады температур, характерные для Луны: сверхпроводниковые магниты нуждаются в строго контролируемых условиях. «Разница между дневной и ночной температурой на Луне так велика, что по меньшей мере половину времени она будет мешать работе магнитов», – продолжает Бичем. Именно поэтому тоннели следует устраивать как можно глубже – возможно, не выше 100 м под поверхностью. На глубине условия более стабильны, и коллайдер будет изолирован от суточных колебаний температуры, что позволит не тратить ресурсы на охлаждение.
ШАГ 5. Найти источник питания. Гигантский коллайдер потребует столько энергии, что все атомные электростанции, работающие сейчас на Земле, вместе обеспечат его в лучшем случае на 10%. Для работы установки понадобятся тераватты (для сравнения: все человечество потребляет 15 ТВт в день). Возвести столь мощный реактор на Луне не представляется возможным, так что ученые присматриваются к использованию сферы Дайсона или аналогичной структуры для сбора солнечной энергии.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
ШАГ 6. Построить коллайдер и инфраструктуру для исследований. Сегодня ученые, работающие с БАК, в большинстве случаев не приезжают туда лично, а пользуются дистанционными средствами наблюдения. Скорее всего, для «лунного коллайдера» другие варианты будут слишком сложны и затратны. Но и пересылка на Землю огромных объемов собранных данных может стать серьезной проблемой. Кроме того, понадобятся жилье и рабочие помещения для команды, непосредственно отвечающей за эксплуатацию и обслуживание сооружения.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ Что такое сфера Дайсона?
Британско-американский физик Фримен Дайсон в 1960 году выдвинул интересную концепцию. В своей статье ученый описал футуристическое инженерное сооружение – «полый шар, построенный вокруг Солнца». Теоретически такая конструкция, покрытая зеркалами и панелями солнечных батарей, позволит собирать огромную часть энергии, которую излучает звезда. Но поскольку создание подобной сферы лишит света и Землю, и всю Солнечную систему, вскоре появился более сдержанный вариант идеи – строительство кольца или запуск роя аппаратов, передающих энергию на приемную станцию, например на Луне.
Как мы видим, ловушек и подводных камней у инженерного мегапроекта немало. Однако Джеймс Бичем рад уже тому, что новая грандиозная идея привлекла блестящие умы, которые сейчас бьются над решением проблем на пути к воплощению мечты ученых: «Возьмите тех, кто действительно горит возвращением на Луну, – говорит физик, – и тех, кто планирует новые космические проекты для блага всего человечества. И дайте им сфокусироваться на "лунном коллайдере" – от этого выиграют все».