3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Все, что вы хотели знать об Адронном Коллайдере

Содержание

10-летие Большого адронного коллайдера: какие открытия удалось сделать и что будет дальше

Десять лет прошло с момента начала работы Большого адронного коллайдера (LHC), одной из самых сложных машин, когда-либо созданных человечеством. БАК — крупнейший в мире ускоритель частиц, погребенный в 100 метрах под швейцарско-французской границей и разместившийся на 27-километровом радиусе.

К 10-летию Большого адронного коллайдера “ КП ” вспоминает важнейшие даты в его работе и прикидывает, что с ним будет дальше.

Успешный запуск и первые проблемы

10 сентября 2008 года благодаря усилиям Европейской организации ядерных исследований (CERN) первый пучок протонов успешно отправился в путь вокруг 27-километрового кольца сверхпроводящих магнитов. БАК официально заработал.

В тот период это было знаковым достижением для тысяч ученых, инженеров и техников. Они потратили десятилетия на планирование и строительство колоссальной подземной машины, которая помогла бы ответить на вопросы о вселенной и ее происхождении, воссоздавая условия после Большого взрыва, который произошел 13,7 миллиардов лет назад.

Однако машина стоимостью более 10 миллиардов практически сразу начала давать сбои в работе. 22 сентября 2008 года произошел инцидент, который повредил 50 из более чем 6000 магнитов БАКа — они имеют решающее значение для поддержания протонов, движущихся по его круговой траектории. Ремонт занял больше года, и в марте 2010 года коллайдер вновь начал корректно работать. Стоимость устранения неполадок составила более 40 миллионов долларов.

Протоны продолжают сталкиваться

В гигантском подземном коллайдере высокоэнергетические протоны, движущиеся со скоростью света в двух встречно вращающихся пучках, сталкиваются друг с другом. Затем обломки отслеживаются на огромных детекторах, и ученые изучают результаты.

В ЦЕРН говорят, что частицы настолько малы, что их столкновение похоже на параллельный выстрел двумя иглами, которые находятся на расстоянии 10 километров друг от друга, которые встречаются на полпути.

Годы прорыва

После запуска коллайдера в 2010 году началось время открытий и успехов. БАК работал гладко, мощность медленно увеличивалась, как и скорость столкновения частиц, предоставляя ученым возможность поиска экзотических частиц с ценными данными.

2012 год стал для ЦЕРН годом безусловного прорыва. 4 июля ученые объявили, что они зафиксировали огромное количество свидетельств об открытии новой частицы — неуловимого бозона Хиггса, стержня Стандартной модели теории физики частиц в рамках исследования Большого взрыва, который, как полагают, дает массу другим объектам и существам во Вселенной.

Открытие бозона Хиггса стало кульминацией десятилетий интеллектуальных усилий многих людей во всем мире. Двое ученых — Питер Хиггс из Великобритании и Франсуа Энглер из Бельгии — получили Нобелевскую премию по физике. Но это не конец истории, и исследователи должны подробно изучить бозон Хиггса, чтобы измерить его свойства.

Будущее с новым коллайдером?

Для решения новых вопросов физики и для получения более четкой картины субатомного мира и новых явлений, таких как темная материя и темная энергия, БАК постоянно модернизировался, постоянно увеличивая энергию и количество столкновений.

В 2018 году, через шесть лет после того, как он подтвердил существование бозона Хиггса, машина ушла на капитальный ремонт. Пучки протонов, которые сталкивались друг с другом, были сфокусированы, чтобы увеличить число столкновений частиц в десять раз, давая больший шанс обнаружить что-то необычное. В ЦЕРН заявили, что после обновления БАК будет производить 15 миллионов бозонов Хиггса в год, а не три миллиона, зарегистрированных в 2017 году.

Планируется, что БАК будет работать до 2040 года. Но в ЦЕРН уже думают о его преемнике. Ученые разрабатывают проекты для более высокопроизводительной машины, известной как циркулярный коллайдер (FCC) для расширения исследований, проводимых в настоящее время с помощью БАКа.

Радиус циркулярного коллайдера может составлять от 80 до 100 километров, что сильно увеличит интенсивность движения частиц частиц при температуре до 100 тераэлектронных вольт (ТэВ). В настоящее время БАК работает при температуре 14 ТэВ. Но он по-прежнему незаменим для будущего физики.

Читайте также

Ученые доказали, что матерные ругательства облегчают боль

Крепкое слово из нескольких букв повышает болевой порог на 32 процента

Ради спасения от коронавируса ученые подсадят мышкам человеческий ген

Это нужно, чтобы впоследствии заразить подопытных COVID-19 и выяснить, как действует коварный вирус

Ученые удостоверились: рай земной находился на юге Африки

Эдемским садом для людей и животных стала местность Пиннакл пойнт на побережье нынешней ЮАР [видео]

Илон Маск запустит свой космический корабль с двумя астронавтами на борту

В среду 27 мая состоится первый самостоятельный полет американцев с 2011 года

Дмитрий Рогозин анонсировал создание новой орбитальной космической станции

Станция расширит возможности космических миссий — рассказал глава Роскосмоса в эфире Радио «Комсомольская правда»

Ученые доказали на хомяках эффективность ношения масок во время эпидемии

Исследователи из Гонконга изучили способы ограничения распространения коронавируса

Ученые рассказали, зачем на самом деле нужно носить маски

Исследователи даже рассчитали эффективность масок в контроле над пандемией коронавируса

Ученые научили искусственный интеллект определять характер человека по селфи

Эксперименты подтвердили, что лицо действительно является зеркалом души

С Титаника достанут беспроводной телеграф Marconi

Компания R.M.S. Titanic намерена извлечь аппарат с затонувшего лайнера

Почему во время пандемии лучше держаться подальше от затылков людей в масках

Даже в защитных средствах, чихающие и кашляющие «плюются» капельками. Ученые наглядно продемонстрировали, куда влага летит на самом деле [видео]

