Для чего коллайдер андронный – Устройство большого адронного коллайдера, Схема работы адронного коллайдера, Адронный коллайдер 2009, Адронный коллайдер 2010

Содержание

Большой адронный коллайдер. Миф и реальная опасность

Большой адронный коллайдер. Миф и реальная опасность

Оценить статью

Большой адронный коллайдер самый мощный в мире ускоритель элементарных частиц – , испытания которого идут в Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН), еще до своего пуска стал предметом судебного иска. Кто и почему судился с учеными?


 

Не судите большой адронный коллайдер… Жители штата Гавайи Уолтер Вагнер и Луис Санчо обратились в федеральный окружной суд Гонолулу с иском против ЦЕРНа, а также американских участников проекта – Министерства энергетики, Национального научного фонда и Национальной лаборатории ускорителей имени Э. Ферми вот по какой причине.

 

⦳⦳⦳⦳⦳

 

Американские обыватели опасались, что столкновения имеющих огромную энергию субатомных частиц, которые будут проводиться в ускорителе, чтобы имитировать события, происходившие во Вселенной в первые мгновения после Большого Взрыва, могут создать объекты, угрожающие существованию Земли.

 

Большой адронный коллайдер в Церне. В рамке – моделирование процесса рождения бозона Хиггса в детекторе CMS

 

Опасность, по мнению истцов, представляют в первую очередь так называемые черные дыры – физические объекты, которые могут поглотить часть объектов на нашей планете – например, какой-нибудь крупный город.

 

 

Несмотря на то что иск поступил в суд в начале апреля 2008 года, специалисты вовсе не отнеслись к нему как к первоапрельской шутке.

 

А устроили 6 апреля в Центре ядерных исследований день открытых дверей, пригласив на экскурсию по ускорителю представителей общественности, журналистов, студентов и школьников, чтобы те не только смогли своими глазами увидеть уникальный научный инструмент, но и получить исчерпывающие ответы на все интересующие их вопросы.

 

Прежде всего, конечно, организаторы проекта постарались убедить посетителей в том, что БАК никак не может стать виновником «конца света».

 

 

 

Да, находящийся в кольцевом туннеле с длиной окружности в 27 км коллайдер (от англ. collide – «сталкиваться») способен разгонять протонные пучки и сталкивать их с энергией до 14 тераэлектронвольт 40 млн раз в секунду.

 

Физики полагают, что при этом можно будет воссоздать условия, которые возникли спустя одну триллионную долю секунды после Большого Взрыва, и таким образом получить ценную информацию о самом начале существования Вселенной.

 

 

 

 

Большой адронный коллайдер и черная дыра

 

Но вот относительно того, что при этом возникнет черная дыра или вообще неизвестно что, представитель ЦЕРНа Джеймс Джилльс высказал большие сомнения. И не только потому, что оценка безопасности коллайдера постоянно проводится теоретиками, но и исходя просто из практики.

 

 

«Важным аргументом в пользу того, что эксперименты ЦЕРНа безопасны, является уже само существование Земли, – сказал он. 

 

– Наша планета постоянно подвергается воздействию потоков космического излучения, энергия которых не уступает, а зачастую и превосходит церновские, – и до сих пор не уничтожена ни черной дырой, ни иными причинами.

 

Между тем, как мы подсчитали, за время существования Вселенной природой выполнено по меньшей мере 1031 программ, подобных той, что мы только собираемся осуществить»…

 

 

 

Не видит он особой опасности и в возможности возникновения неконтролируемой реакции аннигиляции с участием античастиц, которые возникнут в результате экспериментов.

 

«Антивещество в ЦЕРНе действительно производят, – подтвердил ученый в интервью журналу New Scientist. 

 

– Однако тех его крох, что можно искусственно создать на Земле, не хватило бы даже на самую маленькую бомбу.

 

Хранить же и накапливать антивещество исключительно трудно (а некоторые его виды – вообще невозможно)»…

 

 

 

 

Большой адронный коллайдер  и бозон

 

 

Поиски бозона. Кстати, тот же журнал писал, что российские специалисты – профессор Ирина Арефьева и доктор физико-математических наук Игорь Волович из Математического института имени Стеклова в Москве – полагают, что масштабный эксперимент в ЦЕРНе может привести и к появлению первой… машины времени в мире.

 

 

Я попросил прокомментировать это сообщение профессора Ирину Ярославовну Арефьеву. И вот что она рассказала:

 

 

«Мы все еще довольно мало знаем об устройстве окружающего нас мира. Помните, древние греки полагали, что все объекты состоят из атомов, что в переводе с греческого означает “неделимый”.

 

 

Однако со временем выяснилось, что и сами атомы имеют довольно сложное устройство, состоят из электронов, протонов и нейтронов. В первой половине XX века вдруг оказалось, что те же электроны с протонами и нейтронами в свою очередь могут делиться на ряд частиц.

 

Поначалу их опрометчиво назвали элементарными. Однако к настоящему времени выясняется, что и многие из этих так называемых элементарных частиц могут в свою очередь делиться…

 

 

 

В общем, когда теоретики попытались свести все полученные знания в рамках так называемой Стандартной модели, то оказалось, что центральным ее звеном, по некоторым данным, являются хиггс-бозоны».

 

 

Загадочная частица получила свое название по имени профессора Питера Хиггса из Эдинбургского университета. В отличие от профессора Хиггинса из известного мьюзикла, он занимался не обучением правильному произношению симпатичных девушек, а познанием законов микромира.

 

И еще в 60-х годах прошлого столетия сделал такое предположение: «Вселенная вовсе не пуста, как нам кажется.

 

 

Все ее пространство заполнено некоей тягучей субстанцией, через которую осуществляется, например, гравитационное взаимодействие между небесными телами, начиная от частиц, атомов и молекул и кончая планетами, звездами и галактиками».

 

 

 

Говоря совсем уж попросту, П. Хиггс предложил вернуться к идее «всемирного эфира», которая однажды была уж отвергнута. Но поскольку физики, как и прочие люди, не любят сознаваться в своих ошибках, то новую-старую субстанцию теперь называют «полем Хиггса».

 

И ныне считается, что именно оно, это силовое поле, придает ядерным частицам массу. А их взаимное притяжение обеспечивается носителем гравитации, который вначале было назвали гравитоном, а теперь – хиггс-бозоном.

 

 

В 2000 году физикам показалось, что они, наконец, «поймали» бозон Хиггса. Однако серия экспериментов, предпринятых для проверки первого эксперимента, показала, что бозон снова ускользнул. Тем не менее многие ученые уверены, что частица все-таки существует.

 

 

И чтобы поймать ее, надо просто построить более надежные ловушки, создать еще более мощные ускорители. Один из самых грандиозных приборов человечества Большой адронный коллайдер всеобщими усилиями был построен в ЦЕРНе близ Женевы.

 

 

Впрочем, ловят бозон Хиггса не только для того, чтобы убедиться в справедливости предвидения ученых, найти еще одного кандидата на роль «первокирпичика Вселенной».

 

 

«Есть, в частности, и экзотические предположения по поводу устройства Вселенной, 

– продолжала свой рассказ профессор И.Я. Арефьева.

 – Традиционная теория говорит о том, что мы живем в четырехмерном мире

– три пространственные координаты плюс время.

 

 

Большой адронный коллайдер теория измерений

 

 

Но есть гипотезы предполагающие, что на самом деле измерений больше – шесть или десять, а то и больше. В этих измерениях сила гравитации может быть существенно выше, чем привычное нам g.

 

А гравитация, согласно уравнениям Эйнштейна, может влиять на течение времени. Отсюда и возникла гипотеза о “машине времени”. Но она даже если и существует, то в течение очень короткого времени и в очень малом объеме»…

 

 

Столь же экзотична, по мнению Ирины Ярославовны, и гипотеза об образовании при столкновении встречных пучков миниатюрных черных дыр. Даже если они и образуются, то время жизни их будет столь ничтожно, что их будет чрезвычайно трудно просто обнаружить.

 

Разве что по косвенным признакам, например рентгеновскому излучению Хокинга, да и то уже после того, как сама дыра исчезнет.

 

 

Словом, реакции, по некоторым расчетам, будут происходить в объеме всего лишь 10–20 куб. см и настолько быстро, что экспериментаторам придется немало поломать голову, чтобы поставить нужные датчики в соответствующих местах, получить данные и затем соответствующим образом их интерпретировать.

 

 

 

Продолжение следует… С той поры, когда профессором Арефьевой были сказаны вышеприведенные слова, до момента написания данных строк прошло почти пять лет.

 

За это время состоялся не только первый пробный пуск БАКа и еще несколько последующих. Как вы теперь сами знаете, все остались живы, и ничего страшного не произошло. Работы продолжаются…

 

 

Ученые только жалуются, что им очень трудно следить за исправностью всего оборудования этой уникальной научной установки. Тем не менее они уже мечтают о строительстве гигантского ускорителя частиц следующего поколения – Международного линейного коллайдера (International Linear Collider, ILC).

 

 

ЦЕРН, Швейцария. Июнь 2013.

 

 

Во всяком случае, вот что пишут по этому поводу Барри Бэриш, заслуженный профессор Калифорнийского технологического института, который руководит работами по проектированию Международного линейного коллайдера, его коллеги

 

– Николас Уокер Уокер, специалист в области физики ускорителей из Гамбурга, и Хитоши Ямамото, профессор физики в университете Тохоку в Японии.

