для чого потрібен, де знаходиться
Зміст:
Напевно майже кожна людина на Землі, хоч раз, та чула про великий адронний колайдер. Ось тільки, незважаючи на те, що багато хто чув про нього, мало хто розуміє, що таке адронний колладейр, яке його призначення, в чому суть адронного коллайдера. У нашій сьогоднішній статті ми відповімо на ці питання.
Що таке адронний коллайдер
По суті адронний коллайдер є складним прискорювачем елементарних частинок. З його допомогою фізикам вдається розігнати протони і важкі іони. Спочатку адронний коллайдер створювався для підтвердження існування бозона Хіггса, невловимої елементарної частинки, яку фізики часом жартома називають «частинкою Бога».
Тож, існування цієї частинки було підтверджено експериментально за допомогою коллайдера, а сам її першовідкривач Пітер Хіггс отримав за це Нобелівську премію з фізики у 2013 році.
Зрозуміло, одним лише бозоном Хіггса справа не обмежилася, крім нього фізиками були знайдені і деякі інші елементарні частинки. Тепер ви знаєте відповідь на питання, навіщо потрібен адронний коллайдер.
Що являє собою великий адронний коллайдер
Перш за все, слід зазначити, що великий адронний колайдер не виник на порожньому місці, а з’явився як еволюція свого попередника – великого електрон-позитронного коллайдера, що представляє собою 27-ми кілометровий підземний тунель, будівництво якого почалося ще в 1983 році. У 1988 році кільцевий тунель зімкнувся, причому цікаво те, що будівельники підійшли до справи дуже ретельно, настільки, що розбіжність між двома кінцями тунелю становить лише 1 сантиметр.
Так виглядає схема адронного коллайдера.
Електрон-позитронний колайдер пропрацював до 2000 року і за час його роботи у фізиці був зроблений з його допомогою цілий ряд відкриттів, серед яких відкриття W і Z бозонів та їх подальше дослідження.
З 2001 року на місці електрон-позитронного коллайдера розпочалося вже будівництво коллайдера адронного, яке закінчилося в 2007 році.
Де знаходиться адронний коллайдер
Великий адронний коллайдер знаходиться на кордоні Швейцарії та Франції, в долині женевського озера, всього лише в 15 км від самої Женеви. І розташовується він на глибині 100 метрів.
Місце розташування адронного коллайдера.
У 2008 році почалися його перші випробування під патронатом ЦЕРН – Європейської організації з ядерних досліджень, яка на даний момент є найбільшою лабораторією в світі в галузі фізики високих енергій.
Для чого потрібен адронний коллайдер
За допомогою цього гігантського прискорювача елементарних частинок фізики можуть проникати так глибоко всередину матерії, як ніколи раніше. Все це допомагає, як підтверджувати старі наукові гіпотези, так і створювати нові цікаві теорії. Детальне вивчення фізики елементарних частинок допомагає нам наблизитися у пошуках відповідей на питання про будову Всесвіту, про те, як він зародився.
Глибоке занурення у мікросвіт дозволяє відкрити революційно нові просторово-часові теорії, і як знати, може бути, навіть вдасться проникнути в таємницю часу, цього четвертого виміру нашого світу.
Як працює адронний коллайдер
Тепер давайте опишемо, як власне працює великий адронний коллайдер. Про засади його роботи говорить назва, так як саме слово «коллайдер» з англійської перекладається як «той, хто зіштовхує». Головне його завдання – влаштувати зіткнення елементарних частинок. Причому частинки в коллайдері літають (і стикаються) на швидкостях, близьких до швидкостей світла. Результати зіткнень частинок фіксують чотири основних великих детектора: ATLAS, CMS, ALICE і LHCb та безліч допоміжних детекторів.
Більш детально принцип роботи адронного коллайдера описаний в цьому цікавому відео.
Небезпека адронного коллайдера
В цілому людям властиво боятися речей, які вони не розуміють.