Пандемия коронавируса привела к окончательной победе людей цифровой культуры над аналоговой эпохой

Разбираем с профессором-культурологом, каких сдвигов в сознании и поведении следует ожидать после нашествия вируса

Резко снизился уровень углекислого газа в атмосфере Земли

Ученые не сомневаются: окружающая среда очищается в результате принятых антикоронавирусных ограничительных мер

Кашлять во время коронавируса лучше против ветра

Социальная дистанция в два метра на открытом воздухе становится опасной

Компания Группы «Роснано» передала Ульяновской области десять тысяч тестов для диагностики коронавируса

Зарубежные партнеры «ТестГен» изъявили желание закупать новый продукт

17-летний школьник-идеалист создал сверхпопулярный сайт о коронавирусе. Ему предложили рекламный контракт на $8 млн — он отказался

Ежедневно портал ученика посещают около 30 миллионов пользователей. Подросток отказался от денег, потому что не любит всплывающие рекламные окна

Уральские путешественники нашли в горах копию пирамиды Хеопса, которая в два раза больше оригинала

Она находится на территории ХМАО, куда до сих пор не ступала нога человека

Ученые проверили: борода смягчает удары в челюсть

Роль растительности на лице теперь установлена экспериментально

Возрастная категория сайта 18+

10 фактов об устрашающем адронном коллайдере

Новость о проводимом в Европе эксперименте сколыхнула общественное спокойствие, поднявшись на первые позиции списка обсуждаемых тем. Адронный коллайдер засветился всюду – на ТВ, в прессе и интернете. Что уж говорить, если жж-юзеры создают отдельные сообщества, где уже сотни неранодушных активно высказали свое мнения по поводу нового детища науки. «Дело» предлагает вам 10 фактов, которые нельзя не знать об адронном коллайдере.

1. Почему адронный и что такое коллайдер?

Таинственное научное словосочетание перестает быть таковым, как только мы разберемся со значенем каждого из слов. Адрон – название класса элементарных частиц. Коллайдер – специальный ускоритель, с помощью которого возможно передать элементарным частицам вещества высокую энергию и, разогнав до высочайшей скорости, воспроизвести их столкновение друг с другом.

2. Почему о нем все говорят?

По мнению ученых Европейского центра ядерных исследований CERN, эксперимент позволит воспроизвести в миниатюре взрыв, в результате которого миллиарды лет назад образовалась Вселенная. Однако больше всего общественность волнует то, какими будут последствия мини-взрыва для планеты в случае неудачного исхода эксперимента. По мнению некоторых ученых, в результате сталкивания элементарных частиц, летящих с ультрарелятивистскими скоростями в противоположных направлениях, образуются микроскопические черные дыры, а также вылетят другие опасные частицы. Полагаться же на специальное излучение, приводящее к испарению черных дыр особо не стоит – экспериментальных подтверждений тому, что оно работает, нет. Потому-то к такой научной инновации и возникает недоверие, активно подогреваемое скептически настроенными учеными.

3. Как работает эта штуковина?

Элементарные частицы разгоняются на разных орбитах в противоположных направлениях, после чего помещаются на одну орбиту. Ценность замысловатого устройства в том, что благодаря ему ученые получают возможность исследовать продукты столкновения элементарных частиц, фиксируемые специальными детекторами в виде цифровых фотокамеры с разрешением в 150 мегапикселей, способных делать 600 миллионов кадров в секунду.

4. Когда появилась идея создать коллайдер?

Идея строительства машины родилась еще в 1984 году, однако строительство туннеля началось только в 2001 году. Ускоритель расположен в том же туннеле, где прежде находился предыдущий ускоритель – Большой электрон-позитронный коллайдер. 26,7 – километровое кольцо проложено на глубине около ста метров под землёй на территории Франции и Швейцарии. 10 сентября в ускорителе был запущен первый пучок протонов. В ближайшие несколько дней будет запущен второй пучок.

5. Во сколько обошлось строительство?

В разработке проекта участвовали сотни ученых всего мира, в том числе и российские. Его стоимость оценивается в 10 миллиардов долларов, из них 531 миллион в строительство адронного коллайдера вложили США.

Читать еще:  Дюжина самых бесполезных приложений для Android

6. Какой вклад внесла Украина в создание ускорителя?

Ученые украинского Института теоретической физики приняли непосредственное участие в построении андронного коллайдера. Специально для исследований ими была разработана внутренняя трековая система (ITS). Она является сердцем «Алисы» — части коллайдера, где должен произойти миниатюрный «большой взрыв». Очевидно, весьма не последняя по значимости деталь машины. Украина должна ежегодно выплачивать 200 тысяч гривен за право участия в проекте. Это в 500-1000 раз меньше взносов в проект других стран.

7. Когда ждать конца света?

Первый эксперимент по столкновению пучков элементарных частиц намечен на 21 октября. До этого времени ученые планируют разогнать частицы до скорости, приблеженной к скорости света. Согласно общей теории относительности Эйнштейна, черные дыры нам не грозят. Однако в случае, если теории с дополнительными пространственными измерениями окажутся верны, у нас осталось не очень много времени, чтоб успеть решить все свои вопросы на планете Земля.

8. Чем страшны черные дыры?

Чёрная дыра — область в пространстве-времени, сила гравитационного притяжения которой настолько сильна, что даже объекты, движущиеся со скоростью света, не могут ее покинуть. Существования черных дыр подтверждается решениями уравнений Эйнштейна. Не смотря на то, многие уже представляют себе, как образовавшаяся в Европе черная дыра, разрастаясь, поглотит всю планету, бить тревогу не стоит. Черные дыры, которые, согласно некоторым теориям, могут появиться при работе коллайдера, согласно все тем же теориям, будут существовать на протяжении настолько короткого отрезка времени, что просто не успеют начать процесс поглощения материи. По утверждениям некоторых ученых, они даже не успеют долететь до стенок коллайдера.