 

 

 

Большой адронный коллайдер будущего

 

 

«Конструкторы ILC уже определили основные параметры будущего коллайдера, – сообщают ученые.

 

 – Его длина – около 31 км; основную часть займут два сверхпроводящих линейных ускорителя, которые обеспечат электрон-позитронные столкновения с энергией 500 ГэВ.

 

 

Пять раз в секунду ILC будет генерировать, ускорять и сталкивать почти 3000 электронных и позитронных сгустков в импульсе длительностью 1 мс, что соответствует мощности 10 МВт для каждого пучка.

 

КПД установки составит около 20 %, следовательно, полная мощность, которая понадобится ILC для ускорения частиц, составит почти 100 МВт».

 

 

Для создания пучка электронов мишень из арсенида галлия будет облучаться лазером; при этом в каждом импульсе из нее будут выбиваться миллиарды электронов.

 

Эти электроны сразу будут ускорены до 5 ГэВ в коротком линейном сверхпроводящем ускорителе, а затем инжектированы в 6,7-километровое накопительное кольцо, расположенное в центре комплекса.

 

Двигаясь в кольце, электроны будут генерировать синхротронное излучение, и сгустки сожмутся, что увеличит плотность заряда и интенсивность пучка.

 

На середине пути при энергии 150 Мэв электронные сгустки будут слегка отклонены и направлены в специальный магнит, так называемый ондулятор, где некоторая часть их энергии преобразуется в гамма-излучение.

 

Гамма-фотоны попадут на мишень из титанового сплава, вращающуюся со скоростью около 1000 оборотов в минуту.

 

 

При этом образуется множество электрон-позитронных пар. Позитроны будут захвачены, ускорены до 5 ГэВ, после чего попадут в другое сжимающее кольцо и, наконец, во второй главный линейный сверхпроводящий ускоритель на противоположном конце ЛС.

 

Когда энергия электронов и позитронов достигнет конечной величины в 250 ГэВ, они устремятся к точке столкновения. После столкновения продукты реакции будут направляться в ловушки, где и зафиксируются.

 

 

Большой адронный коллайдер видео

 

 

Самые интересные статьи:

Похожее

ezoterik-page.com

Большой андронный коллайдер находится в центре внимания ученых всего мира

Во все времена люди с большим волнением относились к тем экспериментам, результаты которых могут оказать серьезное влияние на формирование научной картины мира. Большой андронный коллайдер стал основным источником загадок и слухов, а также информации. Так же, как сто лет назад, все научное сообщество с придыханием следило, чем закончатся опыты по изучению радиоактивности.

Большой андронный коллайдер находится в распоряжении сотрудников научно-исследовательского центра Европейского совета по проведению ядерных исследований. Это гигантское устройство представляет собой огромное кольцо, общая протяженность которого превышает 26 километров. Основное назначение коллайдера состоит в том, чтобы разгонять мельчайшие частицы до запредельной скорости. Только для того, чтобы удержать и сфокусировать пучки протонов и антипротонов, необходимо использовать 1624 сверхпроводящих магнита, каждый из которых может работать только при температуре -2710С.

Стоит специально упомянуть, что сам коллайдер находится в толще земли на глубине около ста метров. «Благодаря» своим гигантским размерам он вышел за пределы Швейцарии, захватив часть территории Франции. Сложность и трудоемкость в его создании и эксплуатации привели к необходимости использовать опыт ученых и строителей из многих стран мира, в том числе и из России.

Андронный коллайдер должен дать ответы на многие основополагающие научные вопросы, в том числе о свойствах времени и пространства, а также о строении вещества и материи. Все дело в том, что в результате самых разнообразных исследований, проведенных в последние десятилетия была создана так называемая стандартная модель, с помощью которой можно описать практически любой микропроцесс. Эта модель основывается на том, что весь окружающий человека мир состоит из кварков и лептонов, в результате взаимодействия которых происходит обмен такими важнейшими частицами, как глюоны, бозоны и фотоны.

Большой андронный коллайдер находится в месте пересечения интересов сразу нескольких наук и направлений. В частности, в отношении стандартной модели он должен был дать ответ на вопрос о существовании знаменитого «бозона Хиггса» - мельчайшей элементарной частицы, появление которой при столкновении частиц будет означать правильность пропагандируемой сегодня физической картины миры.

В то же время поиск этого бозона, который, по заверению ученых, успешно завершился несколько месяцев назад, - лишь одна из задач, стоящих перед андронным коллайдером. Наверное, главной целью его создания стала надежда на выход за пределы той физики, которая сегодня существует. Необходимо это, в том числе и для того, чтобы объяснить ряд явлений, которые пока остаются ученым не по силам. Речь  идет, например, об описании гравитационного взаимодействия, которое, в свою очередь, приводит их к обсуждению проблемы взаимосвязи пространства и времени.

Таким образом, Большой андронный коллайдер находится в центре внимания ученых всех стран и направлений. Получаемые с его помощью результаты уже позволили значительно уточнить ряд положений пространственно-временных теорий, а также с практической точки зрения доказать возможность процессов, описываемых в рамках концепции «Большого взрыва».

fb.ru

Для чего России большой андронный коллайдер?

Юрий Зайцев, действительный академический советник Академии инженерных наук РФ, для РИА Новости

БАКУ, 9 сентября – «Новости-Азербайджан». 10 сентября состоится последняя проверка работоспособности Большого андронного коллайдера (БАК) - или Large Handron Collider - LHC.

Другими словами - ученые попытаются пройти пучком протонов по всему его  27-километрвому кольцу. Столь значительный периметр коллайдера и объясняет, почему новый ускоритель назван большим.

Равного ему по мощности в мире до сих пор не было. Он предназначен  для разгона протонов и тяжелых ядер, так называемых андронов.  Коллайдером же назван потому, что ускоряет частицы на встречных пучках и призван воспроизводить то, что  природа делает каждую секунду и что происходит уже миллиарды лет.

Идея БАК родилась  в 1984 г. и официально  одобрена десятью годами позже.  Ускоритель создавался под руководством Европейской организации  ядерных исследований - ЦЕРН (CERN - Conseil Europeen pour la Rercherche Nucleaire). Хотя Россия не является ее членом (с 1999 г. у нашей страны есть статус  наблюдателя), связи российских научных институтов с ЦЕРНом были установлены еще в 1960-е годы и успешно продолжаются до сих  пор.

Строительство коллайдера началось в 2001 г. и обошлось примерно в 6 млрд долл. Россия финансировала как изготовление всех четырех детекторов - установок для исследований ядерных взаимодействий при сверхвысоких энергиях, так и сооружение самого ускорителя.

Если говорить о детекторах, то российская доля в них составляет около  5% от общего финансирования, в ускорителях - примерно 3%.

В общей сложности на российские предприятия поступило  заказов от ЦЕРНа на 120 млн долл. В работах участвовали многие институты Российской академии наук, Росатома, Московский и Санкт-Петербургский  университеты, а также Федеральные ядерные центры, в частности Саров и Снежинск.

Как отметил один из первых руководителей ЦЕРНа Роже Кашмор, "мы не смогли бы сделать БАК без российских ученых". В то же время участие в проекте благотворно повлияло на российскую промышленность. Он сильно поддержал многие наши предприятия.

10 номинаций или наград дал ЦЕРН российским предприятиям за своевременное и качественное выполнении работ для БАКа.

Всего в проекте участвуют порядка 700 российских ученых. Сегодня  в Швейцарии одновременно находится в командировке около 200 физиков и других специалистов из России.

По мнению ученых коллайдер позволит в деталях изучить, каков мир вокруг нас.

В начале ХХ века в физике появились две основополагающие теории мироустройства. Общая теория относительности Альберта Эйнштейна, которая описывает Вселенную на макроуровне, и квантовая теория поля - на микроуровне. Проблема в том, что эти теории по ряду позиций несовместимы друг с другом. Например, для адекватного описания происходящего в так называемых черных дырах нужны обе теории, а они вступают здесь в противоречие.

В последней трети ХХ века физикам удалось разработать некую Стандартную модель, которая объединила три из четырех фундаментальных взаимодействий - сильное, слабое и электромагнитное. Однако добавить в нее гравитационное взаимодействие оказалось чрезвычайно трудно.

Один из главных секретов, которые наука надеется раскрыть, - почему элементарные частицы имеют массу. Это ключевой вопрос мироздания, и он, возможно, будет разгадан, если БАК "поймает" так  называемый бизон Хиггса (или "Хиггс"), предсказанный английским физиком Питером Хиггсом в 1960 г. В рамках существующих представлений, эта частица отвечает за массу элементарных частиц. Для обнаружения ее следов предназначены два самых больших детектора БАК - CMS и ATLAS.

Как считают ученые, вся Вселенная заполнена так называемым полем Хиггса. И любая частица, которая движется в этом поле, взаимодействуя с ним, приобретает массу.  В какой-то степени Хиггсовский бизон - "побочный" продукт идеи приобретения масс электрослабыми калибровочными бизонами в результате спонтанного нарушения симметрии хиггсовского поля.

Изучая бизон Хиггса, ученые могут узнать и первоначальные свойства данного поля, во многом определившего  черты нашего мира. Возможно, это натолкнет физиков на новую теорию Вселенной - более глубокую, чем Стандартная модель.