Саме це ілюструє ставлення до адронного коллайдера і різні побоювання, з ним пов’язані. Найрадикальніші з них, висловлювалися, що в разі можливого вибуху адронного коллайдера може загинути, не багато, багато, а все людство разом з планетою Землею, яку поглине утворена після вибуху чорна діра. Зрозуміло, перші ж досліди показали, що подібні побоювання не більше ніж дитяча страшилка.
А ось деякі серйозні побоювання щодо роботи коллайдера були висловлені нещодавно померлим англійським вченим Стівеном Хокінгом. Причому побоювання Хокінга пов’язані не стільки з самим колайдером, скільки з отриманим з його допомогою бозоном Хіггса. На думку вченого цей бозон є вкрай не стабільним матеріалом і в результаті певного збігу обставин може призвести до розпаду вакууму і повного зникнення таких понять як простір і час. Але не все так страшно, так згідно Хокінга, для того, щоб сталося щось подібне необхідний коллайдер завбільшки з цілу планету.
Автор: Павло Чайка, головний редактор журналу Пізнавайка
При написанні статті намагався зробити її максимально цікавою, корисною та якісною.
Буду вдячний за будь-який зворотний зв’язок та конструктивну критику у вигляді коментарів до статті. Також Ваше побажання/питання/пропозицію можете написати на мою пошту [email protected] або у Фейсбук.
Сторінка про автора
Схожі записи:
Полный вперед. Когда Большой адронный коллайдер выйдет на охоту за пятой силой природы
В ЦЕРНе рассказали, когда коллайдер возобновит свою работу после почти четырех лет модернизаций и простоя из-за коронавируса.
Related video
В Швейцарии, 5 июля, возобновит свою научную деятельность крупнейший в мире Большой адронный коллайдер (БАК). Ученые надеются, что ускоритель поможет им разобраться в физике элементарных частиц.
Третий раунд экспериментов на БАК начнется после 4-летнего простоя, который был продлен также из-за пандемии коронавируса. Европейская организация по ядерным исследованиям ЦЕРН собирается транслировать онлайн новый пуск коллайдера, пишет Inverse.
Физики возлагают большие надежды на новый запуск. Дело в том, что недавние исследования в области физики намекнули на существование пятой силы природы и бросили вызов Стандартной модели физики. Возможно, Большой адронный коллайдер сможет подтвердить открытие.
Предназначение Большого адронного коллайдера
Если объяснять задачу БАК простыми словами, то коллайдер – это устройство, которое сталкивает частицы друг с другом, чтобы узнать больше о них самих. Процесс похож на то, как если бы люди разбивали сложные электронные устройства, чтобы посмотреть из каких компонентов они состоят. Как ни странно, это лучший способ, при помощи которого физики могут заглянуть в квантовый мир, чьи масштабы в миллионы раз меньше атомов.
Проблема заключается в том, что большинство из сталкиваемых частиц являются фантомами, которые почти не взаимодействуют с внешним миром или существуют всего доли секунды. Такие частицы скорее всего, останутся незамеченными, даже если наблюдать за процессом с помощью очень мощных детекторов.
Модернизация БАК, которая была проведена в последние годы, увеличила его мощность, что позволит сделать еще больше открытий в субатомном мире.
Фото: wikipedia
Размер БАК поражает воображение. Он расположен в круглом туннеле с 27 км в окружности и 4 метрами в ширину. Туннель закопан на несколько этажей под землей, он тянется от штаб-квартиры ЦЕРН в пригороде Женевы, проходит под горами Юра вдоль франко-швейцарской границы и возвращается к штаб-квартире.
Такой гигантский размер обусловлен тем, что большая окружность позволяет пучкам частиц приближаться к скорости света. В свою очередь, это позволяет достигать более высоких энергий в БАК, что дает ученым возможность видеть больше частиц при столкновениях.
Несмотря на это, ученые уже задумываются над созданием преемника БАК Future Circular Collider, чья окружность может быть почти в четыре раза больше.
Открытия Большого адронного коллайдера
Самым громки открытием, сделанным на БАК, является бозон Хиггса или как его называют “частицей Бога”. Его открытие было крайне важным для физики элементарных частиц, поскольку позволило подтвердить теории о том, как Вселенная работает в самых ее крошечных масштабах.