9. Чем могут быть полезны исследования?

Помимо того, что данные исследования – очередное невероятное достижения науки, которое позволит человечеству узнать состав элементарных частиц, это еще не весь выигрыш, ради которого человечество пошло на такой риск. Возможно, в скором будущем мы с вами сможем воочию увидеть динозавров и обсудить наиболее эффективные военные стратегии с Наполеоном. Российские ученые полагают, что в результате эксперимента человечеству станет посильным создание машины времени.

10. Как произвести впечатление научно подкованного человека с помощью адронного коллайдера?

Ну и наконец, если кто-либо, заранее вооружившись ответом, спросит у вас, что же это такое адронный коллайдер, предлагаем вам достойный вариант ответа, способного приятно удивить любого. Итак, пристегнули ремни! Адронный коллайдер — ускоритель заряженных частиц, предназначенный для разгона протонов и тяжёлых ионов на встречных пучках. Построен в научно-исследовательском центре Европейского совета ядерных исследований и представляет собой 27-километровый туннель, проложенный на глубине 100 метров. В связи с тем, что протоны электрически заряжены, ультрарелятивистский протон порождает облако почти реальных фотонов, летящих рядом с протоном. Этот поток фотонов становится ещё сильнее в режиме ядерных столкновений, из-за большого электрического заряда ядра. Они могут столкнуться как со встречным протоном, порождая типичные фотон-адронные столкновения, так и друг с другом. Ученые побаиваются, что в результате эксперимента могут образоваться пространственно-временны́е «туннели» в пространстве, которые являются типологической особенностью пространства-времени. В результате эксперимента также может быть доказано существование суперсимметрии, которая, таким образом, станет косвенным подтверждением истинности теории суперструн.

Большой адронный коллайдер

У физиков есть традиция: Каждые 13,7 миллиардов лет они собираются вместе и строят «Большой адронный коллайдер».

Большой адронный коллайдер (поц. «Большой Андроидный коллайдер», англ. LHC, Large Hadron Collider, Last Hadron Collider etc. > Про — Такой большой и такой Адронный, ускоритель заряженных частиц на встречных пучках, предназначенный для ускорения и разбивания на больших скоростях адронов и прочих высокоэнергетических частиц. Находится в Европейском центре ядерных исследований CERN. БАК собирает информации больше, чем имеется в любой бумажной библиотеке человечества — до 4 петабайт.

Содержание

[править] Что это такое?

Вот например есть у тебя автомобиль, ты его разгоняешь до 240 и въебошиваешься в камаз и по обломкам изучаешь его внутреннее устройство. БАК — нитроускоритель, а бозон — обломок прикуривателя.

Сам БАК представляет собой кольцеобразный тоннель длиной 25536 метров, находящийся на глубине 50—175 метров под территориями Франции и Швейцарии. Кроме него, в структуру также входят ещё несколько тоннелей меньших диаметров для предварительного разгона частиц.

Официальной целью проекта БАК, прежде всего, является поиск бозона Хиггса [1] и поиск физики вне рамок Стандартной модели. Также большое внимание планируется уделить исследованиям свойств W- и Z-бозонов, ядерным взаимодействиям при сверхвысоких энергиях, процессам рождения и распадов тяжелых кварков (b и t). Ученые, затаив дыхание, следили за поисками этих небольших по размерам хреновин, резонно опасаясь, что если их не отыщут, то придется морщить бестолковки в создании новых стройных теорий еще лишние сто лет, что вовсе не айс. Ведь бозон вот уже сколько десятилетий существовал исключительно на бумаге, и совсем не было исключено, что его на самом-то деле и нет, а ведь предположения о глубинном устройстве нашей с вами материи в таком случае довольно-таки решительно летят к квантовым херам. Так что когда бозончик таки поймали, яйцеголовые бросились откупоривать шампусик, и вообще вели себя как радостные очкастые дети в белых халатах. Как мало человекам надо для счастья! Есть и альтернативное мнение великого российского ученого — бозона не существует, а открытие не совсем соответствует действительности, ибо стандартная модель оказалась неожиданно нестандартной, Нобелевка же Хиггсу — попытка оправдать 100500 нефти, вложенных в коллайдер, плюс мировая коррумпированная наука РЛО.

Как всегда, находятся те, кто срывает покровы: реальной целью создания Большого Адронного Бублика является острое желание французских властей встряхнуть всю отрасль ядрёной физики. Суть проблемы в следующем: после распада СССР и появления на карте России у французских ядерщиков начался нехилый баттхерт: если до этого ведущими странами в данных исследованиях были СШП и Франция, причем СШП делала хорошо и за дорого (см. Фукусима), а Франция делала подешевле и похуже, то Россия делала и хуже и дешевле французов и полезла на мировой рынок ядрёных услуг, выпихивая французов на обочину. Терпеть такое французы не очень-то хотят, но приходится, а БАК в принципе позволяет привлечь кучу иностранных спецов, в том числе и из России, и отработать множество новых приемов ядрёной технологии. Пока похвастаться особо нечем, ибо денежки французы пиздят осваивают не хуже коллег из этой страны, а привлеченные иностранные ученые — в основном те, кто на родине оказался на фиг не нужен. Но отчеты по проекту пишутся, а это главное.

Важный момент, позволяющий понять БАК как явление — это его пиар. Не каждая, даже самая навороченная, научная установка проникает в новостные ленты всяких разных государств, в художественную литературу и народные фольклоры. И неебическая стоимость новинки на самом деле не так уж велика в относительных масштабах, поскольку одновременно в мире строятся несколько штуковин значительно дороже, но это никого ниипет. Пример — проект современного токамака ИТЭР в Кадараше — стоит в разы дороже, но на него всем похуй. В общем, денег на пиар не жалели, устраивали конференции с журнализдами, давали пространные платные интервью и так далее. А хуле, если основная цель — привлечь специалистов и попиариться, то так и надо делать.