Еще  одним из научных достижений исследований на БАКе может стать доказательство или опровержение "суперсимметрии" - теории, гласящей, что любая субатомная частица имеет более тяжелого партнера, или "суперчастицу". Нынешний директор ЦЕРНа Роберт Аймар считает, что коллайдер должен помочь ученым найти "нейтралино" - одну из гипотетических частиц, предсказанных теорией суперсимметрии.

Некоторые специалисты полагают, что техника сооружения сверхмощных ускорителей  сегодня "подошла к своему пределу". Тем не менее, по мнению  российских физиков, следующим и еще более крупным ускорителем должен стать Международный линейный  коллайдер ILC. На его размещение претендует Объединенный институт ядерных исследований в Дубне (Россия).

В ILC будут сталкиваться легкие частицы - электроны и позитроны. В итоге могут появиться предсказанные теорией суперсимметричные частицы. Возможно, это позволит раскрыть не менее заманчивую тайну - природу темной материи и темной энергии. На их долю приходится 96% материи  Вселенной, в то время как на ее видимую часть (звезды, планеты) - только 4%.

Именно такие крупные проекты как LHC и ILC являются тем локомотивом, который тянет за собой науку и промышленность. Примеры тому - атомный и космический проекты. Они дали толчок многим научным направлениям и отраслям промышленности.

Тот же Большой андронный коллайдер стимулировал прорывы во многих строительных,  материаловедческих и информационных технологиях.  Приборы, которыми оснащен БАК, потребовали такой точности изготовления, что их создание было бы невозможным без применения новых прогрессивных технологий.

az.sputniknews.ru

Большой адронный коллайдер — Lurkmore

ACHTUNG! Опасно для моска!
Министерство здравоохранения Луркмора предупреждает: вдумчивое чтение нижеследующего текста способно нанести непоправимый ущерб рассудку. Вас предупреждали.
«

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

»
— Анонимус

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.

С помощью деликатного инструментария учёные исследуют свойства Вселенной
«

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.

»
— Анонимус

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.

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

Выдержка из микроблогов


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].

[править] Пара слов от Grammar nazi

и снова У граммарнаци уже просто не хватает адронов патронов
«

Предотвращая ругательств тонны,
Если хэдкрабы мозг не сожрали,
Правильно пиши слово АДРОННЫЙ,
Пока монтировкой не уебали!

»
— почти Маяковский

[править] Large Hardon Collider

В результате опечатки слово hadron превращается в hardon, чему посвящен сайт largehardoncollider.com. Такую опечатку допускают и солидные журналисты (см. опечатку в New York Times).

Гугл про Large Hard-on Collider.

[править] Правильные слова: адронный и коллайдер

Топ запросов Яндекса показывает, что многие из тех, кто ищет инфу об адронном коллайдере и бозоне Хиггса, не знают, как пишутся эти слова.

Периодически[4] встречается написание андронный (андрология — зеркальный близнец гинекологии, то есть медицинская наука о пинусе), английский вариант hardon (англ. hard-on — стояк), а иногда даже андроидный.

Между прочим, в этом вашем хвалёном стабильном Бульбостане на православной тарашкевице Большой адронный коллайдер звучит «Вялікі гадронны паскаральнік» (Большой гадронный ускоритель). Креативно и самобытно, не то что в этой стране.

Особенно доставляли потоки умняков про «андронный»(НТВ) и «адроновый»(РТР) коллайдер в новостях по центральному телевидению. Но самый феерический вариант был обнаружен (ещё бы!) в интернетах — Большой Огромный Коллайдер. Также встречался вариант афедронный. Засветился и Первый канал — речь уже не о БАК, но все еще доставляет.

Алсо сабж и Бозон Хиггса засветились на б-гомерзком Ответы@mail. Лишь один ответ из пяти может претендовать на место худо-бедно правильного. Остальные ответы дают понять, что 95% населения не имеют ни малейшего представления о физике. Последние два ответа изрядно доставляют.

[править] Коллайдеры в мемологии

«

Снова будет ночь бессонной,
Так подлейте мне винца!
Эх, коллайдер мой адронный,
Ускоритель пиздеца!

»
— Антинародная песня
Неотвратимая Коллайдер-сама

Узнав о мрачной гипотезе Всеобщего Пиздеца, анонимусы люто, бешено возрадовались и впали в мизантропию. Коллайдер стал неким аналогом вселенского Угнетателя — существо, могущее уничтожить весь мир.

Узнав о радости анонимуса, коллайдер, с целью деградировать возмущенную общественность, внезапно трансмутировал во всепоглощающую и фапабельную Коллайдер-саму. Дива сия, послав лучи всасывания, подавила сознание нестойкой части битардов и тем добилась от правительства Интернетов выделения значительных средств на восстановление своей истинной сущности и на сбор всех злых сил микромира для проведения заключительного сеанса секаса осенью 2010 года.

Алсо, тема Коллайдера стала предметом неустанного фапа всех Халвафагов и Вальвофилов. Идея возникновения микрочерных микродыр и микро же машин микровремени, с вытекающими отсюда временными парадоксами, порталами в иные миры и прочим насилием над всякими континуумами, как бэ намекает нам на сюжет Half-Life. Поэтому запасайся солью, спичками, монтировками, противогазами и гравитационными пушками, Анонимус!

Также, в 2008-ом году ВНЕЗАПНО по крайней мере в двух анимэ-сериалах появилось оружие, всеми своими признаками напоминающее тот же самый коллайдер. В Macross Frontier это была страшная хрень под гордым именем «Пожиратель Измерений», которая таки зохавала какую-то отдалённую планету. Во втором сезоне Code Geass это была местная, куда более локальная версия вооружений под названием Fleia (читаясь при этом как Фрэя), которая создавала что-то типа маленькой короткоживущей чёрной дыры… В общем, японцы фтеме. Алсо, тут же можно упомянуть аниме Стальной алхимик: Братство — для осуществления Хитрого Плана: главзлодей вырыл под страной гигантский кольцеобразный тоннель, являющийся преобразовательным кругом, предназначенный для умножения на ноль всего населения Аместриса.

Утверждается, что в романе Flashforward, который лег в основу одноименного сериала, именно БАК заставил людей видеть будущее. Авторы сериала, впрочем, обещали, что их неведомая хуйня будет даже ещё неведомее, так что это вроде как и не спойлер.

В последнем сезоне сериала Lexx создатели предугадали будущую истерию по поводу коллайдера… А посему Земля должна была быть выпилена именно в результате нахождения бозона Хиггса. Разумеется, так как на орбите появился Лексс, коллайдер просто не успел выполнить свое предназначение. Примечательно, что сам Стивен Хокинг (видимо после просмотра вышеупомянутого сезона) предупредил о смертельной опасности опытов с бозоном Хиггса.

В аниме Steins;Gate БАК вообще стал основой сюжета. CERN (в аниме — SERN) является Империей зла и хочет изменить прошлое для достижения мирового господства. Алсо, главные герои успешно использовали его в качестве архиватора данных со степенью сжатия более 9000% (9956688629305%, если быть точным).

Сериал «Доктор Кто» тоже пару раз проехался по теме БАК: то там НЕХи людей воровали, то ученые рассчитали, что весь наш мир — забагованная симуляция (спойлер: ИЧСХ были правы), после чего радостно самовыпилились.

В Another World для Амиги главный герой попадает в другой мир в результате мини-пиздеца случившегося во время эксперимента с коллайдером когда в последний ебошит молния.

В этом вашем Red Alert 3, в дополнении Uprising, в компании за Советы в последней миссии тоже имеется коллайдер, а в оригинале у Альянса есть мощное оружие — протонный коллайдер, сферическое супероружие в вакууме.

В Rise of Nations Коллайдер является чудом света, позволяющим мгновенно производить исследования.

В «Принцессе в доспехах» на одном из островов можно встретить гнома, который поведает, если его расспросить о прошлой жизни, что участвовал в некоем секретном проекте по созданию Гудронной Трубы. Сей агрегат предназначался для разгона больших масс нефти до высоких скоростей. Но к власти пришел новый король и приказал проект закрыть. Вполне вероятно, что под Гудронной Трубой подразумевался сами-понимаете-кто.

В Starcraft II уберъюнит протосов Mothership по форме очень напоминает летающий коллайдер. ЧСХ создает черные дыры.

В Deus Ex: Human Revolution, на последнем уровне, на Панхее, имеется кольцевой уровень с самим кольцом, неиллюзорно напоминающим сабж.

В Endless Space игроку даётся возможность построить на каждой планете не-барионный коллайдер (+2 к науке).

В Айс-Пиковской «Эврике!» Адронный коллайдер позволяет возвернуть улетевшую земную ось на ее исконное место.

В третьем Mass Effect врагов галактика побеждает врагов с помощью построенного всем миром коллайдера более 9000 километров в окружности. Что именно он делает — зависит от игрока, но в любом случае галактика будет уже не та.

В рашкинской кармагидоноподобной игре Armageddon Riders коллайдер главная причина появления зомбаков, аномалий и прочего творящегося на экранах пиздеца, есть возможность погонять внутри коллайдера.