Но бозон Хиггса крайне нестабилен, он почти мгновенно распадается на части.
Столкновение частиц в БАК.
Фото: wikipedia
Бозон Хиггса впервые был теоретически описан еще в 1960-х годах, с тем самых пор ученые искали его на протяжении десятилетий. Поиски были завершены на БАК в 2012 году. Поиск “частицы Бога” был одной из причин, почему Большой адронный коллайдер был построен.
Несмотря на то, что частица была открыта, ученые все еще не до конца понимают ее свойства. Разобраться в этом еще предстоит работникам ЦЕРНа.
Новые эксперименты на БАК
Предстоящие эксперименты на БАК будут сосредоточены на поисках неизвестной науки.
По сути, БАК – это не один эксперимент, а сразу несколько, где каждый ищет свою частицу или исследует новое направление физики. Множество детекторов, расположенных вдоль контура ускорителя позволяют отслеживать множество целей. За каждый детектором БАК стоят сотни ученых со всего мира.
Из всех проводимых экспериментов можно выделить четыре самых больших:
- ATLAS и CMS или эксперименты “общего назначения”. Они нацелены на широкий спектр частиц, которые проходят через имеющиеся детекторы. Именно в ходе этих двух экспериментов и был найден бозон Хиггса.
- Эксперимент ALICE занят изучением редкой фазы материи, которую называют “кварк-глюонной плазмой” – атомы в ней тают как лед, превращаясь в супергорячий суп. Эксперты полагают, что именно такая плазма преобладала во Вселенной сразу после Большого взрыва.
- LHCb – самый маленький из четырех детекторов, который занимается поиском всего одной частицы – b-кварка (или “красивого кварка”). Физики полагают, что b-кварк поможет им понять различия между обычной материей и антиматерией.
Известно, что материя и антиматерия уничтожают друг друга при соприкосновении. Во время Большого взрыва во Вселенной должно было появиться поровну материи и антиматерии, но первой оказалось больше. Пока ученые не могут найти объяснение имеющемуся дисбалансу.
Известно, что материя и антиматерия уничтожают друг друга при соприкосновении. Во время Большого взрыва во Вселенной должно было появиться поровну материи и антиматерии, но первой оказалось больше. Пока ученые не могут найти объяснение имеющемуся дисбалансу.Фундаментальные вопросы
На протяжении нескольких десятилетий физика элементарных частиц подчиняется Стандартной модели. В нем представлены главные частицы во Вселенной (которых всего 17) и то, как они взаимодействуют между собой. Также в этой схеме описываются четыре фундаментальных силы во Вселенной: сильное ядерное взаимодействие, которое скрепляет частицы внутри ядра атома; слабое взаимодействие, которое управляет процессом бета-распада атомных ядер; и электромагнетизм.
Десятилетия Стандартная модель объясняла те или иные процессы в физике элементарных частиц. Но с течением времени ученые все чаще приходят к выводу, что Стандартная модель не может ответить на все вопросы. Например, имеющаяся модель не объясняет четвертую фундаментальную силу – гравитацию.
БАК расположен в круглом туннеле с 27 км в окружности.
Фото: CERN
Все эти вопросы заставляют физиков предполагать, что где-то должна скрываться пятая фундаментальная сила. Возможно, она каким-то образом связана с темной энергией, которая представляет из себя неуловимую форму энергии, ответственную за расширение Вселенной.
Кроме этого, некоторые научные эксперименты намекают на существование частиц, которых вообще нет в общепринятой Стандартной модели.
Совсем недавно, во время экспериментов в лаборатории Ферми, обнаружили, что W-бозон имеет большую массу, чем ожидалось. Открытие может показаться незначительным, но оно серьезно нарушает Стандартную модель. Физики надеются, что смогут разобраться с появившейся загадкой с помощью экспериментов на БАК.
входит в неизведанную территорию
2 апреля 2023 г.