Любой может посмотреть текущий статус работы коллайдера по ссылке, но простой смертный при этом увидит столь же простой хуй.

[править] Обратный отсчет до конца света

Проектирование БАКа началось еще в седом 1983 году, но в те времена проект мало чем отличался от проектов освоения Луны, начатых примерно тогда же (то есть технически все средства вроде есть, а вот зачем такой проект реализовывать — непонятно). В конце концов, цена примерно половины атомной электростанции слишком высока, чтобы удовлетворить любопытство. Но вот наступил 1998 год, и в этот год началось строительство Тяньваньской АЭС (Китай) и подписано соглашение по Куданкуламской АЭС (Индия). Проникновение на столь крупные рынки как Индия и Китай новых игроков подстегнуло других игроков, и у БАКа появилась цель (проекты РФ на территории бывшего Варшавского договора никого не волновали до последнего времени — гуглим АЭС «Пакш» и «Белене»). Подстегнуло довольно слабенько, ибо эта страна уже вовсю лезет на рынок Мелкобритии [1], что уже откровенно ебаный стыд.

Согласно некоторым теоретикам большого ума, столкновение частиц на околосветовых скоростях может привести к образованию черной дыры с последующим перемещением в оную всей нашей планеты, а с нею и тебя, анонимус. И хотя серьезные ученые неоднократно заявляли, что все это полная хуйня и бред сивой кобылы, хомячки, как это у них принято, подняли восторженный вой в стиле «Молитесь! Мы все умрем!» Англоязычные любители попугать друг друга этой еболо́й в январе 2008 года запилили сайт lhcountdown.com, нарочито по дизайну напоминающий официальный сайт коллайдера. Основным поводом для радости был находящийся вверху тикающий таймер, отмеряющий дни, часы и минуты до пиздеца планетарных масштабов. Таймер был установлен на полночь 15 мая 2008 года — предполагаемый день запуска коллайдера. Кое-кто действительно поверил, что в этот день Земле суждено погибнуть, и треды типа «Конец света близок! Верующие — каяться! Девственники — ебаться! Алкоголики трезвенники — бухать! Паникеры — вешаться!» на всевозможных форумах по приближении 15 мая посыпались как из ведра. Это даже при том, что создатели сайта вечером 13 мая запостили опровержение:

The countdown timer was set to the 15th of May because there was no definite time given for the actual activation, recent events show that CERN won’t be dividing by zero until much later on in the year, so now the countdown timer will be reset again and will be continually tweaked to go by the latest info that CERN are releasing.
So sorry to disappoint you all, but you won’t be dying tomorrow.

Разумеется, в полночь 15 мая нихуя не случилось, поскольку, во-первых, коллайдеры по ночам никто не запускает (таймер был выставлен, что называется, от балды), во-вторых, ЦЕРН из-за финансовых проблем вообще перенес запуск коллайдера на июль, о чем было известно еще в марте. После этого таймер на lhcountdown.com, как и обещалось, переставили на 8 июля, получив порцию новых лулзов. Очередной датой было назначено 10 августа, а позже — 11 августа 2008 — года по меньшему из колец (трехкилометровому) наконец-то действительно пустили пучок заряженных частиц. Говна взбурлили, но… ничего. Правда, основное 27-километровое кольцо все еще оставалось нетронутым, вызывая ужас хомячков, мало улегшийся даже с пробной инжекцией пучка протонов 24 августа.

Наконец, 10 сентября 2008 года в 12:28 по московскому времени коллайдер все-таки был наконец окончательно приведен в действие — по нему пустили пробный маломощный пучок. Провозвестники апокалипсиса разочарованно соснули хуйца. Однако уже 19 сентября ВНЕЗАПНО случилась утечка сверхтекучего жидкого гелия, заморозившая работу коллайдера, что оказалось неслабым каламбуром для нердов. С этого момента коллайдер находился в стадии ремонта, который двое дебилов — Уолтер Вагнер и Луис Санчо — всячески оттягивали. Они утверждали, что не дадут пускать коллайдер, пока не будет гарантировано, что не случится упомянутый Большой Пиздец. Впрочем, коллайдер уже запустили, а ученые срать хотели на всяких спасительных долбоебов.

Читать еще:  Промахнулся ли Акела, или Слово в защиту Apple iPhone 4S

Так что в рамках коллайдер-фагготрии можно напредсказывать много замечательных дат. В конечном итоге все равно выиграют физики, но тогда проиграют все человеки.

Алсо, в случае образования чёрной дыры мы таки не умрём. Цимес в том что вблизи дырочки время замедляет свой ход. То есть для нас всё будет канонічно — земля уйдёт со всеми говнами в одну дырку. Однако для внешнего наблюдателя время будет бесконечно замедляться при приближении к её поверхности. Впрочем, чёрных микродыр на БАК так и не нашли. А если найдут, то нам обязательно скажут как дальше жить.

Запуск на полную мощность проектной энергии (14 ТэВ на пучок) запланирован на декабрь 2014 года.

17 декабря 2012, те аккурат за 4 дня до БП, ЦЕРН остановил коллайдер официально на ТО до 2015 года (с коротким пуском в 2013), при этом у себя на сайте учёные написали: «До скорого и спасибо за рыбу», что как бы намекает нам и в тоже время усыпляет бдительность, но мы-то знаем.

[править] Оно-таки случилось!