В PSI OPS The Mindgate Conspiracy, на одном из уровней, нужно остановить не очень большой адронный коллайдер. Нужно выключить 4 рубильника, в 4х комнатах, попасть в которые можно только проходя внутри коллайдера, в нём носится НЕХ, напоминающая шаровую молнию, поэтому важно проскочить не поджарившись. WIN

В мире футурамы коллайдеры продаются в магазинах πKEA, но собирать их нужно самим. Если собранный суперколлайдер супервзрывается, магазин обязан вернуть деньги.

[править] Познавательные картинки


[править] Бегущие картинки (со звуком)


  1. Бозо́н Хи́ггса, устар. «Хиггсон» или Хи́ггсовский бозо́н (иногда говорят просто Хиггс). Искомая микроскопическая пиздюлинка есть теоретически предсказанная еще в шестидесятых элементарная частица, напоминающая пи-мезон, но подобно глюонам обладающая свойствами саморазмножения и самосклеивания. Эта самая частица, судя по всем расчетам — недостающее звено в лучшей на сегодняшний день теории квантового мироздания, благодаря которой исключительно хорошо сходятся концы с концами в большинстве экспериментов с элементарными частицами, до бозона вызывавших массу довольно безнадежных вопросов. Короче говоря, с ней вытанцовывается вполне себе такая стройная и красивая, а главное — прекрасно обоснованная реальными и чудовищно дорогостоящими экспериментами картина квантового естества Вселенной. А без нее — не очень. Грубо говоря, механизм Хиггса наделяет все частицы массой. Правильнее говорить о «бозонах Хиггса», так как для полноты теории не хватает двух, строго говоря, разных частиц. Впрочем, одна таки найдена в этом вашем БАК, стало быть, и до другой скоро доберутся
  2. ↑ около 99,8% — если уж совсем занудно
  3. ↑ Пост в каком-то новостном бложике
  4. ↑ согласно статистике яндекса за ноябрь 2010 слово «адронный» искало 14 446 человек, а слово «андронный» искало немногим меньше — 10 000 человек
  В Большом адронном коллайдере лишь один сплошной матан.
Большой адронный коллайдер? Нам пиздец! Мы все умрем!

lurkmore.co

Большой адронный коллайдер - это... Что такое Большой адронный коллайдер?

Координаты: 46°14′00″ с. ш. 6°03′00″ в. д. / 46.233333° с. ш. 6.05° в. д. (G) (O)46.233333, 6.05

Большой адро́нный колла́йдер, сокращённо БАК (англ. Large Hadron Collider, сокращённо LHC) — ускоритель заряженных частиц на встречных пучках, предназначенный для разгона протонов и тяжёлых ионов (ионов свинца) и изучения продуктов их соударений. Коллайдер построен в научно-исследовательском центре Европейского совета ядерных исследований (ЦЕРН), на границе Швейцарии и Франции, недалеко от Женевы. БАК является самой крупной экспериментальной установкой в мире. Руководитель проекта — Линдон Эванс. В строительстве и исследованиях участвовали и участвуют более 10 тыс. учёных и инженеров из более чем 100 стран[1].

Большим назван из-за своих размеров: длина основного кольца ускорителя составляет 26 659 м[2]; адронным — из-за того, что он ускоряет адроны, то есть тяжёлые частицы, состоящие из кварков; коллайдером (англ. collider — сталкиватель) — из-за того, что пучки частиц ускоряются в противоположных направлениях и сталкиваются в специальных точках столкновения[3].

Детекторы и предускорители БАК
Траектория протонов p (и тяжёлых ионов свинца Pb) начинается в линейных ускорителях (в точках p и Pb, соответственно). Затем частицы попадают в бустер протонного синхротрона (PS), через него — в протонный суперсинхротрон (SPS) и, наконец, непосредственно в туннель БАК. Детекторы TOTEM и LHCf, отсутствующие на схеме, находятся рядом с детекторами CMS и ATLAS соответственно

Поставленные задачи[4][5]

Современное состояние в физике элементарных частиц

Карта с нанесённым на неё расположением Коллайдера

В конце 1960-х годов физикам удалось разработать Стандартную модель (СМ), которая объединяет три из четырёх фундаментальных взаимодействий — сильное, слабое и электромагнитное. Гравитационное взаимодействие по-прежнему описывают в терминах ОТО. Таким образом, в настоящее время фундаментальные взаимодействия описываются двумя общепринятыми теориями: ОТО и СМ. Их объединения пока достичь не удалось из-за трудностей создания теории квантовой гравитации.

Поиск Новой физики

Как сказано выше, СМ не может считаться окончательной теорией элементарных частиц. Она должна быть частью некоторой более глубокой теории строения микромира, той частью, которая видна в экспериментах на коллайдерах при энергиях ниже примерно 1 ТэВ. Такие теории коллективно называют «Новая физика» или «За пределами Стандартной модели». Главная задача Большого адронного коллайдера — получить хотя бы первые намеки на то, что это за более глубокая теория[6].

Для дальнейшего объединения фундаментальных взаимодействий в одной теории используются различные подходы: теория струн, получившая своё развитие в М-теории (теории бран), теория супергравитации, петлевая квантовая гравитация и др. Некоторые из них имеют внутренние проблемы, и ни у одной из них нет экспериментального подтверждения. Проблема в том, что для проведения соответствующих экспериментов нужны энергии, недостижимые на современных ускорителях заряженных частиц.

БАК позволит провести эксперименты, которые ранее были невозможны и, вероятно, подтвердит или опровергнет часть этих теорий. Так, существует целый спектр физических теорий с размерностями больше четырёх, которые предполагают существование «суперсимметрии» — например, теория струн, которую иногда называют теорией суперструн именно из-за того, что без суперсимметрии она утрачивает физический смысл. Подтверждение существования суперсимметрии, таким образом, будет косвенным подтверждением истинности этих теорий.

Изучение топ-кварков

Топ-кварк — самый тяжёлый кварк и, более того, это самая тяжёлая из открытых пока элементарных частиц. Согласно последним результатам Тэватрона[7], его масса составляет 173,1 ± 1,3 ГэВ/c². Из-за своей большой массы топ-кварк до сих пор наблюдался пока лишь на одном ускорителе — Тэватроне, на других ускорителях просто не хватало энергии для его рождения. Кроме того, топ-кварки интересуют физиков не только сами по себе, но и как «рабочий инструмент» для изучения бозона Хиггса. Один из наиболее важных каналов рождения бозона Хиггса в БАК — ассоциативное рождение вместе с топ-кварк-антикварковой парой. Для того, чтобы надёжно отделять такие события от фона, предварительно необходимо изучение свойств самих топ-кварков.

Изучение механизма электрослабой симметрии

Диаграммы Фейнмана, показывающие возможные варианты рождения W- и Z-бозонов, которые в совокупности образуют нейтральный бозон Хиггса

Одной из основных целей проекта является экспериментальное доказательство существования бозона Хиггса — частицы, предсказанной шотландским физиком Питером Хиггсом в 1964 году в рамках Стандартной модели. Бозон Хиггса является квантом так называемого поля Хиггса, при прохождении через которое частицы испытывают сопротивление, представляемое нами как поправки к массе[8]. Сам бозон нестабилен и имеет большу́ю массу (более 120 ГэВ/c²). На самом деле, физиков интересует не столько сам бозон Хиггса, сколько хиггсовский механизм нарушения симметрии электрослабого взаимодействия.

Изучение кварк-глюонной плазмы

Ожидается, что примерно один месяц в год будет проходить в ускорителе в режиме ядерных столкновений. В течение этого месяца коллайдер будет разгонять и сталкивать в детекторах не протоны, а ядра свинца. При неупругом столкновении двух ядер на ультрарелятивистских скоростях на короткое время образуется и затем распадается плотный и очень горячий комок ядерного вещества. Понимание происходящих при этом явлений (переход вещества в состояние кварк-глюонной плазмы и её остывание) нужно для построения более совершенной теории сильных взаимодействий, которая окажется полезной как для ядерной физики, так и для астрофизики.

Поиск суперсимметрии

Первым значительным научным достижением экспериментов на БАК может стать доказательство или опровержение «суперсимметрии» — теории, гласящей, что любая элементарная частица имеет гораздо более тяжёлого партнера, или «суперчастицу».

Изучение фотон-адронных и фотон-фотонных столкновений

Электромагнитное взаимодействие частиц описывается как обмен (в ряде случаев виртуальными) фотонами. Другими словами, фотоны являются переносчиками электромагнитного поля. Протоны электрически заряжены и окружены электростатическим полем, соответственно это поле можно рассматривать как облако виртуальных фотонов. Всякий протон, особенно релятивистский протон, включает в себя облако виртуальных частиц как составную часть. При столкновении протонов между собой взаимодействуют и виртуальные частицы, окружающие каждый из протонов. Математически процесс взаимодействия частиц описывается длинным рядом поправок, каждая из которых описывает взаимодействие посредством виртуальных частиц определённого типа (см.: диаграммы Фейнмана). Таким образом, при исследовании столкновения протонов косвенно изучается и взаимодействие вещества с фотонами высоких энергий, представляющее большой интерес для теоретической физики[9]. Также рассматривается особый класс реакций — непосредственное взаимодействие двух фотонов, которые могут столкнуться как со встречным протоном, порождая типичные фотон-адронные столкновения, так и друг с другом.

В режиме ядерных столкновений, из-за большого электрического заряда ядра, влияние электромагнитных процессов имеет ещё большее значение.

