Запуск адронного коллайдера 2018: Запуск Большого адронного коллайдера отложили из-за коронавируса

Содержание

Запуск Большого адронного коллайдера отложили из-за коронавируса

CERN

Научные эксперименты на Большом адронном коллайдере не будут возобновлены в 2021 году, как планировалось ранее. Запуск коллайдера отложен из-за пандемии коронавирусной инфекции и связанных с этим задержек с подготовкой к работе главных детекторов CMS и ATLAS, говорится в материалах, опубликованных на сайте ЦЕРНа. Ученые рассчитывают, что в следующем году в кольце коллайдера будут некоторое время циркулировать тестовые пучки протонов на небольших энергиях, но экспериментов на высоких энергиях не будет до 2022 года.

Работа Большого адронного коллайдера была прекращена в декабре 2018 года. Предполагалось, что в следующие два года ученые и инженеры займутся модернизацией и ремонтом ускорителя, чтобы увеличить его светимость примерно в два раза и сделать шаг к превращению его в коллайдер высокой светимости (High Luminosity LHC, HL-LHC). В 2021 году должен был стартовать трех-четырехлетний сеанс работы коллайдера с постепенным повышением светимости вдвое. За этот сеанс планировалось накопить интегральную светимость 300 обратных фемтобарн (против 150 в предыдущем сеансе). После этого должна была последовать новая остановка для модернизации на два с половиной года, после чего коллайдер должен был достичь светимости в шесть-семь раз выше прежней.

Теперь стало известно, что коллайдер вернется к набору данных не раньше, чем в конце января 2022 года, что связано с задержками в работах на двух главных детекторах — CMS и ATLAS. В частности, необходимо дополнительное время для установки на CMS защиты от радиации и одного из элементов системы детекции мюонов — на ATLAS.

В ноябре началось охлаждение магнитов коллайдера, к весне 2021 года они все должны быть охлаждены до рабочей температуры, а летом будут начаты эксперименты, не связанные с большим кольцом БАКа, в частности, эксперимент ISOLDE.

График работ по модернизации коллайдера. Зеленым выделены интервалы, когда работы на детекторах позволяют запускать пучки протонов в кольце БАКа

CERN

Ожидается, что тестовые пучки протонов на низких энергиях будут циркулировать в кольце коллайдера в начале осени 2021 года — когда это позволят работы на детекторах, но затем их придется прекратить до февраля 2022 года, когда будет начат полноценный сеанс работы коллайдера — Run 3.

Вместе с тем остановка коллайдера не мешает физикам извлекать новые сведения из набора данных, которые БАК набрал раньше. В частности, ученые увидели отклонения от Стандартной модели в распаде B-мезонов, а также следы топ-кварков в столкновениях ядер. О том, какие инженерные системы обслуживают БАК, насколько сложно их техническое обслуживание, можно прочитать в нашем материале «Большой ремонт большой машины».

Сергей Кузнецов

Поправка: во втором абзаце уточнены данные о планах по повышению светимости коллайдера, 300 обратных фемтобарн — ожидаемая интегральная светимость, не мгновенная. Приносим извинения читателям.


оправдал ли Большой адронный коллайдер 10 лет работы :: Мнение :: РБК

«Дорогая игрушка» физиков принесла не только Нобелевскую премию за открытие бозона Хиггса, но и немало полезных технологий

10 сентября 2008 года начал работу Большой адронный коллайдер. Свое название он вполне оправдывает: расположился в кольцевом тоннеле длиной 27 км на территории сразу двух стран — Швейцарии и Франции — на глубине около 100 м. Подземные помещения больших экспериментов — CMS и ATLAS — по зрелищности уверенно составляют конкуренцию Новоафонской пещере. Именно благодаря этим двум экспериментам ученым удалось в 2012 году объявить об открытии бозона Хиггса. Всего же в Европейской организации по ядерным исследованиям (CERN) на коллайдере работает около 7 тыс. физиков. Гигантские детекторы регистрируют события, происходящие при столкновении двух пучков протонов. Чтобы события получились «интересными», то есть позволяли делать важные научные открытия, протоны приходится разгонять до скорости, близкой к скорости света, которая, как вы, наверное, помните, недостижима. Частицы разгоняют с помощью магнитного поля, а его сила достигается с помощью сверхпроводимости. К сожалению, она пока реализуется совсем не при комнатной температуре: 10 тыс. т жидкого азота и еще 90 т жидкого гелия используются для достижения -271,3°C.

Это холоднее, чем в открытом космосе (там -270,5°C) и очень близко к абсолютному нулю -273,15°C. Тоже недостижимому.

Четыре подлодки

Сколько стоило все это удовольствие? Затраты на строительство, которое шло с начала 1990-х и продолжается по сей день в форме различных усовершенствований, оцениваются в €4,6 млрд. Внесли эти средства в основном страны — члены и наблюдатели CERN, причем Россия и США сделали свой вклад по большей части натурой — оборудованием и людьми. Британские ученые так поясняют масштаб затрат своим налогоплательщикам — это £34 млн в год, что в пересчете на душу населения за тот же год составляет менее одной пинты пива. Всего пинта пива в год на науку, дамы и господа. Нам ближе другие сравнения: например, в атомных подводных лодках. Один БАК — это две-четыре АПЛ (в зависимости от серии и страны). Цена, беспрецедентная для научного мира, оказывается вполне рядовой для мира пива и ядерного оружия.

Конечно, не все в этой работе шло гладко. Многие элементы коллайдера — передний край науки и техники, или даже пространство перед ним — БАК проектировали в самом начале 1990-х годов, поэтому некоторые элементы предполагали использование технологий, которые только еще будут созданы. Гарантий на такой штучный прибор никто не даст, и самые тщательные проверки, как оказалось, не помогают: первая большая авария произошла в том же 2008 году, почти сразу после запуска — в контакте в супермагните наступил перегрев, разрушилась герметичная оболочка, в тоннель полился жидкий гелий. Еще одной аварии позволить себе CERN не мог, и работа по подготовке нового запуска затянулась еще на полтора года. Зато в апреле 2010 года все произошло с блеском и в прямом эфире — присутствовали несколько сот журналистов со всего мира, протоны начали циркулировать по кольцу в заранее анонсированный день и час. Возможно, это решение добавило седых волос ответственным за его исполнение: физики не работают в таком тайминге, запуск обычно происходит тогда, когда все готово, а не к дате пресс-конференции. Тем не менее этот поступок — знак большого уважения ученых к тем, кто финансирует их работу, — налогоплательщикам.

Ценная частица

Долго запрягавшие затем поехали очень быстро. Уже летом 2012-го физики БАК объявили об открытии, ради которого все и было затеяно. Им удалось зарегистрировать бозон Хиггса — частицу, которая завершает картину мира современной науки. Это понимание не на уровне атомов и молекул, а куда более фундаментальное и потому столь важное. Вся материя во Вселенной — и мы сами, и далекие звезды — состоит из элементарных частиц. Два типа — кварки и лептоны — представляют собой вещество. Еще три типа — глюоны, фотоны и бозоны — являются переносчиками взаимодействий, которые и держат частицы вместе, обеспечивая все многообразие материального мира. Все эти частицы были не только предсказаны теоретически, но и открыты экспериментально до конца ХХ века. Кроме бозона Хиггса. Он занимает некое промежуточное положение — собственно, механизм Хиггса, предложенный Питером Хиггсом и Франсуа Энглером, объясняет, откуда у частиц берется масса. Если бы это объяснение оказалось неверным, то и всей стройной системе мира — Стандартной модели — грош цена. Вот почему бозон Хиггса так искали, а когда нашли, уже через год дали за это Нобелевскую премию.

С точки зрения фундаментальной науки это настолько крупное открытие, что многие из читающих этот текст могут и не застать за время своей жизни ничего близкого по масштабу.

Но «закрывать» физику еще рано. Парадоксальным образом открытие бозона Хиггса сделало поиск «теории всего» для физиков еще более увлекательным и загадочным. И масла в этот огонь подлило второе открытие последних лет, которое может приблизиться по важности к бозону Хиггса — наблюдение гравитационных волн. На самом деле они очень похожи. Оба были теоретически предсказаны, но нуждались в экспериментальном подтверждении. И в обоих случаях многие ученые в глубине души надеялись, что эксперимент не подтвердит теорию. Дело в том, что Стандартная модель описывает частицы — переносчиков всех взаимодействий, кроме гравитационного. Все эти частицы уже найдены и экспериментально, вопросов к ним нет. «Другой» Хиггс, таким образом, мог бы подсказать, в какую сторону копать в поисках гипотетического гравитона. «Другие» гравитационные волны могли бы дать подсказку о квантовой гравитации.

Но этого не произошло, оба эксперимента в точности подтвердили теорию, а физикам, в том числе и на БАК, придется искать объяснение природы гравитации с чистого листа. С какой-то точки зрения это делает задачу более интересной и совершенно точно обеспечивает коллайдер работой на следующий десяток лет.

Читайте на РБК Pro

И все же вопрос, зачем это нужно людям, возникает снова и снова. Пожалуй, громче всех этот вопрос задал знаменитый американский журналист Чарли Росс еще в 2012 году. В Женеве проходила церемония вручения крупной награды — премии по фундаментальной физике, учрежденной российским бизнесменом и физиком по образованию Юрием Мильнером. Чарли Росс передал физикам вопрос «американских налогоплательщиков»: а зачем нам фундаментальная наука сейчас, когда кризис, нет денег на медицину и так далее? Отвечать на него пришлось единственной на сцене женщине — руководителю эксперимента ATLAS Фабиоле Джанотти. Она сказала, что наука — залог сохранения человека как вида, потому что способность мыслить — это единственное, что отличает нас от животных.

Отметив при этом, что фундаментальная наука, конечно, приносит и практическую пользу.

Синьора Джанотти тогда заметно волновалась в американском прямом эфире, но волновалась зря. Ее ответ настолько устроил всех слушателей, что за обложкой журнала TIME последовало ее избрание генеральным директором CERN. Конечно, она стала первой в истории женщиной на этом посту.

Фундаментальная польза

Оснований не доверять госпоже директору, действительно, нет. Решение любой фундаментальной задачи требует острых технических решений, практическое применение которых — лишь вопрос времени и фантазии тех, кто может заработать на этом денег. В начале 1990-х именно в CERN заработал первый сайт Всемирной паутины. Исключительно для задач физики — ученым, работавшим вместе из разных стран, нужна была удобная и оперативная форма обмена информацией на расстоянии. Распределенные вычисления и облачное хранение информации тоже были применены CERN одними из первых и тоже исключительно для преодоления непреодолимых препятствий в науке.