Четвертого июля 2012-го года физики Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) официально объявили об открытии новой частицы, похожей на бозон Хиггса в ходе экспериментов на Большом адронном коллайдере, ее свойства в основном соответствуют ожидаемым для бозона Хиггса, но некоторые все же отличаются.14 марта 2013 года физики ЦЕРНа подтвердили, что найденная полугодом ранее частица действительно является бозоном Хиггса.

Короче говоря: эксперимент в принципе удался, результат в принципе получен тот, какой ожидали, хотя и с некоторыми отличиями от теоретических выкладок. Нытики ноют, что вероятность того, что оная частица была поймана какбе не составляет 100% [2] , оптимисты откупоривают шампанское, остальным, разумеется, похуй. Твердившие про конец света плюнули и ушли ждать 21 декабря.

[править] Божественная частица

В далёком 1993 году пара умных дядек написали про бозон Хиггса книжечку, которую хотели назвать «That Goddamn Particle», но цензура ругательное название не пропустила. Пришлось парням идти на компромисс, и именем книги стало «The God Particle».

Западным христианам такое имечко пришлось зело по нраву, и, не читая дальше обложки, они побежали трубить по всем интернетам: «официальное доказательство существования Бога на Земле! Физики нашли частицу Бога!» Синхронные багеты и последующие фейспалмы физиков и прочих атеистов были слышны по всей Европе [3] .

10-летие Большого адронного коллайдера: какие открытия удалось сделать

10-летие Большого адронного коллайдера: какие открытия удалось сделать и что будет дальше

В этом году — 10-летие Большого адронного коллайдера. БАК постоянно ремонтируют, на “пенсию” отправят только через 22 года. К 10-летию Большого адронного коллайдера вспоминаем важнейшие даты в его работе и прикидывает, что с ним будет дальше.

Десять лет прошло с момента начала работы Большого адронного коллайдера (LHC), одной из самых сложных машин, когда-либо созданных человечеством. БАК — крупнейший в мире ускоритель частиц, погребенный в 100 метрах под швейцарско-французской границей и разместившийся на 27-километровом радиусе.

Успешный запуск и первые проблемы

10 сентября 2008 года благодаря усилиям Европейской организации ядерных исследований (CERN) первый пучок протонов успешно отправился в путь вокруг 27-километрового кольца сверхпроводящих магнитов. БАК официально заработал.

В тот период это было знаковым достижением для тысяч ученых, инженеров и техников. Они потратили десятилетия на планирование и строительство колоссальной подземной машины, которая помогла бы ответить на вопросы о вселенной и ее происхождении, воссоздавая условия после Большого взрыва, который произошел 13,7 миллиардов лет назад.

После запуска коллайдера в 2010 году началось время открытий и успехов

Однако машина стоимостью более 10 миллиардов практически сразу начала давать сбои в работе. 22 сентября 2008 года произошел инцидент, который повредил 50 из более чем 6000 магнитов БАКа — они имеют решающее значение для поддержания протонов, движущихся по его круговой траектории. Ремонт занял больше года, и в марте 2010 года коллайдер вновь начал корректно работать. Стоимость устранения неполадок составила более 40 миллионов долларов.

В гигантском подземном коллайдере высокоэнергетические протоны, движущиеся со скоростью света в двух встречно вращающихся пучках, сталкиваются друг с другом

Протоны продолжают сталкиваться

В гигантском подземном коллайдере высокоэнергетические протоны, движущиеся со скоростью света в двух встречно вращающихся пучках, сталкиваются друг с другом. Затем обломки отслеживаются на огромных детекторах, и ученые изучают результаты.

В ЦЕРН говорят, что частицы настолько малы, что их столкновение похоже на параллельный выстрел двумя иглами, которые находятся на расстоянии 10 километров друг от друга, которые встречаются на полпути.

Годы прорыва

После запуска коллайдера в 2010 году началось время открытий и успехов. БАК работал гладко, мощность медленно увеличивалась, как и скорость столкновения частиц, предоставляя ученым возможность поиска экзотических частиц с ценными данными.

2012 год стал для ЦЕРН годом безусловного прорыва. 4 июля ученые объявили, что они зафиксировали огромное количество свидетельств об открытии новой частицы — неуловимого бозона Хиггса, стержня Стандартной модели теории физики частиц в рамках исследования Большого взрыва, который, как полагают, дает массу другим объектам и существам во Вселенной.

Открытие бозона Хиггса стало кульминацией десятилетий интеллектуальных усилий многих людей во всем мире. Двое ученых — Питер Хиггс из Великобритании и Франсуа Энглер из Бельгии — получили Нобелевскую премию по физике. Но это не конец истории, и исследователи должны подробно изучить бозон Хиггса, чтобы измерить его свойства.

Будущее с новым коллайдером?

Для решения новых вопросов физики и для получения более четкой картины субатомного мира и новых явлений, таких как темная материя и темная энергия, БАК постоянно модернизировался, постоянно увеличивая энергию и количество столкновений.

В 2018 году, через шесть лет после того, как он подтвердил существование бозона Хиггса, машина ушла на капитальный ремонт. Пучки протонов, которые сталкивались друг с другом, были сфокусированы, чтобы увеличить число столкновений частиц в десять раз, давая больший шанс обнаружить что-то необычное. В ЦЕРН заявили, что после обновления БАК будет производить 15 миллионов бозонов Хиггса в год, а не три миллиона, зарегистрированных в 2017 году.

Планируется, что БАК будет работать до 2040 года. Но в ЦЕРН уже думают о его преемнике. Ученые разрабатывают проекты для более высокопроизводительной машины, известной как циркулярный коллайдер (FCC) для расширения исследований, проводимых в настоящее время с помощью БАКа.