Проверка экзотических теорий

Теоретики в конце XX века выдвинули огромное число необычных идей относительно устройства мира, которые все вместе называются «экзотическими моделями». Сюда относятся теории с сильной гравитацией на масштабе энергий порядка 1 ТэВ, модели с большим количеством пространственных измерений, преонные модели, в которых кварки и лептоны сами состоят из частиц, модели с новыми типами взаимодействия. Дело в том, что накопленных экспериментальных данных оказывается всё ещё недостаточно для создания одной-единственной теории. А сами все эти теории совместимы с имеющимися экспериментальными данными. Поскольку в этих теориях можно сделать конкретные предсказания для БАК, экспериментаторы планируют проверять предсказания и искать следы тех или иных теорий в своих данных. Ожидается, что результаты, полученные на ускорителе, смогут ограничить фантазию теоретиков, закрыв некоторые из предложенных построений.

Другое

Также ожидается обнаружение физических явлений вне рамок Стандартной Модели. Планируется исследование свойств W и Z-бозонов, ядерных взаимодействий при сверхвысоких энергиях, процессов рождения и распадов тяжёлых кварков (b и t).

Технические характеристики

Подземный зал, в котором смонтирован детектор ATLAS (октябрь 2004 года) Регистрация частиц, образовавшихся после столкновения в детекторе CMS

В ускорителе предполагается сталкивать протоны с суммарной энергией 14 ТэВ (то есть 14 тераэлектронвольт или 14·1012 электронвольт) в системе центра масс налетающих частиц, а также ядра свинца с энергией 5 ГэВ (5·109 электронвольт) на каждую пару сталкивающихся нуклонов. На начало 2010 года БАК уже несколько превзошел по энергии протонов предыдущего рекордсмена — протон-антипротонный коллайдер Тэватрон, который до конца 2011 года работал в Национальной ускорительной лаборатории им. Энрико Ферми (США). Несмотря на то, что наладка оборудования растягивается на годы и ещё не завершена, БАК уже стал самым высокоэнергичным ускорителем элементарных частиц в мире, на порядок превосходя по энергии остальные коллайдеры, в том числе и релятивистский коллайдер тяжёлых ионов RHIC, работающий в Брукхейвенской лаборатории (США).

Светимость БАК во время первых недель работы пробега была не более 1029 частиц/см²·с, тем не менее она продолжает постоянно повышаться. Целью является достижение номинальной светимости в 1,7·1034 частиц/см²·с, что по порядку величины соответствует светимостям BaBar (SLAC, США) и Belle (англ.) (KEK, Япония).

Ускоритель расположен в том же туннеле, который прежде занимал Большой электрон-позитронный коллайдер. Туннель с длиной окружности 26,7 км проложен под землёй на территории Франции и Швейцарии. Глубина залегания туннеля — от 50 до 175 метров, причём кольцо туннеля наклонено примерно на 1,4 % относительно поверхности земли. Для удержания, коррекции и фокусировки протонных пучков используются 1624 сверхпроводящих магнита, общая длина которых превышает 22 км. Магниты работают при температуре 1,9 K (−271 °C), что немного ниже температуры перехода гелия в сверхтекучее состояние.

Российские учёные принимали активное участие как в строительстве самого БАК, так и в создании всех работающих на нём детекторов[10].

Детекторы

На БАК работают 4 основных и 3 вспомогательных детектора:

  • ALICE (A Large Ion Collider Experiment)
  • ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS)
  • CMS (Compact Muon Solenoid)
  • LHCb (The Large Hadron Collider beauty experiment)
  • TOTEM (TOTal Elastic and diffractive cross section Measurement)
  • LHCf (The Large Hadron Collider forward)
  • MoEDAL (Monopole and Exotics Detector At the LHC).

ATLAS, CMS, ALICE, LHCb — большие детекторы, расположенные вокруг точек столкновения пучков. Детекторы TOTEM и LHCf — вспомогательные, находятся на удалении в несколько десятков метров от точек пересечения пучков, занимаемых детекторами CMS и ATLAS соответственно, и будут использоваться попутно с основными.

Детектор CMS

Детекторы ATLAS и CMS — детекторы общего назначения, предназначены для поиска бозона Хиггса и «нестандартной физики», в частности тёмной материи, ALICE — для изучения кварк-глюонной плазмы в столкновениях тяжёлых ионов свинца, LHCb — для исследования физики b-кварков, что позволит лучше понять различия между материей и антиматерией, TOTEM — предназначен для изучения рассеяния частиц на малые углы, таких что происходит при близких пролётах без столкновений (так называемые несталкивающиеся частицы, forward particles), что позволяет точнее измерить размер протонов, а также контролировать светимость коллайдера, и, наконец, LHCf — для исследования космических лучей, моделируемых с помощью тех же несталкивающихся частиц[11].

С работой БАК связан также седьмой, совсем незначительный в плане бюджета и сложности, детектор (эксперимент) MoEDAL[12], предназначенный для поиска медленно движущихся тяжёлых частиц.

Во время работы коллайдера столкновения проводятся одновременно во всех четырёх точках пересечения пучков, независимо от типа ускоряемых частиц (протоны или ядра). При этом все детекторы одновременно набирают статистику.

Процесс ускорения частиц в коллайдере

Скорость частиц в БАК на встречных пучках близка к скорости света в вакууме. Разгон частиц до таких больших энергий достигается в несколько этапов. На первом этапе низкоэнергетичные линейные ускорители Linac 2 и Linac 3 производят инжекцию протонов и ионов свинца для дальнейшего ускорения. Затем частицы попадают в PS-бустер и далее в сам PS (протонный синхротрон), приобретая энергию в 28 ГэВ. При этой энергии они уже движутся со скоростью близкой к световой. После этого ускорение частиц продолжается в SPS (протонный суперсинхротрон), где энергия частиц достигает 450 ГэВ. Затем сгусток протонов[13] направляют в главное 26,7-километровое кольцо, доводя энергию протонов до максимальных 7 ТэВ, и в точках столкновения детекторы фиксируют происходящие события. Два встречных пучка протонов при полном заполнении могут содержать 2808 сгустков каждый. На начальных этапах отладки процесса ускорения циркулируют лишь по одному сгустку в пучке длиной несколько сантиметров и небольшого поперечного размера. Затем начинают увеличивать количество сгустков. Сгустки располагаются в фиксированных позициях относительно друг друга, которые синхронно движутся вдоль кольца. Сгустки в определённой последовательности могут сталкиваться в четырёх точках кольца, где расположены детекторы частиц[14].

Кинетическая энергия всех сгустков адронов в БАКе при полном его заполнении сравнима с кинетической энергией реактивного самолета, хотя масса всех частиц не превышает нанограмма и их даже нельзя увидеть невооружённым глазом. Такая энергия достигается за счёт скорости частиц, близкой к скорости света[15].

Сгустки проходят полный круг ускорителя быстрее, чем за 0,0001 сек, совершая, таким образом, свыше 10 тыс. оборотов в секунду[16].

Потребление энергии

Во время работы коллайдера расчётное потребление энергии составит 180 МВт. Предположительные энергозатраты всего ЦЕРН на 2009 год с учётом работающего коллайдера — 1000 ГВт·ч, из которых 700 ГВт·ч придётся на долю ускорителя. Эти энергозатраты — около 10 % от суммарного годового энергопотребления кантона Женева. Сам ЦЕРН не производит энергию, имея лишь резервные дизельные генераторы.

Вопросы безопасности

Значительная доля внимания со стороны представителей общественности и СМИ связана с обсуждением катастроф, которые могут произойти в связи с функционированием БАК. Наиболее часто обсуждается опасность возникновения микроскопических чёрных дыр с последующей цепной реакцией захвата окружающей материи, а также угроза возникновения страпелек, гипотетически способных преобразовать в страпельки всю материю Вселенной[17].

Строительство и эксплуатация

27-километровый подземный тоннель, предназначенный для размещения ускорителя БАК

Строительство

Идея проекта Большого адронного коллайдера родилась в 1984 году и была официально одобрена десятью годами позже. Его строительство началось в 2001 году, после окончания работы предыдущего ускорителя — Большого электрон-позитронного коллайдера.

  • 19 ноября 2006 года закончено строительство специальной криогенной линии для охлаждения магнитов.
  • 27 ноября 2006 года в туннеле был установлен последний сверхпроводящий магнит.