Дело в том, что количество данных, которые получаются на БАК, так огромно, что в одиночку с ним не справляется даже огромный дата-центр CERN. Для этого используется память и вычислительные ресурсы в странах — участницах СERN (и в России). А если вы щедрый владелец относительно мощного компьютера, то тоже можете помочь вычислениям.

Полезным может оказаться и умение строить ускорители. Большая часть таких приборов — а их на Земле сейчас более 30 тыс. — применяются отнюдь не в фундаментальной науке. Компактные и маломощные по сравнению с БАК ускорители нужны в медицине и промышленности. С их помощью получают промышленные мембраны и обрабатывают материалы. На ускорителях синтезируют короткоживущие радиоактивные вещества — изотопы, которые используются в медицинских целях как для терапии, так и для диагностики. В медицине используется даже антивещество, так страшно описанное у Дэна Брауна в «Ангелах и демонах». Позитронно-эмиссионная томография выполняется с помощью позитронов — антиэлектронов.

В практическую плоскость выходит и умение наблюдать элементарные частицы. По потоку нейтрино от атомных электростанций можно детально отслеживать состояние ядерного топлива. Это позволяет расходовать его более экономно, не меняя все еще годные стержни, а также избежать нештатной ситуации, заметив ее заранее. Получается, что нейтрино, ежесекундно проходящие сквозь нас безо всякого эффекта, могут выполнять томограмму ядерному реактору.

Процесс трансфера технологий из науки в промышленность не прекращается: любое сделанное в CERN усовершенствование может найти применение либо в уже существующем продукте, снизив его стоимость, либо в новом. Для распространения информации научные мегапроекты даже обсуждают на специальных конференциях вместе с коллегами из бизнес-сообщества.

Конечно, не все физики в CERN рассказывают о далеко идущих и неочевидных применениях результатов их работы. Не всех вообще интересует что-то за пределами фундаментальной физики. И, похоже, они могут себе это позволить.

Перезапуск Большого адронного коллайдера отложили на два месяца - Наука

ТАСС, 13 декабря. Большой адронный коллайдер (БАК) возобновит работу только в мае 2021 года, на два месяца позже ранее озвученных сроков. Однако при этом он проработает до конца 2024 года, на год дольше запланированного. Об этом сообщает пресс-служба Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН).

"На следующем этапе работы обновленная версия БАК получит в десять раз больше данных, чем собрал его предшественник за все время работы. Для реализации этих планов все эксперименты коллайдера сейчас обновляют по амбициозным программам. Дополнительное время поможет им подготовиться к началу третьего цикла работы БАК и к его превращению в коллайдер высокой светимости", - пишет пресс-служба.

Большой адронный коллайдер был построен в 2008 году для поисков бозона Хиггса и окончательной проверки Стандартной модели - теории, которая описывает большую часть взаимодействий всех известных сейчас науке элементарных частиц. В последующие одиннадцать лет его работу неоднократно останавливали для обновлений оборудования. Самое большое из них повысило энергию сталкиваемых частиц примерно в два раза.

Ученые, которые работают с различными детекторами БАК, зафиксировали следы бозона Хиггса и вычислили его точную массу еще в 2012 году, незадолго до первой остановки ускорителя. Впоследствии ученые состредоточились на поисках различных экзотических частиц, таких как тетракварки и пентакварки, а также феноменов, которые выходят за пределы Стандартной модели.

Целенаправленные поиски "новой физики" БАК начнет после того, как завершится очередное крупное обновление, которое началось летом 2018 года. Эти эксперименты физики будут вести как при помощи уже существующих приборов и детекторов, а также при помощи новых установок, таких как SHiP и FASER. В создании последних участвуют российские исследователи.

Для того, чтобы собрать эти установки, а также обновить уже существующие компоненты коллайдера, как отметили в ЦЕРН, нужно будет примерно два дополнительных месяца относительно ранее озвученного времени перезапуска БАК, намеченного на март 2021 года. Аналогичным образом, запуск обновленной версии коллайдера, БАК высокой светимости (HL LHC), перенесли с 2026 на 2027 год - для того, чтобы все эксперименты успели подготовиться к этому событию.

Большой адронный коллайдер и фундаментальные вопросы науки

Россия пока не получила ни одного заказа при модернизации Большого адронного коллайдера, хотя раньше без нее ЦЕРН обойтись в принципе не мог.

Ровно десять лет назад в Европейской лаборатории ядерных исследований (ЦЕРН) был запущен Большой адронный коллайдер. Событие широко освещалось в российской прессе. Нам было чем гордиться, поскольку, несмотря на то, что Россия не являлась членом ЦЕРН, наше участие было заметным, по ряду принципиальных позиций — определяющим.

В проекте участвовало около тысячи ученых из России, на наших заводах изготовлено оборудования на 200 миллионов долларов. Я присутствовал на пуске коллайдера и потом еще неоднократно приезжал в ЦЕРН. Могу засвидетельствовать, что среди наших ученых царили оптимистические настроения, их переполняла гордость за страну и нашу науку.

Удалось ли получить ответ на фундаментальные вопросы науки? В 2013 году присуждена Нобелевская премия за обнаружение на коллайдере ЦЕРН бозона Хиггса. Частица была предсказана, но оставалась неуловимой, а без нее нельзя объяснить существование массы. Не случайно бозон Хиггса называют «частицей Бога». Это даже не физика, а вопросы бытия…

Если о бытии, как за эти десять лет изменилась самочувствие российской науки, которая не может быть сторонним наблюдателем в политических и экономических бурях? Ученые администраторы в один голос говорят, что будущее — за мегапроектами, поскольку стоимость научных установок столь велика, что одной стране их потянуть трудно. Об этом беспрестанно говорит глава Курчатовского центра и бессменный ученый секретарь Совета при президенте РФ по науке и образованию Михаил Ковальчук. После избрания президентом РАН об этом заговорил и Александр Сергеев.

Помимо Большого адронного коллайдера, Россия в те же годы вошла еще в два крупных амбициозных проекта. В 2009 году присоединилась к проекту Европейского лазера на свободных электронах XFEL в Гамбурге. При общей стоимости в 1,2 миллиарда евро Россия внесла 300 миллионов евро. Работы с нашей стороны курирует Курчатовский центр. Идея такого лазера была высказана еще в СССР Евгением Салдиным из Новосибирска, который давно работает в Германии в синхротронном центре DESY.

График строительства лазера XFEL соблюдался с немецкой педантичностью. Ровно год назад он был запущен. Евгений Салдин недавно на встрече с Нобелевским комитетом в Стокгольме рассказывал об истории создания рентгеновских лазеров. Эксперты называют Салдина претендентом на Нобелевскую премию. Но какую страну он будет представлять?

В 2010 году под эгидой «Росатома» и Курчатовского центра Россия присоединилась к проекту строительства ускорителя тяжелых ионов и антипротонов FAIR в Дармштадте. Стоимость проекта, в котором участвуют 15 стран и три тысячи ученых, три миллиарда евро. Доля России — 17,5%, второе место после Германии с 70%. Проект уникальный, в августе 2018 года начата заливка бетона в подземный тоннель. Россия ставит задачу оправдать две трети расходов заказами на оборудование.

Часть заказа для FAIR была размещена на заводе технохимических изделий в Богородицке Тульской области. Тот самый завод, который получил высшую награду ЦЕРН за 90 тысяч кристаллов-сцинтилляторов для детекторов Большого адроннного коллайдера. Кристаллы незамутненной чистоты, впервые в практике ЦЕРН было решено отказаться от параллельных поставок. Кристаллы из Шанхая остались на складе. Однако заказ из Дармштадта стал для завода последним. Уникальное предприятие признано банкротом, поскольку в России для него заказов не находилось. Специалисты уволены, оборудование гниет, по пустым цехам, которые работали на мировом уровне, я сам там был, бегают линялые кошки. Завод похож на промышленный призрак, только фильмы ужасов снимать.

С тех пор Россия не присоединилась ни к одному крупному мегапроекту. 10 лет назад почти решенным казался вопрос о том, что Россия станет членом ЦЕРН, требовался не слишком крупный денежный взнос. Этого не произошло. Наше участие в исследованиях на Большом адронном коллайдере неуклонно снижается. Сейчас ускоритель остановлен на модернизацию, потребуется масштабное обновление. Но Россия пока не получила ни одного заказа, хотя раньше без России ЦЕРН обойтись в принципе не мог. Теперь кристаллы-сцинтилляторы будет делать Китай.

Десять лет назад российская наука не ограничивалась мегапроектами на Западе. Пусть не бывает национальной таблицы умножения и квантовой физики, работа исключительно за границей ставит науку в зависимое положение. В те годы было принято решение о трех взаимодополняющих российских проектах в области меганауки. Термоядерная установка ИГНИТОР на базе ТРИНИТИ в подмосковном Троицке, нейтронный реактор ПИК в Гатчине под Петербургом и коллайдер тяжелых ионов NICA в Дубне. Последний проект в три миллиарда долларов — международный, на базе Объединенного института ядерных исследований. Но роль России, как во всех проектах ОИЯИ, созданного в пику ЦЕРН, доминирующая, половина всех вложений.

В проекте NICA выполнена треть работ. По плану в полную силу коллайдер заработает в 2023 году. Проект ИГНИТОР заморожен из-за отсутствия иностранного софинансирования. Реактор ПИК — мировой рекордсмен, самый несусветный долгострой. Строительство начато в 1976 году, в эпоху развитого социализма. Сколько раз переносились сроки, уже не вспомнить. Поэтому когда в очередной раз называется новый срок — энергетический пуск в 2019 году, пускаться в пляс рано. К тому же этот важный этап — еще не настоящая работа.

Реактор ПИК и строивший его Институт ядерной физики вошли в структуру Курчатовского центра, который поглощает родственные научные центры. Как, к примеру, Институт физики высоких энергий в Протвино, где в 1990-х годах был заморожен уникальный, построенный наполовину ускоритель с такими характеристиками, которые сделали бы Большой адронный коллайдер ненужным. Любопытно, что после поглощения ИФВЭ глава Курчатовского центра Михаил Ковальчук предложил еще один проект в области меганауки специально для Протвино. Учитывая особый статус этого ученого в коридорах власти, деньги могут отыскаться.

Можно было бы задать вопрос, почему все отечественные проекты в области меганауки сосредоточены в одном центре. Но зная наши реалии, этот вопрос, следует признать риторическим. Для полноты картины надо добавить, что Институт ядерной физики имени Будкера в Новосибирске, где были построены первые советские ускорители, где родились идеи, давшие жизнь Большому адронному коллайдеру и рентгеновскому лазеру XFEL, где до сих пор создается оборудование для американских ядерных центров, годами не может уговорить бюджет раскошелиться на новый ускоритель, который исследовал бы тайны антивещества.