Коллаборация FASER провела первое наблюдение нейтрино, образующихся на Большом адронном коллайдере (БАК) во время своей измерительной кампании, статистическая значимость которого превышает порог для открытия в физике элементарных частиц. Наблюдение включает мюонные нейтрино и события-кандидаты электронных нейтрино. Кроме того, коллаборация представила результаты поиска темных фотонов, что позволило исключить области, связанные с темной материей. FASER стремится собрать больше данных, чтобы обеспечить больше поисков и измерений нейтрино. Обнаружение нейтрино, образующихся в результате столкновений протонов на БАК, может способствовать изучению нейтрино высоких энергий от астрофизических источников и проверке универсальности механизма взаимодействия различных видов нейтрино.
Первое наблюдение коллайдерных нейтрино на БАК прокладывает путь к исследованию новых физических сценариев.
Хотя нейтрино в изобилии рождаются при столкновениях на Большом адронном коллайдере (БАК), до сих пор не было обнаружено нейтрино, рожденных таким образом. Всего за девять месяцев после запуска LHC Run 3 и начала его измерительной кампании коллаборация FASER изменила эту картину, объявив о своем первом наблюдении коллайдерных нейтрино на электрослабом сеансе Rencontres de Moriond в этом году. В частности, FASER наблюдал мюонные нейтрино и события-кандидаты электронных нейтрино. «Наша статистическая значимость составляет примерно 16 сигм, что намного превышает 5 сигм — порог открытия в физике элементарных частиц», — объясняет сопредседатель FASER Джейми Бойд.
Помимо наблюдения за нейтрино на коллайдере частиц, FASER представил результаты поиска темных фотонов. С нулевым результатом коллаборация смогла установить ограничения на ранее неисследованное пространство параметров и начала исключать области, мотивированные темной материей. FASER стремится собрать в десять раз больше данных в ближайшие годы, что позволит увеличить количество поисков и измерений нейтрино.
Детекторы FASER (вверху) и [email protected] (внизу). Авторы и права: CERN
FASER — один из двух новых экспериментов, расположенных по обе стороны от пещеры ATLAS для обнаружения нейтрино, образующихся в результате столкновений протонов в ATLAS. Дополнительный эксперимент [email protected] также сообщил о своих первых результатах в Морионде, показав восемь событий-кандидатов на мюонные нейтрино. «Мы все еще работаем над оценкой систематических неопределенностей фона. По предварительным данным, наше наблюдение можно отнести к уровню 5 сигм», — добавляет [email protected] официальный представитель Джованни Де Леллис. Детектор [email protected] был установлен в туннеле LHC как раз к началу третьего запуска LHC.
До сих пор нейтринные эксперименты изучали только нейтрино, исходящие из космоса, Земли, ядерных реакторов или эксперименты с фиксированными мишенями. В то время как астрофизические нейтрино обладают высокой энергией, например те, которые могут быть обнаружены в ходе эксперимента IceCube на Южном полюсе, солнечные и реакторные нейтрино обычно имеют более низкую энергию.
Нейтрино в экспериментах с фиксированной мишенью, например, в ЦЕРН
Основанная в 1954 году со штаб-квартирой в Женеве, Швейцария, ЦЕРН является европейской исследовательской организацией, которая управляет Большим адронным коллайдером (БАК), крупнейшей лабораторией физики элементарных частиц в мире. Его полное название — Европейская организация ядерных исследований (фр.: Organization européenne pour la recherche nucléaire), а аббревиатура ЦЕРН происходит от французского Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire. ЦЕРН' его основная миссия состоит в том, чтобы изучить фундаментальную структуру Вселенной с помощью передовых ускорителей частиц и детекторов.
” data-gt-translate-attributes='[{“attribute”:”data-cmtooltip”, “format”:”html”}]’>Северная и бывшая западная области ЦЕРН находятся в энергетическом диапазоне до несколько сотен гигаэлектронвольт (ГэВ). FASER и [email protected] сократят разрыв между нейтрино с фиксированной мишенью и астрофизическими нейтрино, охватив гораздо более высокий диапазон энергий — от нескольких сотен ГэВ до нескольких ТэВ.
