ЧТО МОЖЕТ ПРОИЗОЙТИ В БОЛЬШОМ АДРОННОМ КОЛЛАЙДЕРЕ?

ЧТО МОЖЕТ ПРОИЗОЙТИ В
БОЛЬШОМ АДРОННОМ КОЛЛАЙДЕРЕ?
кандидат технических наук, доцент НАСТАСЕНКО Валентин Алексеевич
Херсонский государственный морской институт
Кафедра судовых энергетических установок

Анализ состояния проблемы
Я, Настасенко Валентин Алексеевич, не академик (прислушиваются обычно к академикам), а лишь кандидат технических наук, однако мои научные работы достаточно высокого уровня, с ними можно ознакомиться в internet, проведя поиск по фамилии.
Эта преамбула не для хвастовства, а для того, чтобы к моим словам также прислушались.
Хочу добавить, что для доказательства опасности работы Большого адронного коллайдера не надо быть даже кандидатом технических наук, а достаточно лишь разбираться в основах квантовой физики. Это не упрек создателям коллайдера, в их знаниях никто не сомневается, хотя очень жаль, что ученые такого высокого уровня не хотят видеть опасности его работы.
Проблема доказательства опасности большого адронного коллайдера
Большой адронный коллайдер (сокращенно БАК, по-английски LHC – Large Hadrone Collider) [1] является экспериментальной установкой ЦЕРНа (Европейского центра ядерных исследований), построенной на швейцарско-французской границе. В настоящее время БАК является наиболее мощным кольцевым ускорителем элементарных частиц, которые могут сталкиваться в нем во встречных пучках. Именно этот метод (генерации встречных пучков) ведет к получению наибольших энергий.
Хотя БАК не является первым коллайдером (уже созданы и работают многие другие), его уникальность – в технических характеристиках. В нем планируется достичь энергии протонов в 7×1012 эВ, а их суммарная энергия во встречных пучках относительно центра масс достигнет 14×1012 эВ [1]. Второй показатель – светимость – число событий, происходящих в единицу времени при столкновении двух пучков при единичном сечении взаимодействия [2] (упрощенно – число пар частиц, которые сталкиваются на единице площади среза канала, где эти частицы встретились, в единицу времени), у БАК она составит 1,7•1034 событий/(см²•с) [1].
Ранее достигнутые показатели энергии – заметно меньше, например, в ускорителе лаборатории им. Э.Ферми (TEVATRON), энергии протонов в одном пучке и во встречных пучках соответственно равны: 2 и 4×1012 эВ, светимость 3×1030событий/(см²•с), в коллайдере LEP того же ЦЕРНа – энергия во встречных пучках 0,2×1012 эВ, светимость 1,5•1033 событий/(см²•с) [3].
Таким образом, 2 основных показателя БАК по отдельности – больше в 3,5 и 11 раз, чем у ныне действующих ускорителей, а вот их общий условный показатель – произведение энергии на светимость, составляет величину ≈2,4×1047 эВ×событий/(см²•с), что превышает предыдущие показатели на 5…6 порядков: – у TEVATRON оно составляет 6×1042 эВ ×событий/(см²•с); у LEP – 3•1041 эВ× событий/(см²•с).
Такой рост показателей не мог не обеспокоить многих ученых, поэтому о возможной опасности работы Большого адронного коллайдера говорят многие из них. Однако конкретных научно обоснованных данных обычно не приводят, что снижает доверие к подобным прогнозам, а главное – умаляет реальную опасность, поскольку сводит её к ничем не обоснованной чепухе.
Появились также различные пророчества и предсказания, которые у многих людей, тем более – у всех здравомыслящих ученых, вызывают еще большее недоверие и скептицизм.
Основным аргументом создателей БАК является утверждение, что при столкновении протонов с такими высокими энергиями возникнет множество элементарных частиц, в т.ч. с большой массой. Причем это будет масса покоя – в нее будет преобразована кинетическая энергия столкнувшихся протонов.
Однако на квантово-механическом уровне, к которому относится взаимодействие элементарных частиц, действие законов имеет статистико-вероятностный характер, а при светимости 1,7•1034 событий/(см²•с) возрастет вероятность рождения не только тяжелых элементарных частиц, но и преобразований рассмотренного далее энергетического характера.
Второй аргумент защитников коллайдера – сотни космических частиц, в т.ч. еще больших энергий (140×1012 эВ), ежегодно сталкиваются с верхними слоями атмосферы Земли и ничего ужасного при этом не происходит.
Но в БАК в лоб встречаются одинаково ускоренные протоны, имеющие одинаковые энергии, плотность и размеры (≈ 1,8×10-19 м), поэтому они взаимодействуют иначе, чем высокоэнергетические частицы очень малых размеров (≈ 10-20 м), с огромными, по сравнению с ними, неподвижными мишенями – атомами (≈ 10-10 м), или с их ядрами (≈ 10-14 м), как вещественно-полевыми субстанциями во много раз меньшей плотности, которую они успевают пролететь с околосветовой скоростью. При этом частицы теряют свою энергию постепенно (вероятность их лобовой встречи с другими высокоэнергетическими частицами таких же малых размеров практически равна нулю). Кроме того, взаимодействия, как правило, происходят далеко (километры) от поверхности Земли, поэтому их энергия успевает рассеяться.
Цель данной работы – привести максимально простые и достоверные доказательства опасности работы Большого адронного коллайдера.
Выбор базы для строгих доказательств
Исходными приняты атомные бомбы „Малыш” и „Толстяк”, сброшенные 6 и 9 августа 1945 года по приказу американского президента Г.Трумэна на города Хиросиму и Нагасаки в Японии. Их энергия Eб ≈(0,9…1,0)∙1014 Дж [4].
Однако кроме энергии, следует учесть их мощность Wб, как результат деления энергии Eб на время её высвобождения tб, которое для 1 кг урана, как сообщается в [4], составляет 10-6…10-7с. Действительно, при сжатии активной зоны атомной бомбы до диаметра dб = 0,1 м, время tб можно найти, как время для 100…1000 пролетов этой зоны нейтронами tη, вызывающими цепную реакцию деления ядер урана [2]. При скорости нейтронов υη ≈ 0,3c, где c – скорость света в вакууме ≈ 0,3∙109 м/с, время пролета tη составит величину (1):
tη ≈ (100…1000)∙dб/υη≈ (100…1000)∙0,1(м)/(0,3∙0,3∙109(м/с)) ≈ 10-7…10-6 (с). (1)