Впрочем, все проблемы российской науки могут показаться играми в детской песочницей перед угрозами, которые не самые глупые ученые видят в Большом адронном коллайдере. Опасения связаны с «черной дырой», которая может возникнуть в чреве коллайдера. Сначала в нее провалится Женева, потом Земля, Солнце — и вся Вселенная. Конец света! Во Вселенной открыты сотни «черных дыр», которые бесследно пожирают все небесные объекты, оказавшиеся окрест. Это — самый страшный объект мироздания, она хуже любого хищника, ибо в принципе невидима, поскольку не выпускает из себя даже свет. Одно облегчение — для зверского аппетита дистанция до Земли слишком велика.

Но впервые «черная дыра» может оказаться рукотворной. Ученые не могут исключить того, что коллайдер станет фабрикой по их производству. В ЦЕРН говорят: дыры будут маленькие, меньше атомного ядра, энергия мизерная, биллиардные шары лупят друг по другу в миллиард раз сильнее. К тому же по теории знаменитого Хокинга микроскопические «черные дыры» должны сразу рассасываться — они излучают энергию быстрее, чем всасывают материю.

Это правда, но это не вся правда. Потому что есть теории, по которым маленькие и поначалу безвредные дыры-вегетарианцы накапливают электрический заряд и начинают притягивать заряженные частицы, прирастая массой. По этому сценарию «черная дыра» возникнет внутри коллайдера и будет медленно и незаметно, как глисты в кишечнике, расти и размножаться. Мало того, «черная дыра» может ускользнуть из коллайдера внутрь Земли и полностью уйдет из поля зрения. Есть научные публикации, которые предрекают: время поглощения «черной дырой» Земли составит 27 лет. То есть осталось 17 лет. Пролетят, как семнадцать мгновений…

Может быть, поэтому мы не торопимся с нашими научными проектами? Не копать себе яму, не рубить сук…

Сергей Лесков

Большой адронный коллайдер: взгляд изнутри / Offсянка

С начала работы Большого адронного коллайдера (он же Large hadron collider, он же LHC) прошло три года. Но знаем мы о нем на удивление немного. Сначала все боялись, что с началом работы коллайдера наступит конец света — это сделало установку героиней желтой прессы. Потом, толком не начав работать, коллайдер сломался, и это тоже вызвало к нему интерес со стороны отнюдь не профильных СМИ. А потом вроде бы все наладилось, и тема LHC потихоньку ушла из новостей.

Мы решили выяснить — что же происходит с коллайдером на самом деле и чего ждать от него в обозримом будущем. Алла Аршинова предложила побеседовать с Александром Ерохиным — научным сотрудником Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН, кандидатом технических наук. Уже 14 лет он работает с Европейским центром ядерных исследований (ЦЕРН) и во время запуска LHC в 2006—2008 годах был одним из ответственных за системы защиты магнитов. С тех пор «основных» мест работы у Александра два — новосибирский Академгородок и ЦЕРН.

Беседа состоялась, но, прочитав ее расшифровку, мы дружно схватились за головы. Нет, все было интересно и по делу. Однако категории, которыми мыслит Александр, равно как и термины, им употребляемые, сделали текст, скажем так, трудноусваиваемым для массового читателя. Тем не менее, отказываться от этого во многом уникального материала не хотелось, и по нашей просьбе Алла в два захода подвергла его некоторой популяризации. Конечно, дотянуть простоту изложения до уровня «Занимательной физики» Перельмана не удалось, но теперь те, кто не прогуливал физику в школе, смогут понять примерно 95% сказанного.

Если же вы все-таки опасаетесь читать текст, скажем кратко: Большой адронный коллайдер — это не поп-звезда, а мощный дорогой инструмент, с помощью которого серьезные люди попытаются разгадать некоторые основы мироздания. Дело это непростое и небыстрое, так что придется запастись терпением и, дабы оценить сенсацию, в процессе ожидания лучше проштудировать пару пособий для студентов физтеха. Или все же начать с этого интервью. Тем более что мы подготовили небольшой словарик ключевых терминов.

Александр Ерохин на открытой площадке CERN

Алла Аршинова: Александр Иванович, для коллайдера минувший год и начало нынешнего – период постепенного повышения энергии, светимости, увеличения количества сгустков в пучках. Как система переносит эти изменения?

⇡#Словарь используемых терминов

Светимость — это количество частиц в единицу времени на единицу площади. Интенсивность пучков определяется количеством частиц и их плотностью в каждом пучке. Светимость выражается в см–2·с–1 и обозначается как L.

Пучок — это несколько сгустков частиц, которые летят в одном направлении. Для LHC максимальное количество сгустков в одном пучке — 2808. Пучки летят в ускорителе навстречу друг другу, на месте их столкновений детекторы регистрируют события, например, рождение новых частиц.

Сгустки – это частицы, сформированные в «группу». Сгустки летят в ускорителе последовательно друг за другом на определенном расстоянии. Для LHC максимальное количество частиц в сгустке — около 100 миллиардов. Длина одного сгустка — несколько десятков сантиметров, ширина — меньше миллиметра, а в местах столкновений — сотые доли миллиметра.

Сверхпроводимость — состояние вещества, при котором электрический ток протекает через него без потерь.

Сверхпроводящий магнит — это соленоид или электромагнит с обмоткой из сверхпроводящего материала.

Интегральная светимость — это светимость, умноженная на время работы ускорителя.

Инжекционный комплекс — это система, которая обеспечивает подачу пучка в основное ускорительное кольцо. Для LHC инжекционный комплекс состоит из источника протонов, линейного ускорителя и трех накопительных колец: booster, PS и SPS. Разбивка на несколько предварительных колец необходима для поэтапного ускорения частиц — в каждом из колец частицы ускоряются до энергий в 15-20 раз больше начальной. «Разогнать» частицы с нулевой энергии до максимальной (7ТэВ на LHC) на одном кольце технически невозможно.

Александр Ерохин: На последнем выездном заседании во французском городе Шамони представители ЦЕРН заявили, что LHC будет работать до конца 2012 года, конечно же, с традиционной рождественской остановкой в конце 2011 года. Решено, что энергия на пучок до конца года не будет повышаться более 3,5 тераэлектронвольт (далее — ТэВ). Напомню, что ранее собирались остановиться на полтора-два года уже в конце 2011-го, но последние успехи по увеличению числа сгустков, а следовательно, и светимости, дали надежду на «новую физику» в грядущие два года. На это решение повлиял также и тот факт, что все системы комплекса работают стабильно. Обнадеживает и состояние контактов между токоведущими шинами сверхпроводящих магнитов (как мы помним, именно некачественная пайка одного из таких контактов и привела к аварии 19 сентября 2008 года). Стоит пояснить, зачем вообще на LHC нужна магнитная система? Она создает магнитное поле, за счет которого в ускорительном кольце поддерживается орбита для сгустков частиц. Магнитное поле создается более чем двумя тысячами сверхпроводящих магнитов, для функционирования которых необходимо поддерживать температуру 1,9 К (–271,25 °С).

Что ждет коллайдер в текущем году, так это, действительно, увеличение числа сгустков (на жаргоне сотрудников ЦЕРН — «банчей», от английского bunch). К концу года их число планируется довести до тысячи, а возможно, и бОльших значений. Особых трудностей не предвидится — если не вдаваться в технические детали, то это потребует более «аккуратной» инжекции (впуска) сгустков с меньшим временнЫм расстоянием между ними (проектное время между сгустками 25 нс при 2 808 сгустках), а также нужно будет добиться достаточного времени жизни пучка при заданном количестве сгустков (если это значит «не вдаваться в технические детали», то что же тогда значит вдаваться? — прим. редакции).

Одна из стандартных проблем при повышении интенсивности пучков — возникновение электронных облаков, но с этим можно бороться. Что же касается энергии, в ЦЕРН ещене определились — остаться ли на уровне 3,5 ТэВ, как решили в Шамони, или же попытаться незначительно нарастить показатели. Опять же, если повышать, то до 4 ТэВ, 4,5 ТэВ или 5 ТэВ? Думаю, решение будет принято в ближайшее время, однако сделать это можно только после дополнительных измерений сопротивлений вышеупомянутых контактов.

Проблема в том, что при температуре 2 кельвина (-271,1 по шкале Цельсия), когда обмотки магнитов и токоведущие шины находятся в сверхпроводящем состоянии, найти дефектные контакты в местах пайки сверхпроводящей шины на другую такую же шину, а также дефектные контакты с шины на защитную медную «рубашку», почти невозможно. Здесь я уточню, что медная «рубашка» перехватывает на себя ток, когда в шине срывается сверхпроводимость (как мы помним, некоторые места пайки оказались дефектными и здесь). Сопротивление этих контактов, если они были спаяны правильно, составляет менее наноома (10−9 Ом)! Контакты со значительными дефектами (и с сопротивлением в целые десятки наноомов) выявили еще в 2009 году. Сейчас речь идет о не столь значительных дефектах — порядка нескольких наноомов. Измерить эти сопротивления, когда магниты охлаждены до 2 К, невозможно. Измерить их при комнатных температурах, но при достаточно высоких токах, тоже невозможно. Поэтому сейчас зреет решение в конце года нагреть магниты до 20 К (-253 по Цельсию, ничего себе «нагрев». — прим. редакции) и пропустить несколько сотен ампер, это позволит точнее проанализировать динамику сопротивлений под током. Только после таких измерений может быть принято решение о повышении энергии.

Кольцо LHC

Алла Аршинова: Предполагалось, что в конце 2011 года LHC остановят на модернизацию, а уже потом выведут на проектные параметры, но перерыв в работе перенесли на 2012 год. Почему изменились планы?

Александр Ерохин: Потому что последние успехи LHC впечатляют. Еще 22 апреля генеральный директор ЦЕРН объявил о рекорде — при 480 сгустках светимость достигла 4,67x1032 см-2-1, как уже 28 апреля дошли до 624 сгустков и пиковой светимости почти 7,5x1032 см-2-1, а 1 мая до 768 сгустков! И речь идет не только о технических успехах, но и о том, что при такой светимости (выше, чем на Tevatron, американском ускорителе) уже можно получить высокую интегральную светимость, а значит обеспечить необходимую статистику для физиков. И теперь, когда вышли на параметры, которые позволят наконец-то физикам работать, — вдруг остановиться? Пока что сошлись на компромиссе — одного года мало, чтобы накопить нужный интеграл, два года уже разумно. Отсюда перенос сроков. Впрочем, это еще не окончательное решение. Все будет зависеть от возможности повысить энергию. Если вдруг получится повысить ее до 5 ТэВ, то будут обсуждаться другие сроки, 3-4 года работы до остановки.