Радиус циркулярного коллайдера может составлять от 80 до 100 километров, что сильно увеличит интенсивность движения частиц частиц при температуре до 100 тераэлектронных вольт (ТэВ). В настоящее время БАК работает при температуре 14 ТэВ. Но он по-прежнему незаменим для будущего физики.Источник: Комсомольская правда

Опубликовано 10 сентября 2018 | Прочтений 172

Ожидание и реальность: результаты работы Большого адронного коллайдера

Европейский центр ядерных исследований, или просто ЦЕРН, – место, где рядом с вами в столовой запросто может обедать нобелевский лауреат по физике. Он известен во всем мире благодаря самому мощному ускорителю частиц – Большому адронному коллайдеру. Спустя почти десять лет работы пришло время подвести итог – оправдал ли надежды ученых один из самых амбициозных научных проектов современности?

В 2008 году я училась в десятом классе. Несмотря на то, что в те годы я еще совершенно не интересовалась физикой, волна ажиотажа не смогла обойти меня стороной: из каждого утюга трубили, что вот-вот запустят «машину судного дня». Что как только Очень Важный Директор поднимет рубильник, образуется черная дыра и нам всем конец. В день официального старта Большого адронного коллайдера некоторые учителя даже позволили на своих уроках посмотреть репортаж с места событий.

Самого страшного не произошло. По большому счету, не произошло ничего – рубильник был поднят, на экране компьютера заскакали непонятные простому обывателю цифры, а ученые начали праздновать. В общем, зачем запускали, было непонятно.

Несомненно, без Большого адронного коллайдера ученые не смогли бы совершить некоторые знаменательные открытия – в том числе речь идет об обнаружении бозоне Хиггса. Но все ли из запланированного удастся реализовать, и есть ли еще перспективы у БАК – об этом и расскажем.

Эксперимент DELPHI Большого электрон-позитронного коллайдера

Старший брат: Большой электрон-позитронный коллайдер

В конце семидесятых годов XX века физика элементарных частиц развивалась семимильными шагами. Для проверки предсказаний Стандартной модели в 1976 году был предложен проект Большого электрон-позитронного коллайдера (БЭП или LEP – от англ. Large Electron-Positron Collider) в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН, от фр. CERN – Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire). Среди множества различных конфигураций был выбран вариант расположения будущего эксперимента в подземном тоннеле длиной 27 километров. Ему предполагалось ускорять электроны и позитроны до энергий порядка десятков и сотен гигаэлектронвольт: встречные пучки пересекались в четырех точках, в которых впоследствии расположились эксперименты ALEPH, DELPHI, OPAL и L3.

С точки зрения физиков энергии никогда не бывает мало: выбранный в итоге для реализации вариант БЭП был компромиссом между стоимостью и мощностью; рассматривались и туннели большей длины, способные сильнее ускорять частицы. Итоговая энергия могла использоваться для проверки Стандартной модели, но была слишком мала для поиска так называемой «новой физики» – явлений, которые не предсказываются ее законами. Гораздо лучше для таких целей подходят адронные коллайдеры – ускорители составных частиц вроде протонов, нейтронов и атомных ядер. Еще в 1977 году, в момент обсуждения БЭП, Джон Адамс, директор ЦЕРН в то время, предлагал сделать туннель шире, и разместить там сразу оба ускорителя – и электрон-позитронный, и адронный. Однако, совет, принимающий итоговые решения, эту идею отклонил, и в 1981 году был утвержден проект Большого электрон-позитронного коллайдера.

Туннель Большого адронного коллайдера

На смену приходит LHC

БЭП проработал больше десяти лет: с 1989 по 2000 год. Этому времени принадлежит ряд знаменательных экспериментов, таких как подтверждение предсказанных масс переносчиков слабого взаимодействия – W- и Z-бозонов, а также измерение различных параметров Стандартной модели с беспрецедентной точностью. И уже в 1984 году была проведена конференция «Большой адронный коллайдер в туннеле LEP», посвященная вопросу строительства нового коллайдера после прекращения работы предшественника.

В 1991 году был окончательно утвержден проект Большого адронного коллайдера (БАК или LHC – от англ. Large Hadron Collider), при помощи которого планировалось достигнуть суммарной энергии сталкивающихся частиц в 14 тераэлектронвольт, то есть в сто раз большей, чем развивал Большой электрон-позитронный коллайдер.

В 1992 году была проведена встреча, посвященная научной программе Большого адронного коллайдера: всего было получено двенадцать заявок на различные эксперименты, которые могли бы быть построены на месте четырех точек столкновения пучков. В течении последующих лет были одобрены два эксперимента общей направленности – ATLAS и CMS, эксперимент ALICE по изучению тяжелых ионов и LHCb, посвященный физике частиц, содержащих b-кварки. Сооружение Большого адронного коллайдера началось в 2000 году, а первые пучки были получены уже в 2008 году: с тех пор и по сей день, помимо планового отключения, LHC в рабочем режиме ускоряет частицы и набирает данные.

Россия в ЦЕРН

Российская Федерация с 1993 года является страной-наблюдателем в ЦЕРН, что дает право ее представителями присутствовать на заседаниях, но не дает права голосовать при принятии важных решений. В 2012 году от имени Правительства РФ было внесено заявление о намерении вступления Российской Федерации в ассоциированные члены ЦЕРН, которое на настоящий момент не было поддержано.

Читать еще:  MWC 2018: смартфон Vernee Apollo 2 получил 10-ядерный процессор

Всего в проектах ЦЕРН участвует около 700 российских ученых из двенадцати научных организаций, таких как Объединенный институт ядерных исследований, Российский научный центр «Курчатовский институт», Институт ядерных исследований Российской академии наук и Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова.

Инжекционная цепь Большого адронного коллайдера

Как выгодно ускорять частицы?