Таким образом, мощность взрыва данных бомб составила величину:

Wб = (0,9…1,0)∙1014 (Дж)/(10-6…10-7 (с)) ≈ 1020…1021 (Вт). (2)

Последствия взрыва данных бомб хорошо известны всему миру, но этой мощности еще недостаточно для глобальных катастрофических последствий.
Доказательство опасности работы Большого адронного коллайдера
Для элементарных частиц также учитывают не их мощность, а энергию Ee, что не дает полной картины взаимодействия. Для ее оценки была учтена двойственность материального состояния элементарных частиц, как вещества и поля, что позволяет применить к ним волновой закон де Бройля [2] (3):

Eе = hνе (Дж), (3)
где h – постоянная Планка ≈ 6,6×10-34 Дж×с,
νе – частота излучения элементарной частицы, с-1.

При достигаемой в БАК скорости 0,999999c и энергии элементарных частиц Eе = 7∙1012 эВ, или ≈ 1,12×10-6 Дж, их размеры, вытекающие из закона (3), составят очень малую величину, близкую к длине их волны λе (4):

λе ≈ hc/Eе ≈ 6,6×10-34(Дж×с)×0,3×109(м/с)/(1,12×10-6(Дж)) ≈ 1,8×10-19 (м), (4)

Тогда при лобовом столкновении элементарных частиц, происходящем на длине λе с уменьшением их скорости от c до 0 м/с, (что позволяет свести её к средней величине ≈ c/2), время взаимодействия tе составит величину (5):

tе ≈ λ/(c/2) ≈ 2λ/c ≈ 2∙1,8×10-19(м)/(0,3×109(м/с)) ≈ 1,2×10-27(с). (5)

При столкновении в БАК 2-х элементарных частиц их энергия составит величину 2Eе, а при времени взаимодействия tе их мощность 2Wе составит величину (6):

2Wе ≈ 2Eе /tе ≈ 2×1,12×10-6(Дж)/(1,2×10-27(с)) ≈ 1,9×1021(Вт), (6)

Тогда, по минимальным оценкам, мощность взрыва в БАК составит 1,9 мощностей взрыва бомбы "Малыш", а по максимальным – 19 таких бомб.