Испытания и эксплуатация

2008 год
Детектор ATLAS, ноябрь 2006 года
  • 11 августа успешно завершена первая часть предварительных испытаний[18]. Во время испытаний пучок заряженных частиц прошёл чуть более трёх километров по одному из колец БАК.
  • 10 сентября был произведён официальный запуск коллайдера[19][20]. Запущенные пучки протонов успешно прошли весь периметр коллайдера по и против часовой стрелки[21].
  • 12 сентября команде БАК удалось запустить и непрерывно удерживать циркулирующий пучок. На этом задача по установлению циркулирующего пучка завершилась, и физики приступили к подробным тестам магнитной системы[22].
  • 19 сентября в ходе тестов магнитной системы сектора 3-4 (34) произошла авария, в результате которого БАК вышел из строя[23]. Один из электрических контактов между сверхпроводящими магнитами расплавился под действием возникшей из-за увеличения силы тока электрической дуги, которая пробила изоляцию гелиевой системы охлаждения (криогенной системы), что привело к деформации конструкций, загрязнению внутренней поверхности вакуумной трубы частичками металла, а также выбросу около 6 тонн жидкого гелия в туннель. Ремонт коллайдера занял остаток 2008 и б́ольшую часть 2009 годов.
  • 21 октября состоялась торжественная церемония официального открытия (инаугурация) БАК[24].
2009 год
  • 20 ноября, впервые после аварии 19 сентября 2008 года, пучок протонов успешно прошёл по всему кольцу коллайдера[25].
  • 29-30 ноября учёные довели энергию каждого из пучков протонов до значения 1180 ГэВ. Таким образом, БАК стал самым мощным ускорителем протонов в мире[26].
  • 9 декабря состоялись столкновения пучков протонов на достигнутой в конце ноября рекордной энергии — 2,36 ТэВ (= 2 × 1180 ГэВ)[27].
2010 год
  • 30 марта энергия пучка протонов доведена до 3,5 ТэВ, состоялись столкновения протонов с суммарной энергией 7 ТэВ[28]. Начался первый длительный сеанс научной работы БАК.
  • 4 ноября закончились эксперименты в 2010 году в режиме протон-протонных столкновений[29]. Коллайдер переведен в режим столкновения тяжёлых ионов (ионов свинца)[30][31]. Первые тестовые запуски ионных сгустков начались во второй половине дня[32].
  • 7 ноября начались и продолжались один месяц столкновения ядер с полной энергией 5,74 ТэВ[32].
2011 год
  • 22 апреля на БАК установлен мировой рекорд пиковой светимости для адронных коллайдеров — 4,67·1032 см−2·сек−1. Предыдущий рекорд был установлен ускорителем Тэватрон в 2010 году, тогда светимость составила 4,02·1032см−2·сек−1[33].
  • 17 июня светимость, набранная ATLAS и CMS за 2010—2011 годы, превысила 1 фбн−1[34][35].
  • В результате обработки данных эксперимента OPERA сообщается о возможном превышении мюонными нейтрино скорости света[36] (впоследствии выяснилось, что причиной ошибочного предположения о сверхсветовой скорости стал технический дефект)[37].
  • 15 ноября начата трёхнедельная программа столкновений ионов свинца.
2012 год
  • 16 марта протоны впервые разогнаны до энергии 4 ТэВ[38].
  • 4 июля коллаборации ATLAS и CMS объявили о нахождении бозона массой 125,3 ± 0,6 ГэВ. Характеристики этой частицы довольно точно соответствуют предсказанному ранее бозону Хиггса. Является ли эта частица бозоном Хиггса, остаётся под вопросом[39].
  • В сентябре были проведены пробные протон-ионные столкновения[40].
  • 15 ноября коллаборацией CMS было объявлено о наблюдении частицы Y(4140) с массой 4148,2 ± 2.0 (стат) ± 4,6 (сист) МэВ/c2 (статистическая значимость более 5σ), ранее наблюдавшейся лишь на Тэватроне в 2009 г. Наблюдения сделаны в ходе обработки статистики 5,2 фб−1 столкновений протонов на энергии 7 ТэВ. Наблюдаемый распад данной частицы на J/ψ-мезон и Фи-мезон не описывается в рамках Стандартной модели[41][42].
  • 17 декабря успешно завершён первый этап протонных столкновений[43][44].
Планы

В начале 2013 года планируется проведение серии протон-ионных столкновений[43][40].

В феврале 2013 года коллайдер будет остановлен для модернизации до конца 2014 года. Планируется увеличить энергию столкновения протонов с нынешних 7 ТэВ до 13 ТэВ и установить дополнительное оборудование на детекторах ALICE, ATLAS, CMS, LHCb. В 2015 году эксперименты будут продолжены. [43][45]

Планы развития

После того, как БАК выйдет на проектную энергию и светимость, планируется провести модернизацию каскада предварительных ускорителей, в первую очередь SPS, что позволит заметно повысить светимость коллайдера (проект Super-LHC)[46].

Также обсуждается возможность проведения столкновений протонов и электронов (проект LHeC)[47]. Для этого потребуется пристроить линию ускорения электронов. Обсуждаются два варианта: пристройка линейного ускорителя электронов и размещение кольцевого ускорителя в том же тоннеле, что и LHC. Ближайшим из реализованных аналогов LHeC является немецкий электрон-протонный коллайдер HERA. Отмечается, что в отличие от протон-протонных столкновений, рассеяние электрона на протоне — это очень «чистый» процесс, позволяющий изучать партонную структуру протона намного внимательнее и аккуратнее.

В планах на очень отдалённую перспективу обсуждается демонтаж БАК и использование освободившегося тоннеля и инфраструктуры для коллайдера нового поколения. Это могло бы повысить энергию на пучок протонов до 16ТэВ[48].

Распределённые вычисления

Для управления, хранения и обработки данных, которые будут поступать с ускорителя БАК и детекторов, создаётся распределённая вычислительная сеть LCG (англ. LHC Computing GRID), использующая технологию грид. Для определённых вычислительных задач (расчет и корректировка параметров магнитов путем моделирования движения протонов в магнитном поле) задействован проект распределённых вычислений [email protected] Также рассматривалась возможность использования проекта [email protected] для обработки полученных экспериментальных данных, однако основные сложности связаны с большим объёмом информации, необходимым для передачи на удаленные компьютеры (сотни гигабайт). В рамках проекта распределенных вычислений [email protected] 2.0 (Test4Theory) производится моделирование столкновений пучков протонов с целью сопоставления полученных модельных и экспериментальных данных.

Научные результаты

Благодаря большей энергии по сравнению с предшествовавшими коллайдерами, БАК позволил «заглянуть» в недоступную ранее область энергий и получить научные результаты, накладывающие ограничения на ряд теоретических моделей.

Краткий перечень научных результатов, полученных на коллайдере[49]:

  • открыт новый бозон с массой 125,3 ± 0,6 ГэВ, скорее всего являющийся бозоном Хиггса[50][51];
  • при энергиях до 8 ТэВ изучены основные статистические характеристики протонных столкновений — количество рождённых адронов, их распределение по быстроте, бозе-эйнштейновские корреляции мезонов, дальние угловые корреляции, вероятность остановки протона;
  • показано отсутствие асимметрии протонов и антипротонов[52];
  • обнаружены необычные корреляции протонов, вылетающих в существенно разных направлениях[53];
  • получены ограничения на возможные контактные взаимодействия кварков[54];
  • получены более веские, по сравнению с предыдущими экспериментами[55], признаки возникновения кварк-глюонной плазмы в ядерных столкновениях[56];
  • исследованы события рождения адронных струй;
  • подтверждено существование топ-кварка, ранее наблюдавшегося только на Тэватроне;
  • обнаружено два новых канала распада Bs-мезонов[57][58], получены оценки вероятностей сверхредких распадов B- и Bs-мезонов на мюон-антимюонные пары[59][60][61];
  • открыты новые, теоретически предсказанные частицы [62], [63], и [64];
  • получены первые данные протон-ионных столкновений на рекордной энергии[40], обнаружены угловые корреляции, ранее наблюдавшиеся в протон-протонных столкновениях[65][66];
  • объявлено о наблюдении частицы Y(4140), ранее наблюдавшейся лишь на Тэватроне в 2009 г[41].

Также, были предприняты попытки обнаружить следующие гипотетические объекты[67]:

Несмотря на безуспешный итог поиска указанных объектов, были получены более строгие ограничения на минимально возможную массу каждого из них. По мере накопления статистики, ограничения на минимальную массу перечисленных объектов становятся жестче.

Прочие результаты
  • Результаты работы эксперимента LHCf, работавшего в первые недели после запуска БАК, показали, что энергетическое распределение фотонов в области от нуля до 3,5 ТэВ плохо описывается программами, моделирующими данный процесс, приводя к расхождениям между реальными и модельными данными в 2-3 раза (для самой высокой энергии фотонов, от 3 до 3,5 ТэВ, все модели дают предсказания, почти на порядок превышающие реальные данные)[73].

Финансирование проекта

В 2001 году ожидалось, что общая стоимость проекта составит около 4,6 млрд швейцарских франков (3 млрд евро) за сам ускоритель (без детекторов) и 1,1 млрд швейцарских франков (700 млн евро) составит доля ЦЕРН в проведении экспериментов (то есть в строительстве и обслуживании детекторов)[74].

Строительство БАК было одобрено в 1995 году с бюджетом 2,6 млрд швейцарских франков (1,6 млрд евро) и дополнительными 210 млн швейцарских франков (140 млн евро) на эксперименты. В 2001 году эти расходы были увеличены на 480 млн франков (300 млн евро) в части ускорителя и 50 млн франков (30 млн евро) в части экспериментов (расходы, относящиеся непосредственно к ЦЕРН), что вследствие сокращения бюджета ЦЕРН привело к сдвигу планируемых сроков введения с 2005 года на апрель 2007 года[75].

Бюджет проекта по состоянию на ноябрь 2009 года составил 6 млрд долл. — столько было инвестировано в строительство установки, которое продолжалось семь лет. Ускоритель частиц создавался под руководством ЦЕРН. В проекте задействовано 700 специалистов из России. Общая стоимость заказов, которые получили российские предприятия, по некоторым оценкам достигает 120 млн долл.[76]

Официальная стоимость проекта БАК не включает стоимость ранее существовавших в ЦЕРН инфраструктуры и наработок. Так, основное оборудование БАК смонтировано в тоннеле ранее существовавшего коллайдера LEP, при этом использовалось многокилометровое кольцо SPS в качестве предварительного ускорителя. Если бы БАК пришлось строить с нуля, его стоимость оказалась бы заметно выше.