В тоннеле LHC

Алла Аршинова: Модернизация, в частности, предполагает замену инжекционного комплекса и системы магнитов. На каком этапе эта работа, кто в ней участвует?

Александр Ерохин: Существенное ограничение в сегодняшнем варианте инжектора вносит Linac2, линейный ускоритель. Он является источником протонов для бустера PS (Proton Synchrotron Booster, промежуточное накопительное кольцо), при этом инжекция происходит на энергии 50 мегаэлектронвольт (МэВ). В планах — замена Linac2 на Linac4. Благодаря другому механизму инжекции, Linac4 позволит увеличить светимость на LHC в несколько раз. На сегодняшний день Linac4 находится на этапе строительства, здание под него уже готово.

Как и при строительстве LHC, в этой работе объединены усилия нескольких институтов из разных стран. От России головным институтом в этой коллаборации является Институт ядерной физики СО РАН. Он поставляет для Linac4 25 метров ускоряющей структуры (при его общей длине 100 метров). Планировалось, что Linac4 будет устанавливаться примерно в 2015 году, во время очередной технической остановки (следующей после ожидаемой длинной остановки в конце 2012 года). Однако, поскольку пока нет полной уверенности в остановке в конце 2012 года, не совсем понятны планы по запуску Linac4. Может оказаться, что он совпадет по времени с «длинной» остановкой.

Для Linac4 уже готовится помещение

Алла Аршинова: Прошлым летом во время эксперимента в пучке были обнаружены «пылинки», «UFOs», природа которых неясна. Предполагается, что их наличие при повышении интенсивности пучка скажется на работе установки. Это важное событие или штатная неприятность?

Александр Ерохин: Скорее, второе. В данном случае под UFO подразумевается наличие загрязнений, источник которых пока не найден. Это приводит к рассеиванию протонных пучков на «пыли», что и регистрируют как потерю пучка так называемые BLM (beam loss monitor). Причин тому существует множество: например, могут «газить» стенки вакуумной камеры. Проблема для вакуумщиков стандартная и будет решена после длинной остановки — скорее всего, просто «почистят» камеру пучком протонов. На данный момент UFO работе не мешают, так как в 2-3 раза повышен порог срабатывания датчиков BLM.

Алла Аршинова: Планируется ли «надстраивать» коллайдер второстепенными установками/детекторами для вторичных экспериментов, не относящихся к основному направлению работы?

Александр Ерохин: Надстраивать — не совсем правильное в данном случае определение. Есть известные эксперименты на детекторах ATLAS, CMS, ALICE, LHCb, все они запланированы, и назвать вторичным какой-то из них трудно. Скорее, это можно отнести к PS и SPS, которые, являясь инжекционным комплексом для LHC, в то же время служат источниками протонов для других, не относящихся к LHC экспериментов. Это и получение антиводорода (тоже, кстати, нашумевший в СМИ эксперимент), и эксперименты с радиоизотопами на ISOLDE, Isotope Separator On-line (сейчас рассматривается апгрейд до HIE ISOLDE — увеличение энергии и интенсивности ионных пучков). Сюда же можно отнести получение нейтрино, проходящих далее по хорде Земли 730 км, для лаборатории Gran Sasso (Италия). Весь список экспериментов в ЦЕРН можно посмотреть на http://greybook.cern.ch/.

Схема столкновений на детекторе ATLAS

Алла Аршинова: Всем не терпится дождаться крупных результатов работы коллайдера. Какие достижения на данный момент являются наиболее серьезными? Можно ли успеть получить интересные результаты до перерыва?

Александр Ерохин: Пока серьезных открытий не было, ведь статистику начали копить только сейчас. Потому, собственно, и возлагаются такие надежды на ближайшие два года, что вышли на светимость, при которой можно собрать достаточную статистику для многих открытий. Достижением является тот факт, что уже вышли на серьезные параметры. Более того, анализируя результаты столкновений, подтвердили многое из той физики, что наблюдалась ранее на других машинах.

Алла Аршинова: Какие существуют онлайн-ресурсы для наблюдения за работой коллайдера в реальном времени?

Александр Ерохин: В первую очередь раздел на официальном сайте ЦЕРН, а также официальный сайт журнала «CERN Courier». Из русскоязычных ресурсов я бы отметил http://elementy.ru, где есть раздел, посвященный LHC. Раздел ведет выпускник физфака НГУ, делает это интересно и доступно, и вдобавок автор основывается на первоисточниках.

Алла Аршинова: LHC — это не только физическая установка, но и научный центр. Могут ли желающие приехать в CERN попрактиковаться, поучиться?

Александр Ерохин: Да, каждое лето в ЦЕРН проходят летние школы для студентов, аспирантов и молодых ученых. Как и в других научных центрах, открыто достаточно большое количество вакансий для постдоков. Официальная информация об этом публикуется на официальном сайте ЦЕРН, а также в журнале «CERN Courier».

Дети на экскурсии в ЦЕРН

Алла Аршинова: Что подразумевают, когда говорят «режим Super-LHC»?

Александр Ерохин: Проектные параметры LHC рассчитаны для энергии в центре масс 14 ТэВ и светимости 1034 см-2-1. Проект sLHC (super LHC) предполагает увеличение светимости на порядок при той же энергии 14 ТэВ, что достижимо путем «внедрения» новых элементов и модернизации старых. Это включает замену инжекционной части комплекса, модернизацию ускорителя SPS (Super Proton Synchrotron) и замену магнитов финальной фокусировки (inner triplet magnets) в местах экспериментов. Соответственно переход к sLHC будет осуществляться в три этапа: замена Linac2 на Linac4, о чем говорилось выше; переход от протонного синхротрона PS (который используется с 1959 года и скоро уже выработает свой ресурс) к PS2; модернизация SPS и замена магнитов финальной фокусировки (inner triplet magnets). И если по первому этапу есть приблизительное понимание сроков и Linac4 находится в процессе производства, то сроки по остальным работам относятся далее чем к 2017-2018 гг.

Алла Аршинова: Tevatron, единственный ускоритель, сравнимый по масштабам с LHC, в конце этого года закроют. Как вы думаете, отработал ли он свое, или основная причина в прекращении финансирования?

Александр Ерохин: На мой взгляд, «Теватрон» останавливать пока рано, поскольку всегда необходимо некое перекрытие на разных машинах. LHC сейчас вышел на бОльшую светимость и почти в 4 раза бОльшую энергию, но пока он не дойдет на проектные параметры, незачем закрывать «Теватрон». Так, собственно, и хотели поступить, насколько я знаю. Но вопрос был решен политически странным путем — закрыли финансирование.

Американский ускоритель Tevatron

Алла Аршинова: А как сокращение финансирования в ЦЕРН скажется на работе коллайдера?

Александр Ерохин: На тех параметрах, которые изначально закладывали в проект, не скажется. К сожалению, закрыли некоторые возможности будущего апгрейда. В таких крупных установках, чей пуск в эксплуатацию происходит через 20 лет с момента начала проектирования, сразу после запуска неизбежно возникает желание что-либо усовершенствовать. Во-первых, с каждым годом увеличиваются технические возможности. Во-вторых, конечно, приходит понимание того, что изначально что-то можно было построить лучше. Так что необходимость доработки будет всегда, но теперь модернизация затронет не все, что хотелось бы. К примеру, апгрейд инжекционного комплекса будет, но не в полном объеме.

Алла Аршинова: Сейчас, когда прошло три года с начала работы коллайдера, изменилось ли что-то в оценках этого проекта внутри CERN? Все ли проходит так, как было задумано изначально?

Александр Ерохин: Несмотря на то, что надежности работы всех систем, особенно систем защиты, уделялось огромное внимание и ранее, авария осенью 2008 года оказалась большой неожиданностью и главной причиной переоценки всего проекта. К системам безопасности подход стал еще более строгим. Что касается планов, то 3,5 ТэВ уже расходятся с первоначальными задумками. Но если взять за начало отсчета 2009 год, то прогресс впечатляющий, и планы воплощаются в жизнь быстрее, чем ожидалось.

Если Вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

какие открытия удалось сделать и что будет дальше

После запуска коллайдера в 2010 году началось время открытий и успехов

Фото: EAST NEWS

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.

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

Фото: EAST NEWS

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.

Большой адронный коллайдер запущен вновь

Автор фото, Getty

Подпись к фото,

Ученые надеются, что новый запуск БАК позволит им рзаглянуть за границы Стандартной модели

После ремонта, вызванной неполадками в работе электрической сети, Большой адронный коллайдер в воскресенье был запущен вновь - впервые с 2013 года, с удвоенной мощностью.

По мнению ученых, при помощи коллайдера в ближайшем будущем они смогут приблизиться к разгадке существования "темной материи".

Пучки частиц уже совершили несколько кругов по параллельному двойному тоннелю коллайдера, однако первые результаты этой работы нужно ожидать нескоро. Столкновения начнут происходить примерно через месяц, тогда же коллайдер достигнет ожидаемой мощности в 13 триллионов элетронвольт.

Во время запуска с удвоенной энергией ученые надеются заглянуть за пределы Стандартной модели.

Большая неизвестность

Ученые планируют впервые выявить так называемые суперсимметричные частицы, или глюино. Если они появятся в коллайдере, это станет первым непосредственным эмпирическим подтверждением существования "темной материи", которая теоретически предсказана в рамках принятой в настоящее время научным сообществом модели Вселенной.

Стандартная модель физики описывает 17 субатомных частиц, в том числе 12 фермионов и 5 бозонов, последний из которых, бозон Хиггса, был обнаружен во время предыдущего запуска коллайдера в 2012 году.

Профессор Тара Ширс из университета Ливерпуля, работающая на БАК, сказала Би-би-си: "В каждой части любого эксперимента, который мы когда-либо проводили, мы ожидали большого открытия. Но теперь это особенно актуально, потому что с открытием бозона Хиггса во время прошлого запуска, мы обнаружили все то, что наша теория только предсказывала".

Стремясь объяснить некоторые загадочные свойства Вселенной, были предложены теории, лежащие за пределами Стандартной модели. Однако доказательства этих идей пока не найдены.

Автор фото, Reuters

Подпись к фото,

Ученые советуют запастись терпением

Это и "темная энергия" - всепроникающая сила, позволяющая Вселенной расширяться; и темная материя – "паутина", удерживающая видимую материю на месте и объясняющая, почему галактики вращаются быстрее чем предполагали ученые.

Если теория суперсимметрии найдет свои доказательства во время запуска БАК, некоторые пробелы в знаниях будут заполнены.

Ожидание

Проводя невиданный ранее эксперимент, когда во время столкновения частиц в БАКе создается температура, невиданная со времен Большого взрыва, физики надеются найти что-то, что даст ответы на их вопросы.

Но самое главное - остаточный продукт, который надеются зафиксировать ученые. Это нейтралино, наиболее легкая и стабильная суперчастица. Согласно теории, именно она является главным компонентом темной материи, она поможет решить проблему скрытой массы, которая необходима для объяснения связи галактик, но не выявляется при помощи телескопов.

Не раньше мая физики получат доступ к новой информации, и только тогда может начаться её анализ.

Стивен Голдфарб, работающий в научной группе Atlas, предостерегает от слишком больших ожиданий. Он работал на предыдущей версии коллайдера, который был запущен в 1989 году и говорит, что и тогда ученые ожидали найти доказательства теории суперсимметрии и бозон Хиггса.

"Многое из того, что мы искали тогда, мы ищем и сейчас, - говорит он. - В конце концов, мы получаем все более и более точные данные о Стандартной модели. Мы смогли выставить границы, благодаря которым был найден бозон Хиггса. Но пока мы не сделали ни одного открытия, которое стало бы прорывом".

"Это станет нашей задачей на несколько ближайших лет", - добавляет он.

По словам ученого, теперь работа будет носить скорее исследовательский характер. "Мы просим вас запастись терпением! Ведь это и есть наша основная работа", - говорит Голдфарб.

LHC готовится к новым достижениям

После выдающейся работы Большой адронный коллайдер (LHC), ускорительный комплекс и эксперименты теперь останавливаются на два года для значительных улучшений и обновлений.

Женева, 3 декабря 2018 г. Рано утром операторы Центра управления ЦЕРН выключили Большой адронный коллайдер (БАК), положив конец очень успешному второму запуску самого мощного в мире ускорителя элементарных частиц. Акселераторный комплекс ЦЕРН будет остановлен примерно на два года, чтобы можно было провести капитальные работы по модернизации и ремонту.

Во время этого второго сеанса (2015–2018 гг.) LHC превзошел все ожидания, достигнув примерно 16 миллионов миллиардов протон-протонных столкновений при энергии 13 ТэВ и больших наборов данных для столкновений свинца со свинцом при энергии 5,02 ТэВ. Эти коллизии привели к возникновению огромного количества данных, более 300 петабайт (300 миллионов гигабайт) в настоящее время постоянно заархивированы в ленточных библиотеках центра обработки данных CERN. Это эквивалент 1000 лет потокового видео в режиме 24/7! Анализируя эти данные, эксперименты на LHC уже дали большое количество результатов, расширяющих наши знания в области фундаментальной физики и Вселенной.

«Второй запуск LHC был впечатляющим, поскольку мы смогли превзойти наши цели и ожидания, предоставив в пять раз больше данных, чем во время первого запуска, с беспрецедентной энергией 13 ТэВ», - говорит Фредерик Бордри, директор CERN. Ускорители и технологии. «С началом этого второго длительного останова мы подготовим машину к еще большему количеству столкновений при расчетной энергии 14 ТэВ».

«Помимо многих других прекрасных результатов, за последние несколько лет эксперименты на LHC сделали огромный прогресс в понимании свойств бозона Хиггса», - добавляет Фабиола Джанотти, генеральный директор ЦЕРН.«Бозон Хиггса - особая частица, сильно отличающаяся от других наблюдаемых до сих пор элементарных частиц; его свойства могут дать нам полезные сведения о физике за пределами Стандартной модели ».

Краеугольный камень Стандартной модели физики элементарных частиц - теории, которая лучше всего описывает элементарные частицы и силы, связывающие их вместе - бозон Хиггса был открыт в ЦЕРНе в 2012 году и с тех пор изучается. В частности, физики анализируют то, как он распадается или превращается в другие частицы, чтобы проверить предсказания Стандартной модели.За последние три года эксперименты на LHC расширили измерения скорости распадов бозона Хиггса, включая наиболее распространенный, но трудно обнаруживаемый распад на нижние кварки и редкое образование бозона Хиггса в сочетании с верхними кварками. Эксперименты ATLAS и CMS также представили обновленные измерения массы бозона Хиггса с лучшей на сегодняшний день точностью.

Помимо бозона Хиггса, эксперименты на LHC привели к широкому спектру результатов и сотням научных публикаций, включая открытие экзотических новых частиц, таких как Ξcc ++ и пентакварки, в эксперименте LHCb, а также открытие пока еще ненаблюдаемых явлений в протонах. столкновения протонов и протонов со свинцом в ALICE.

Во время двухлетнего перерыва Long Shutdown 2 (LS2) весь ускорительный комплекс и детекторы будут усилены и модернизированы для следующего запуска LHC, начиная с 2021 года, а также для проекта High-Luminosity LHC (HL-LHC), который начнет работать после 2025 года. Увеличение яркости LHC означает получение гораздо большего количества данных.

«Богатый урожай второго запуска позволяет исследователям искать очень редкие процессы», - объясняет Экхард Эльсен, директор по исследованиям и вычислениям в CERN.«Они будут заняты на протяжении всего останова, исследуя огромную выборку данных на предмет возможных признаков новой физики, которая не имела возможности проявиться в результате доминирующего вклада процессов Стандартной модели. Это приведет нас к HL-LHC, когда выборка данных увеличится еще на порядок ».

Некоторые компоненты цепи ускорителя (инжекторы), которые питают LHC протонами, будут обновлены для получения более интенсивных пучков. Первое звено в этой цепочке, линейный ускоритель Linac2, будет заменено на Linac4.Новый линейный ускоритель будет ускорять ионы H−, которые позже превращаются в протоны, что позволяет получать более яркие пучки. Второй ускоритель в цепочке, Proton Synchrotron Booster, будет оснащен совершенно новыми системами впрыска и ускорения. Супер протонный синхротрон (SPS), последний инжектор перед LHC, будет иметь новую мощность радиочастоты для ускорения более интенсивных лучей и будет подключен к модернизированным линиям передачи.

Некоторые улучшения LHC также запланированы на LS2.Обходные диоды - электрические компоненты, которые защищают магниты в случае гашения - будут экранированы в качестве предварительного условия для увеличения энергии пучка LHC до 7 ТэВ после LS2, и будет заменено более 20 основных сверхпроводящих магнитов. Кроме того, продолжатся строительные работы для HL-LHC, начатые в июне 2018 года, новые галереи будут подключены к туннелю LHC, и впервые будут испытаны новые мощные магниты и сверхпроводящие технологии.

Все эксперименты на LHC модернизируют важные части их детекторов в следующие два года.Практически весь эксперимент LHCb будет заменен более быстрыми компонентами детектора, которые позволят коллаборации регистрировать события с полной протон-протонной скоростью. Точно так же ALICE модернизирует технологию своих детекторов слежения. ATLAS и CMS будут улучшены и начнут готовиться к большим экспериментам по обновлению HL-LHC.

Пучки

протонов возобновятся весной 2021 года с третьим запуском LHC.

Подробнее:

Ссылка на новости CMS
Ссылка на новости LHCb
Ссылка на новости ATLAS

Сноски

Заключительный этап трассы LHC для протонов в 2018 г.

Прогон протонов LHC завершился в среду, 24 октября, с отличным результатом в 160 фб-1 данных, накопленных с начала 2015 года.

Сегодня протоны попрощались с Большим адронным коллайдером на последнем круге трассы.В 6 часов утра балки из насыпи № 7334 были выброшены в сторону балочных отвалов. Это был последний запуск протонов с LHC до 2021 года, так как ускорительный комплекс ЦЕРН будет закрыт с 10 декабря для проведения полной реконструкции.

Страница 1 на LHC, показывающая рабочее состояние ускорителя в 6.02 в среду, 24 октября. Спираль представляет сгустки протонов, остановленные сбросом пучка (Изображение: CERN)

Теперь пришло время ученым, которые считывают показания счетчика столкновений, сделать первую оценку.Интегрированная светимость в 2018 году (или количество столкновений, которые могут произойти в течение 2018 года) достигла 66 обратных фемтобарнов (fb -1 ) для ATLAS и CMS, что на 6 пунктов лучше, чем ожидалось. В два эксперимента было доставлено около 13 миллионов миллиардов потенциальных столкновений. LHCb накопил 2,5 fb -1 , что больше, чем прогнозировалось 2,0, а ALICE - 27 обратных пикобарн. Замечательная эффективность LHC в этом году объясняется отличной эксплуатационной готовностью машины и мгновенной яркостью, которая регулярно превышает номинальное значение.С начала второго сеанса при энергии столкновения 13 ТэВ интегральная светимость составила 160 фб -1 , что выше ожидаемых 150 фб -1 .

Однако это не означает, что запуски LHC в этом году завершены. Шоу продлится еще четыре недели, в течение которых коллайдер осваивает другой вид частиц, ионы свинца (атомы свинца, которые были ионизированы, то есть у них были удалены электроны). После нескольких дней машинных испытаний команды введут эти тяжелые ионы в инжекторы, которые были подготовлены в течение последних месяцев.Столкновения ионов свинца позволяют проводить исследования кварк-глюонной плазмы, состояния вещества, которое, как считается, существовало через несколько миллионных долей секунды после Большого взрыва.

На этом графике показана интегральная светимость, полученная в экспериментах ATLAS и CMS во время различных запусков LHC. Прогон 2018 дал 65 обратных фемтобарнов данных, что на 16 пунктов больше, чем в 2017 году. (Изображение: CERN)

Проявлена ​​ли новая призрачная частица на Большом адронном коллайдере? | Физика элементарных частиц

Ученые лаборатории ядерной физики Cern недалеко от Женевы исследуют, не возникла ли странная и неожиданная новая частица во время экспериментов на Большом адронном коллайдере.

Исследователи многоцелевого детектора на компактных мюонных соленоидах (CMS) обнаружили в своих данных любопытные неровности, которые могут быть визитной карточкой неизвестной частицы, масса которой более чем в два раза превышает массу атома углерода.

Перспектива появления такой загадочной частицы озадачила физиков так же сильно, как и взволновала их. На данный момент ни одна из их любимых теорий реальности не включает частицы, хотя многие теоретики сейчас усиленно работают над моделями, которые включают.

«Я бы сказал, что теоретики взволнованы, а экспериментаторы настроены очень скептически, - сказал Александр Никитенко, теоретик из команды CMS, работавший с данными.«Как физик я должен быть очень критичным, но как автор этого анализа я тоже должен иметь некоторый оптимизм».

Старшие ученые лаборатории запланировали на этот четверг беседу, на которой Никитенко и его коллега Йотам Сорек обсудят работу. Они расскажут, как они заметили неровности в данных CMS при поиске свидетельств более легкого родственника бозона Хиггса, неуловимой частицы, обнаруженной на LHC в 2012 году.

Большой адронный коллайдер создает частицы, разбивая субатомные протоны в одну другой со скоростью, близкой к скорости света.Когда протоны встречаются, энергия столкновения преобразуется в массу, и частицы, в соответствии с уравнением Эйнштейна, E = mc 2 .

Многие частицы, созданные в LHC, очень нестабильны и сразу же распадаются на более легкие и более стабильные частицы, такие как фотоны и электроны. Физики стремятся находить новые частицы, ища избыток этих частиц, который проявляется в виде выпуклости в данных. Например, один из способов, которым бозон Хиггса выдал свое существование, заключался в необычно большом количестве фотонов, зарегистрированных в столкновениях, в которых была создана частица.

Но физика элементарных частиц - нелегкое занятие. К бесконечному разочарованию его практиков, все время возникают скачки в данных, порожденные не чем иным, как статистическими колебаниями. Лучший способ отличить эти открытия от открытий, удостоенных Нобелевской премии, - это анализировать все больше и больше данных: статистические случайности со временем исчезают.

В двух отдельных анализах команда CMS обнаружила данные, указывающие на накопление мюонов или тяжелых электронов в их детекторе. Если это правда, данные указывают на новую частицу с массой 28 ГэВ или 1 миллиард электрон-вольт, что чуть меньше четверти массы бозона Хиггса.Как бы то ни было, это не та частица, которую искали Никитенко и его коллеги.

Чтобы еще больше усложнить ситуацию, удары были более выражены в столкновениях с низкой энергией LHC, чем в столкновениях с большей энергией, которые машина выполняла после модернизации. По словам Никитенко, это можно объяснить, если при более высоких энергиях образуется больше «фоновых» частиц, которые затем заглушают сигнал.

Поскольку анализ занимает много времени, команде CMS может потребоваться еще год, чтобы подтвердить или исключить существование новой частицы.Но Карл Якобс, представитель группы Cern, которая работает над Atlas, другим многоцелевым детектором LHC, сказал, что он проверяет свои собственные данные на наличие признаков предполагаемой частицы. «Мы работаем над аналогичным анализом данных Атласа, однако я пока не могу назвать вам график, когда результаты станут общедоступными», - сказал он.

Для «Атласа» результат был «решающим», сказал Никитенко. «Если это подтвердит Атлас, это будет реальность. Это будет действительно что-то ужасно новое.”

Одно независимое исследование уже сообщило о потенциальных доказательствах наличия частицы. Арно Хейстер, бывший член команды CMS, который знал о неровностях данных, проанализировал более старые результаты, собранные Aleph, детектором на предыдущем ускорителе частиц Cern, известном как Большой электрон-позитронный коллайдер (LEP). Он обнаружил похожую шишку на 30 ГэВ. «Это превышение, если оно реально, является чем-то очень неожиданным», - сказал он Guardian.

Георг Вейгляйн, теоретик немецкой электронно-синхротронной машины (DESY), сказал, что будет трудно придумать модель, в которой есть частица, подобная той, которую требует удар CMS.«Это не исключает возможности того, что такой сигнал действительно может существовать. Напротив, было бы еще более захватывающе, если бы наблюдался сигнал, который, кажется, не соответствует нашим нынешним моделям », - сказал он. «С нетерпением ждем дальнейшей экспериментальной информации».

Микеланджело Мангано, исследователь из Cern, сказал: «Конечно, теоретики всегда счастливы, когда в данных обнаруживается какая-то аномалия. И я уверен, что многие коллеги начали этим заниматься. Однако радоваться рано.

«Учитывая, что Atlas еще не опубликовал свой анализ, и учитывая, что на магнитной ленте есть гораздо больше данных, очевидно, что эффект скоро будет подтвержден или ослаблен», - сказал он.

Десять лет открытий Большого адронного коллайдера - это только начало расшифровки Вселенной

Десять лет! Десять лет с момента начала эксплуатации Большого адронного коллайдера (БАК), одной из самых сложных машин, когда-либо созданных. LHC - это крупнейший в мире ускоритель элементарных частиц, расположенный в 100 метрах под землей Франции и Швейцарии с протяженностью 17 миль в окружности.

10 сентября 2008 года протоны, центр атома водорода, впервые прошли циркуляцию вокруг ускорителя LHC. Однако волнение было недолгим, потому что 22 сентября произошел инцидент, повредивший более 50 из более чем 6000 магнитов БАК, которые имеют решающее значение для поддержания протонов, движущихся по круговой траектории. Ремонт занял больше года, но в марте 2010 года на LHC начались столкновения протонов. LHC - это жемчужина ЦЕРНа, европейской лаборатории физики элементарных частиц, которая была основана после Второй мировой войны как способ воссоединить и восстановить науку в охваченной войной Европе.Сейчас там проводят эксперименты ученые шести континентов и 100 стран.

Вам может быть интересно, что делает LHC и почему это так важно. Отличные вопросы. LHC сталкивает два пучка протонов вместе при самых высоких энергиях, когда-либо достигнутых в лаборатории. Шесть экспериментов, расположенных вокруг 17-мильного кольца, изучают результаты этих столкновений с массивными детекторами, встроенными в подземные пещеры. Вот что, но почему? Цель состоит в том, чтобы понять природу самых основных строительных блоков вселенной и то, как они взаимодействуют друг с другом.Это фундаментальная наука в самой своей основе.

Вид на БАК в его туннеле в ЦЕРНе (Европейская лаборатория физики элементарных частиц) недалеко от Женевы, Швейцария. LHC - это 27-километровое подземное кольцо сверхпроводящих магнитов, размещенное в этой трубчатой ​​конструкции или криостате. Криостат охлаждается жидким гелием, чтобы поддерживать его рабочую температуру чуть выше абсолютного нуля. Он разгонит два встречно вращающихся пучка протонов до энергии 7 тераэлектронвольт (ТэВ), а затем заставит их столкнуться в лоб.Несколько детекторов строятся вокруг LHC для обнаружения различных частиц, образующихся в результате столкновения. Боевой Трезини / KEYSTONE / AP Photo

БАК не разочаровал. Одно из открытий, сделанных с помощью LHC, включает в себя долгожданный бозон Хиггса, предсказанный в 1964 году учеными, работающими над объединением теорий двух фундаментальных сил природы.

Я работаю над одним из шести экспериментов на LHC - экспериментом с компактным мюонным соленоидом, предназначенным для обнаружения бозона Хиггса и поиска признаков ранее неизвестных частиц или сил.Мое учреждение, Университет штата Флорида, присоединилось к коллаборации с компактным мюонным соленоидом в 1994 году, когда я был молодым аспирантом другой школы и работал над другим экспериментом в другой лаборатории. Планирование LHC началось в 1984 году. LHC было сложно построить и дорого - 10 миллиардов евро - и потребовалось 24 года, чтобы воплотить его в жизнь. Сейчас мы празднуем 10 лет с момента начала работы LHC.

Детектор компактного мюонного соленоида на ускорителе частиц Большого адронного коллайдера (LHC) Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН).Ядро компактного мюонного соленоида - это самый большой в мире сверхпроводящий соленоидный магнит. Боевой Трезини / KEYSTONE / AP Photo

Открытия с LHC

Самым значительным открытием, которое предстоит сделать на LHC, является открытие бозона Хиггса 4 июля 2012 года. Объявление было сделано в ЦЕРНе и привлекло внимание мировой аудитории. Фактически, мы с женой смотрели его через интернет-трансляцию на большом экране телевизора в нашей гостиной. Поскольку анонс был в 3 а.м. По времени Флориды, мы пошли на блины в IHOP, чтобы потом отпраздновать это событие.

Бозон Хиггса был последней оставшейся частью того, что мы называем стандартной моделью физики элементарных частиц. Эта теория охватывает все известные фундаментальные частицы - 17 из них - и три из четырех сил, посредством которых они взаимодействуют, хотя гравитация еще не включена. Стандартная модель - это невероятно хорошо проверенная теория. Двое из шести ученых, разработавших часть стандартной модели, предсказывающую бозон Хиггса, в 2013 году получили Нобелевскую премию.

Бозон Хиггса, иногда называемый «частицей бога», был впервые обнаружен во время экспериментов на Большом адронном коллайдере. Designua / Shutterstock.com

Меня часто спрашивают, почему мы продолжаем проводить эксперименты, сталкивая протоны, если мы уже открыли бозон Хиггса? Разве мы не закончили? Что ж, еще многое предстоит понять. Есть ряд вопросов, на которые стандартная модель не отвечает. Например, исследования галактик и других крупномасштабных структур во Вселенной показывают, что материи намного больше, чем мы наблюдаем.Мы называем это темной материей, потому что не видим ее. На сегодняшний день наиболее распространенное объяснение состоит в том, что темная материя состоит из неизвестной частицы. Физики надеются, что БАК сможет создать эту загадочную частицу и изучить ее. Это было бы потрясающим открытием.

Буквально на прошлой неделе коллаборации ATLAS и Compact Muon Solenoid объявили о первом наблюдении распада бозона Хиггса на нижние кварки. Бозон Хиггса распадается по-разному - некоторые редко, некоторые часто.Стандартная модель делает прогнозы о том, как часто происходит каждый тип распада. Чтобы полностью протестировать модель, нам нужно наблюдать все предсказанные распады. Наше недавнее наблюдение согласуется со стандартной моделью - еще один успех.

Еще вопросы, впереди еще ответы

Во Вселенной есть много других загадок, и нам могут потребоваться новые теории физики для объяснения таких явлений - например, асимметрия материи / антиматерии, чтобы объяснить, почему во Вселенной больше материи, чем антиматерии, или проблему иерархии, чтобы понять почему гравитация намного слабее других сил.

Схема стандартной модели физики элементарных частиц. В настоящее время обнаружено 13 фундаментальных частиц, из которых состоит материя, и четыре основных носителя силы. Designua / Shutterstock.com

Но для меня поиск новых необъяснимых данных важен, потому что каждый раз, когда физики думают, что мы все это выяснили, природа преподносит сюрприз, который ведет к более глубокому пониманию нашего мира.

LHC продолжает тестирование стандартной модели физики элементарных частиц.Ученые любят, когда теория соответствует данным. Но обычно мы узнаем больше, когда они этого не делают. Это означает, что мы не до конца понимаем, что происходит. И это для многих из нас является будущей целью LHC: найти доказательства того, чего мы не понимаем. Существуют тысячи теорий, предсказывающих новую физику, которую мы не наблюдали. Какие правильные? Нам нужно открытие, чтобы узнать, верны ли они.