Схема работы Большого адронного коллайдера состоит из множества этапов. Перед тем как попасть непосредственно в БАК, частицы проходят ряд стадий пред-ускорения: таким образом набор скорости происходит быстрее и при этом с меньшими затратами энергии. Сначала в линейном ускорителе LINAC2 протоны или ядра достигают энергии в 50 мегаэлектронвольт; затем они поочередно попадают в бустерный синхротрон (PSB), протонный синхротрон (PS) и протонный суперсинхротрон (SPS), и на момент инжекции в коллайдер итоговая энергия частиц составляет 450 гигаэлектронвольт.

Помимо основных четырех экспериментов в тоннеле Большого адронного коллайдера, предускорительная система является площадкой для более чем десяти экспериментов, которым не требуется столь большая энергия частиц. В их число входят, в частности, эксперимент NA61/SHINE, исследующий параметры взаимодействия тяжелых ионов с фиксированной мишенью; эксперимент ISOLDE, исследующий свойства атомных ядер, а также AEGIS, исследующий гравитационное ускорение Земли при помощи антиводорода.

Поиски частицы Бога и новой физики

Еще в самом начале, на этапе разработки, была заявлена претенциозная научная программа Большого адронного коллайдера. В первую очередь, вследствие указаний, полученных на БЭП, планировался поиск бозона Хиггса – еще гипотетической в то время составляющей Стандартной модели, отвечающей за массу всех частиц. В том числе в планы ученых входил и поиск суперсимметричного бозона Хиггса и его суперпартнеров, входящих в минимальное суперсимметричное расширение Стандартной модели.

В целом как отдельное направление планировался поиск и проверка моделей «новой физики». Для проверки суперсимметрии, в которой каждому бозону сопоставляется фермион, и наоборот, предполагалось вести поиски соответствующих партнеров для частиц Стандартной модели. Для проверки теорий с дополнительными пространственными измерениями, таких как теория струн или М-теория, были заявлены возможности постановки ограничений на число измерений в нашем мире. Именно поиск отклонений от Стандартной модели считали, и до сих пор считают одной из основных задач БАК.

Менее громкие задачи: исследование кварк-глюонной плазмы и нарушения CP-инвариантности

Топ-кварк, самый тяжелый из шести кварков Стандартной модели, до Большого адронного коллайдера наблюдался лишь на ускорителе Тэватрон в Национальной ускорительной лаборатории имени Энрико Ферми в США из-за своей крайне большой массы в 173 гигаэлектронвольта. При столкновениях в БАК, благодаря его мощности, ожидалось рождение большого числа топ-кварков, которые интересовали ученых в двух аспектах. Первый был связан с изучением иерархии частиц: на данный момент наблюдается три поколения кварков (топ-кварк завершил третье), но не исключено, что их все же больше. С другой стороны, рождение бозона Хиггса при распаде топ-кварка считалось основным способом его экспериментального детектирования.

В 1964 году было открыто нарушение комбинированной CP-инвариантности (от англ. «charge» – заряд и «parity» – четность), которое соответствует зеркальному отображению нашего мира с полной заменой всех частиц на соответствующие античастицы. Данный факт играет важную роль в теориях образования Вселенной, которые пытаются объяснить, почему все наше вещество состоит именно из материи, а не из антиматерии. В том числе нарушение CP-четности проявляется в поведении B-мезонов – частиц, активное рождение которых предполагалось в процессе столкновений в БАК, и с их помощью ученые надеялись пролить свет на причины данного явления.

Работа Большого адронного коллайдера в режиме столкновения тяжелых ядер должна была приводить к воссозданию состояния кварк-глюонной плазмы, которое, по современным представлениям, наблюдается через 10-5 секунд после Большого взрыва – состоянию настолько «горячему», что кварки и глюоны не взаимодействуют друг с другом, и не образуют частицы и ядра, как это происходит в нормальном состоянии. Понимание процессов возникновения и охлаждения кварк-глюонной плазмы необходимо для изучения процессов квантовой хромодинамики – раздела физики, ответственного за описание сильных взаимодействий.

Схема открытия бозона Хиггса в эксперименте ATLAS

Открытие новых частиц на LHC

Итак, чем же может похвастаться за целое десятилетие своей работы Большой адронный коллайдер?

Во-первых, конечно же, самое известное из открытий – обнаружение в июле 2012 года бозона Хиггса массой 126 гигаэлектронвольт. Всего годом позднее Питер Хиггс и Франсуа Энглер были удостоены Нобелевской премии по физике за теоретическое предсказание существования «частицы Бога», ответственной за массу всего вещества во Вселенной. Теперь, однако, перед физиками стоит новая задача – понять, почему искомый бозон имеет именно такую массу; также продолжаются и поиски суперсимметричных партнеров бозона Хиггса.

В 2015 году в эксперименте LHCb были обнаружены стабильные пентакварки – частицы, состоящие из пяти кварков, а годом позднее – кандидаты на роль тетракварков – частиц, состоящих из двух кварков и двух антикварков. До этих пор считалось, что наблюдаемые частицы состоят не более чем из трех кварков, и физикам еще предстоит уточнить теоретическую модель, которая бы описала подобные состояния.

Все еще в пределах Стандартной модели

Физики надеялись, что БАК сможет решить проблему суперсимметрии – либо полностью ее опровергнуть, либо уточнить, в каком направлении стоит двигаться, поскольку вариантов подобного расширения Стандартной модели огромное количество. Пока что не удалось сделать ни того, ни другого: ученые ставят различные ограничения на параметры суперсимметричных моделей, которые могут отсеять самые простые варианты, но точно не решают глобальных вопросов.

Не было получено так же и явных указаний на физические процессы вне Стандартной модели, на которые, пожалуй, рассчитывало большинство ученых. Однако, стоит отметить, что в эксперименте LHCb также было получено указание на то, что B-мезон, тяжелая частица, содержащая в себе b-кварк, распадается не таким образом, как предсказывает Стандартная модель. Подобное поведение само по себе может служить, например, указанием на существование еще одного нейтрального переносчика слабого взаимодействия – Z’ бозона. Пока что ученые работают над набором экспериментальных данных, которые позволят ограничить различные экзотические сценарии.