Одной из неисследованных тем физики, в которую они внесут свой вклад, является изучение нейтрино высоких энергий из астрофизических источников. Действительно, механизм образования нейтрино на БАК, а также энергия их центра масс такие же, как и у нейтрино очень высоких энергий, возникающих при столкновениях космических лучей с атмосферой. Эти «атмосферные» нейтрино составляют фон для наблюдения астрофизических нейтрино: измерения FASER и [email protected] могут использоваться для точной оценки этого фона, тем самым прокладывая путь для наблюдения астрофизических нейтрино.
Другим применением этих поисков является измерение скорости образования всех трех типов нейтрино. В ходе экспериментов будет проверена универсальность механизма их взаимодействия путем измерения соотношения различных видов нейтрино
Вид — это группа живых организмов, обладающих набором общих характеристик и способных размножаться и производить плодовитое потомство. Понятие вида важно в биологии, поскольку оно используется для классификации и организации разнообразия жизни.
Существуют разные способы определения вида, но наиболее широко принятым является концепция биологического вида, которая определяет вид как группу организмов, которые могут скрещиваться и производить жизнеспособное потомство в природе. Это определение широко используется в эволюционной биологии и экологии для идентификации и классификации живых организмов.
” data-gt-translate-attributes='[{“attribute”:”data-cmtooltip”, “format”:”html”}]’>виды, произведенные одним и тем же типом родительской частицы. Это будет важным проверка Стандартной модели в нейтринном секторе
ЦЕРН вот-вот запустит третий запуск Большого адронного коллайдера : NPR
ЦЕРН вот-вот запустит третий запуск Большого адронного коллайдера Десять лет назад , открытие бозона Хиггса помогло понять нашу вселенную, но при этом открыло целый ряд новых вопросов.
Космос
Доктор Питер Хиггс был частью команды, которая правильно предсказала существование бозона Хиггса более 60 лет назад. Европейский центр ядерных исследований скрыть заголовок
переключить заголовок
Европейский центр ядерных исследований
Десять лет назад ученые смогли открыть частицу бозона Хиггса и помочь понять вселенную с помощью Большого адронного коллайдера. Они сделали это снова в 2018 году, открыв новые идеи о протонах.
Теперь, с новым набором вопросов, они планируют перезапустить ускоритель частиц в этом месяце, чтобы, возможно, лучше понять космические неизвестные, такие как темная материя.
«Эта частица ответила нам на некоторые вопросы и дала множество других», — говорит NPR доктор Сара Демерс, профессор физики Йельского университета.
Частица бозона Хиггса была впервые обнаружена, когда ученые из Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН) вращали и сталкивали частицы вместе со скоростью, близкой к скорости света. Они сделали это, используя самый большой и самый мощный в мире ускоритель частиц — Большой адронный коллайдер.
С 1964 года физики предполагали, что эта частица существует, но потребовалось почти 50 лет, чтобы найти доказательства.
Ученые считают, что поле Хиггса образовалось через одну десятую миллиардной доли секунды после Большого взрыва, и без него звезды, планеты и жизнь не возникли бы.
Доказательство существования бозона Хиггса стало важной вехой в фундаментальной физике, и д-р Франсуа Энглер и д-р Питер Хиггс получили Нобелевскую премию по физике. Несмотря на научные достижения, работа по пониманию того, как устроена Вселенная, далека от завершения.
Коллайдер завершил второй экспериментальный запуск в 2018 году, который дал новое понимание структуры протонов и того, как распадается бозон Хиггса.
И после более чем трех лет технического обслуживания и обновлений коллайдер снова запустится во вторник, на этот раз утроив данные, дольше поддерживая интенсивные лучи и в целом позволяя проводить больше исследований.
«Должно быть что-то еще, потому что мы не можем объяснить так много вещей, которые нас окружают», — сказал Демерс, который также работает в ЦЕРНе над третьим запуском. «Не хватает чего-то действительно большого, и под действительно большим мы говорим о 96 процентах Вселенной, действительно большой».
Демерс имеет в виду темную материю, которая является невидимой материей, существование которой, согласно наблюдениям за космосом, и темную энергию, подпитывающую ускоряющееся расширение Вселенной. Она надеется, что предстоящий запуск даст представление о неуловимой, но подавляющей части нашего космоса.