В искусстве

В этом разделе не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена.
Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники.
Эта отметка установлена 18 ноября 2012.
  • В книге фантаста Макса Острогина «Большая Красная Кнопка» рассказывается о наступлении апокалипсиса после включения на полную мощность Коллайдера
  • В ЦЕРН есть филк-группа Les Horribles Cernettes, аббревиатура которой совпадает с аббревиатурой БАК (LHC). Первая песня этого коллектива «Collider» была посвящена парню, который забыл о своей девушке, будучи увлечён созданием коллайдера.[77]
  • В в четвёртом сезоне научно-фантастического телесериала «Лексс» главные герои оказываются на Земле. Обнаруживается, что Земля относится к планетам «типа 13» на последней стадии развития. Планеты типа 13 всегда уничтожают себя сами, в результате войн или неудачного опыта по определению массы бозона Хиггса на сверхмощном ускорителе элементарных частиц.
  • В шестой серии тринадцатого сезона мультсериала «Южный парк» с помощью магнита из Большого адронного коллайдера была достигнута сверхсветовая скорость на конкурсе Дерби соснового леса (Pinewood Derby).
  • В фильме «Ангелы и демоны» антивещество из Большого адронного коллайдера было украдено, и похитители хотели взорвать с помощью него Ватикан.
  • В фильме «Конец света» (производство Би-би-си) последним из четырёх наиболее вероятных сценариев апокалипсиса являлся взрыв при запуске новейшего ускорителя элементарных частиц, повлекший за собой образование чёрной дыры.
  • В 13 серии 1 сезона научно-фантастического сериала «Одиссея 5» главные герои попадают в ЦЕРН, где местные учёные и сотрудники уверяют, что БАК полностью безопасен, основываясь на предварительных расчётах. Однако, как выяснилось позже, одна из форм киберразума взломала и проникла в главный компьютер ЦЕРН и подделала общие расчёты. Выяснив это, основываясь на новых верных расчетах, учёные выясняют, что появляется большая вероятность появления страпелек в коллайдере, что неизбежно приведёт к концу света.
  • В научно-популярном сериале «Жизнь после людей» через 5-10 лет после исчезновения людей коллайдер будет затоплен грунтовыми водами, а через 125 лет окончательно разрушится из-за коррозии. Остатки коллайдера станут кольцевым озером. Никакой опасности от коллайдера не будет, поскольку уже в первые дни после исчезновения людей отключится электроснабжение.[источник не указан 496 дней]
  • В фильме «Бросок кобры» с помощью БАКа заряжают боеголовки.[источник не указан 467 дней]
  • В сериале «Корабль» показываются катастрофические события после взрыва.
  • В визуальной новелле и аниме «Steins;Gate» несколько раз упоминался БАК.
  • В мультсериале «Футурама» профессор Фарнсворт покупает коллайдер в «Икее». Через некоторое время он заявляет: «Суперколлайдер супервзорвался».
  • В книге Джо Холдемана «Бесконечный мир» описывается в том числе процесс создания гигантского ускорителя, запуск которого должен привести к большому взрыву, который породит новую вселенную, уничтожив при этом существующую.
  • В компьютерной игре «Эврика!» одной из целей является возвращение БАКа на Землю.
  • В 2009 году Николай Полисский вместе с Никола-Ленивецкими промыслами сделал в центральном пространстве Музея современного искусства Люксембурга MUDAM инсталляцию из дерева и лозы, названную им «Большой адронный коллайдер»[78].
  • Адронный коллайдер можно построить в игре «Rise of Nations».
  • БАК упоминался в первой серии пятого сезона сериала Во все тяжкие.
Научно-популярные фильмы
  • «BBC: Машина Большого Взрыва» (англ. The Big Bang Machine) — научно-популярный фильм, Би-би-си, 2008 год.
  • «BBC. Horizon: Охота за бозоном Хиггса — спецвыпуск» / (англ. The Hunt for the Higgs — A Horizon Special) — научно-популярный фильм, 2012 год.
  • «Наука 2.0. Точка взаимодействия. ЦЕРН» — научно-популярный фильм, ВГТРК, 2012 год.

См. также

Примечания

Ссылки

Публикации и статьи
  Европейская организация по ядерным исследованиям (ЦЕРН)
Большой адронный коллайдер
Большой электрон-позитронный коллайдер
LEP Список экспериментов на LEP · Aleph  · Delphi  · L3  · Opal  · LEP5  · LEP6
Протонный суперсинхротрон
SPS Список экспериментов на SPS  · CNGS  · NA48  · NA49  · NA58/COMPASS · NA60  · NA61/SHINE  · NA62  · UA1  · UA2
Протонный синхротрон
PS AD  · Бустер протонного синхротрона  · AIDA  · DIRAC  · ELENA  · ISOLDE  · ISOLTRAP  · MISTRAL  · WITCH
Линейные ускорители CTF3  · LINAC  · LINAC 2  · LINAC 3  · LINAC 4
Другие ускорители и эксперименты BEBC  · CAST  · CLOUD  · ISR  · LEAR  · LEIR  · n-TOF  · OSQAR  · PS210
Related [email protected]  · Вопросы безопасности Большого адронного коллайдера

biograf.academic.ru

Большой адронный коллайдер | Абсурдопедия

 

И летящих вдаль табун цветных бозонов

Ты летящий вдаль табун желанный...

~ Кипелов."Беспечный Бозон"

Большой андронный (огромный) коллайдер (рус.Царь-Коллайдер) . Проект, разработанный Сталиным в подземельях Москвы и застенках Лубянки. На слэнге аборигенов из Африки которые под видом Кенийских студентов принимали участие в постройке  Коллайдер - команда Кенийского Дозора.

"Главный тоннель". Марк Шагал.Разноцветные маркеры

Главное назначение коллайдера , чем-то занять научные умы  СССР после создания ими Чугунной бомбы, дабы снова не отправлять ученых в сибирь. И тут мудрому Вождю в голову пришло решение - надо построить ускоритель под землёй, его никто не увидет а Американцы подумают о чем то сверх грандиозном, а еще возможно выйдет что то .что  поможет выполнению заданий партии.

Для этого за 5-ть лет под поверхностью Москвы был вырыт один огромный многокилометровый кольцевой тоннель и  много прямых, для загоняния в них бизонов а если получиться то и бозонов.Три тонеля были прорыты к Москва реке ,для возможности затопления главного тонеля в случае выхода реакции синтеза из под контроля.

    Суть коллайдераПравить

    Следы разноцветных Бозонов убегающих в даль.

    1. В тоннели коллайдера запускаются поезда которые под действием электротяги ,а если потребуется то и педального привода находящихся в поездах пасажиров должны разогнаться около скорости света.
    2. Разогнавшись до скорости света поезда по задумке инженеров переходят в режим свободной левитации и гонит перед собой  разогретое  облако воздуха. Воздушное облако под давлением от поезда и температуры в тысячи градусов рождает из атомов кислорода и рельс по которым движится поезд -стадо Бозонов. 
    3. На встречу первому поезду  движется второй поезд ,также гоня перед собой стадо Бозонов.
    4. Приблизившись на видимое растояние в 300 метров стада бозонов .увидев друг друга в панике начинают спасаться и заскакивают в прямые тонели вырытые перпендикулярно главному.
    5. Боковые тонели имеют автоматические решотки которые сразу после заскакивания в них бозонов автоматически закрываются.
    6. После закрытия решоток ученые , с помощью мощного електромагнитного импульса , усмиряют бозонов и в дальнейшем используют их для своих целей.

    Ошибки в реализацииПравить

    Но из-за вредительства агентов иностранных спецслужб (позднее при проверке  во всем сознались) рельсы кольцевом тоннеле были проложены не по одному пути, а по двум, из-за чего стада бозонов бегали безконечно и в итоге от усталости или чего-то другого вымерли.

    Будущее проектаПравить

    Потерпев неудачу ученые,те что избежали расстрела , нашли применнение уже прорытым тонелям в другом не менее амбициозном проекте под названием  Метро-3

    Коллайдер в 21 векеПравить

    Сейчас коллайдер и дальше используют для улучшения экономики, но теперь вместо поездов на рельсы поставили Хаммеры, которые позволили значительно повысить плату за самоубийство.

    absurdopedia.wikia.com

    Большой адронный коллайдер

    Парфенов К.В.

    Истина Божия едина, как един Бог, источник истины, хотя она многовидна в мире вещественном и духовном. Все роды наук служат единой истине, все, занимающиеся ими, причащаются животворной сердечной радости, которая есть дар всякой истины изыскателям и любителям ее. Все занимающиеся науками с усердием, из любви к истине, … делают дело Божие и имеют свидетельство в своем сердце, в своей совести, что дело их угодно Господу, Начальнику истины.