Возможная схема будущего 100-километрового коллайдера

Пора начинать рыть новый туннель?

Смог ли Большой адронный коллайдер оправдать вложенные в него силы и средства? Несомненно, хоть и не все поставленные цели по итогам десятилетия пока что достигнуты. В настоящий момент идет второй этап работы ускорителя, после чего будет произведена плановая установка и начнется третья стадия набора данных.

Ученые не теряют надежды произвести следующие великие открытия и уже планируют новые коллайдеры, например, с длиной туннеля в целых 100 километров.

Открытия, сделанные в Большом адронном коллайдере

Специалисты Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН) после ряда экспериментов на Большом адронном коллайдере (БАК) объявили об открытии ранее предсказанной российскими учеными новой частицы, называемой пентакварком.

Большой адронный коллайдер (Large Hadron Collider, LHC) — ускоритель, предназначенный для разгона элементарных частиц (в частности, протонов).

10 сентября 2008 года был произведен официальный запуск коллайдера.

Вскоре после запуска ускоритель вышел из строя и был остановлен до весны 2009 года.

21 октября 2008 года в одном из зданий ЦЕРН в Женеве прошла церемония официального открытия большого адронного коллайдера, которую было решено провести, несмотря на проблемы с запуском.

В 2013 году БАК приостановил свою работу на плановый ремонт и в апреле 2015 года вновь запущен для работы. После запланированного ремонта БАК почти в два раза увеличил свою мощность с 8 до 13 ТэВ, что, по мнению ученых, может привести к новым крупным открытиям.

Запланированная мощность БАК составляет 14 ТэВ, однако она еще ни разу не была достигнута в ходе работы коллайдера.

4 июля 2012 года, после трех лет экспериментов на Большом адронном коллайдере физики ЦЕРНа объявили об открытии «частицы, по своим параметрам очень похожей на бозон Хиггса». Они установили, что масса новой частицы составляет 125-126 гигаэлектронвольт (неопределённость связана с погрешностью измерений). Она не имеет электрического заряда и нестабильна.

Найденная частица проявляла себя наиболее четко в двух самых чистых каналах распада: это распад на два фотона и распад на два Z-бозона с их последующим распадом на четыре лептона (электрона или мюона). Поиски велись еще в трех каналах распада, но из-за больших статистических погрешностей и сильного фона заметить проявления бозона Хиггса в них не удавалось.

На тот момент ученым не было в точности ясно, насколько открытая ими частица соответствует предсказаниям Стандартной модели. К марту 2013 года физики получили достаточно данных о частице, чтобы официально объявить, что это бозон Хиггса.

8 октября 2013 года британскому физику Питеру Хиггсу и бельгийцу Франсуа Энглеру, открывшему механизм нарушения электрослабой симметрии (благодаря этому нарушению элементарные частицы могут иметь массу), была присуждена Нобелевская премия по физике за «теоретическое открытие механизма, который обеспечил понимание происхождения масс элементарных частиц».

В декабре 2013 года, благодаря анализу данных с помощью нейронных сетей, физики ЦЕРНа впервые зафиксировали следы распада бозона Хиггса на фермионы — тау-лептоны и пары b-кварк и b-антикварк.

В июне 2014 года ученые, работающие на детекторе ATLAS, после обработки всей накопленной статистики, уточнили результаты измерения массы хиггсовского бозона. По их данным масса бозона Хиггса равна 125,36 ± 0,41 гигаэлектронвольт. Это практически совпадает — как по значению, так и по точности — с результатом ученых, работающих на детекторе CMS.

В февральской 2015 года публикации в журнале Physical Review Letters физики заявили, что возможной причиной практически полного отсутствия антиматерии во Вселенной и преобладания обычной видимой материи могли послужить движения поля Хиггса – особой структуры, где «живут» бозоны Хиггса. Российско-американский физик Александр Кусенко из университета Калифорнии в Лос-Анджелесе (США) и его коллеги полагают, что им удалось найти ответ на эту вселенскую загадку в тех данных, которые были собраны Большим адронным коллайдером во время первого этапа его работы, когда был обнаружен бозон Хиггса, знаменитая «частица бога».

14 июля 2015 года стало известно, что специалисты Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН) после ряда экспериментов на Большом адронном коллайдере (БАК) объявили об открытии ранее предсказанной российскими учеными новой частицы, называемой пентакварком. Изучение свойств пентакварков позволит лучше понять, как устроена обычная материя. Возможность существования пентакварков предсказали сотрудники Петербургского института ядерной физики имени Константинова Дмитрий Дьяконов, Максим Поляков и Виктор Петров.

Данные, собранные БАК на первом этапе работы, позволили физикам из коллаборации LHCb, занимающейся поиском экзотических частиц на одноименном детекторе, «поймать» сразу несколько частиц из пяти кварков, получивших временные имена Pc(4450)+ и Pc(4380)+. Они обладают очень большой массой – около 4,4-4,5 тысячи мегаэлектронвольт, что примерно в четыре-пять раз больше, чем аналогичный показатель для протонов и нейтронов, а также достаточно необычным спином. По своей природе они представляют собой четыре «нормальных» кварка, склеенных с одним антикварком.

Статистическая достоверность открытия составляет девять сигма, что эквивалентно одной случайной ошибке или сбою в работе детектора в одном случае на четыре миллиона миллиардов (10 в 18 степени) попыток.

Одной из целей второго запуска БАК станет поиск темной материи. Предполагается, что обнаружение такой материи поможет решить проблемы скрытой массы, которая, в частности, заключается в аномально высокой скорости вращения внешних областей галактик.

Материал подготовлен на основе информации РИА Новости и открытых источников

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector