Новости

Что такое Большой Адронный Коллайдер?

18views

Большой Адронный Коллайдер (бак) – чудо современной физики элементарных частиц, позволившее исследователям погрузиться в глубины реальности. Его истоки простираются вплоть до 1977 года, когда сэр Джон Адамс, бывший директор Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН), предложил построить подземный туннель, который мог бы вместить ускоритель частиц, способный достигать чрезвычайно высоких энергий, согласно статье по истории 2015 года физика Томаса Шернера-Садениуса.

Проект был официально утвержден двадцать лет спустя, в 1997 году, и началось строительство кольца длиной в 16,5 мили (27 км), которое проходило под франко-швейцарской границей, способной ускорять частицы до 99,99 процента скорости света и разбивать их вместе. Внутри кольца 9300 магнитов направляют пакеты заряженных частиц в двух противоположных направлениях со скоростью 11 245 раз в секунду, в конце концов сводя их вместе для лобового столкновения. Объект способен создавать около 600 миллионов столкновений каждую секунду, извергая невероятное количество энергии и, время от времени, экзотическую и невиданную ранее тяжелую частицу. Бак работает на энергиях, в 6,5 раз превышающих предыдущий рекордный ускоритель частиц, выведенный из эксплуатации Теватрон Фермилаба в США.

Строительство бак обошлось в 8 миллиардов долларов, из которых 531 миллион – из Соединенных Штатов. Над его экспериментами сотрудничают более 8000 ученых из 60 стран мира. Акселератор впервые включил свои пучки 10 сентября 2008 года, столкнувшись с частицами только на 10-миллионную часть своей первоначальной проектной интенсивности.

До начала операций некоторые опасались

Что новый сокрушитель атомов уничтожит Землю, возможно, создав всепоглощающую черную дыру. Но любой уважаемый физик заявил бы, что подобные опасения необоснованны.

“Бак безопасен, и любое предположение о том, что он может представлять риск, является чистой выдумкой”, – сказал генеральный директор ЦЕРНа Роберт Аймар LiveScience в прошлом.

То нет сказать средство не смогло потенциально быть вредно если использовано неправильно. Если бы вы засунули руку в луч, который фокусирует энергию авианосца в движении вниз до ширины менее миллиметра, он сделал бы отверстие прямо через него, а затем радиация в туннеле убила бы вас.
Новаторское исследование

За последние 10 лет бак столкнул атомы вместе для двух своих основных экспериментов, ATLAS и CMS, которые работают и анализируют свои данные отдельно. Это делается для того, чтобы ни одно сотрудничество не влияло на другое и чтобы каждое из них обеспечивало проверку их сестринского эксперимента. Инструменты, созданные более 2000 научных работ по многим направлениям фундаментальной физики частиц.

Затаив дыхание

4 июля 2012 года научный мир затаив дыхание наблюдал за тем, как исследователи бак объявили об открытии бозона Хиггса, последнего кусочка головоломки в пятидесятилетней теории, называемой Стандартной моделью физики. Стандартная модель пытается учесть все известные частицы и силы (кроме гравитации) и их взаимодействия. Еще в 1964 году британский физик Питер Хиггс написал статью о частице, которая теперь носит его имя, объясняя, как масса возникает во Вселенной.

На самом деле, Хиггс – это поле, которое пронизывает все пространство и притягивает каждую частицу, которая движется через него. Некоторые частицы медленнее пробираются через поле, и это соответствует их большей массе. Бозон Хиггса – проявление этого поля, за которым физики гонялись на протяжении полувека. Бак был явно построен, чтобы, наконец, захватить этот неуловимый карьер. В конце концов, обнаружив, что масса Хиггса в 125 раз больше массы протона, Питер Хиггс и бельгийский физик-теоретик Франсуа Энглерт были удостоены Нобелевской премии в 2013 году за предсказание его существования.

Этот композитный образ Большого Адронного Коллайдера был создан 3D художником. Трубы луча представлены как ясные пробки, при противо-поворачивая лучи Протона показанные в красном цвете и сини.

Даже с Хиггсом в руке физики не могут успокоиться, потому что Стандартная модель все еще имеет некоторые отверстия. Во-первых, он не имеет дело с гравитацией, которая в основном покрыта теории относительности Эйнштейна. Это также не объясняет, почему Вселенная состоит из материи, а не из антиматерии, которая должна была быть создана примерно в равных количествах в начале времени. И он полностью молчит о темной материи и темной энергии, которые еще не были обнаружены, когда он был впервые создан.

Прежде чем бак включился, многие исследователи сказали бы, что следующая великая теория известна как суперсимметрия, которая добавляет похожих, но гораздо более массивных двойных партнеров ко всем известным частицам. Один или несколько из этих тяжелых партнеров могли бы стать идеальным кандидатом для частиц, составляющих темную материю. И суперсимметрия начинает справляться с гравитацией, объясняя, почему она намного слабее трех других фундаментальных сил. До открытия Хиггса некоторые ученые надеялись, что бозон в конечном итоге будет немного отличаться от того, что предсказывала Стандартная модель, намекая на новую физику.

Стандартная модель

Но когда появился Хиггс, это было невероятно нормально, именно в том диапазоне масс, о котором говорила Стандартная модель. Хотя это является большим достижением для стандартной модели, она оставила физиков без каких-либо хороших результатов. Некоторые начали говорить о потерянных десятилетиях, преследуя теории, которые хорошо звучали на бумаге, но, похоже, не соответствуют фактическим наблюдениям. Многие надеются, что следующие пробеги бак по сбору данных помогут разобраться в этом беспорядке.

Бак был закрыт в декабре 2018 года, чтобы пройти через два года модернизации и ремонта. Когда он вернется в онлайн, он сможет разбивать атомы вместе с небольшим увеличением энергии, но с удвоенным количеством столкновений в секунду. Что он тогда найдет, остается только догадываться. Уже ведутся разговоры о замене еще более мощного ускорителя частиц, расположенного в той же области, но в четыре раза больше, чем бак. Огромная замена может занять 20 лет и 27 миллиардов долларов.

Leave a Response