    Святой праведный Иоанн Кронштадтский

    Конечно, предмет этой статьи довольно специфичен. Но так уж получилось, что в последнее время вопросы развития экспериментальной техники в физике элементарных частиц широко обсуждаются не только физиками-профессионалами. Высказывается много различных мнений, но нередко при этом «за кадром» обсуждения остаются вопросы наиболее важные: что же такое Большой Адронный Коллайдер (сокращенно БАК, используется также английское сокращение LHC – от Large Hadron Collider), зачем он нужен физикам и насколько он может быть полезен или опасен для человечества. Давайте, уважаемый читатель, постараемся вместе разобраться во всем этом, не прибегая к методам современной физики, привыкшей излагать свои результаты чеканным языком многоэтажных математических формул.

    Что же такое БАК? Основной элемент всей установки – это ускоритель частиц. Заряженные частицы набирают энергию, двигаясь в электрическом поле, а для управления направлением их движением используются магнитные поля. Для того, чтобы разогнать частицы очень сильно, их заставляют пройти через область ускорения много раз – поэтому их обычно заставляют двигаться по кругу. Чем быстрее движутся частицы, тем труднее их заворачивать даже с помощью самых сильных магнитов. Поэтому канал ускорения представляет собой огромный кольцевой тоннель. Слово «коллайдер» (от английского “collide” – «сталкивать») попросту означает, что в этом канале разгоняются одновременно до одинаковых энергий два пучка частиц с разными зарядами, которые затем направляются навстречу друг другу. В результате образуется почти покоящийся «сгусток энергии», в котором происходит рождение новых частиц. Для изучения этих частиц используются шесть детекторов. Каждый из них – по сути целый зал, заполненный множеством электронных устройств.

    Ни у кого не вызовет никакого сомнения, что БАК действительно «большой». Достаточно просто познакомиться с его техническими характеристиками. Тоннель, в котором смонтирован основной канал ускорения (есть еще три «предварительных» ускорителя меньшего размера) расположен на глубине около ста метров под землей и имеет длину 26, 7 км. Для удержания и фокусировки пучков используется 1624 сверхпроводящих электромагнита. Режим сверхпроводимости необходим, так как в обмотках этих магнитов течет ток до 10000 ампер! Магниты работают при температуре около минус 2710С, которая достигается только в жидком гелии. Поэтому для поддержания работы БАК требуется целая «фабрика» по производству жидкого гелия, которое технически довольно сложно и требует больших расходов энергии. Расчетное потребление энергии коллайдером во время работы составляет 180 миллионов ватт. Для сооружения ускорителя и детекторов потребовалось объединить усилия многих стран и обошлось оно в 4 млрд. евро. Россия принимает в этих работах активное участие.

    Знакомство с этими данными сразу порождает желание задать и второй из упомянутых выше вопросов: зачем это нужно? Ради чего расходуются столь значительные материальные ресурсы? Для осмысленного ответа нам следует хотя бы в некоторой степени познакомиться с историей развития и современным состоянием физики элементарных частиц.

    «Элементарными» физики традиционно называют частицы, которые мельче атомов и молекул. В начале ХХ века было обнаружено, что атомы состоят из тяжелых ядер и легких электронов, которые удерживаются вблизи ядер благодаря электрическим силам. Далее физики узнали, что ядра состоят из протонов и нейтронов, которые удерживаются вместе благодаря сильному взаимодействию. За это их и подобные им частицы стали называть «адронами» (от др.-греч. «άδρό» - «сильный»). Именно это слово входит в название БАК; таким образом, «адронный коллайдер» - это установка, в которой сталкиваются частицы, участвующие в сильном взаимодействии.

    Но на этом путешествие «вглубь материи» не закончилось. В 60-е годы установили, что протоны, нейтроны и прочие адроны сами состоят из более мелких объектов, которые назвали кварками. Всего сейчас известно уже более пяти тысяч адронов, и все они состоят из шести видов (или, как говорят физики, «ароматов») кварков. Эти ароматы физики обозначают первыми латинскими буквами их названий: u (“up”), d (“down”), s (“strange”), c (“charm”), b (“bottom”) и t (“top”). Как видно, при погружении в тайны микромира даже у физиков иногда «захватывало дух». Именно поэтому и возникли в физике столь романтические термины, как «очарованный кварк». Также было обнаружено ровно столько же – шесть – видов («ароматов») частиц, не участвующих в сильном взаимодействии. Их назвали лептонами (от др.-греч. «λεπτόσ» - «легкий»). Одним из лептонов является уже знакомый нам электрон. Другие – это мюон, тау-лептон и три сорта нейтрино.

    Итак, наблюдаемый мир выглядит как состоящий из кварков и лептонов. Ясно, что такое «будничное» перечисление фактов не дает представления об огромной работе, потребовавшейся для их установления. Чтобы хотя бы частично возместить этот пробел, рассмотрим масштабы изученных явлений. Размеры атомов и молекул простираются от десятых долей до нескольких десятков нанометров (это одна миллиардная доля метра). Они участвуют в химических реакциях, в которых на каждую молекулу выделяется энергия порядка нескольких десятков электронвольт (один электронвольт – это энергия, которую приобретет электрон при ускоряющем напряжении 1 вольт; именно такую величину принято использовать в качестве единицы энергии в физике микромира). Протоны и нейтроны имеют размеры около одной миллионной доли нанометра, а энергии, выделяющиеся в ядерных реакциях, составляют миллионы электронвольт. Размеры кварков и лептонов заведомо меньше, чем миллионная доля радиуса протона, и в реакциях с превращениями кварков энергии еще в тысячи и миллионы раз больше, чем в ядерных реакциях! При внимательном рассмотрении этой «лестницы» масштабов расстояний и энергий становится заметным важное обстоятельство: чем мельче исследуемый объект, тем более высокоэнергетичные процессы приходится использовать для его изучения. Это как раз и объясняет необходимость использования ускорителей. В ХХ веке для проведения исследований были построены несколько ускорителей, все больших по своим возможностям и размерам. Именно Большой Адронный Коллайдер – наиболее мощный из них. При столкновении двух адронов (протона и антипротона) в БАК высвобождается энергия 14 ТэВ (тераэлектронвольт), то есть 14 триллионов электронвольт. Эта энергия колоссальна с точки зрения «обычных» процессов в микромире. Например, в реакциях термоядерного синтеза, обеспечивающих энергией Солнце, на каждый участвующий в них протон выделяется энергия почти в миллион раз меньше!

    В результате сбора информации и тщательного ее анализа физикам удалось построить теоретическую модель, замечательно хорошо описывающую все наблюдаемые явления. Ее назвали Стандартной Моделью (СМ). Мир в рамках этой модели состоит из «материальных частиц» – кварков и лептонов и «частиц-переносчиков», обмен которыми приводит к возникновению взаимодействий. К частицам-переносчикам относятся: фотоны («частицы света»), глюоны (от английского “glue”, именно они «скрепляют» кварки внутри адронов) и бозоны слабого взаимодействия. Все эти частицы движутся в вакууме, который, несмотря на свое название (латинское “vacuum” означает «пустота»), на самом деле есть активная физическая среда, обменивающаяся энергией с частицами. Наиболее удивительная особенность Стандартной Модели – ее симметричность, которую ни в коем случае нельзя нарушать (например, не случайно число «ароматов» кварков и лептонов совпадает). Дело в том, что именно эта симметричность обеспечивает замечательную точность совпадения предсказаний СМ и данных экспериментов. Например, исходя из симметрий электромагнитных и слабых взаимодействий, теоретики предсказали все свойства бозонов и задолго до их экспериментального открытия в 1983 году. Более того, без многих «встроенных» в СМ симметрий теоретические расчеты вообще становятся бессмысленными. Можно сказать, что нарушение симметричности «здания» СМ необходимо приведет к его полному разрушению. Но требование симметричности порождает одну из главных загадок – вопрос о природе массы всех элементарных частиц. Загадка состоит в том, что для работоспособности Стандартной Модели совершенно необходимо, чтобы эти частицы сами по себе массы не имели. Наблюдения же показывают, что масса у них есть. Как же связать одно с другим? Оказалось, что это возможно, если ввести специальное поле, называемое полем Хиггса. Это поле является составной частью вакуума в СМ. «Невесомые» кварки, лептоны, и другие частицы, двигаясь в вакууме, «облепляются» частицами поля Хиггса и становятся массивными. Безмассовыми остаются только частицы, которые не взаимодействуют с полем Хиггса (фотоны и глюоны).

    Для более наглядного представления об этом процессе можно воспользоваться следующим образом, предложенным одним из создателей СМ Абдусом Саламом. Допустим, в жаркий день Вы катите тележку с мороженым, которая очень легкая (скажем, почти невесомая). И вдруг Вам приходится провезти ее через большую толпу детей, которым очень хочется мороженого. Несомненно, что Ваша тележка при движении сквозь нее заметно «потяжелеет», так как Вам вместе с ней придется теперь перемещать и какое-то количество детей. Таким образом, «невесомая» тележка «приобретет массу». С помощью представлений о поле Хиггса СМ смогла даже правильно предсказать массы многих частиц. Однако если эта идея верна, то мы должны наблюдать и частицы самого поля Хиггса – так называемые хиггсовские бозоны. Из всех частиц СМ только они до сих пор не обнаружены экспериментально! Масса хиггсовского бозона по оценкам теоретиков должна быть в интервале от 1 до 10 ТэВ. И тут самое время сопоставить это с энергией, достижимой на Большом Адроном Коллайдере. Как видно, этой энергии должно быть достаточно для рождения хиггсовских бозонов!

    mirznanii.com