О чем поют протоны

ТЕКСТ: Александра Борисова

ФОТО: Кадр из видеоклипа на песню "Collider" группы Les Horribles Cernettes

Ученые CERN в соавторстве с музыкантами и программистами провели сонификацию частиц, регистрируемых в детекторах Большого адронного коллайдера. «Песни» элементарных частиц помогут обывателям разделить с физиками восторг познания Вселенной, а самим ученым – по-другому взглянуть на результаты своих исследований.

Не секрет, что возможности человеческих органов чувств очень ограниченны. Мы различаем только свет определенных длин волн, слышим звук ограниченной частоты. У нас нет рецепторов, способных регистрировать электромагнитное излучение (поэтому так сложно понять, несет ли какой-то значимый вред излучение компьютеров и мобильных телефонов), что уж говорит о том, чтобы «почувствовать», как сквозь наше тело пролетает элементарная частица – нейтрино. Впрочем, такой рецептор не приносил бы ничего, кроме беспокойства: нейтрино безвредны, а каждую секунду наше тело пронизывают 10¹⁴ частиц.

Тем не менее возможность визуализации «невидимых» явлений очень привлекательна: визуальный или звуковой образ гораздо ярче словесных описаний.

Впрочем, недостатком воображения страдают не только люди. Огромные детекторы Большого адронного коллайдера, регистрирующие столкновения частиц с огромной энергией, «не слышат» их.

Чтобы восполнить этот досадный пробел, научно-творческий коллектив физиков, музыкантов и программистов разработал так называемую процедуру сонификации (от лат. sonos – звук).

Если на БАК будет обнаружен бозон Хиггса – «божественная частица», которая объясняет происхождение массы во Вселенной, то все желающие смогут «услышать» его,

объясняет пресс-служба CERN (Европейской организации ядерных исследований).

В интернете запущен специальный проект LHC sound, который показывает, как траектории частиц в детекторах трансформируют в музыку с помощью специального программного обеспечения.

В качестве исходных данных используется информация о треках частиц, которая регистрируется на больших детекторах БАК. Кроме того, известна информация о том, какую энергию они теряют на своем пути.

«В нашем случае часть данных с детектора ATLAS собирается в специальный файл, который затем считывается программой-«композитором» и перекодируется в музыку», – объяснила Лили Аскуит, член коллаборации ATLAS и один из вдохновителей проекта LHC sound.

Другой вариант – в качестве исходных данных можно использовать аналогичную информацию, полученную из компьютерных расчетов.

Звуки, которые доступны для прослушивания сейчас, сгенерированы как на основании экспериментальных, так и теоретических данных.

Например, уже можно услышать звук распада бозона Хиггса, хотя пока он не был зарегистрирован.

Есть звуки протон-протонных столкновений, звуки других элементарных частиц.

«Мы планируем разработать новые звуки, например создать приятную на слух систему экстренного оповещения операторов о том, что на детекторе происходит какое-то необычное событие. Мы думаем о сонификации диаграмм Фейнмана – наглядного описания взаимодействий в квантовой теории поля. Скоро наши данные можно будет получать и через приложения для iPhone, а также подключать «реальные» звуки текущих событий в коллайдере как звонки для мобильных телефонов. В долгосрочной перспективе нам бы хотелось создать графические интерфейсы для пользователей, с помощью которых любой человек мог бы работать с сонификацией данных без потери начальной информации. Сейчас есть только проекты по визуализации регистрируемых детекторами событий, и мы надеемся, что наш проект удачно дополнит их», – объяснила Аскуит.

Совсем другой интерес в проекте у творческой части коллектива. «Мы слышим чистые структуры в звуке, как будто бы они были сочинены композитором. Кажется, они сами рассказывают нам свою маленькую историю. Они настолько динамичные и изменчивые, что на самом деле во многом похожи на современную музыку», – сказал участник проекта, композитор Ричард Добсон.

Мики Харт, перкуссионист группы Grateful Dead и лауреат премии «Грэмми», записал композицию «Ритмы Вселенной» на основе астрофизических данных, предоставленных NASA.

NASA также использует сонификацию, чтобы слушать «звуки Солнца» и прошлого планет. Доменико Вичинанца и его коллеги из британского Кембриджа сонифицировали сейсмические волны, возникающие при землетрясениях и извержениях вулканов.

«Музыка элементарных частиц – хороший способ заинтересовать людей результатами экспериментов БАК, сделать их более понятными, используя неожиданный, интересный язык. Так мы хотим помочь людям разделить с нами восторженное волнение, которое мы испытываем, прикасаясь к тайнам Вселенной», – заключила Аскуит.

Отметим, что и физики, не сотрудничающие с лириками, не сидят без работы. За первые два месяца работы БАК, еще не вышедший на предельную светимость, уже зарегистрировал ряд важных наблюдений.

Так, детектор CMS зарегистрировал квантовые корреляции пи-мезонов. Участники коллаборации ALICE измерили количество заряженных частиц, рождающихся в типичном протон-протонном столкновении, и их распределение по скоростям. Детектор LHCb БАК обнаружил первый «прелестный» кварк, а детектор ATLAS – W-бозон.