также идут сериями определенной продолжительности, нужно, чтобы серии столкновений чередовались со строго определенными интервалами, которые регулируются очень точной схемой синхронизации. Датчики, окружающие зону взаимодействия, получают сигнал о приходе очередного сгустка, и именно на момент прохождения сгустка столкновений активируются цепи, регистрирующие, что происходит вокруг зоны взаимодействия.
Все надо проделывать очень быстро – времени между сгустками мало, и детекторы должны успеть подготовиться к регистрации событий, вызываемых следующим сгустком. Вот тут‑то и срабатывает аналогия с современными цифровыми фотокамерами. Изображение столкновения состоит из 100 миллионов пикселей, каждый из которых формируется отдельным датчиком, – одним из множества датчиков, распределенных по всему объему детектора. Это изображение записывается на диск, чтобы можно было спокойно (так сказать, офлайн) изучить его после окончания эксперимента.
Размер каждого изображения – один мегабайт; этим параметром оно мало отличается от обычной цифровой фотографии. Другое дело скорость: детекторы LHC делают цифровые снимки в невообразимом ритме 40 млн в секунду. Если хранить их все, объем данных окажется непомерно большим. Ни одна система передачи не справится с таким плотным потоком информации – сорок терабайт в секунду! А если бы она даже и справилась, мы все равно бы не знали, где хранить всю эту информацию. Для записи ее на 10‑гигабайтные DVD нам понадобилось бы использовать 4 000 дисков в секунду, то есть за год работы у нас скопилось бы 40 млрд дисков[22]. Если сложить их в стопку, то получится столб высотой в 40 000 км.
Для решения этой проблемы в детекторы встраиваются десятки тысяч микропроцессоров, преимущественно связанных друг с другом. Регистрируя локальные сигналы от частиц, испущенных при столкновениях, эти микропроцессоры восстанавливают глобальную картину события и очень быстро определяют тип произошедшего столкновения. Как мы уже видели, в подавляющем большинстве случаев при столкновении протонов в результате уже хорошо изученных физических явлений рождаются более легкие частицы, и такие события можно сразу отбрасывать, сосредоточив все внимание на потенциально интересных событиях, встречающихся очень редко. Цепь, осуществляющая такой отбор, называется триггером – в этом названии заключается намек на спусковой механизм автоматического оружия. Благодаря ему решение о том, стоит ли записывать событие, принимается за несколько миллионных долей секунды. Из сорока миллионов событий, происходящих за одну секунду, в итоге останется менее тысячи. Объем информации становится вполне управляемым, однако для этой информации требуется теперь новая информационная структура, основанная на распределенных вычислениях.
Впечатляют и размеры используемой в экспериментах аппаратуры. В результате столкновений высокоэнергетических протонов образуются частицы, распадающиеся на целые струи других частиц с высокой проникающей способностью. Некоторые из них поглощаются только после того, как пройдут несколько метров сквозь вещество датчиков, а другие ускользают даже от самых массивных аппаратов, так что мы можем измерить их характеристики, лишь реконструировав часть их траекторий. Таким образом, физические приборы LHC превращаются в огромные сооружения высотой с пятиэтажный дом и весом с крейсер.
Но и этого мало: датчикам приходится работать очень быстро. Столкновения следуют одно за другим с такой бешеной скоростью, что можно использовать лишь самые быстрые регистраторы: они должны за доли секунды среагировать на самые слабые сигналы и тут же вернуться в исходное состояние и приготовиться к следующему событию.
Наконец, поскольку мы делали ставку на высокую светимость, количество частиц, ежесекундно образующихся вокруг зоны взаимодействия, ожидалось чрезвычайно большим. Поэтому все, что находится вблизи этой зоны – датчики, электроника, опорные конструкции, кабели и волокна для передачи сигналов, – должно быть устойчиво к работе в условиях радиации невиданного ранее уровня. В противном случае уже через несколько месяцев или несколько лет хрупкие приборы перестанут работать, а вложенные в них средства будут потеряны.
Гигантские конструкции весом в тысячи тонн, содержащие миллионы сверхбыстро работающих и устойчивых к радиации датчиков, да еще и достаточно “умных”, чтобы за несколько миллионных долей секунды оценить, следует ли сохранить только что зарегистрированное событие или о нем можно забыть… неудивительно, что, когда мы стали говорить окружающим, какими, на наш взгляд, свойствами должны обладать детекторы для LHC, многие сочли нас безумцами. Мы и сами прекрасно понимали, что задача перед нами стоит совсем не простая.
Глава 4
Надежды, страхи, разочарования
Сосиски и черная дыра
Женева,
9 декабря 2008 г., 21.30
До запуска LHC остается всего несколько часов, и вокруг творится нечто совершенно невообразимое, не похожее ни на что в истории физики высоких энергий. Внимание всего мира приковано к тому, что произойдет завтра в Женеве. В ЦЕРН съехались десятки телевизионных съемочных групп и сотни журналистов, которые упорно отлавливают нас в кафетерии или в коридорах наших корпусов, добиваясь интервью или комментария.
Все это безобразие началось несколько недель назад, и сперва на него никто не обращал внимания. Нам тогда стали приходить письма примерно такого содержания: “Остановите эксперимент! Вы рискуете погубить не только себя, но и всех жителей Земли, куда менее высокомерных и тщеславных живых существ, чем вы, ученые-франкенштейны из Женевы”.
Если вы ежедневно получаете тысячи писем, среди них всегда найдется несколько странных. Обычно их достаточно просто выкинуть в мусорную корзину, и на этом все заканчивается. Но в этот раз, похоже, дело было куда серьезнее. Во-первых, потому, что с каждым днем странных писем становилось все больше, а во‑вторых, потому, что, как выяснилось, в Сети параллельно распространялись петиции и алармистские призывы. Один видеоролик даже стал вирусным. Там было показано, как вся Земля за несколько мгновений поглощается крохотной черной дырой, созданной LHC. Изначально микроскопическая, эта черная дыра быстро растет, засасывая в себя сперва ускоритель, затем Женеву вместе с озером и, наконец, всю планету. Видеоряд был весьма впечатляющим. Ну, а когда даже в таком солидном журнале, как Time, появился материал под заголовком “Коллайдер поднял волну страхов: ждут конца света”[23], всем стало ясно, что пора реагировать и что придется потратить много времени и сил, которые бы нам очень пригодились для последних приготовлений.
Главными возмутителями спокойствия были два странных типа, старательно пытавшиеся привлечь к себе всеобщее внимание еще с марта предыдущего года. Одного – немецкого химика-пенсионера – звали Отто Рёсслер, а второго – Вальтер Вагнер. Вагнер, живущий на Гавайях, перед тем как выйти на пенсию, трудился в сфере безопасности реакторов. Последние десять лет он посвятил судебным тяжбам со всеми, от кого зависело строительство любого нового ускорителя, так как был уверен, что ускорители могут уничтожить Землю. Однако до сих пор его никто не воспринимал всерьез. Что же до Рёсслера, то он даже обращался в Европейский суд по правам
