Физики рассказывают об ошибках фильма "Ангелы и демоны"

[Mag---charodey]

Фильм "Ангелы и демоны" (Angels & Demons) вызвал небывалую активность в среде... физиков. Феерическая история гарвардского учёного Роберта Лэнгдона (в его роли — Том Хэнкс), спасающего Рим от исчезновения в ярчайшей вспышке света, задела, что называется, за живое.

Тайное сообщество иллюминатов крадёт из Европейского центра ядерных исследований (CERN) магнитную ловушку с четвертью грамма антивещества.
Этот "сосуд" по сути является бомбой, способной при аннигиляции уничтожить если не целый город, то его большую часть. Одновременно иллюминаты похищают четырёх кардиналов, претендующих на папский трон, чтобы убить их перед окончательной расправой над Ватиканом. Специалист по религиозной символике Лэнгдон пускается в опасную гонку, пытаясь предотвратить катастрофу...
Такова завязка голливудского сюжета, отправной точкой в котором послужил Большой адронный коллайдер (Large Hadron Collider — LHC, или БАК). Именно на нём, по сценарию, и было получено то самое антивещество, что обратилось бомбой против сердца католической церкви.

Реакция научного сообщества на этот раз последовала более развёрнутая. Американская "диаспора" Большого адронного коллайдера (US LHC), специалисты из министерства энергетики США (U.S. Department of Energy), лаборатории Ферми (Fermilab), Национального научного фонда (National Science Foundation) и ещё учёные из более чем 30 колледжей организовали массовую серию лекций Angels & Demons Lecture Nights, дабы познакомить публику с реальной наукой антиматерии. Лекции эти проходят не только в США, но и в ряде других стран.

Вдобавок CERN запустил образовательный проект: Angels & Demons — The science behind the story, в котором популярно расписал и работу ускорителя, и загадку происхождения массы, и кучу других действительно увлекательных тайн, связанных не с мифическими заговорщиками, так волнующими широкую публику, — а с Мирозданием.

В фильме говорится об украденных 1/4 грамма антивещества. В тротиловом эквиваленте они содержат энергию около 10 килотонн, что сравнимо с 14 килотоннами, взорванными над Хиросимой. Правда, в ленте говорится о 5 килотоннах. Вероятно, сценаристы не учли долю энергии от обычной материи, участвующей в аннигиляции, так что ошиблись вдвое. Но это не столь уж и важно. Куда интереснее вопрос о наработке такого количества "антиматериальной взрывчатки".

Хотя в фильме фигурируют CERN и БАК, самым мощным производителем антивещества на данный момент является лаборатория Ферми. И она генерирует около 2 нанограммов антипротонов в год. Так что при таких темпах ей потребуется свыше 100 миллионов лет, чтобы создать четверть грамма, заложенных в бомбу иллюминатов. CERN мог бы вырабатывать 10 нанограммов в год, — утверждают физики, но принципиально это ничего бы не меняло.

Более того, как замечает один из ведущих исследователей в CERN Рольф Ландуа (Rolf Landua), производство антиматерии на ускорителе — очень неэффективный процесс. Чтобы создать антивещество, нужно затратить огромное количество энергии. При этом КПД низок: в коллайдере только одна миллиардная доля джоулей, "закачанных" во встречные пучки, при столкновении этих частиц оборачивается античастицами. А ведь в фильме антивещество представлено чуть ли не как источник "свободной" энергии, берущейся ниоткуда. Но о том, что сначала эту энергию нужно потратить, создатели ленты как-то не потрудились сказать.

И ещё. С учётом расходов на сложнейшие установки и их эксплуатацию, по разным оценкам, один грамм антивещества стоит от 10 до 1000 триллионов долларов. Заговорщиков это, конечно, никоим образом не коснулось. Они-то атиматерию украли. Но вообще колоссальные эти цифры также говорят о невыполнимости голливудского сценария. Впрочем, не только они.

Интересный вопрос: как хранить антиматерию в таком количестве? В фильме для этого служит компактное устройство, которое может нести человек. В реальности, говорят учёные, это была бы тяжеленная и громоздкая установка, непрерывно потребляющая к тому же просто прорву энергии для своей работы.

Ведь на данный момент надёжно удерживать антиматерию мы умеем только при помощи магнитных полей (при этом античастицы, понятно, должны быть заряжены, то есть это должны быть не антиатомы, а, допустим, антипротоны). И существующие ныне установки могут хранить вместе сразу порядка 1012 античастиц. А почему не больше? Спросите Кулона.

Поскольку одноимённые заряды отталкиваются друг от друга, чем больше частиц вы помещаете в ловушку, тем мощнее должны быть поля. И если вы думаете, что для воплощения замысла иллюминатов (точнее, авторов сценария фильма) нужно просто "немного" добавить мощности магнитной ловушке, то вот вам цифры: четверть грамма — это примерно 4 х 1023 антипротонов.

А ведь ещё мы не сказали о том, что помимо полей для хранения антипротонов требуются высокий вакуум и температура, близкая к абсолютному нулю. Представляете нагромождение сопутствующей аппаратуры, способной обеспечить всё это для ловушки?

Хорошо, а если это будут нейтральные антиатомы? Возможность хранения нейтрально заряженных частиц (у Брауна это был антиводород) также изучается ныне учёными (в частности, тем же Ландуа), для чего предлагаются хитроумные оптические ловушки или магнитные "бутылки" со сложными управляемыми полями. Но всё это ещё находится на уровне предварительных исследований и вряд ли приведёт к созданию установки, которую можно было бы нести на руках. Не для четверти грамма, во всяком случае.

Сетуя на то, что для широкой публики голливудский фильм куда интереснее научных лекций, физики замечают: чудеса Вселенной не менее удивительны. Создавая БАК, учёные расчитывали ответить на много важных вопросов.

Скажем, есть шанс, что наконец-то удастся поймать так называемую "частицу Бога", не имеющую к теологии ни малейшего отношения.

Также возможно, что опыты в Женеве приоткроют завесу тайны исчезновения антиматерии. В космическом масштабе её считай что и нет (облако антиматерии в центре Млечного Пути — продукт уже современных космических процессов).

А ведь по существующим теориям во время Большого взрыва материя и антиматерия должны были возникнуть в равных пропорциях. Но по непонятной причине в первые же мгновения жизни Вселенной образовался крошечный дисбаланс (порядка 1 частицы на 10 миллиардов) в пользу вещества. Большая часть первоначальной материи и антиматерии аннигилировали, а "остаток" послужил сырьём для создания звёзд и галактик, что мы видим сегодня вокруг нас.

Но спустимся с небес на землю. Некоторые учёные ворчат, что "Ангелы и демоны" представляют науку в неверном свете. Вот, к слову, в фильме CERN — чуть ли не тайная лаборатория, целиком скрытая под землёй и наполненная мрачными личностями. На деле же это довольно открытая для общения организация, созданная 20 странами, а работает тут 9 тысяч человек. Причём пусть сам ускоритель и находится в туннеле, большая часть зданий и лабораторий — это наземные сооружения.

Другая часть исследователей, впрочем, фильму только рада. Это хоть и с искажениями, но какая-никакая популяризация науки. И, мол, есть вероятность, что больше людей заинтересуется — как обстоит всё на самом деле. Вот и для новых лекций (и сетевых ресурсов, снабжённых кучей видео о передовых проблемах науки) блокбастер — только реклама.

А ведь на самом деле опыты с антиматерией сулят человечеству кучу интересных перспектив. Например — быстрые космические полёты. Но это — будущее. А сейчас, "о ужас", антиматерию даже генерируют прямо внутри тел пациентов. Удивлены?

Но существует и активно развивается позитронно-эмиссионная томография.

Для её выполнения человеку вводят радионуклиды, подверженные позитронному бета-распаду. Причём радионуклиды эти смешиваются с теми или иными веществами так, чтобы они откладывались в определённых органах или помогали высвечивать определённые процессы — обмен веществ, экспрессию генов и так далее.

Как высвечивать? Возникающие в ходе распада радионуклида позитроны немедленно находят себе пару — электроны от обычной материи — и аннигилируют, производя гамма-кванты. Эти вспышки и фиксируют детекторы, выдающие медикам картинку.

А ещё в мире не один год ведутся исследования по уничтожению раковых опухолей при помощи антипротонных пучков. И проводят их учёные в том же CERN.

Стало быть, можно сказать, что исследования на БАК — многогранны. И негативная реакция части общества на его запуск — обидна для учёных.

©

"Частица Бога" — это бозон Хиггса, который, по современным представлениям, призван "отвечать" за наличие массы у всех остальных частиц. Пока он открыт лишь на бумаге. О нём здесь