2Wе ≈ 1,9×1021 (Вт) → Wб ≈ ×1020…1021 (Вт). (7)

В общем случае время взаимодействия элементарной частицы при её столкновении будет определяться временем tе (5), за которое она пролетает расстояние λе со скоростью ½ от исходной скорости υе её движения. При υе→c время tе стремится к величине ½/νе, что в рамках закона (3) сведет его к величине (8):

tе =2h/Eе ≈ 2∙6,6×10-34 (Дж×с)/(1,12×10-6 (Дж)) ≈ 1,2×10-27(с), (8)

Тогда достигаемые в БАК мощности Wе одной частицы составят:

Wе =½Eе /tе = ½hνе2 = ½Eеνе = ½Eе2/h =
= ½∙(1,12×10-6 (Дж))2/(6,6×10-34 (Дж×с)) ≈ 0,95×1021 (Вт). (9)

Соотношение величин Eе и Wе по зависимостям (3, 9) показано на рис.1.
Если при столкновении частиц с одноименными зарядами происходит их торможение и увеличение времени взаимодействия tе, что характерно для частиц малых энергий, то при энергии Eе ≈ 1,6∙10-6 Дж или ≈ 1013 эВ, а также при росте скоростей до 0,99999 скорости света c, массы частиц и сила их инерции растут, поэтому время tе практически не замедляется.
22 22

20 20

18 18

16 16

14 14

12 12

10 10

8 8

6 6

4 4

2 2

0,1 0,1
0,01 0,49 0,97 1,46 1,94 2,43
Частота излучения элементарных частиц νе,∙1027 с-1.
Рисунок 1 Характеристики мощности Wе элементарных частиц в диапазоне скоростей от c (1) до ¾ c (2) при энергии частиц Eе = (1…10)×1012 эВ (3),
– – – – - Eе и Wе для БАК, ∙∙∙∙∙∙∙ - Eе и Wе для LEP

Из рисунка и зависимостей (3) и (9) можно заключить, что энергия Eе от частоты излучения частиц νе растет по линейной зависимости (прямая 3), а мощность Wе – по квадратичной (кривые 1, 2). Поэтому в коллайдере TEVATRON, при энергии Eе = 2∙1012 эВ, его мощность Wе была в (3,5)2 = 12,5 раз меньше, чем достигаемая в БАК, а с учетом замедления времени взаимодействия частиц с одноименными электрическими зарядами – она была еще меньшей, что могло не привлекать внимания ученых к проблеме мощности. Однако в БАК она достигнет величины Wе ≥ 1021 Вт, а при светимости 1,7•1034 событий/(см²•с), взаимодействовать могут пучки из многих частиц, что во много раз повысит суммарную мощность, поэтому БАК может составить глобальную угрозу для Земли.
Общие выводы
Поскольку вероятность рассмотренного выше процесса энергетических преобразований ≠ 0, то хотя бы 1 раз она реализуется, и тогда БАК может стать эквивалентным мощности 1,9…19 бомб „Малыш” и „Толстяк”.
На 100 % гарантировать безопасность работы БАК никто не может, поэтому, по крайней мере, жители Швейцарии должны знать о перспективе получения у Женевского озера от 2 до 19 „Хиросим”.
Таким образом, на базе приведенных конкретных данных о возможной мощности взаимодействия в Большом адронном коллайдере элементарных частиц: Wе ≥ 1021 Вт, можно считать строго доказанной опасность его работы. Учитывая светимость БАК 1,7•1034событий/(см²•с), вероятность столкновения многих частиц возрастет, что составит глобальную угрозу для Земли в целом. Изучение материального мира по итогам столкновения элементарных частиц подобно изучению последствий столкновения железнодорожных составов – результат есть, но он далек от реальных процессов созидания. Поэтому перед пуском коллайдера в марте 2010 года следует снова провести полный анализ возможных опасностей, с учетом представленных в данной работе данных и с привлечением ведущих ученых мира и мировой общественности.
Предложения по улучшению работы Большого адронного коллайдера
Поскольку ни научно-технический прогресс, ни любопытства ученых не остановить, предлагаю:
1. Если не удастся на 100% решить проблему обеспечения безопасной работы Большого адронного коллайдера, оповестить жителей Швейцарии о времени проведения его испытаний и, с привлечением средств Гражданской обороны, войск и правоохранительных органов, хотя бы вывести людей на это время из помещений и укрыть их в безопасных от землетрясения местах.
2. Учитывая небольшую глубину залегания БАК под землей (50…175 м), при таком взрыве возможно радиоактивное излучение с выходом его на поверхность, поэтому следует также предусмотреть меры радиоактивной безопасности.
3. Элементарные частицы при разгоне в Большом адроном коллайдере – закручивать вокруг своей оси, при этом возможно их слияние без лобового столкновения.
4. Условия закручивания следует тщательно проработать, в т.ч. – с учетом теории торсионных полей.
Литература
1. Большой адронный коллайдер – материалы из internet-Википедии ru.wikipedia
2. Физический энциклопедический словарь /Под общ. ред. А.М.Прохо-рова. // Д.М. Алексеев, А.М. Бонч-Бруевич, А.С. Воронов-Романов и др. –М.: Сов. Энциклопедия. 1983. –928 с.
3. Большой адронный коллайдер - материалы из internet.
4. Атомная бомба "Толстяк" – материалы из internet-Википедии.