ЦЕРН планирует продолжить работу на LHC еще долгое время. Мы планируем модернизацию ускорителя и детекторов, чтобы он проработал до 2035 года.Непонятно, кто выйдет на пенсию первым, я или LHC. Десять лет назад мы с нетерпением ждали первых пучков протонов. Сейчас мы заняты изучением огромного количества данных и надеемся на сюрприз, который приведет нас на новый путь. С нетерпением жду следующих 20 лет.

Внутри планов китайского мега-коллайдера, который превзойдет LHC

Ван Ифан руководит Институтом физики высоких энергий в Пекине Фото: Тим Крамер / Рурский университет Бохума

Физики из Пекинского института физики высоких энергий (ИФВЭ) создают крупнейший в мире измельчитель частиц.В случае строительства объект с окружностью 100 км затмил бы 27-километровый Большой адронный коллайдер (LHC) в ЦЕРНе, европейской лаборатории физики элементарных частиц недалеко от Женевы, Швейцария, и стоил бы примерно вдвое дешевле.

Амбициозный объект стоимостью 30 миллиардов юаней (4,3 миллиарда долларов США), известный как Круговой электронно-позитронный коллайдер (CEPC), является детищем директора ИФВЭ Ван Ифана. Он возглавляет этот проект с момента открытия элементарной частицы, называемой бозоном Хиггса, на LHC в 2012 году.

CEPC будет производить бозоны Хиггса, сталкивая электроны и их аналоги из антивещества, позитроны. Поскольку это фундаментальные частицы, их столкновения чище и легче поддаются расшифровке, чем протон-протонные столкновения LHC, поэтому, как только китайский объект откроется, примерно в 2030 году, он позволит физикам изучать загадочную частицу и ее распад в изысканном виде. деталь.

На прошлой неделе ИФВЭ опубликовал отчет об основных этапах разработки коллайдера.Первоначальное финансирование исследований и разработок поступило от правительства Китая, но разработка является результатом международного сотрудничества физиков, и команда надеется получить финансирование со всего мира. (Исследователи, стоящие за давно запланированным конкурентом «фабрикой Хиггса», известной как Международный линейный коллайдер, ожидают узнать к концу этого года, потратит ли Япония деньги на его размещение.)

Чертежи показывают, что китайский коллайдер будет работать. в круге на глубине 100 метров под землей в месте, которое еще предстоит определить, и разместить два детектора.По истечении десятилетнего срока службы электронно-позитронная машина может быть модернизирована для столкновения протонов с энергиями, в семь раз превышающими энергию БАК на его пике. В преддверии публикации отчета агентство Nature поговорило с Вангом о проекте.

После шести лет проектных работ международная комиссия экспертов заявляет, что коллайдер готов к работе. Строительство может начаться уже в 2022 году. Что происходит сейчас?

В данный момент мы работаем над технологическими исследованиями и разработками (R&D).Никто раньше не строил такой большой машины, и мы хотим минимизировать затраты. Его технические характеристики отличаются от характеристик любой другой машины в мире в прошлом, и мы должны доказать, что это возможно.

Два года назад международный консультативный комитет коллайдера заявил, что в проекте не участвует международное сообщество. Есть ли прогресс в этом направлении?

Существенных изменений не произошло, поскольку международное участие по-прежнему ограничено финансовыми обязательствами международных партнеров.Все они заинтересованы, но им нужно получить поддержку от своих финансирующих агентств. Они ждут, чтобы услышать позицию китайского правительства о том, финансировать ли это, и это решение зависит от результатов НИОКР. Но CERN работает над новой европейской стратегией физики элементарных частиц, поэтому мы надеемся, что на этот раз CEPC может быть включен. Аналогичный процесс произойдет в Соединенных Штатах, вероятно, в следующем или 2020 году. Мы надеемся, что он будет включен в оба.

Китайский коллайдер, работающий в 2030-х годах, будет напрямую конкурировать с собственными планами ЦЕРН по созданию преемника LHC.Как вы думаете, есть ли необходимость в более чем одном мегаколлайдере?

Пока рано говорить о соревновании. Я думаю, что хорошо иметь разные предложения и тщательно изучать преимущества и недостатки каждого предложения. Тогда мы сможем увидеть, какой из них более осуществим, и сообщество примет решение.

Считаете ли вы, что международное сообщество согласится с тем, что Китай станет глобальным центром физики высоких энергий, учитывая, что в стране нет свободного доступа к Интернету и существует значительный государственный контроль?

Такой центр помог бы Китаю стать более интернационализированным, более открытым по отношению к миру.И это принесет больше ресурсов научному сообществу. Людям в самом начале может показаться, что это не так удобно по сравнению со Швейцарией. Но мы надеемся, что коллайдер будет полезен, по крайней мере, для китайцев. Кроме того, я не думаю, что это будет единственный центр в мире. Исторически у нас всегда было много центров физики элементарных частиц, но теперь их становится все меньше и меньше. Но я очень надеюсь, что мы не будем единственными. Если у вас нет конкурентов в поле, в какой-то момент вы умрете.

В настоящее время в Китае происходит что-то вроде бума ускорительных мощностей. Расскажи мне о некоторых из этих планов.

Источник нейтронов расщепления в Дунгуане в настоящее время работает. Он маленький, но достаточно хороший. IHEP также планирует построить источник света с окружностью 1,4 км в Хуайжоу на севере Пекина стоимостью 4,8 млрд юаней. Это круговой ускоритель электронов, который может генерировать синхротронное излучение - рентгеновское излучение чрезвычайно высокой интенсивности.Они полезны практически для каждой исследовательской дисциплины, включая материаловедение, химию, биологию, экологию, геологию и медицину. Мы полагаем, что правительство окончательно утвердит проект к началу следующего года, и тогда мы сможем приступить к строительству. Мы думаем, что это будет ведущая машина в мире. Большинство источников света являются модернизацией существующих машин, поэтому их количество ограничено. Мы можем использовать лучшие конфигурации, лучшие технологии без ограничений.

Институт также готовится запустить эксперимент - детектор, измеряющий высокоэнергетические частицы, известные как космические лучи, - на китайской космической станции с экипажем, запуск которой запланирован на 2020 год.Что он будет делать и как улучшит существующие эксперименты?

Мы хотим знать, откуда приходят космические лучи и как они получают такую ​​высокую энергию. Ответы на эти вопросы помогут нам понять Вселенную. Мы также хотели бы использовать его для поиска новых частиц, таких как темная материя, которые пока не могут быть созданы ускорителями на Земле. Один из лучших на сегодняшний день экспериментов по изучению этого - альфа-магнитный спектрометр (AMS) на Международной космической станции, который еще не обнаружил явных доказательств существования темной материи.Это означает, что нам нужны эксперименты, которые могут обнаруживать больше частиц и при более высоких энергиях. Эксперимент по обнаружению космического излучения высоких энергий позволит изучать частицы, энергия которых примерно в десять раз превышает энергию AMS, и измерять их энергии с лучшим разрешением. Мы почти закончили проектирование и пытаемся заручиться поддержкой правительства Китая. Мы, вероятно, говорим о стоимости детектора от 200 до 300 миллионов долларов. Он включен в список кандидатов на возможные проекты будущей китайской космической станции.Придется подождать, но я настроен оптимистично.

Как вы думаете, сохранятся ли высокие уровни финансирования науки в Китае?

Правительство, безусловно, заинтересовано в поддержке науки. Они надеются, что каждый вкладываемый ими пенни чего-то стоит, и иногда мы, занимающиеся физикой высоких энергий, разочаровываем их - мы не можем сразу получить результаты.

Повлияла ли политическая ситуация между США и Китаем на отношения между учеными двух стран?

Сейчас это сложно.Если мы организуем конференцию в Китае, люди из университетов США могут свободно приходить, но люди, работающие в национальных лабораториях США, говорят, что не могут получить разрешения. Кроме того, если пойти другим путем, китайским ученым очень сложно получить приглашение в эти лаборатории в Соединенных Штатах. Я действительно надеюсь, что это временно, и политики поймут, что обмен наукой и сотрудничество в науке взаимовыгодны.

Это интервью отредактировано для ясности и длины.

Модернизированный коллайдер, чтобы пролить более яркий свет на тайны физики в ЦЕРН

ЖЕНЕВА (Рейтер) - Европейский центр исследований физики ЦЕРН запустил модернизацию своего Большого адронного коллайдера (LHC) в пятницу, через шесть лет после того, как огромный ускоритель элементарных частиц разгадал загадку. подтвердив существование неуловимого бозона Хиггса.

Персонал

сказал, что капитальный ремонт повысит «яркость» экспериментов по разрушению протонов на LHC, 27-километровом (17-мильном) кольце под швейцарско-французской границей, увеличив количество столкновений частиц в десять раз и обеспечив более четкую картину субатомного мира.

«Это позволит нам ответить на новые вопросы, нерешенные вопросы фундаментальной физики, с большим количеством возможностей найти ответы», - сказала Рейтер генеральный директор ЦЕРН Фабиола Джанотти на церемонии открытия.

Десятилетняя модернизация, предусматривающая бюджет материалов в размере 950 миллионов швейцарских франков (953 миллиона долларов), позволит LHC ежегодно собирать больше данных о столкновениях частиц, чем с момента начала его эксплуатации в 2010 году, заявили там эксперты. .

Обновление будет фокусировать лучи протонов, которые сталкиваются друг с другом, увеличивая светимость, что означает больше столкновений и больше шансов обнаружить что-то необычное.

В прошлом году LHC произвел около 3 миллионов бозонов Хиггса, долгожданную частицу, которая вместе с соответствующим силовым полем дала ответ на вопрос: откуда материя получает свою массу?

После модернизации ЦЕРН заявил, что LHC будет производить не менее 15 миллионов бозонов Хиггса в год, что позволит физикам лучше познакомиться с одним из своих последних открытий.

Они также будут искать другие частицы и ответы на вопросы об антивеществе и Большом взрыве в начале Вселенной.

Джанотти сказала, что она надеется, что модернизация - сродни замене вашей грязной 60-ваттной прикроватной лампы промышленным прожектором - даст ответы о «темной материи», которая никогда не наблюдалась, но, как известно, существует из-за ее воздействия на видимый материал вокруг него.

«Лично для меня раскрытие тайны темной материи Вселенной было бы чем-то большим», - сказала она. «Конечно, было бы фантастически создать частицу темной материи при столкновении лучей LHC.”

Ценность открытий невозможно предсказать, но ожидается, что они дадут толчок развитию науки и технологий в будущем, потенциально ускоряя производственные процессы или повышая вычислительную мощность.

Даже технологии, необходимые для модернизации LHC, откроют новые горизонты, потому что для фокусировки протонных пучков, которые сталкиваются вместе, потребуются новые сверхпроводящие магниты и электроника, которые никогда не были разработаны ранее, с потенциальными дополнительными преимуществами для общества, Джанотти сказал.

Еще неизвестно, принесет ли обновление больше Нобелевских премий по физике, которые Питер Хиггс и Франсуа Энглерт выиграли в 2013 году, когда LHC подтвердил их 50-летнюю теорию пропавшего бозона.

«Посмотрим», - сказал Джанотти. «Мы в руках природы».

(1 доллар = 0,9968 швейцарских франков)

Отчетность Тома Майлза; Под редакцией Эндрю Хевенса

Большой адронный коллайдер случайно выбросил доказательства новой физики?

На Большом адронном коллайдере протоны одновременно вращаются по часовой стрелке и против часовой стрелки, сталкиваясь друг с другом со скоростью 99,9999991% скорости света каждый. В двух точках, рассчитанных на максимальное количество столкновений, были сконструированы и установлены детекторы огромных частиц: детекторы CMS и ATLAS.После миллиардов и миллиардов столкновений при этих огромных энергиях БАК продвинул нас дальше в нашей охоте за фундаментальной природой Вселенной и в нашем понимании элементарных строительных блоков материи.

Ранее в этом месяце БАК отпраздновал 10-летие своей работы, и его венцом стало открытие бозона Хиггса. Тем не менее, несмотря на эти успехи, не было обнаружено никаких новых частиц, взаимодействий, распадов или фундаментальной физики. Хуже всего то, что большая часть данных CERN с LHC была отброшена навсегда.

CERN / Maximlien Brice

Это одна из наименее изученных частей головоломки физики высоких энергий, по крайней мере, среди широкой публики. БАК не просто потерял большую часть своих данных: он потерял колоссальные 99,997%.Верно; Из каждого миллиона столкновений, происходящих на LHC, только около 30 из них записывают и записывают все свои данные.

Это произошло по необходимости, из-за ограничений, накладываемых самими законами природы, а также из-за того, что технологии могут делать в настоящее время. Но при принятии этого решения возникает огромный страх, который становится еще более ощутимым из-за того, что, кроме долгожданного Хиггса, ничего нового не было обнаружено. Страх заключается в том, что есть новая физика, ожидающая своего открытия, но мы ее упустили, выбросив эти данные.

Сотрудничество с ATLAS / ЦЕРН

На самом деле у нас не было выбора. Что-то нужно было выбросить. Принцип работы БАК заключается в том, что протоны ускоряются как можно ближе к скорости света в противоположных направлениях и сталкиваются друг с другом.Именно так ускорители элементарных частиц работали лучше всего на протяжении поколений. Согласно Эйнштейну, энергия частицы представляет собой комбинацию ее массы покоя (которую вы можете узнать как E = mc 2 ) и энергии ее движения, также известной как ее кинетическая энергия. Чем быстрее вы летите - или, точнее, чем ближе вы приближаетесь к скорости света - тем более высокой энергии на частицу вы можете получить.

На БАК мы сталкиваем протоны вместе со скоростью 299 792 455 м / с, что всего на 3 м / с меньше скорости самого света.Разрушая их вместе с такой высокой скоростью и двигаясь в противоположных направлениях, мы делаем возможным существование частиц, которые иначе были бы невозможны.

Джулиан Херцог / c.c.a-by-3.0

Причина в следующем: все частицы (и античастицы), которые мы можем создать, имеют определенное количество присущей им энергии в виде их массы в состоянии покоя.Когда вы сталкиваете две частицы вместе, часть этой энергии должна перейти в отдельные компоненты этих частиц, как на их энергию покоя, так и на их кинетическую энергию (то есть их энергию движения).

Но если у вас достаточно энергии, часть этой энергии может пойти на производство новых частиц! Вот где E = mc 2 становится действительно интересным: не только все частицы с массой ( m ) имеют энергию ( E ), присущую их существованию, но если у вас достаточно доступной энергии, вы может создавать новые частицы.На LHC человечество достигло столкновений с большей доступной энергией для создания новых частиц, чем в любой другой лаборатории в истории.

Эксперимент ЦЕРН / АТЛАС

Энергия, приходящаяся на одну частицу, составляет около 7 ТэВ, что означает, что каждый протон достигает примерно 7000-кратной энергии массы покоя в форме кинетической энергии. Но столкновения случаются редко, а протоны не просто крошечные, это в основном пустое пространство. Чтобы получить большую вероятность столкновения, вам нужно вводить более одного протона за раз; вместо этого вы вводите свои протоны сгустками.

При полной интенсивности это означает, что есть много крошечных пучков протонов, движущихся по часовой стрелке и против часовой стрелки внутри LHC, когда он работает.Длина туннелей LHC составляет примерно 26 километров, и только 7,5 метров (или около 25 футов) разделяют каждую связку. Когда эти пучки лучей движутся по кругу, они сжимаются, поскольку взаимодействуют в средней точке каждого детектора. Каждые 25 наносекунд есть вероятность столкновения.

ЦЕРН

Так что же вы делаете? У вас небольшое количество столкновений и вы записываете каждое? Это пустая трата энергии и потенциальных данных.

Вместо этого вы закачиваете достаточно протонов в каждый сгусток, чтобы обеспечить хорошее столкновение каждый раз, когда два сгустка проходят через них. И каждый раз, когда происходит столкновение, частицы проникают сквозь детектор во всех направлениях, вызывая срабатывание сложной электроники и схем, которые позволяют нам реконструировать, что было создано, когда и где было создано в детекторе.Это похоже на гигантский взрыв, и только измеряя все вылетающие осколки, мы можем реконструировать то, что произошло (и какие новые вещи были созданы) в точке возгорания.

CERN / CMS Сотрудничество

Однако тогда возникает проблема, заключающаяся в том, чтобы взять все эти данные и записать их. Сами детекторы большие: 22 метра для CMS и 46 метров для ATLAS. В любой момент времени есть частицы, возникающие в результате трех различных столкновений в CMS и шести отдельных столкновений в ATLAS. Чтобы записать данные, необходимо выполнить два шага:

  1. Данные должны быть перемещены в память детектора, которая ограничена скоростью вашей электроники.Несмотря на то, что электрические сигналы распространяются со скоростью, близкой к скорости света, мы можем «вспомнить» только о 1 из 500 столкновений.
  2. Данные в памяти должны быть записаны на диск (или другое постоянное устройство), и это гораздо более медленный процесс, чем сохранение данных в памяти; необходимо принять решение о том, что сохраняется, а что отбрасывается.
ЦЕРН / АТЛАС; Благодарность: Кайл Кранмер

Итак, мы используем несколько уловок, чтобы убедиться, что мы выбираем наши события с умом. Мы сразу же смотрим на множество факторов, связанных с столкновением, чтобы определить, стоит ли это более внимательно или нет: то, что мы называем триггером. Если вы пройдете триггер, вы перейдете на следующий уровень. (Крошечная часть незапланированных данных также сохраняется на тот случай, если есть интересный сигнал, который мы не думали запускать.) Затем применяется второй слой фильтров и триггеров; если событие достаточно интересно, чтобы его можно было сохранить, оно помещается в буфер, чтобы гарантировать, что оно будет записано в хранилище. Мы можем быть уверены, что каждое событие, помеченное как «интересное», сохраняется вместе с небольшой долей неинтересных событий.

Вот почему, при необходимости выполнения обоих этих шагов, только 0,003% всех данных можно сохранить для анализа.

Коллаборация ATLAS / ЦЕРН

Как мы узнаем, что сохраняем нужные фрагменты данных? Те, в которых, скорее всего, мы создаем новые частицы, понимаем важность новых взаимодействий или наблюдаем за новой физикой?

Когда происходят протон-протонные столкновения, большая часть того, что выходит, являются нормальными частицами в том смысле, что они почти полностью состоят из кварков, движущихся вверх и вниз.(Это означает такие частицы, как протоны, нейтроны и пионы.) И большинство столкновений - это скользящие столкновения, что означает, что большинство частиц попадают в детектор в прямом или обратном направлении.

LHC / CERN

Итак, чтобы сделать этот первый шаг, мы пытаемся искать следы частиц относительно высоких энергий, которые идут в поперечном направлении, а не вперед или назад. Мы пытаемся записать в память детектора события, которые, по нашему мнению, имели наиболее доступную энергию ( E ) для создания новых частиц с максимально возможной массой ( м ). Затем мы быстро выполняем вычислительное сканирование того, что находится в памяти детектора, чтобы увидеть, стоит ли записывать на диск или нет.Если мы решим это сделать, его можно поставить в очередь для перехода в постоянное хранилище.

В результате каждую секунду можно сохранить около 1000 событий. Это может показаться большим, но помните: примерно 40 000 000 сгустков сталкиваются каждую секунду.

Мы думаем, что поступаем разумно, решая сохранить то, что мы экономим, но мы не можем быть уверены в этом.В 2010 году центр обработки данных CERN преодолел грандиозный рубеж в обработке данных: 10 петабайт данных. К концу 2013 года они передали 100 петабайт данных; в 2017 году они преодолели рубеж в 200 петабайт. Тем не менее, мы знаем, что выбросили - или не смогли записать - примерно в 30 000 раз больше. Возможно, мы собрали сотни петабайт, но мы отбросили и потеряли навсегда многие зеттабайты данных: больше, чем общий объем интернет-данных, созданных за год.

В высшей степени возможно, что БАК создал новые частицы, увидел доказательства новых взаимодействий, а также обнаружил и зарегистрировал все признаки новой физики. И также возможно, что из-за нашего незнания того, что мы искали, мы выбросили все это и будем продолжать это делать. Кошмарный сценарий - отсутствие новой физики за пределами Стандартной модели - похоже, сбывается.Но настоящий кошмар - это вполне реальная возможность того, что новая физика существует, мы построили идеальную машину, чтобы найти ее, мы ее нашли, и мы никогда не осознаем этого из-за решений и предположений, которые мы сделали. . Настоящий кошмар состоит в том, что мы обманом заставили себя поверить в правильность Стандартной модели, потому что мы просмотрели только 0,003% имеющихся данных. Мы думаем, что приняли разумное решение, сохранив то, что сохранили, но мы не можем быть уверены. Возможно, мы сами навлекли на себя кошмар.


Эта статья была обновлена ​​благодаря участию Кайла Кранмера, Дона Линкольна и Дэниела Уайтсона. .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *