Что будет если адронный коллайдер взорвется: Что будет с человеком, если его поместить в Большой адронный коллайдер?

Содержание

в “черную дыру” затянуло только Рунет. Дыры, норы и другие измерения

5 (100%) 1 vote[s]

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 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

Одним из главных опасений является создание коллайдером так называемой «черной дыры». -27 секунд) самоуничтожится, еще не успев поглотить нас.

Высокоэнергетические «странные капельки»

Забавный термин, но на самом деле нам не до смеха. Страпелька («странная капелька»), странглет (от англ. strangelet – strange + droplet) – гипотетический объект, состоящий из «странной материи», либо образованной адронами, содержащими «странные» кварки, либо не разделённым на отдельные адроны кварковым веществом с примерно одинаковым содержанием странных, верхних и нижних кварков. Странная материя рассматривается в космологии как кандидат на роль «тёмной материи». Русскоязычный вариант термина «страпелька» предложен в 2005 году Сергеем Поповым.

Чем опасны страпельки? Их не зря называют капельками-убийцами: по версии ученых, страпельки могут повлиять на привычную нам материю, мгновенно уничтожить тем самым Землю. Но пока никто не видел эти страпельки, и никто еще не смог их синтезировать.

Магнитное монополе

Как мы знаем, у магнита два полюса. Есть старая идея, что может быть и магнитное поле с одним полюсом, вернее, создать частицу под названием «магнитный монополь». Но это никогда никак не подтверждалось. Тем не менее, ученые бьют тревогу и здесь: а вдруг Большой адронный коллайдер создаст такую частицу? Да, он мог бы создать такую частицу, но для уничтожения мира она должна быть огромной, а коллайдер для этого маловат.

ЦЕРН заканчивает подготовку к запуску , Долгое время считалось, что эксперимент с коллайдером небезопасен для человечества: он может вызвать появление чёрных дыр и «страпелек», которые разрушат всё сущее. В финальном отчёте по безопасности проекта утверждается, что коллайдер опасности не представляет. Тем не менее, не исключено, что просчитаны не все возможности гибели мира от действия этой машины.

Охлаждение обмоток сверхпроводящих электромагнитов Большого адронного коллайдера (LHC, Large Hadron Collider) в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН) на границе Швейцарии и Франции подходит к завершению. Большинство из них уже достигли рабочей температуры всего на 2 градуса выше абсолютного нуля (–271o C), и учёные надеются начать разгон первых пучков частиц уже в следующем месяце. Если всё пойдёт так, как планируется, осенью встречные пучки протонов, движущихся со скоростью около 0,99999992 от скорости света, начнут сталкиваться. Число столкновений будет постепенно увеличиваться, приближаясь к запланированному уровню в миллиарды событий в секунду.

Радостное возбуждение учёных, погружённых в подготовку, наверное, крупнейшего научного эксперимента в истории человечества, можно понять. Однако у некоторых людей томление в ожидании старта LHC продолжает выливаться в уйму страхов вокруг истории о страшной чёрной дыре, которая возникнет в месте столкновения частиц и, быстро разрастаясь, через некоторое время пожрёт не только Женевский аэропорт и Юрские горы, но и всю нашу планету.

На самом деле это не самое страшное, что может случиться. Физики придумали ещё несколько эсхатологических сценариев, включающих превращение всех атомных ядер нашей планеты в так называемое странное вещество, разрушение протонов магнитными монополями и даже стремительное падение привычной нам структуры всей Вселенной при расширении созданного в ускорителе пузыря «истинного» вакуума.

Авторы «облегчённого» отчёта о безопасности – Группа оценки безопасности LHC: Джон Эллис, Джан Джудиче, Микеланджело Мангано, Игорь Ткачёв. В прошлую пятницу специальная рабочая группа, созданная для оценки реальности таких событий, представила «облегчённый» финальный отчёт, а в понедельник в архиве электронных препринтов появилась и полномасштабная работа, подробно рассматривающая опасность появления чёрных дыр.

Вывод учёных: бояться нечего. Земля и Вселенная, скорее всего, выстоят. Основной аргумент команды из пяти физиков в какой-то степени повторяет расхожую фразу «этого не может быть, потому что не может быть никогда». Только с точностью до наоборот: пророчества LHC-скептиков не могут сбыться, потому что все эксперименты, которые физики надеются провести в глубине детекторов ATLAS и CMS, происходят в природе постоянно, а вся программа LHC в наблюдаемой части Вселенной уже была повторена квадриллионы квадриллионов раз. И ничего, мы всё ещё существуем. Более того, никаких событий, которые можно было бы интерпретировать как свидетельство предполагаемых страшных последствий столкновений протонов, ни физики в своих лабораториях, ни астрономы, разглядывающие космические дали, пока не видели.

Дело в том, что гигантские по меркам земных ускорителей энергии сначала в 5 Тэв, а потом и в 7 Тэв (тераэлектронвольт), до которых планируется разгонять частицы в 27-километровом кольце громадного ускорителя, для вселенной не новость. На самом деле частицы такой и большей энергии каждую секунду врезаются в скафандр космонавта, вышедшего из космического корабля. С той же частотой они бы бомбардировали и наши тела, не будь у Земли атмосферы. Воздушная оболочка частично спасает нас от этих частиц, и зовутся они космическими лучами.

Поэтому, пока ускоритель не начал сталкивать протонные пучки, бояться совсем нечего: мы имеем дело лишь с ежесекундным опытом последователей Алексея Леонова, первого космонавта, вышедшего в открытый космос. Такие частицы при столкновении с мишенью выбивают из неё десятки и сотни протонов и разрушают несколько атомных ядер. Опыт 74-летнего Алексея Архиповича показывает, что ничего страшного ни для существования нашего мира, ни даже для человеческого здоровья в таких событиях нет.

Осенью, однако, сотрудники ЦЕРНа надеются начать сводить пучки заряженных частиц, движущихся в противоположных направлениях, и направлять их друг на друга. Это уже посерьёзнее. Хотя каждый из несущихся друг на друга протонов имеет энергию летающего под потолком комара, воссоздать происходящие при их взаимодействии процессы можно, лишь направив на стационарную мишень протон с энергией в десятки тысяч Тэв. Дело в том, что при использовании стационарной мишени основной запас энергии налетающих частиц уходит на сохранение импульса разлетающихся после удара осколков, а на их взаимодействие, которое для физиков интереснее всего, остаются лишь жалкие крохи.

Значения в тысячи Тэв вряд ли будут в обозримое время достигнуты на земных ускорителях, и именно поэтому такую популярность получили ускорители на встречных пучках. Тем не менее, в космосе и таких частиц хватает. Их гораздо меньше, чем «комаров», – примерно в 100 миллиардов раз, так что вряд ли кому-то из космонавтов удавалось испытать на себе такой удар. Но всю нашу планету потрясают несколько тысяч таких столкновений в секунду, а за время её существования их было примерно 1021 раз. За всё время работы женевского ускорителя в рамках эксперимента LHC планируется воссоздать примерно 1017-1018 ударов; так что безо всякого участия физиков этот эксперимент уже был повторен на Земле десятки тысяч раз.

Опасны ли стационарные объекты?

Кажется, что бояться и правда нечего. К таким выводам и пришли авторы нынешнего отчёта, подтвердив мнение своих коллег, представивших результаты независимого исследования на ту же тему в 2003 году. Однако на деле первое впечатление обманчиво. Между космическими лучами и столкновениями частиц во встречных пучках есть большая разница.

Во-первых, плотность событий в Швейцарии и Франции (детекторы находятся по обе стороны границы между двумя странами) несравнимо выше. Если среднее расстояние между подобными событиями, одновременно протекающими в земной атмосфере, составляет тысячи километров, то сечение сталкивающихся пучков измеряется сантиметрами. Более того, помимо протонов учёные будут сталкивать друг с другом и ядра свинца, в каждом из которых по две сотни протонов и нейтронов, упакованных с ядерной плотностью. И хотя в составе космических лучей наверняка также имеются тяжёлые ядра, их гораздо меньше, чем протонов и альфа-частиц.

Однако главная разница даже не в этом, она в скорости разлёта продуктов столкновения.

Если предположить, что в результате удара действительно образуются миниатюрные чёрные дыры или капельки смертоносной странной материи, они по закону сохранения импульса двинутся дальше с огромной скоростью, пролетая сквозь Землю в мгновение ока. Если подобные объекты возникнут в ускорителях, их скорость будет невелика: у встречных пучков практически одинаковые скорости, которые в сумме дают ноль. А значит, утверждают пессимисты, появившись однажды, чёрная дыра быстро провалится к центру нашей планеты, а там будет постепенно пожирать её тело, разрастаясь за счёт проглатывания всё новых и новых порций. В конце концов, дело дойдёт и до поверхности.

Именно поведению таких почти стационарных объектов и крайне малой вероятности их появления и посвящена большая часть последнего отчёта. Учёные один за одним подробно разбирают возможные сценарии «судного дня» с учётом даже самых спекулятивных вариантов физических теорий и последнего опыта работы на ускорителях и приходят к выводу, что нам всё-таки ничто не грозит.

Чёрные дыры не возникнут?

Что касается чёрных дыр, то их появление в LHC вообще под большим вопросом. Если верна общая теория относительности Эйнштейна (а серьёзных экспериментальных возражений на ее счёт пока нет), то чёрные дыры даже при столкновении ядер свинца образовываться не будут. Причина в том, что гравитация, управляющая движением грандиозных небесных тел и определяющая судьбу Вселенной в целом, на микроскопических расстояниях – очень слабая сила. Она на много порядков уступает другим трём фундаментальным силам – и электромагнитному, и двум ядерным взаимодействиям, так называемым слабому и сильному. А эти силы не предусматривают образования каких-либо чёрных дыр, да и вообще, «поженить» эти силы, описываемые квантовой теорией, с эйнштейновской теорией гравитации пока не особо получается.

Но, даже если чёрная дыра возникнет, она должна мгновенно исчезнуть за счёт квантовых эффектов. Одна из немногих успешных попыток разобраться в явлениях на стыке квантовой механики и гравитации, предпринятая знаменитым британским физиком-теоретиком Стивеном Хокингом, привела к появлению понятия «испарения» чёрных дыр. Виртуальные пары частиц и античастиц, в соответствии с квантовой механикой непрерывно возникающие в пространстве и через очень короткое время исчезающие в никуда, иногда должны образовываться и на границе чёрной дыры. В этом случае частицы пары не могут аннигилировать друг с другом, и для внешнего наблюдателя в окрестностях дыры из ничего «рождается» что-то; на это расходуется энергия, и как показывают расчёты, тем больше, чем меньше чёрная дыра.

Самая большая чёрная дыра, которая может родиться в LHC, имеет энергию не больше, чем суммарная энергия двух сталкивающихся ядер. Такой объект в соответствии с теорией Хокинга живёт умопомрачительно короткое время – меньше 10-80 сек., за которое он не то что проглотить какую-то иную частицу, он и сдвинуться с места не успеет.

Некоторые теории, впрочем, предсказывают существование в микромире так называемых скрытых пространственных измерений в добавление к трём известным нам – длине, ширине и высоте. В таких случаях не только гравитационные силы на очень малых расстояниях могут стать гораздо сильнее, чем предсказывается классической теорией тяготения, но и сами микроскопические чёрные дыры могут оказаться стабильными.

Тем не менее, и этот вариант не проходит.

Здесь учёные вновь обратили взгляд на космические объекты. Если бы стабильные чёрные дыры могли образовываться и расти, то при бомбардировке Земли или Солнца космическими лучами эти дыры очень быстро становились бы заряженными, притягивая в первую очередь протоны, а не электроны, которые при той же температуре движутся гораздо быстрее. Заряженная чёрная дыра в отличие от нейтральной гораздо активнее взаимодействует с окружающими частицами, которые её быстро и остановят.

Таким образом, пролетая через Солнце и уж тем более сверхплотные звёзды вроде белых карликов или нейтронных звёзд, чёрная дыра затормозится и останется в теле звезды. События, подобные тем, что планируется производить в LHC, в жизни каждой звезды происходили такое количество раз, что если бы чёрные дыры могли образовываться, то они достаточно быстро росли бы и уничтожали известные нам небесные тела.

Как именно происходит рост этих объектов, зависит от конкретной модели теории гравитации с «дополнительными измерениями». Последовательно разбирая многочисленные варианты и учитывая все мыслимые эффекты, учёные приходят к выводу, что даже при самых крайних предположения ни Земля, ни белые карлики не могли бы существовать дольше нескольких миллионов лет. На деле им миллиарды лет, так что микроскопические чёрные дыры, похоже, во Вселенной вовсе не образуются.

Степень опасности страпелек не исследована!

Другой популярный агент уничтожения нашего мира при запуске LHC – капельки странного вещества, или «страпельки», как проповедует калькировать с английского strangelet российский астроном Сергей Попов. Странным такое вещество называется не за особенности поведения, а из-за наличия в его составе значительной примеси так называемых странных кварков («аромата» s) в дополнение к верхнему и нижнему (u и d) кваркам, из которых состоят протоны и нейтроны, образующие ядра всех обычных атомов.

Небольшие странные ядра, в которых к нейтронам и протонам добавлена частица, содержащая странные кварки, в лабораториях уже были получены. Они не стабильны – распадались за миллиардные доли секунды. Получить ядра, в которых содержится много странных частиц, пока не получалось, однако из некоторых вариантов теории ядерных взаимодействий следует, что такие ядра могут быть стабильными. Они плотнее обычного вещества, и ими активно интересуются астрономы, занимающиеся нейтронными звёздами – своего рода гигантскими атомными ядрами, в которые после смерти превращаются массивные звёзды.

Если «странные» ядра действительно стабильны (никаких экспериментальных указаний на этот счёт нет), то, привлекая ещё и дополнительные, также экспериментально не подтверждённые соображения, можно показать, что переход в странную форму будет энергетически выгодным. В этом случае при взаимодействии с обычными ядрами странные будут провоцировать переход первых в странную форму. В итоге образуются капельки странного вещества, или «страпельки». Поскольку образуются они из протонов и нейтронов, заряд «страпелек» будет положительным, так что они будут отталкивать обычные ядра. Опять же в некоторых теориях могут возникать и отрицательные страпельки, которые не стабильны. Уже четвёртая в данном абзаце гипотеза предполагает наличие нестабильных, но долгоживущих отрицательных страпелек, которые обычное вещество будут притягивать.

Вот именно такие четырежды гипотетические страпельки и представляют угрозу.

С такими фантомами приходится работать учёным, доказывающим безопасность LHC.

Основные аргументы против существования вообще каких-либо страпелек – это результаты экспериментов на так называемом американском коллайдере релятивистских тяжёлых ионов (RHIC), который в конце XX века заработал в американской Брукхэвенской национальной лаборатории. В отличие от ЦЕРНа, где сталкиваться будут ядра свинца, в Брукхэвене сталкиваются ядра атомов чуть более лёгкого золота, при том с существенно меньшими энергиями.

Как показывают результаты RHIC, никакие страпельки здесь не появляются. Более того, собранные ускорителем данные отлично описывает теория, согласно которой в месте столкновения двух ядер на ничтожные доли секунды (порядка 10-23 сек.) образуется сгусток кварк-глюонной плазмы, имеющей температуру около полутора триллионов градусов. Такие температуры существовали лишь в самом начале нашей Вселенной, и даже в центрах самых массивных и горячих звёзд ничего подобного не возникает.

Но при таких температурах опасные страпельки, даже если и образуются, мгновенно разрушаются, поскольку для реакций с ними характерны те же энергии, что и для обычных ядер, в противном случае, они не были бы стабильным, то есть энергетически выгодным, состоянием. Характерная температура «плавления» ядер – миллиарды градусов, так что при температурах в триллион градусов никаких страпелек и в помине не остаётся.

Температура кварк-глюонной плазмы, которую планируют получить на LHC, ещё выше. Кроме того, плотность её при столкновении будет, как ни странно, ниже.

Так что получить страпельки в LHC ещё сложнее, чем в RHIC, а в нём их получить было сложнее, чем в ускорителях 1980-х и 1990-х годов.

Кстати, когда в 1999 году запускалась программа RHIC, её создателям также пришлось убеждать скептиков, что конца света с первым столкновением ядер не произойдёт. И не произошло.

Дополнительный аргумент против возможности появления страпелек – наличие Луны на орбите вокруг Земли. В отличие от нашей планеты Луна не имеет атмосферы, так что её поверхность и ядра тяжёлых элементов, которые она содержит, напрямую бомбардируются ядрами, входящими в состав космических лучей. Если бы появление страпелек было возможным, то за 4 миллиарда лет существования нашего спутника эти опасные ядра полностью «переварили» бы Луну, превратив в странный объект. Однако Луна продолжает светить по ночам как ни в чём не бывало, а некоторым даже повезло погулять по этому объекту и вернуться назад.

Другой способ убить Вселенную

Более экзотические кандидаты на роль убийц всего живого – магнитные монополи. Никому ещё не удавалось, разрезав магнит на две части, получить отдельные северный и южный его полюса, но магнитный монополь – это именно такая частица. Опять же, никаких экспериментальных указаний на его существование нет, однако ещё в первой половине XX века Вольфганг Паули заметил, что их введение в теорию позволяет объяснить, почему все заряды кратны электронному.

Идея эта оказалась настолько заманчивой, что, несмотря на отсутствие каких-либо доказательств, некоторые физики продолжают верить в существование монополей. Если учесть, что для квантования заряда достаточно одного монополя на всю Вселенную, то эта вера вряд ли хуже веры в единое начало, благодаря которому во Вселенной есть добро.

Однако магнитный монополь – это не добро, по крайней мере для протона. Имея большой заряд, монополи по своему ионизирующему действию должны быть похожи на тяжёлые атомные ядра, и в некоторых вариантах теории – опять же не в почти священной для физиков стандартной модели, которая пока оказывалась в состоянии объяснить все эксперименты с частицами, – монополи могут вызывать распад протонов и нейтронов на более лёгкие частицы.

Большинство физиков полагают, что магнитные монополи должны быть очень массивными частицами с энергией порядка 1012 Тэв, до которых ни LHC, ни какому бы то ни было другому земному ускорителю, не дотянуться. Так что и бояться их нечего.

Тем не менее, если предположить, что монополи могут иметь меньшую массу, тогда они также давно должны были образовываться при взаимодействии земного вещества с космическими лучами. При том, активнейшим образом взаимодействуя с веществом через электромагнитные силы, монополи должны очень быстро тормозиться и оставаться на Земле. Бомбардировка нашей планеты и других небесных тел космическими лучами продолжается миллиарды лет, и исчезнуть Земля никуда не исчезла. Так что либо лёгкие монополи не образуются, либо не имеют свойства даже как-то способствовать распаду протона.

Вселенная перейдёт в состояние истинного вакуума?

Наконец, самое страшное, что может случиться, – это появление в пространстве пузырьков «истинного вакуума». Они способны уничтожить не просто Землю, но и всю известную нам Вселенную.

Вообще говоря, физический вакуум – сложнейшая система из множества взаимодействующих полей. В квантовой механике вакуум – это просто энергетически самое низкое состояние такой системы, а не какой-то «абсолютный ноль». У каждого кубометра вакуума вполне может быть своя энергия, и более того, сам вакуум может даже влиять на происходящие в нём физические явления.

Например, если у нас некоторый ложный, очень стабильный, но всё-таки не самый низкий уровень энергии, с него ещё можно шагнуть вниз, а разницу в энергии между двумя уровнями использоваться для создания новых частиц, как создаются кванты света при переходе электронов с высокого атомного уровня на низкий. Астрофизики, например, уверены, что такие переходы случались в прошлом, и благодаря им наш мир сейчас заполнен веществом.

Вообще говоря, ни откуда не следует, что вакуум, который мы знаем, не такой вот ложный. Более того, простейшее объяснение загадочной «тёмной энергии», из-за которой ускоряется расширение нашей Вселенной, – это именно наличие ненулевой энергии вакуума. В таком случае переход на очередную ступень возможен, и более того, согласно некоторым теориям, последние астрономические наблюдения даже увеличили его вероятность.

Ниоткуда, конечно, не следует и то, что спровоцировать такой переход могут столкновения протонов в суперколлайдере LHC. Однако, если микроскопические пузырьки «истинного» вакуума всё-таки образуются, дальше теория предсказывает их стремительное расширение за счёт превращения вакуума из одного вида в другой вдоль границы пузырька. Расширяясь со скоростью света, такой пузырёк за доли секунды объемлет Землю, а затем примется за остальную Вселенную, породив множество частиц и, возможно, сделав существование привычной нам материи невозможным.

Вообще говоря, как именно LHC может спровоцировать вакуумный переход, неясно. За неимением предмета опровержения в данном случае авторы отчёта вновь обращают свой взор на небо, повторяя всё ту же логику. Если мы до сих пор не видим каких-то катастрофических последствия столкновения заряженных высокоэнергичных частиц в космосе, значит, появление таких пузырей или невозможно, или слишком маловероятно. В конце концов, как подсчитали учёные, Вселенная за время своего существования провела 1031 опытов размаха LHC в наблюдаемой нами её части. И, если бы хоть один из них окончился разрушением какой-то части мира, мы бы это наверняка заметили. А что такое один эксперимент против 1031? Вероятность, что не повезёт именно нам, слишком мала.

Оправдан ли риск?

Конечно, разговор о вероятности здесь вряд ли уместен. Когда речь идёт о цене автомобильной страховки, можно разделить общее число аварий на общее число машин, получив вероятность аварии для каждой машины, и умножить эту вероятность на среднюю стоимость автомобиля. Такая величина называется математическим ожиданием ущерба для машины. Добавьте к этой сумме сборы, на которые существуют страховые компании – и стоимость страховки готова.

Профессионалы оперируют и математическим ожиданием количества людских смертей – например, в сейсмоопасных районах. Кому-то это может показаться циничным, но такой расчёт – наверное, единственный способ эффективно распорядиться всегда ограниченными ресурсами для спасения максимального числа жизней.

Если вероятность разрушения Земли при старте LHC, скажем, один шанс на миллиард, то математическое ожидание числа смертей – произведение населения планеты на одну миллиардную – составит 6,5. Не исключено, что среди нескольких тысяч учёных, работающих в ЦЕРНе, найдутся не семь, а гораздо больше человек, готовых ради науки пожертвовать своими жизнями. Однако могут ли они поставить на карту, пусть и почти гарантированно выигрышную, существование всего человечества? А если речь идёт о существовании всей Вселенной? Вряд ли кто-то может дать ответ на этот вопрос.

Житель американского штата Гавайи Вальтер Вагнер, например, считает риск неоправданными и даже подал соответствующий иск в один из американских судов. Иск, впрочем, уже отклонён, а какова будет его дальнейшая судьба в судебной системе США, пока никто не знает. Ясно лишь, что вряд ли он будет удовлетворён к середине осени, когда, согласно плану, встречные пучки в гигантском тоннеле под Женевой начнут разгоняться навстречу друг другу. Да и американский суд над европейской Женевой юрисдикции не имеет и может лишь запретить поставку важного оборудования для ЦЕРНа, которое производится в США; на это, кстати, и направлен иск.

Страх, предваряющий пуск LHC, не новость. То же самое имело место и при запуске ускорителя ионов в Брукхэвене. А в конце шестидесятых годов весь мир облетело сообщение об открытии советским химиком Николаем Федякиным «полимерной формы воды». На Западе только и было разговоров о том, что, попав в мировой океан, «поливода» быстро переведёт в полимерную форму всё его содержимое. Чем не история о страпельках, способных превратить всё вещество в странную форму? Желающие могут вспомнить и другую легенду – о подводных испытаниях водородной бомбы, взрыв которой лишь едва-едва не зацепил богатые тяжёлым изотопом водорода донные слои океана, вызвав их детонацию по всей планете.

Получается, что потенциальные опасности, связанные с запуском коллайдера , не следует принимать во внимание. Гораздо более вероятна гибель Земли от удара астероида, вспышки сверхновой по соседству. Даже война за минеральные ресурсы нанесёт ущерб значительно больший, нежели запуск машины. Таким образом, предложения остановить эксперименты с LHC вряд ли будут признаны конструктивными.

(или БАК) – на данный момент самый большой и мощный ускоритель частиц в мире. Эта махина была запущена в 2008 году, но долго работала на пониженных мощностях. Разберемся, что это такое и зачем нужен большой адронный коллайдер.

История, мифы и факты

Идея создания коллайдера была озвучена в 1984 году. А сам проект на строительство коллайдера был одобрен и принят аж в 1995 году. Разработка принадлежит Европейскому центру ядерных исследований (CERN). Вообще запуск коллайдера привлек к себе большое внимание не только ученых, но и простых людей со всего мира. Говорили о всевозможных страхах и ужасах, связанных с запуском коллайдера.

Впрочем, кто-то и сейчас, вполне возможно, ждет апокалипсиса, связанного с работой БАК и тресется от одной мысли о том, что будет, если ч взорвется большой адронный коллайдер. Хотя, в первую очередь все боялись черной дыры, которая, сначала будучи микроскопической, разрастется и благополучно поглотит сначала сам коллайдер, а за ним Швейцарию и весь остальной мир. Также большую панику вызывала аннигиляционная катастрофа. Группа ученых даже подала в суд, пытаясь остановить строительство. В заявлении говорилось, что сгустки антиматерии, которые могут быть получены в коллайдере, начнут аннигилировать с материей, начнется цепная реакция и вся Вселенная будет уничтожена. Как говорил известный персонаж из «Назад в Будущее»:

Вся Вселенная, конечно, в самом худшем случае. В лучшем – только наша галактика. Доктор Эмет Браун.

А теперь попытаемся понять, почему он адронный? Дело в том, что он работает с адронами, точнее разгоняет, ускоряет и сталкивает адроны.

Адроны – класс элементарных частиц, подверженных сильному взаимодействию. Адроны состоят из кварков.

Адроны делятся на барионы и мезоны. Чтобы было проще, скажем, что из барионов состоит почти все известное нам вещество. Упростим еще больше и скажем, что барионы – это нуклоны (протоны и нейтроны, составляющие атомное ядро).

Как работает большой адронный коллайдер

Масштаб очень впечатляет. Коллайдер представляет собой кольцевой туннель, залегающий под землей на глубине ста метров. Длина большого адронного коллайдера составялет 26 659 метров. Протоны, разогнанные до скоростей близких к скорости света, пролетают в подземном круге по территории Франции и Швейцарии. Если говорить точно, то глубина залегания туннеля лежит в пределах от 50 до 175 метров. Для фокусировки и удержания пучков летящих протонов используются сверхпроводящие магниты, их общая длина составляет около 22 километров, а работают они при температуре -271 градусов по Цельсию.

В составе коллайдера 4 гигантских детектора: ATLAS, CMS, ALICE и LHCb. Помимо основных больших детекторов, есть еще и вспомогательные. Детекторы предназначены для фиксации результатов столкновений частиц. То есть после того, как на околосветовых скоростях сталкиваются два протона, никто не знает чего ожидать. Чтобы «увидеть», что получилось, куда отскочило и как далеко улетело, и существуют детекторы, напичканные всевозможными датчиками.

Результаты работы большого адронного коллайдера.

Зачем нужен коллайдер? Ну уж точно не для того, чтобы уничтожить Землю. Казалось бы, какой смысл сталкивать частицы? Дело в том, что вопросов без ответов в современной физике очень много, и изучение мира с помощью разогнанных частиц может в буквальном смысле открыть новый пласт реальности, понять устройство мира, а может быть даже ответить на главный вопрос «смысла жизни, Вселенной и вообще».

Какие открытия уже совершили на БАК? Самое знаменитое – это открытие бозона Хиггса (ему мы посвятим отдельную статью). Помимо того были открыты 5 новых частиц , получены первые данные столкновений на рекордных энергиях , показано отсутствие асимметрии протонов и антипротонов , обнаружены необычные корреляции протонов . Список можно продолжать долго. А вот микроскопических черных дыр, которые наводили страх на домохозяек, обнаружить не удалось.

И это при том, что коллайдер еще не разогнали до его максимальной мощности. Сейчас максимальная энергия большого адронного коллайдера – 13 ТэВ (тера электрон-Вольт). Однако, после соответствующей подготовки протоны планируют разогнать до 14 ТэВ . Для сравнения, в ускорителях- предшественниках БАК максимально полученные энергии не превышали 1 ТэВ . Так разгонять частицы мог американский ускоритель Тэватрон из штата Иллинойс. Энергия, достигнутая в коллайдере – далеко не самая Большая в мире. Так, энергия космических лучей, зафиксированных на Земле, превышает энергию частицы, разогнанной в коллайдере в миллиард раз! Так что, опасность большого адронного коллайдера минимальна. Вполне вероятно, что после того, как все ответы будут получены с помощью БАК, человечеству придется строить еще один коллайдер по-мощнее.

Друзья, любите науку, и она обязательно полюбит Вас! А помочь Вам полюбить науку легко смогут . Обращайтесь за помощью, и пусть учеба приносит радость!

История создания ускорителя, который мы знаем сегодня как большой адронный коллайдер, начинается ещё с 2007 года. Изначально хронология ускорителей началась с циклотрона. Прибор представлял собой небольшое устройство, которое легко умещалось на столе. Затем история ускорителей стала стремительно развиваться. Появился синхрофазотрон и синхротрон.

В истории, пожалуй, самым занимательным стал период с 1956 по 1957 годы. В те времена советская наука, в частности физика, не отставала от зарубежных братьев. Используя наработанный годами опыт, советский физик по имени Владимир Векслер совершил прорыв в науке. Им был создан самый мощный по тем временам синхрофазотрон. Его рабочая мощность была равна 10 гигаэлектронвольт (10 миллиардов электронвольт). После этого открытия создавались уже серьёзные образцы ускорителей: большой электронно-позитронный коллайдер, Швейцарский ускоритель, в Германии, США. Все они имели одну общую цель — изучение фундаментальных частиц кварков.

Большой адронный коллайдер был создан в первую очередь благодаря стараниям итальянского физика. Имя ему Карло Руббиа, лауреат Нобелевской премии. Во время своей деятельности Руббиа работал директором в Европейской организации по ядерным исследованиям. Решено было построить и запустить адронный коллайдер именно на месте центра исследований.

Где адронный коллайдер?

Коллайдер размещён на границе между Швейцарией и Францией. Длина его окружности составляет 27 километров, поэтому его и называют большим. Кольцо ускорителя уходит вглубь от 50 до 175 метров. В коллайдере установлено 1232 магнита. Они являются сверхпроводящими, а значит из них можно выработать максимальное поле для разгона, так как затраты энергии в таких магнитах практически отсутствуют. Общий вес каждого магнита составляет 3,5 тонны при длине 14,3 метра.

Как и любой физический объект, большой адронный коллайдер выделяет тепло. Поэтому его необходимо постоянно остужать. Для этого поддерживается температура 1,7 К с помощью 12 миллионов литров жидкого азота. Помимо этого, для охлаждения используется (700 тысяч литров), и самое важное – используется давление, которое в десять раз ниже нормального атмосферного.

Температура 1,7 К по шкале Цельсия составляет -271 градус. Такая температура почти близка к называется минимально возможный предел, который может иметь физическое тело.

Внутренняя часть тоннеля не менее интересна. Там находятся ниобий-титановые кабели со сверхпроводящими возможностями. Их длина составляет 7600 километров. Общий вес кабелей равен 1200 тонн. Внутренность кабеля — это сплетение 6300 проволок с общим расстоянием в 1,5 миллиарда километров. Такая длина равна 10 астрономическим единицам. Например, равняется 10 таким единицам.

Если говорить о его географическом местоположении, то можно сказать, что кольца коллайдера лежат меж городов Сен-Жени и Форнее-Вольтер, расположенными на французской стороне, а также Мейрин и Вессурат – со Швейцарской стороны. Маленькое кольцо, именуемое PS, проходит вдоль границы по диаметру.

Смысл существования

Для того чтобы ответить на вопрос «для чего нужен адронный коллайдер», нужно обратиться к учёным. Многие учёные говорят, что это самое великое изобретение за весь период существования науки, и то, что без него у науки, которая известна нам сегодня, просто нет смысла. Существование и запуск большого адронного коллайдера интересны тем, что при столкновении частиц в адронном коллайдере происходит взрыв. Все мельчайшие частицы разлетаются в разные стороны. Образовываются новые частицы, которые могут объяснить существование и смысл многого.

Первое, что учёные старались найти в этих разбившихся частицах — это теоретически предсказанную физиком Питером Хиггсом элементарную частицу, названную Это потрясающая частица является носителем информации, как считается. Ещё её принято называть «частицей Бога». Открытие ее приблизило бы учёных к пониманию вселенной. Нужно отметить, что в 2012 году, 4 июля, адронный коллайдер (запуск его частично удался) помог обнаружить похожую частицу. На сегодняшний день учёные пытаются изучить её подробнее.

Долго ли…

Конечно, сразу возникает вопрос, а почему учёные так долго изучают эти частицы. Если есть прибор, то можно запускать его, и каждый раз снимать все новые и новые данные. Дело в том, что работа адронного коллайдера — это дорогостоящее удовольствие. Один запуск обходится в большую сумму. Например, годовой расход энергии равняется 800 млн. кВт/ч. Такой объем энергии расходует город, в котором проживает около 100 тыс. человек, по средним меркам. И это не считая затрат на обслуживание. Ещё одна причина – это то, что у адронного коллайдера взрыв, который происходит при сталкивании протонов, связан с получением большого объёма данных: компьютеры считывают столько информации, что на обработку уходит большое количество времени. Даже несмотря на то что мощность компьютеров, которые получают информацию, велика даже по сегодняшним меркам.

Следующая причина — это не менее известная Учёные, работающие с коллайдером в этом направлении, уверены, что видимый спектр всей вселенной составляет всего 4%. Предполагается, что оставшиеся — это тёмная материя и тёмная энергия. Экспериментально пытаются доказать то, что эта теория верна.

Адронный коллайдер: за или против

Выдвинутая теория о тёмной материи поставила под сомнение безопасность существования адронного коллайдера. Возник вопрос: “Адронный коллайдер: за или против?” Он волновал многих учёных. Все великие умы мира разделились на две категории. «Противники» выдвинули интересную теорию о том, что если такая материя существует, то у неё должна быть противоположная ей частица. И при столкновении частиц в ускорителе возникает тёмная часть. Существовал риск того, что тёмная часть и часть, которую мы видим, столкнутся. Тогда это могло бы привести к гибели всей вселенной. Однако после первого запуска адронного коллайдера эта теория была частично разбита.

Далее по значимости идёт взрыв вселенной, вернее сказать – рождение. Считается, что при столкновении можно пронаблюдать то, как вселенная вела себя в первые секунды существования. То, как она выглядела после происхождения Большого взрыва. Считается, что процесс столкновения частиц очень схож с тем, который был в самом начале зарождения вселенной.

Ещё не менее фантастичная идея, которую проверяют учёные – это экзотические модели. Это кажется невероятным, но есть теория, которая предполагает, что существуют иные измерения и вселенные с похожими на нас людьми. И как ни странно, ускоритель и здесь сможет помочь.

Проще говоря, цель существования ускорителя в том, чтобы понять, что такое вселенная, как она была создана, доказать или опровергнуть все существующие теории о частицах и связанных с ними явлениях. Конечно, на это потребуются годы, но с каждым запуском появляются новые открытия, которые переворачивают мир науки.

Факты об ускорителе

Всем известно, что ускоритель разгоняет частицы до 99% скорости света, но не многие знают, что процент равен 99,9999991% от скорости света. Это потрясающая цифра имеет смысл благодаря идеальной конструкции и мощным магнитам ускорения. Также нужно отметить некоторые менее известные факты.

Приблизительно 100 млн. потоков с данными, которые приходят от каждого из двух основных детекторов, могут в считаные секунды заполнить больше 100 тысяч компакт-дисков. Всего за один месяц количество дисков бы достигло такой высоты, что если их сложить в стопу, то хватило бы до Луны. Поэтому было принято решение собирать не все данные, которые приходят с детекторов, а лишь те, которые разрешит использовать система сбора данных, которая по факту выступает как фильтр для полученных данных. Было решено записывать лишь 100 событий, которые возникли в момент взрыва. Записываться эти события будут в архив вычислительного центра системы Большого адронного коллайдера, который расположен в Европейской лаборатории по физике элементарных частиц, которая по совместительству является местом расположения ускорителя. Записываться будут не те события, которые были зафиксированы, а те, которые представляют для научного сообщества наибольший интерес.

Последующая обработка

После записи сотни килобайт данных будут обрабатывать. Для этого используется более двух тысяч компьютеров, расположенных, в ЦЕРН. Задача этих компьютеров заключается в обработке первичных данных и формировании из них базы, которая будет удобна для дальнейшего анализа. Далее сформированный поток данных будет направлен на вычислительную сеть GRID. Эта интернет-сеть объединяет тысячи компьютеров, которые располагаются в разных институтах по всему миру, связывает более сотни крупных центров, которые расположены на трёх континентах. Все такие центры соединены с ЦЕРН с использованием оптоволокна – для максимальной скорости передачи данных.

Говоря о фактах, нужно упомянуть также о физических показателях строения. Туннель ускорителя находится в отклонении на 1,4% от горизонтальной плоскости. Сделано это в первую очередь для того, чтобы поместить большую часть туннеля ускорителя в монолитную скалу. Таким образом, глубина размещения на противоположных сторонах разная. Если считать со стороны озера, которое находится недалеко от Женевы, то глубина будет равна 50 метрам. Противоположная часть имеет глубину 175 метров.

Интересно то, что лунные фазы влияют на ускоритель. Казалось бы, как такой отдалённый объект может воздействовать на таком расстоянии. Однако замечено, что во время полнолуния, когда происходит прилив, земля в районе Женевы, поднимается на целых 25 сантиметров. Это влияет на длину коллайдера. Протяжённость тем самым увеличивается на 1 миллиметр, а также изменяется энергия пучка на 0,02%. Поскольку контроль энергии пучка должен проходить вплоть до 0,002%, исследователи обязаны учитывать это явление.

Также интересно то, что туннель коллайдера имеет форму восьмиугольника, а не круга, как многие представляют. Углы образуются из-за коротких секций. В них располагаются установленные детекторы, а также система, которая управляет пучком ускоряющихся частиц.

Строение

Адронный коллайдер, запуск которого связан с использованием многих деталей и волнением учёных, – удивительное устройство. Весь ускоритель состоит из двух колец. Малое кольцо называется Протонный синхротрон или, если использовать аббревиатуры — PS. Большое кольцо – Протонный суперсинхротрон, или SPS. Совместно два кольца позволяют разогнать части до 99,9 % скорости света. При этом коллайдер повышает и энергию протонов, увеличивая их суммарную энергию в 16 раз. Также он позволяет сталкивать частицы между собой примерно 30 млн. раз/с. в течение 10 часов. От 4 основных детекторов получается по большей мере 100 терабайт цифровых данных в секунду. Получение данных обусловлено отдельными факторами. Например, они могут обнаружить элементарные частицы, которые имеют отрицательный электрический заряд, а также обладают половинным спином. Поскольку эти частицы являются неустойчивыми, то прямое их обнаружение невозможно, возможно обнаружить только их энергию, которая будет вылетать под определённым углом к оси пучка. Эта стадия называется первым уровнем запуска. За этой стадией следят более чем 100 специальных плат обработки данных, в которые встроены логические схемы реализации. Эта часть работы характерна тем, что в период получения данных происходит отбор более чем 100 тысяч блоков с данными в одну секунду. Затем эти данные будут использоваться для анализа, который происходит с использованием механизма более высокого уровня.

Системы следующего уровня, наоборот, принимают информацию от всех потоков детектора. Программное обеспечение детектора работает в сети. Там оно будет использовать большое количество компьютеров для обработки последующих блоков данных, среднее время между блоками – 10 микросекунд. Программы должны будут создавать отметки частиц, соответствуя изначальным точкам. В результате получится сформированный набор данных, состоящих из импульса, энергии, траектории и других, которые возникли при одном событии.

Части ускорителя

Весь ускоритель можно поделить на 5 основных частей:

1) Ускоритель электронно-позитронного коллайдера. Деталь, представляет собой около 7 тысяч магнитов со сверхпроводящими свойствами. С помощью них происходит направление пучка по кольцевому туннелю. А также они сосредотачивают пучок в один поток, ширина которого уменьшится до ширины одного волоса.

2) Компактный мюонный соленоид. Это детектор, предназначенный для общего назначения. В таком детекторе ведутся поиски новых явлений и, например, поиск частиц Хиггса.

3) Детектор LHCb. Значение этого устройства заключается в поиске кварков и противоположных им частиц – антикварков.

4) Тороидальная установка ATLAS. Этот детектор предназначен для фиксации мюонов.

5) Alice. Этот детектор захватывает столкновения ионов свинца и протон-протонные столкновения.

Проблемы при запуске адронного коллайдера

Несмотря на то что наличие высоких технологий исключает возможность ошибок, на практике все иначе. Во время сборки ускорителя происходили задержки, а также сбои. Нужно сказать, что неожиданной такая ситуация не была. Устройство содержит столько нюансов и требует такой точности, что учёные ожидали подобных результатов. Например, одна из проблем, которая встала перед учёными во время запуска – отказ магнита, который фокусировал пучки протонов непосредственно перед их столкновением. Эта серьёзная авария была вызвана разрушением части крепления вследствие потери сверхпроводимости магнитом.

Эта проблема возникла 2007 году. Из-за неё запуск коллайдера откладывали несколько раз, и только в июне запуск состоялся, спустя почти год коллайдер все же запустился.

Последний запуск коллайдера прошёл успешно, было собрано множество терабайт данных.

Адронный коллайдер, запуск которого состоялся 5 апреля 2015 года, успешно функционирует. В течение месяца пучки будут гонять по кольцу, постепенно увеличивая мощность. Цели для исследования как таковой нет. Будет повышена энергия столкновения пучков. Значение поднимут с 7 ТэВ до 13 ТэВ. Такое увеличение позволит увидеть новые возможности при столкновении частиц.

В 2013 и 2014 гг. проходили серьёзные технические осмотры туннелей, ускорителей, детекторов и другого оборудования. В результате было 18 биполярных магнитов со сверхпроводящей функцией. Нужно отметить, что общее количество их составляет 1232 штуки. Однако оставшиеся магниты не остались без внимания. В остальных заменили системы защиты от остывания, поставили улучшенные. Также улучшена охлаждающая система магнитов. Это позволяет им оставаться при низких температурах с максимальной мощностью.

Если все пройдёт успешно, то следующий запуск ускорителя пройдёт лишь через три года. Через этот период намечены плановые работы по улучшению, техническому осмотру коллайдера.

Нужно отметить, что ремонт обходится в копейку, не учитывая стоимость. Адронный коллайдер, по состоянию на 2010 год имеет цену, равную 7,5 млрд. евро. Эта цифра выводит весь проект на первое место в списке самых дорогих проектов в истории науки.

Большой адронный коллайдер позволит создать машину времени? / Хабр

В ближайшие недели на Земле могут появиться первые путешественники во времени, прибывшие из будущего.

Физики всего мира с нетерпением ждут запуска Большого адронного коллайдера (БАК) ценой 4,65 млрд фунтов – самого мощного ускорителя частиц в истории. Как ожидается, это устройство позволит получить новую информацию о частицах и силах, действующих в космосе, а также воспроизвести условия, близкие к имевшим место вскоре после «большого взрыва», породившего Вселенную.

Профессор Ирина Арефьева и доктор физико-математических наук Игорь Волович из Математического института имени Стеклова в Москве полагают, что масштабный эксперимент в ЦЕРН – европейском центре физики частиц, расположенном неподалеку от швейцарской Женевы, – может привести к появлению первой машины времени в мире, сообщает журнал New Scientist.

Запуск коллайдера, намеченный на начало лета, может стать исторической вехой, поскольку путешествия во времени возможны – если они вообще возможны – лишь в прошлое, считая от момента создания первой машины времени.

Таким образом, 2008 год может стать «нулевым годом» путешествий во времени, утверждают ученые.

Идея о путешествиях во времени родилась, когда коллега Альберта Эйнштейна Курт Гедель с помощью теории относительности доказал принципиальную возможность перемещения в прошлое.

После появления его гипотезы в 1949 году именитые физики нередко пытались опровергнуть подобную идею, поскольку путешествия во времени подрывают принцип причинности и угрожают появлением парадоксов: путешественник во времени может вернуться в прошлое и убить собственного дедушку, но тогда получится, что он сам не смог бы появиться на свет.

Между прочим, прошло 60 лет, а фундаментальных возражений, почему путешественники во времени не смогут оставить историков не у дел, нет как нет.

По словам российских ученых, когда энергия БАК сконцентрируется на субатомной частице (в триллион раз меньше комара), с тканью Вселенной, которую ученые называют «пространство-время», могут произойти странные вещи – эта ткань способна измениться.

Гравитация Земли слабо искривляет пространство-время, а БАК способен исказить время настолько, что оно замкнется в кольцо. Подобное явление физики называют «замкнутой временеподобной кривой» – оно позволяет, по крайней мере теоретически, вернуться в прошлое.

Данная схема перекликается с теорией, предложенной еще в 1988 году. Тогда профессор Кип Торн с коллегами из Калифорнийского технологического института в Пасадене продемонстрировал, что пространственно-временные тоннели – червоточины – могут открыть путь к путешествиям во времени. Эта теория стала популярной благодаря роману Карла Сагана «Контакт», по которому позже был снят фильм.

Профессор Арефьева и доктор Волович придерживаются мнения, что БАК способен создавать червоточины и таким образом обеспечивать путешествия во времени. «Мы поняли, что замкнутые временеподобные кривые и червоточины могут появиться в результате столкновения частиц», – объясняет профессор Арефьева.

Тем не менее, до появления подражателей Доктора Кто придется преодолеть еще немало препятствий. Одно из них – тот факт, что через мини-червоточины удастся пройти лишь субатомным частицам.

Как заявили исследователи корреспонденту Daily Telegraph, мысль о том, что путешествие субатомных частиц во времени в БАК может открыть двери для людей-путешественников, – «глубокий и интересный вопрос». «И эти проблемы, и многие другие требуют дальнейшего изучения», – подчеркнули ученые.

Вероятно, самое большее, на что мы можем надеяться, – это что БАК продемонстрирует признаки существования червоточин, говорит доктор Волович. Если часть энергии столкновения в БАК исчезнет, это может объясняться созданием частиц, которые пронзают время через червоточину.

Одна из загвоздок в концепции червоточин – попытка найти экзотическую силу, способную поддерживать их открытыми для путешествий во времени.

Темная энергия – таинственная антигравитационная сила, которая, как полагают, действует во Вселенной, – может, по мнению ученых, оказаться именно тем, что позволит поддерживать червоточину открытой. По крайней мере, так считают сторонники одной из трактовок этой фантомной энергии, как ее называют.

Если столкновение частиц вкупе с фантомной энергией позволит в этом году создать червоточину в Женеве, цивилизации будущего, возможно, узнают об этом из учебников истории, вычислят этот момент и с помощью продвинутых технологий нанесут нам визит.

«Данные наблюдений пока не исключают возможности, что фантомная энергия существует, – говорит Роберт Колдуэлл, физик из Колледжа Дартмаус в Ганновере, штат Нью-Гэмпшир. – А что касается домыслов Арефьевой и Воловича, будто БАК позволит создать машину времени, – тьфу на них!»

Один из ведущих ученых, полагающих, что путешествия во времени возможны, профессор Дэвид Дойч из Оксфордского университета, говорит: «Это гипотетические измышления, но придраться к ним по существу невозможно. Тем не менее, я считаю, что этот механизм не сработает по ряду причин (то есть путь для сообщений из будущего не откроется), даже если их догадки верны».

Доктор Брайан Кокс из Манчестерского университета добавляет: «Энергия миллиардов космических лучей, которые попадали в атмосферу Земли на протяжении пяти миллиардов лет, превосходят ту энергию, которую сможет создать БАК. По их логике, путешественники во времени уже должны быть здесь. Если эти червоточины появятся, обещаю съесть свою шляпу, которую мне подарили в день рождения еще до того, как я ее получил».

Источник: www.telegraph.co.uk/earth/main.jhtml?xml=/earth/2008/02/06/scitime106.xml

Жительница Челябинска изучает свойства протона на Большом адронном коллайдере

Ксения Гасникова начала сотрудничать с ЦЕРН (CERN — Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, Европейский совет по ядерным исследованиям) еще будучи студенткой четвертого курса, правда дистанционно. Спустя год уроженка Челябинска впервые увидела легендарный Большой адронный коллайдер (БАК) лично. 

Ксюша изучает состав протона — положительно заряженной частицы, которая является фундаментальным “кирпичиком” мироздания.  Это знание будет полезно для поисков новой физики и детального осмотра того самого бозона Хиггса, изучение которого является одной из приоритетных задач коллайдера.

Работа, рассказывает девушка, не похожа на сумасшедшие опыты чокнутых ученых из фантастических комедий. В основном приходится обрабатывать огромные массивы чисел и графики — со стороны кажется, что она простой офисный работник за компьютером. Но чтобы коллега из России не заскучала, ей иногда доверяют похулиганить в лаборатории.

— Иногда я достаю сухой лед и провожу эксперименты над электроникой, которую потом запихнут в коллайдер при очередном обновлении. Эти компоненты работают при -18 градусах. А вот супермагниты работают почти при абсолютном нуле, для охлаждения в коллайдере предусмотрена особая криогенная система, — рассказывает Ксения.

В самом ЦЕРНе работает не так много людей, а вот результатами экспериментов с ускорителей частиц, таких как БАК, пользуются десятки тысяч ученых, которым в Женеве, где и базируется научный центр, просто негде разместиться. Поэтому основная часть изыскателей работает удаленно. Ксюша недавно переехала в Германию, поближе к своему молодому человеку, который трудится в Гамбурге (и тоже ведет научный диалог с БАК).

Ксюша скучает по друзьям, оставшимся на родине, но, к счастью, частенько принимает гостей. На днях к ней приехал папа. А еще она точно знает, что Большой адронный коллайдер, вопреки слухам и опасениям, не взорвется и не превратит нашу планету в черную дыру. Но если такое все же случится, кричать последнее “ААААААА” перед уничтожением матушки Земли она будет все же по-русски.

Для справки: Большой адронный коллайдер это самый крупный ускоритель заряженных частиц в мире. Протяженность “тоннеля”, в котором сталкиваются элементарные частицы, составляет почти 27 километров, и он проходит по территории Франции и Швейцарии. По данным газеты “Коммерсантъ”, стоимость проекта составила 5,22 миллиарда долларов. Коллайдер является самым точным и современным прибором изучения элементарных частиц. Благодаря данным с БАК физики надеются приблизиться к полному пониманию картины физического мира, так называемой “Теории всего”. Во время строительства ускорителя вокруг проекта не утихали споры: ряд конспирологов считал, что работа коллайдера приведет к глобальной катастрофе.

 

46°14′00″ с ш. 6°03′00″ в д. (G) (O)

Большой адронный коллайдер

[править]

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

(Перенаправлено с LHC)

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

Показать географическую карту

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.

Запрос «БАК» перенаправляется сюда; об одноимённой команде КВН см. БАК (команда КВН).

Большой адро́нный колла́йдер (англ. Large Hadron Collider, LHC; сокр. БАК) — 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 (фр. Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, CERN), на границе Швейцарии и Франции, недалеко от Женевы. БАК является самой крупной экспериментальной установкой в мире. Руководитель проекта — Лин Эванс. В строительстве и исследованиях участвовали и участвуют более 10 000 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 частицы, состоящие из кварков; коллайдером (англ. collide — сталкиваться) — из-за того, что пучки частиц ускоряются в противоположных направлениях и сталкиваются в специальных точках столкновения[3].

Большой адронный коллайдер

[править]

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

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

Показать географическую карту

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.

Запрос «БАК» перенаправляется сюда; об одноимённой команде КВН см. БАК (команда КВН).

Большой адро́нный колла́йдер (англ. Large Hadron Collider, LHC; сокр. БАК) — 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 (фр. Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, CERN), на границе Швейцарии и Франции, недалеко от Женевы. БАК является самой крупной экспериментальной установкой в мире. Руководитель проекта — Лин Эванс. В строительстве и исследованиях участвовали и участвуют более 10 000 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 частицы, состоящие из кварков; коллайдером (англ. collide — сталкиваться) — из-за того, что пучки частиц ускоряются в противоположных направлениях и сталкиваются в специальных точках столкновения[3].Содержание [убрать]

1 Поставленные задачи[4][5]

1.1 Изучение топ-кварков

1.2 Изучение механизма электрослабой симметрии

1.3 Изучение кварк-глюонной плазмы

1.4 Поиск суперсимметрии

1.5 Изучение фотон-адронных и фотон-фотонных столкновений

1.6 Проверка экзотических теорий

1. 7 Другое

2 Технические характеристики

2.1 Детекторы

2.2 Процесс ускорения частиц в коллайдере

2.3 Потребление энергии

2.4 Вопросы безопасности

3 Строительство и эксплуатация

3.1 Строительство

3.2 Испытания и эксплуатация

3.2.1 2008 год

3.2.2 2009 год

3.2.3 2010 год

3.2.4 Планы на ближайшие несколько лет

3.2.4.1 2011-2012 годы

3.2.4.2 2013 и далее

3.3 Планы развития

4 Распределённые вычисления

5 Научные результаты

5.1 2010 год

5.2 2011 год

6 Финансирование проекта

7 БАК в искусстве

8 Примечания

9 См. также

10 Ссылки

10.1 Публикации и статьи

[править]

Поставленные задачи[4][5]

Карта с нанесённым на неё расположением Коллайдера

В начале XX века в физике появились две основополагающие теории — общая теория относительности (ОТО) Альберта Эйнштейна, которая описывает Вселенную на макроуровне, и квантовая теория поля, которая описывает Вселенную на микроуровне. Проблема в том, что эти теории несовместимы друг с другом. Например, для адекватного описания происходящего в чёрных дырах нужны обе теории, а они вступают в противоречие.

Эйнштейн многие годы пытался разработать единую теорию поля, но безуспешно, поскольку игнорировал квантовую механику. В конце 1960-х 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.

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 было невозможно провести 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.

[править]

Изучение топ-кварков

Топ-кварк — самый тяжёлый кварк и, более того, это самая тяжёлая из открытых пока элементарных частиц. Согласно последним результатам Тэватрона, его масса составляет 173,1 ± 1,3 ГэВ/c²[6]. 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.

[править]

Изучение механизма электрослабой симметрии

Фейнмановские диаграммы, 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 1960 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[7]. 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. Именно изучение этого механизма, возможно, натолкнёт физиков на новую теорию мира, более глубокую, чем СМ.

[править]

Изучение кварк-глюонной плазмы

Ожидается, что примерно один месяц в год будет проходить[уточнить] в ускорителе в режиме ядерных столкновений. Будут происходить не только протон-протонные столкновения, но и столкновения ядер 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.

Моделирование процесса рождения бозона Хиггса в детекторе CMS

[править]

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».

[править]

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, исследуя столкновения протонов, косвенно изучается и взаимодействие вещества с фотонами высоких энергий, представляющее большой интерес для теоретической физики[8]. Также рассматривается особый класс реакций — непосредственное взаимодействие двух фотонов. То есть, фотоны 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.

[править]

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 являются составными частицами, 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.

[править]

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).

[править]

Технические характеристики

Подземный зал, в котором смонтирован детектор ATLAS (октябрь 2004 года)

Детектор ATLAS в процессе сборки (февраль 2006 года)

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 5,5 ГэВ (5,5×109 электронвольт) на каждую пару сталкивающихся нуклонов. На начало 2010 года БАК уже несколько превзошел по энергии протонов предыдущего рекордсмена — протон-антипротонный коллайдер Тэватрон, который в настоящее время работает в Национальной ускорительной лаборатории им. Энрико Ферми (США). В будущем, когда наладка оборудования будет завершена, БАК будет 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 первого пробега составит всего 1029 частиц/см²·с. Это весьма скромная величина. Однако, после запуска БАК для экспериментальных исследований, светимость будет постепенно повышаться от начальной 5×1032 до номинальной 1,7×1034 частиц/см²·с, что по порядку величины соответствует светимостям современных B-фабрик BaBar (SLAC, США) и Belle (KEK, Япония). Выход на номинальную светимость планируется в 2010 году.

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.

Россия принимает активное участие как в строительстве БАК, так и в создании всех детекторов, которые должны работать на коллайдере[9].

Регистрация частиц, образовавшихся после столкновения в детекторе CMS

[править]

Детекторы

На БАК будут работать 4 основных и 2 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 позволит точнее измерить размер протонов, а также контролировать светимость коллайдера, и, наконец, LHCf — для исследования космических лучей, моделируемых с помощью тех же несталкивающихся частиц[10]. С работой БАК связан также седьмой, совсем незначительный в плане бюджета и сложности, детектор (эксперимент) MoEDAL[11], предназначенный для поиска медленно движущихся тяжёлых частиц.

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

[править]

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[12] 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[13].

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 колоссальной скорости частиц, близкой к скорости света[14].

Сгустки проходят полный круг ускорителя быстрее чем за 0,0001 сек, совершая, таким образом, свыше 10 000 оборотов в секунду[15].

[править]

Потребление энергии

Во время работы коллайдера расчётное потребление энергии составит 180 МВт. Предположительные энергозатраты всего CERNа 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 CERN не производит энергию, имея лишь резервные дизельные генераторы.

[править]

Вопросы безопасности

Основная статья: Вопросы безопасности Большого адронного коллайдера

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[16].

[править]

Строительство и эксплуатация

27-километровый подземный туннель, предназначенный для размещения ускорителя БАК

Основная статья: История строительства и эксплуатации LHC

[править]

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 установлен в туннеле последний сверхпроводящий магнит.

[править]

Испытания и эксплуатация

[править]

2008 год

Детектор ATLAS, ноябрь 2006 г.

11 августа успешно завершена первая часть предварительных испытаний[17]. Во время испытаний пучок заряженных частиц прошёл чуть более трёх километров по одному из колец БАК.

10 сентября был произведён официальный запуск коллайдера[18][19] Запущенные пучки протонов успешно прошли весь периметр коллайдера по и против часовой стрелки[20].

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[21].

19 сентября в ходе тестов магнитной системы сектора 3-4 (34) произошёл инцидент, в результате которого БАК вышел из строя[22]. 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-го и большую часть 2009-го годов.

21 октября состоялась торжественная церемония официального открытия (инаугурация) БАК[23].

[править]

2009 год

16 октября завершено охлаждение всех восьми секторов коллайдера[24].

20 ноября, впервые после аварии 19 сентября 2008 года, пучок протонов успешно прошёл по всему кольцу Большого адронного 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].

[править]

2010 год

18 марта энергия пучка протонов доведена до 3,5 ТэВ.[28]

30 марта состоялись столкновения протонов с суммарной энергией 7 ТэВ.[29] Начался первый длительный сеанс научной работы БАК.

На 22 апреля 2010 года собрана статистика, позволяющая уточнить для случая недоступной ранее энергии протон-протонных столкновений ряд параметров, плохо вычислимых из первых принципов. В частности, оценено количество заряженных частиц, рождающихся в столкновении, а также их распределение по псевдобыстроте.[30] Эти данные позволят более эффективно наладить анализ данных, поступающих с детекторов.

24 июня показано отсутствие асимметрии протонов и антипротонов.[31]

19 августа получено ограничение на энергию возбуждённых состояний кварков для моделей, где такие состояния существуют. [32]

19 сентября эксперимент LHCb представил первые данные по рождению прелестных мезонов.[33]

22 сентября обнаружен новый физический эффект, не предсказанный существующей теорией. Среди сотен частиц, которые рождаются при столкновении протонов, обнаружились пары, движения которых связаны друг с другом.[34] Тем не менее данный эффект не стал для экспериментаторов полной неожиданностью, поскольку очень похожий эффект был обнаружен в 2007 году в столкновении ядер на коллайдере RHIC.[35] В случае столкновений ядер предлагается следующее объяснение. Летящие с околосветовой скоростью ядра сильно сплющиваются в продольном направлении и выглядят скорее «блинами», чем «шариками». В первый момент после столкновения два ядра-«блина» пролетают друг сквозь друга, но столкновение не проходит для них незаметным, и в пространстве между ними возникает совершенно особое состояние материи, которое получило название «глазма», glasma (англ.), и из которого затем получается комок кварковых и глюонных полей. Теоретические расчёты показывают, что в «глазме» глюонные силовые поля формируются между двумя пролетевшими ядрами в виде продольных трубок. Каждая такая трубка растянута в большом диапазоне по полярным углам, но имеет фиксированный азимутальный угол. Эта трубка получается вытянутой вдоль потому, что именно в этом направлении движутся частицы. Когда она распадётся на частицы, то они в момент рождения оказываются автоматически скоррелированными по азимутальному углу.[36][37]

24 сентября на детекторе CMS впервые зарегистрировано парное рождение Z-бозонов. Это событие может быть связано с бозоном Хиггса, который может образовываться в ходе столкновений протонов. Он должен распадаться на ряд других частиц, в частности Z-бозоны, которые могут быть зарегистрированы детекторами коллайдера. Непосредственно Z-бозоны детекторы зафиксировать не могут из-за чрезвычайно короткого времени жизни этих элементарных частиц (около 3×10−25 секунды), однако они могут «поймать» мюоны, в которые превращаются Z-бозоны. CMS зарегистрировал рождение четырёх мюонов. Тем не менее, как отмечают учёные, одного подобного события недостаточно, чтобы делать определённые выводы: чтобы доказательно говорить о рождении бозона Хиггса, необходимо зарегистрировать множество событий рождения пар Z-бозонов.[38][39][40]




Достарыңызбен бөлісу:

Все о коллайдере. Для чего нужен Большой андронный коллайдер

1 / 5

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 более глубокая теория .

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

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 . 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

Технические характеристики

Файл:CMS Slice. png

Регистрация частиц, образовавшихся после столкновения в детекторе CMS

В ускорителе предполагается сталкивать протоны с суммарной энергией 14 ТэВ (то есть 14 тераэлектронвольт или 14·10 12 электронвольт) в системе центра масс налетающих частиц, а также ядра свинца с энергией 5 ГэВ (5·10 9 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).

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 .

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.

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 .

С работой БАК связан также седьмой, совсем незначительный в плане бюджета и сложности, детектор (эксперимент) MoEDAL , 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 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

БАК (Большой адронный коллайдер, LHC) – это самый крупный в мире ускоритель частиц, расположенный на франко-швейцарской границе в Женеве и принадлежащий концерну CERN. Основной задачей строительства Большого адронного коллайдера был поиск бозона Хиггса, неуловимой частицы, последнего элемента Стандартной модели. Задачу коллайдер выполнил: физики действительно обнаружили элементарную частицу на предсказанных энергиях. Далее БАК будет вести работу в этом диапазоне светимости и работать, как обычно функционируют спецобъекты: по желанию ученых. Вспомните, полуторамесячная миссия марсохода «Оппортьюнити» затянулась на 10 лет.

Эксперимент LHCb, который функционирует в рамках работы Большого адронного коллайдера в ЦЕРНе, показал любопытные аномалии в распаде некоторых частиц. Если эта информация подтвердится, мы получим новые физические явления, не предсказанные Стандартной моделью физики частиц. Наблюдаемый сигнал все еще имеет слабую статистическую значимость, но усиливает аналогичные показания из предыдущих исследований. Предстоящие данные и последующие анализы позволят установить, действительно ли эти намеки являются трещинами в Стандартной модели или статистическими флуктуациями, как это .

Европейская организация по ядерным исследованиям и крупнейшая в мире лаборатория физики высоких энергий ЦЕРН более 300 терабайт информации, собранной в рамках экспериментов Большого адронного коллайдера. Эти данные содержат примерно только половину информации об экспериментах 2011 года с применением компактного мюонного соленоида (CMS), одного из двух больших универсальных детекторов элементарных частиц на Большом адронном коллайдере. Если точнее, речь идет о примерно 250 триллионах столкновений элементарных частиц.

Скоро, очень скоро начнет работать Большой адронный коллайдер. Это, действительно, уникальная установка, призванная исследовать очень существенные и очень важные аспекты природы. Прежде всего, что это такое. Это такая машина, где сталкиваются протоны с энергией 7 ТэВ в каждом пучке. Создавалась она достаточно долго. Первые обсуждения были еще в конце 70-х годов. И вот, наконец, эта установка сделана, и на этом коллайдере созданы четыре экспериментальных установки для исследования этих взаимодействий. Чтобы рассказать о масштабах всего этого дела, необходимо сказать, что в двух самых больших установках, которые называются ATLAS и CMS – компактный спектрометр, – участвуют примерно по две тысячи человек. В «Атласе», скажем, это две тысячи человек из 35 институтов. И стоимость каждой из этих установок свыше полумиллиарда долларов. Предметом изучения является взаимодействие при сверхвысоких энергиях. И здесь очень важным является то, что, перейдя к энергии в 14 ТэВ, мы переходим очень важный порог. Каждый серьезный ускоритель или коллайдер строился с расчетом на некую физику, которую можно делать на этой машине. Так строился, скажем, трехГэВный ускоритель (ускоритель мощностью 3 ГэВ – ИФ) для открытия антипротонов, в Протвино, скажем, ускоритель для исследования так называемой асимптотики в сильных взаимодействий. В ЦЕРНе коллайдер для открытия Z-бозона. Вот этот вот коллайдер при энергии взаимодействия в 14 ТэВ позволит нам изучать очень важные и абсолютно новые аспекты природы. Достаточно сказать, что вопрос, который задается в связи с этими исследованиями, это вопрос о том, откуда берется масса всяких объектов, нас с вами в том числе, из чего состоит Вселенная в целом. Мы знаем, что на сегодняшний день из известных нам частиц состоит всего 4% вселенной, а остальные 96% – это нечто неизвестное. В тех экспериментах, которые мы будем проводить на этом коллайдере, мы надеемся ответить, в том числе, и на эти вопросы. Спектр задач там чрезвычайно широк и исследования эти будут продолжаться лет 20 предположительно. Но в этом году первые столкновения будут зарегистрированы, как мы надеемся, и в следующем году регулярные более менее исследования характеристик этих взаимодействий начнутся. Как мы уже слышали, на Большом адронном коллайдере будут происходить столкновения элементарных частиц. Ну и просто по определению ничего другого в этих столкновениях, кроме элементарных частиц, родиться не может. Возможно, не все знают, и следует сказать, что Большой адронный коллайдер, это не единственный коллайдер, который существует и работает на Земле. Например, в пригороде Чикаго вот уже 25 работает другой адронный коллайдер – Тэватрон. Оба коллайдера очень похожи. Энергия Тэватрона в семь раз меньше, правда. Есть также другой коллайдер в Соединенных Штатах – коллайдер тяжелых релятивистских ионов (RHIC, находится в Брукхейвенской национальной лаборатории), он уже тоже работает семь лет. Ничего принципиального с точки зрения всевозможных страшилок, которые в последнее время появились в прессе и в Интернете, между этими коллайдерами нет. На самом деле и Тэватрон, и RHIC – коллайдер релятивистских ионов, и Большой адронный коллайдер – они абсолютно безопасны. Дело в том, что в природе постоянно и повсеместно происходят столкновения частиц, ускоренных естественным образом до таких же или до еще более высоких энергий. Частицы, которые ускорены в природе естественным образом, называются космическими лучами. Поток таких космических лучей, их энергия, достоверно измерены на земле. И получается, что например, только в Солнечной системе природа-матушка уже произвела 1 миллиард полных 10-летних программ Большого адронного коллайдера. Еще раз подчеркну, что такие столкновения происходят везде, не только в Солнечной системе, и на всех других звездах, на планетах, и вот всесторонний анализ этих данных позволяет… несмотря на бомбардировку, постоянную бомбардировку этими космическими лучами, Земля, Солнце, все другие планеты продолжают существовать. И всесторонний анализ этих данных позволяет нам с уверенностью утверждать, что и Большой адронный коллайдер, и все другие ускорители – абсолютно безопасны. Я, может быть, скажу несколько слов о месте и вкладе России в этот проект. Вообще надо сказать, что сотрудничество России и Советского Союза с ЦЕРНом насчитывает уже больше 40 лет, это очень плодотворное сотрудничество, и нам многих ускорителях, которые были созданы в ЦЕРНе, наши институты, физики работали и получали очень интересные результаты. С другой стороны, в результате вот этого сотрудничества и вообще, как говорится, отношения в нашей стране, в Советском Союзе и сейчас к этой отрасли науки, дало возможность развить очень мощные ведущие научные школы, которые вот осуществляли эти исследования. И вследствие этого, были созданы специальные институты и специальные институты, и созданы школы, как я сказал, которые пользуются большим авторитетом во всем мире и признаны как действительно ведущие школы. И это не случайно, и можно привести просто пример, что в 67-м году был, в Протвино, кстати, вот откуда Александр Михайлович, был запущен ускоритель – протонный синхротрон, – который в то время в течение нескольких лет был самым мощным в мире ускорителем. Вот это показатель того, что наши школы действительно занимали ведущее положение во всем мире. И в то время на нашем ускорителе работали не только наши физики, но и приезжали физики из-за рубежа, практически из десятка стран, в том числе и из ЦЕРНа, то есть была вот ситуация несколько обратная. Ну, в последнее время, в силу экономических изменений, у нас новые установки не были построены, и поэтому пришлось нашим физикам и этим ведущим школам переориентироваться и работать на зарубежных установках. Проект БАК, идея его и начало положено было где-то лет 20 назад, и с самого начала наши физики интеллектуально участвовали в разработке и в проектировании отдельных подсистем как ускорителя, так и детекторов. Ну вот уже в 90-х годах было принято окончательное решение, что этот коллайдер будет построен, и Россия заключила специальное соглашение, протокол с ЦЕРНом об участии вот в этом проекте, и как с в создании самого коллайдера, так и всех четырех установок. Был подписан протокол на эту тему, как я сказал, и Россия уже взяла обязательства вкладывать не только интеллектуально, но и материально в эти проекты. И, если говорить о цифрах, то в этом протоколе было зафиксировано, что Россия в течение 10 лет на сооружение коллайдера и детекторов поставит оборудования на сумму 200 миллионов швейцарских франков – это достаточно большая сумма, тем более, что это решение было принято в период еще не очень стабильного финансирования и вообще экономики России. И эти обязательства были выполнены полностью, Россия вложила эти средства. Вернее, она вложила в денежном отношении меньше, но оборудования было поставлено им, наверное, на эту сумму, так была организована система финансирования этого проекта, и это было определено вот в том протоколе, о котором я говорил. Координировало эту работу Министерство науки, оно в течение последних лет переименовывалось часто, вы знаете, ну вот сейчас, вы знаете, это Министерство образования и науки, и существующее при нем Федеральное агентство по науке и инновациям. Так что в этом смысле обязательства выполнены и Россия, действительно, внесла не только интеллектуальный вклад, очень широко признанный, я бы сказал, что некоторые решения и некоторые подсистемы были разработаны, были сконструированы в России, изготовлены в российской промышленности и поставлены в ЦЕРН, и вот сейчас они уже начнут работать. Ну, материально тоже. Кроме того, нужно отметить, что большое участие в создании вот этих подсистем было со стороны промышленности российской, то есть многие заказы были размещены на российских предприятиях. Заказы были сделаны успешно. И можно привести еще такую цифру, что примерно 10 номинаций или 10 наград ЦЕРН дал нашим предприятиям за своевременное и качественное выполнение этих работ.

Спасибо за вступительное слово, но я так… приблизительно поняла, что это такое. Вы, пожалуйста, объясните, как он выглядит. Я так поняла, это какой-то международный проект? Где будет работать этот коллайдер, как он будет работать, и могут ли журналисты это все увидеть, чтобы жители страны тоже это все увидели.

Большой адронный коллайдер представляет собой кольцевой ускоритель с периметром 27 километров, который помещен на глубину примерно 100 метров. В этом кольце находятся две тысячи примерно сверхпроводящих магнитов, которые отклоняют протоны и удерживают их на кольцевой траектории. Ну, это очень все впечатляет. Если вы видите своими глазами, я это все видел. Доступ туда был раньше свободный более-менее. После того, как ускоритель начнет работать, туда спуститься будет нельзя, потому что, сами понимаете, там возможна радиация, и вообще, посторонним там находиться нельзя, это опасно. В этом тоннеле будет два встречных пучка: один будет двигаться по часовой стрелке, другой – против часовой стрелки. И в четырех местах – в точках пересечения этих пучков – частицы будут сталкиваться. Там, где находятся точки пересечения пучков, будут находиться четыре очень крупных детектора – каждый будет иметь… каждый имеет, они уже построены, очень внушающие размеры. Геометрический размер одного детектора, он, примерно, равен Собору, скажем, Парижской богоматери. И эти детекторы весят десятки тысяч тонн. Это самые большие детекторы в мире построены до сих пор. Вообще, это самый большой, самый грандиозный научный проект, который человечество до сих пор предпринимало, поэтому это международный проект, ни одна страна не в состоянии это сделать по отдельности. Когда он начнет работать? 10 сентября. Он уже, в принципе, начал работать, и пробные запуски, пробные проводки частиц уже были осуществлены в ускорителе. Но полностью частицы будут циркулировать, пробный пучок будет запущен 10 сентября, послезавтра.

Я так понимаю, что пробные запуски уже были, это были запуски на определенных сегментах коллайдера, а вот большой будет 10 сентября.

Но вообще этот вопрос не ко мне, я – теоретик. Лучше к моим коллегам, которые экспериментаторы и строили все своими руками.

Может быть, кто-то еще добавит?

Я мог бы сказать, что вообще, если вы визуально хотите представить все это, то на сайте ЦЕРНа десятки тысяч фотографий и видеофильмов по поводу вот этих всех установок. Действительно, сейчас доступ туда закрыт. Более того, вы сказали, вы из Санкт-Петербурга. Вот 5-й канал в начале этого года приезжал туда, бригада приезжала журналистов, с видеокамерой, они засняли и сделали очень хорошие репортажи для программы «Прогресс» с Лобковым. И было 4 выпуска, посвященных именно ЦЕРНу, и тогда еще детекторы были открыты, и ускоритель, поэтому съемки были натуральные. Поэтому, если кто хочет представление иметь, может найти видеозапись этих передач и посмотреть.

Вот людей, которые слово «коллайдер» услышали все-таки не сегодня впервые, интересует другой вопрос. Катастрофический сценарий. Я бы хотела, чтобы вы все-таки рассказали подробно, почему этого не может быть. Не потому, что этого не может быть никогда. Очень много сомнений, сейчас, в общем, весь мир в истерике. Что предрекают нам скептики? Это, во-первых, образование черных дыр, потом антиматерия, насколько я понимаю, и нарушение пространственно-временного континиума. Вот объясните конкретно по каждому пункту, почему этого не может быть. Спасибо.

Как я уже сказал, в природе постоянно происходит столкновение частиц с такими же или с еще более высокими энергиями. И, например, в данный момент прямо у нас над головой каждую секунду происходит столкновение частиц с еще более высокими энергиями. Скажем, ну вот говорилось, что в столкновениях частиц на БАК может открыться какой-то портал в другие измерения, может возникнуть машина времени… Ну – как мы знаем, никакие машины нам на голову не падают сверху. И никакие порталы не открываются. Ну, если разбирать конкретно эти ужастики. Черные дыры. Ну, начнем с того, что столкновение двух протонов на большом адронном коллайдере имеет энергию, равную кинетической энергии столкновения двух комаров в полете. Это меньше, чем вот хлопок в ладоши. Так? Астрофизические черные дыры, которые могли бы поглотить, засосать кого-то внутрь, имеют массу, по крайней мере, больше, чем масса Солнца. Ну и, опять же, «черная дыра» – это не какой-то магический пылесос, который может затащить, засосать в себя все с расстояния… в Интернете даже появляются высказывания, что там возникнет «черная дыра» и засосет в себя всю Вселенную. Такого в принципе быть не может. Гарантированно в центре нашей галактики находится черная дыра, очень массивная черная дыра, масса этой черной дыры равна 6 миллионов масс Солнца. И плотность звезд там очень большая, в центре галактики. Скажем, ну, понятно, она гораздо больше, чем рядом с нами, и поэтому расстояние от этой черной дыры до ближайшей звезды гораздо меньше, чем расстояние от Солнца до ближайшей звезды к нам. И звезды вращаются вокруг этой звезды, которая весит 6 миллионов масс Солнца на расстоянии таком же, ну, в общем, сравнимом с расстоянием от Земли до Солнца. Скажем, если бы мы сейчас вместо Солнца поместили в центр черную дыру, она бы нас не засосала, ничего бы не произошло, мы также… мы бы, с точки зрения движения Земли ничего бы не произошло. Мы потеряли бы тепло, которое Солнце нам дает, но Земля так же продолжала бы вращаться вокруг Солнца. Чтобы попасть в черную дыру, нужно к ней подлететь очень близко. И подлететь специальным образом. Скажем, чтобы попасть в черную дыру с массой, равной массе Солнца, нужно подлететь на расстояние 10 километров к этой дыре. Теперь, возвращаясь к большому адронному коллайдеру. Энергия столкновения равна энергии двух комаров в полете. Кинетическая энергия двух комаров. Поэтому, естественно, объект, который там может родиться, он не может иметь массу больше, чем эта энергия. Поэтому то, что там может родиться, это элементарные частицы. И, если это черная дыра, то это микроскопическая черная дыра, которая должна еще вырасти, чтобы представлять какую-то опасность. Так? Теперь. В рамках хорошо проверенной общей теории относительности, черные дыры в столкновениях частиц рождаться не могут, это однозначно, в нашем четырехмерном пространстве. За последнее время появились некоторые спекулятивные, очень спекулятивные теории о том, что наш мир – многомерный. Вот в таких многомерных теориях, к которым большинство физиков относится очень скептически, образование микроскопических черных дыр, в принципе, возможно. Но, опять же, в рамках этих теорий – эти черные дыры должны испаряться. В физике микромира, если что-то может родиться, то всегда возможен и обратный процесс, он обязан существовать. Если этого не происходит, это будет обозначать фундаментальное нарушение квантовой механики, квантовых принципов, которые хорошо проверены и достоверно известны. То есть, такого в принципе случиться не может. Но скептики говорили, что – хорошо, на таких масштабах мы никогда не работали, и вот испарение черных дыр, предсказанное Хоккингом, экспериментально не наблюдалось. Кто знает, может быть, они таки и не испаряются. Вот это был аргумент скептиков. Ну, на самом деле, даже если это так, то все равно сценарий был бы такой. Черная дыра, рождаясь в столкновениях кварков, которые имеют заряды, она бы тоже обладала зарядом, тормозилась бы в Земле, и эти черные дыры постоянно рождались бы в Земле и постоянно бы накапливались. Опять же, даже если бы вот черная дыра родилась нейтральной – все равно она бы приобрела заряд, потому что она должна накопить массу, она будет сталкиваться с протонами, с электронами внутри вещества земли, и протоны, они в тысячу раз тяжелее, чем электроны, они сильнее взаимодействуют, и черная дыра поглощала бы, такая микроскопическая черная дыра поглощала бы сначала протоны, она приобрела бы положительный заряд. И, опять же, она бы затормозилась. И опять мы из существования Земли знаем, что такого случиться не может. Теперь можно представить, что эта черная дыра будет нейтрализоваться – там будет происходить квантовое рождение пар, частица с одним зарядом будет поглощаться черной дырой, дыра станет нейтральной, другая улетит, но это само по себе противоречит тому, что черные дыры не испаряются. Если такой процесс возможен, то черные дыры должны испаряться. И испарение, оно очень быстрое – черная дыра должна испариться, не долетев еще до стенок детектора, если бы она вообще рождалась. Еще я должен сказать, что это вот все спекуляции, которые, может быть, люди, далекие от физики, не очень понимают. Поэтому физики уверены, что ничего страшного случиться не может. Это нужно понимать и чувствовать. Здесь очень много накручено спекуляций. В частности, я вот еще не сказал – мы должны предположить, что мир многомерный. Но этого мало. Дополнительные измерения, они компактны, и размер этих компактных измерений должен быть очень подобран под энергию коллайдера, чтобы эти все процессы происходили. Так? Но, опять же, как устроен мир, мы не знаем. Это спекулятивно очень, физики не верят, что такая вот невероятная картина построения вселенной действительно реализуется. Но нам нужен аргумент, который бы нас убедил, что, несмотря на то, что вот… Если мы предположим эту очень спекулятивную гипотезу, этот очень спекулятивный сценарий, тем не менее, все равно это безопасно. И такие построения действительно существуют, эмпирические построения, которые не зависят от наших фантазий. Как я уже говорил, космические лучи, они бомбардируют не только Землю, но и остальные звезды, в частности, компактные, очень плотные звезды, и даже если бы черные дыры, рождаясь в космических лучах, улетали бы из Земли, они обязательно застревали бы в таких звездах, скажем, как белые карлики. Черная дыра там такая же. Но вещество белого карлика плотнее, чем вещество земли, поэтому все процессы будут идти быстрее. И можно однозначно из фундаментальных физических принципов показать, что, если бы вот такой сценарий реализовался, то Земля жила бы в 10 тысяч раз дольше, чем белый карлик, после того, как такая черная дыра туда попадает. А мы знаем из наблюдений, это тоже достоверно известно, что возраст белых карликов равен 1 миллиард лет. Поэтому, даже в этом гипотетическом и совершенно невероятном сценарии гарантировано, что Земля будет жить в тысячу раз больше. Ну, антиматерия, вообще не понимаю, причем здесь. Антиматерия к глобальной катастрофе в принципе привести не может. Античастицы, конечно же, всегда рождаются в столкновениях частиц на любом коллайдере, они рождаются, они … это микроскопические процессы, которые всегда происходят.

А как вы можете понять, что родится новая частица, не изученная, которой нет в природе, что она может сделать? Понимаете, насколько я правильно ли понимаю, цель этого эксперимента – узнать, что будет.

Ну, мы знаем, как устроен мир сейчас. Правильно? И можно предположить все возможные сценарии, которые не противоречат нашим знаниям, и это было сделано. И вот в рамках этих сценариев, даже предполагая совершенно немыслимые построения, о которых я говорил, они реально очень далеки, эти спекуляции, от того, что физики думают о том, как устроен мир, тем не менее, можно показать, эмпирически можно показать, что катастрофа невозможна. Ну, я не знаю, может быть полезно провести такую аналогию. Когда впервые взрывали атомную бомбу, возникали опасения, что может произойти цепная реакция в атмосфере и Земля последует за этим атомным взрывом. Был произведен соответствующий анализ процессов и было показано, что это невозможно, цепная реакция не возникнет. Но никто не рассматривал, например, возможность, что при этом взрыве, скажем, вся вода в океанах превратится в серную кислоту.

То есть коллайдер так же безопасен, как атомная бомба?

Ну, он более безопасен. На самом деле, шутить с атомным оружием не стоит и не следует. А коллайдер, он… это очень безопасная машина. Что может произойти на коллайдере? Может произойти, в принципе, техногенная катастрофа, если пучок выйдет из-под контроля. Но в этом случае будет разрушена установка, которая очень дорогостоящая установка, и это будет очень жалко и очень печально. Коллайдер – это кольцо, расположенное на глубине 100 метров под городом Женева, прямо, скажем, под международным женевским аэропортом. И местные жители… Я сам снимал квартиру прямо над кольцом в Женеве. И никто не беспокоится. Даже о техногенной катастрофе.

Сколько лет будет работать коллайдер, как его будут модернизировать, если это долгосрочная работа?

Действительно, этот коллайдер существенно больше тех, что делалось раньше. И на нем можно решать задачи, которые раньше невозможно было даже содержательно поставить. Могу привести такой простой пример, аналогию, если позволите. Вот мы можем изучать воду при температуре 20 градусов, ну, мы это обычно делаем, пьем ее, скажем. Если внимательно на нее посмотреть, мы увидим там пузырьки некие, и, проводя эксперименты при температуре 20 или 30 градусов, мы можем, вообще говоря, предсказать, что где-то в районе 100 градусов случиться нечто важное – наверное, она закипит. Вот примерно в таком же состоянии к физике элементарных частиц мы находимся сейчас. При энергии 1 ТэВ мы ее изучили, мы видим эффект, и большое количество эффектов, и мы их понимаем, как мы считаем. И наше понимание позволяет нам с уверенностью говорить, что при энергиях элементарного взаимодействия масштаба 1 ТэВа произойдет нечто фундаментально важное, такое же, как закипание воды при нагревании до 100 градусов. Порог этот известен, это 1 ТэВ в системе центра масс. Вот когда мы сталкиваем 7 ТэВ с одной стороны и 7 ТэВ с другой, то элементарные процессы происходят при энергиях несколько меньших, потому что протон, он сложно устроен, там три кварка, скажем, глюоны летят, и энергия элементарных взаимодействий примерно в пять раз меньше. Но она с гарантией превосходит ту энергию 1 ТэВ, которая нам нужна для понимания той новой физики, которая с неизбежностью должна там быть. В этом смысле это объект, совершенно ясно, зачем созданный, вот этот вот Большой адронный коллайдер, и, безусловно, он откроет нечто фундаментально важное. И мы не вполне понимаем, какая физика там будет, но, как правило, при переходе к более высоким энергиям, появляются новые физические законы, в некотором смысле более простые, чем те, с которыми мы при низких энергиях сталкиваемся. Ну, подобно тому, как свободные молекулы, которые вот появляются в результате кипения воды, ну, они свободные и простые, в отличие от каких-то образований, которые в стакане воды есть. Это первое. Далее. Существенным параметром коллайдера является не только его энергия, вот в 14 тераэлектронвольт в нашем случае, но и так называемая светимость – это некая характеристика, которая говорит нам о том, как часто частицы там сталкиваются. Так вот, при номинальной интенсивности пучков, которая сейчас спроектирована, и при тех размерах пучков, которые там будут – а это, надо сказать, несколько микрон всего, 20 микрон размеры пучков, очень маленькие, и друг в друга впадают, надо сказать, – эта светимость будет такой, что взаимодействия будут происходить в количестве 1 миллиардов в секунду. Это высокая светимость. Но, ускорительная техника прогрессирует, и детекторы все лучше становятся, поэтому сейчас видно, что еще на порядок, примерно, по крайней мере, эту светимость можно повысить. Так что, в течение следующего года начнутся какие-то работы с этими пучками, затем, в течение примерно пяти лет будет достигнута номинальная светимость, и уже сейчас обсуждается программа модернизации и этого коллайдера, и физических установок для светимости в 10, а скорее в 50 раз больше той, на которую сейчас все это дело спроектировано. Ориентировочно это произойдет, вот этот вот переход к новой светимости, где-то в 2016 году или чуть позже, может быть. Так что в целом вся эта программа больше, чем на 20 лет рассчитана. Это одна сторона дела. Другая сторона дела состоит в том, что коллайдер этот адронный – сталкиваются там протоны, сильно взаимодействующие частицы. Слово «адрон» – оно произошло от соответствующего греческого слова, как многие физические термины, означающего – крепкий, сильный. Наверное, если проследить этимологию слова «ядро» или «адрон», или имя такое есть Адриано (Челентано), они все вот от этого корня – сильный, крепкий – hard по-английски, да. Вот эти частицы сильно взаимодействующие. Мы из них состоим в основном – это протоны и нейтроны. И вот там сталкиваются протоны. Это частицы, к сожалению, достаточно рыхлые и взаимодействуют с большими сечениями. Поэтому, помимо тех процессов, которые нас интересуют, в огромном числе происходят не интересные для нас процессы, которые мы знаем и которые происходят на сравнительно больших расстояниях. Поэтому эти вот адронные машины хороши для поиска новой физики, но не оптимальны для ее детального изучения. В связи с этим уже сейчас и весьма интенсивно обсуждаются проекты линейных коллайдеров, разных линейных коллайдеров, где ускоряются электроны – а электроны, это более элементарные частицы, чем протоны, скажем так, – на которых вся эта физика, о которой мы в той или иной степени узнаем на большом адронном коллайдере, будет изучена более детально. Поэтому, конечно, все это постижение природы, оно не остановится на Большом адронном коллайдере, это шаг, но я подчеркнул бы исключительную важность этого шага. И я еще раз хотел бы сказать, что вот на сегодняшний день, вот мы знаем – протоны, электроны, там еще что-то, – и предыдущая наука, она как бы формировала наши знания по принципу матрешки: ну вот есть молекулы, потом атомы, потом ядра, ядра из протонов и нейтронов, нейтроны… протоны состоят из кварков, – ну от такая какая-то иерархическая структура. Сейчас мы как бы задаем вопросы совершенно другого характера – откуда масса взялась вообще, что есть масса энергии. И, в некотором смысле даже надеемся ответить на вопрос, и это вполне содержательно обсуждается, на вопрос о том, из чего вообще вся наша вселенная состоит. Это факт же исключительно интересный. Мне кажется, журналистов он должен волновать больше гораздо, чем, скажем так, черные дыры, про которые мы знаем, что они, так сказать, вреда нам не принесут. А факт состоит в том, что все вещество, известное нам, подобное тому, из чего состоим мы, это не более чем несколько процентов существующего во вселенной вещества, а остальные 95 или 96% – это нечто вообще не изведанное. Из чего состоит вселенная – это поразительно, – после 2 тысяч лет развития науки – мы не знаем. И на Большом адронном коллайдере мы надеемся существенно продвинуться в понимании, в частности, этого важного вопроса.

Давайте начну со скучного вопроса. Вот сейчас, 10 сентября, будет пробный запуск. Потом, допустим, в следующем году, состоится запуск с полной энергией. Потом еще какое-то время будут анализировать результаты. Когда можно ждать первых содержательных результатов? Ну, вот, например, ищут бозон Хигса. Когда, по самому оптимистичному сценарию, может появиться новость о том, что его, скажем, нашли. Спасибо.

Если позволите, я продолжу как бы. Вот руководитель работ по Большому адронному коллайдеру Лин Эванс как-то сказал, что мы в нашем проекте не предусмотрели красной кнопки, которую вот так вот можно нажать и запустить этот коллайдер. Это большой и длительный процесс. И вы правильно в целом его описали. Могу сказать, что вот каждая ошибка или каждая модернизация, каждое изменение, каждый сбой стоит очень дорого. Потому что вся эта машина сверхпроводящая, и если представим себе, что где-то что-то там прохудилось, там потек гелий куда-нибудь не туда, значит сектор соответствующий, а их восемь, надо отеплять, дырку эту заварить, потом захолодить, залить, извините, 25 тысяч тонн азота, очень много жидкого гелия, довести этот жидкий гелий до сверхпроводящего, потом до сверхтекучего состояния, до температуры 1,8 градуса, и на все это дело уйдет 2-3 месяца. Поэтому вот конкретная процедура уже запуска ускорителя и выведение его на номинальные параметры, может занять длительное время. Могу сказать, что здесь есть опыт, другие коллайдеры достигали своих базовых характеристик за 2-3 года. Поэтому, если говорить о первых публикациях, об обзоре характеристик взаимодействия при сверхвысоких энергиях, какая там множественность, распределение по энергиям, еще что-то, то здесь вполне реально, мне представляется, ожидать каких-то высказываний к концу следующего года. Если же говорить о каких-то первых результатах по хигсовскому бозону, для чего нужна светимость, ну, 10 в 31-й там неких единиц – это, скорее, 2010 год.

У меня вопрос, связанный с предыдущим вопросом. Вы не могли бы поточнее описать, какие эксперименты ожидаются в ближайшее время. То есть, вы в общем говорите, из чего устроена вселенная, вот бозон Хигса этот пресловутый, а не могли бы вы описать, какие планируются вот более конкретные эксперименты, и там есть расписание какое-то, и что важно, российское участие планируется ли в каких-то конкретных экспериментах, или у нас какие-то свои идеи на этот счет? Или мы будем совместно с коллегами из других стран? Спасибо.

На этом коллайдере, как уже сказали, четыре места встречи – там, где пучки сталкиваются друг с другом, – и, соответственно, четыре установки созданы. Две из них – это большие универсальные установки, нацеленные на изучение всевозможных аспектов взаимодействий вот этих вот частиц при сверхвысоких энергиях. И в этом смысле эксперимент там выглядит не так, как в химии или в биологии, когда вот из стакана одного наливают, из пробирки другой, как-то смешивают и смотрят, что получится. Эксперимент состоит в том, эта установка запускается, она видит почти все или все, что может там происходить, и идет набор статистики. Люди там дежурят, в том числе и российские ученые занимаются этим, и вот эти вот данные поступают, будучи обработанными, отфильтрованными должным образом, упакованными, поступают в соответствующие вычислительные центры на соответствующие носители, и текут в разные страны по всем концам. Базовой здесь является система ГРИД так называемая, это новая технология, которая, в каком-то смысле является следующим шагом по отношению ко всем нам хорошо известному Интернету, и смысл ее состоит в том, что вот интернет, он дает с вами как бы доступ к информации, а ГРИД, он дает доступ не только к информации, он дает доступ к вычислительным мощностям, к программам, ко всему, чему угодно, что содержится в компьютерах, включенных в эту систему. Так что участники экспериментов, они о объединены вот этой вот системой ГРИД, в частности, Россия участвует в этом проекте очень интенсивно. Данные эти растекаются по всем участникам экспериментов, и там обрабатываются. От момента получения данных от поступления какой-то информации до момента получения физического результата – проходит от нескольких месяцев до 10 лет, скажем так. Разные бывают уровни сложности, разные проблемы там возникают. Но вот эксперимент выглядит таким образом, что установка постепенно запускается, включаются разные ее части. И это происходит прямо сейчас – сейчас люди днем и ночью сидят там, на этой установке, запускают разные ее элементы, проверяют, регистрируют, заботятся о системах сбора данных, развивают процедуру обработки, и как бы к концу года все это заработает более-менее когерентно, когда начнутся все эти взаимодействия. Вот что произойдет 10 сентября, действительно, полезно сказать. Уже как бы пучок проводился и по часовой стрелке, и против часовой стрелки – по некоторым секторам. Вот теперь должен крутиться, пучок этот должен начать крутиться в этих магнатах, в этих коллайдерах и по часовой стрелке, и против часовой, но крутиться на уровне инжекции, подчеркиваю, это 400 ТэВ всего-навсего, там не будет этих 7 ТэВ в каждом кольце с самого начала. Надо сначала покрутить пучок в ускорителе, понять его динамику, понять характеристики пучка, понять характеристики ускорителя, и затем потихонечку уже заняться повышением энергии этих пучков. Так что эксперимент выглядит как непрерывная монотонная – ну, в какой-то мере, монотонная, – как непрерывная монотонная работа в течение 20 лет. Теперь о российских физиках. Как все мы говорили уже, уже больше 20 лет всему этому делу, и на уровне формулировки, концепции этих физических установок, на уровне формулировки физической программы, на уровне развития базовых теоретических идей, которые, ну, как бы мы все здесь будем исследовать в какой-то мере, российские ученые внесли посильный вклад, в отдельных местах он существенный. И мы будем продолжать это делать как сидя там, в Женеве, так и, главным образом, сидя у себя дома и занимаясь вот этой физикой. В проекте ATLAS, например, участвует 7 институтов российских и Объединенный институт ядерных исследований. Я бы не стал здесь формулировать такие понятия как головной институт, это может быть обидно тем, которые не будут названы головными. Но могу сказать, что все крупные организации, занимавшиеся и занимающиеся физикой высоких энергий, участвуют в проекте Большой адронный коллайдер. Например, в эксперименте ATLAS, это – Институт физики высоких энергий в Протвино, это НИИЯФ МГУ, это Московский инженерно-физический институт, это ФИАН, это Гатчина, Новосибирск, ИТЭФ (Институт теоретической и экспериментальной физики) и Дубна – восемь институтов в сумме. Разные институты разный вклад внесли, но каждый их них там значим, и в целом вклад России признан и, я бы сказал, что этот проект следует рассматривать, на мой взгляд, как вполне успешный, в этом отношении по крайней мере.

Существует формула: вкладывается 1% государства в фундаментальную науку на 50-100 лет; 10% – прикладную на 10 лет и 100% – производство, которое приводит к инновационному развитию. Вот атомная физика – это инновационное развитие государства. Вы можете перечислить фундаментальные направления, в которые нужно сейчас вкладывать вот этот 1%? Спасибо.

Ну, вообще, надо сказать, что цель этого проекта – Большой адронный коллайдер – это цель чисто фундаментальная, получение фундаментальных знаний. Специально никаких целей для прикладных исследований или, тем более, коммерческих целей в этот проект не вкладывается. Хотя, надо сказать, что, безусловно, создание таких установок экспериментальных – и ускорителей, и детекторов, – ведет к появлению новых высоких технологий, безусловно, в промышленности. Поскольку требования к этим установкам очень высокие, то, следовательно, и материалы, и электроника, и другие компоненты этих установок должны быть высокого уровня – очень высокого, небывалого, скажем так. И это влечет за собой развитие технологий, которые могут быть использованы и в других областях. Это вот такой аспект. Да, есть даже такое выражение, что физика высоких энергий является локомотивом развития высоких технологий. То есть требования вот именно в этой области таковы к материалам и ко всем другим компонентам, что они приводят, вынуждают создавать, изобретать новые технологии, которые, безусловно, будут использованы и других, так сказать, отраслях. Ну вот, пример уже такой расхожий, я бы сказал, это всемирная сеть, всемирная паутина, как мы говорим – www, – которая была создана в ЦЕРНе и именно по запросу физики высоких энергий. Можно много примеров привести, когда вот такой процесс происходит. С другой стороны, действительно, куда надо вкладывать деньги и какой может быть выход уже как бы в народное хозяйство или в какие-то новые технологии, и на каких масштабах времен. Надо сказать, вот сейчас особенно, в последние годы, бурно развиваются так называемые нанотенологии – везде, во всем мире. И прогресс там колоссальный, и изобретается и в биологии, и в химии, и новые материалы, в общем, охвачены многие отрасли хозяйства и жизнедеятельности человека. Но, надо сказать, что фундаментальные основы вот этих нанотехнологий были заложены 100 лет назад, когда была создана квантовая теория, на основе ее. И тогда никто не помышлял и не думал о том, что мы придем вот к такому развитию нанотехнологий. Действительно, именно на основе квантовой теории была атомная физика, молекулярная физика развита. И вот сейчас, через 100 лет, мы достигли уровень, технологический уровень общества всех стран развитых достиг такого уровня, когда мы можем эти фундаментальные знания уже воплощать в какие-то практические изделия, там лакокрасочные покрытия, ну, знаете, что такое нанотехнологии, там биодобавки и так далее. Поэтому мы не исключаем – ну, это пока фантазии, но фантазии, основанные на истории развития науки, – что те знания, которые мы получаем сейчас в микромире, они будут каким-то образом использованы для какого-то вот практического применения. Через сколько лет – не знаю. Ну, через 50 или через 100, а, может быть, и через 200. И поэтому на этой шкале, если мы сейчас достигли уровня технологического в нанотехнологиях, то те знания, которые мы получаем из физики высоких энергий, физики элементарных частиц, могут и, скорее всего, будут основой для пикотехнологий и фентотехнологий. Это вот по той же шкале: нано – от слова 10 в минус 9-й, потом 10 в минус 12-й, 10 в минус 15-й. И, действительно, те процессы, которые мы будем изучать на коллайдере, это уже на уровне 10 в минус 15-й сантиметра, 10 в минус 17-й даже, может быть. Поэтому не исключено, что когда-то эти фентотехнологии придут на помощь человеку, чтобы создавать какие-то совершенно небывалые свойства материалов и других предметов, необходимых в жизни. Я бы хотел еще по поводу ГРИДа сказать, как в продолжение. ГРИД – это такая система распределенных вычислений. И вот Александр Михайлович совершенно правильно сказал, что, когда начнется обработка данных, то, в общем-то, ученые будут сидеть у себя дома и обрабатывать эти данные. Вот на это нацелена эта система. То есть, огромный поток информации, который пойдет с детекторов, а с одного детектора будет поток информации, равный примерно всей информации, которая сейчас находится в Интернете в мире, это колоссальный поток, поэтому нужна быстрая электроника, которая снимает эту информацию, нужны специальные хранилища этой информации и так далее. А дальше ее надо обрабатывать. Так вот, оказывается, в этой области, в отличие, может быть, от других, никакой суперкомпьютер вам не поможет, нужна распределенная система проведения этих вычислений – только она может обеспечить сбор и обработку вот таких потоков информации. То есть, опять же, хотя и ГРИД как глобальная система мыслится в будущем использоваться везде и всюду, ну, так же, как интернет – физики его изобрели (я имею в виду всемирную паутину), а сейчас им пользуются все – и домохозяйки, и все школьники и так далее, в детском саду уже. Так и это то же самое. Мыслится, что в целом будет глобальная такая система. Но локомотивом, повторяю, развития именно этой системы является проект – Большой адронный коллайдер, – именно здесь сделан колоссальный прогресс, и эта система уже существует и работает, хотя еще не начался сбор данных, она уже подготовлена к этому. Смысл ее состоит в том, что физик, имея какую-то задачу, и он должен ее решить, по обработке данных и изучению того полезного сигнала, который интересен физикам. Он у себя – я немножко упрощаю, – у себя на персональном компьютере на рабочем месте, а может быть и дома, запускает эту задачу. И дальше система построена так, что он не знает и не узнает, куда эта задача пошла, я имею в виду весь земной шар. То есть, по всему земному шару во всех странах будет установлены специальные вычислительные центры распределенные, которые предоставлены любому физику, участвующему в эксперименте вот через персональный компьютер. И дальше эта система сама ищет, где есть свободный ресурс, во-первых, во-вторых, где есть соответствующее программное обеспечение, которое может конкретно эту задачу решить. Находит – посылает туда. Это может быть, вы сидите в Москве, это может быть в Японии, в Соединенных Штатах, где-то в Европе. Дальше, когда эта задача решена, ну, конкретная частная задача, она возвращается к нему обратно, к этому физику, и он получает решение. Вот такая вот система. Поэтому нет необходимости всем физикам, которые будут заниматься обработкой, скажем, сидеть в ЦЕРНе у какого-то, так сказать, дисплея или монитора, или большого компьютера, а вот так вот все работают распределенным образом, и потом все это сводится вместе и получается уже конкретный результат. Отсюда это название и появилось. ГРИД – это вообще сеть, сетка. Это название пришло из Америки, где таким словом называют энергетическую систему – ну, так же, как у нас единая энергетическая система есть. Вы же, включая, скажем, утюг в розетку, не знаете, откуда эта электроэнергия пришла туда – с Красноярской ГЭС или еще откуда-то. Вот она откуда-то пришла, потому что все это в единой системе. Точно так же и вычислениями. Так что вот это очень интересная технология.

У меня полтора вопроса и, наверное, к Игорю Ивановичу оба как к теоретику. Вот если темная материя, темная энергия, это такие вещи, которые очень слабо взаимодействуют с известной нам формой материи, с обычным веществом, то почему физики рассчитывают, что коллайдер, который предназначен для того, чтобы ускорять вещества обычными взаимодействиями, каким-то образом приведет к пониманию свойств темной материи? И второй вопрос по поводу того, чего хотят вообще физики, что рассчитывают физики увидеть нового? То есть, вот считается, что примерно 30 лет сейчас нет ни одного такого ниспровергающего основы экспериментов в физике микрочастиц, то есть вот стандартная модель идет-идет-идет, и никакого эксперимента, который бы ей противоречил, нет. И, соответственно, на жизни нынешнего поколения физиков такого даже эксперимента не было. Вот что планируют увидеть ученые физики, особенно теоретики, естественно, вот именно там, за гранью, за этим ТеВом, 14 ТеВами, может быть?

Вы правильно сказали. Действительно, мы имеем в руках стандартную модель, которая прекрасно все описывает, и вот мир, который вокруг нас, он очень сложный, а на фундаментальном уровне он оказывается очень простым. Эта стандартная модель описывает результаты всех предыдущих экспериментов, на ускорителях в частности, но эта стандартная модель не полна. Последний кирпичик, который еще экспериментально был не найден, это вот поле Хигса, который дает всем массу… Это то, что мы ожидаем, то что мы найдем, но это все в рамках стандартной модели. Но даже и без поля Хикса стандартная модель не полна, вы правильно сказали, мы совершенно твердо знаем, что во вселенной есть темная материя, есть темная энергия, и элементы вот эти вот, они должны быть вне рамок стандартной модели. Внутри стандартной модели места для темной материи нет. Ну, откуда мы узнаем, скажем, что темная материя может рождаться на Большом адронном коллайдере. Как устроен мир за пределами стандартной модели, мы не знаем. В частности, одна возможность, которая очень давно обсуждается, очень красивая возможность, это возможность суперсимметрии – это когда у каждой частицы есть суперпартнер: у фотона есть фотина, у электрона есть скалярный электрон супер-партнер, и так далее. Вот. И, если мир устроен таким образом, то мы это увидим на Большом адронном коллайдере, суперсимметрия будет открыта и, кстати, суперсмметрию открыть, может быть, будет даже легче, чем частицу Хигса, и даже быстрее это произойдет, если она реально реализуется в природе. Параметры модели, в которой есть суперсимметрия, будут измерены. И вот в рамках этой суперсимметричной теории место для темной материи уже есть. Частицы темной материи, которые возникают в теориях суперсимметричных, называются вимпы – слабо взаимодействующие массивные частицы. Если мы увидим, что мир устроен именно таким образом, что в нем есть место вимпам – ну, тогда будет как-то странно думать, что темная материя и еще другая… А непосредственно увидеть, конечно, будет очень трудно частицы темной материи, только опосредованно, как вот нейтрино мерилось, там, скажем, 40 лет назад. Что еще может быть, помимо суперсимметрии? Ну, например, как вот я говорил, в последнее время появились спекуляции, что мир многомерный. Это будет очень радикальным и коренным пересмотром наших представлений о вселенной, если это действительно так. И это тогда определит вообще направление развитие физики, если мы увидим, что мир многомерный, на ближайшие 100 лет как минимум. Ну, как я уже говорил, даже если мир многомерный – это безопасно. Черные дыры, которые будут рождаться в многомерном мире, они опасности не представляют. Но вот мы будем это изучать.

Говорилось уже, что бозон Хигса, если он будет найден, он позволит понять, как масса присутствует в элементарных частицах. Насколько я понимаю, там, если нет бозона Хигса, то массы не должно быть. А я хотел спросить, а как связано вот это представление о массе с гравитацией. У меня возникло такое впечатление, что они не связаны в этой теории. Или как?

Они никак не связаны. Нужно объяснить, как масса возникает за счет взаимодействия с полем Хигса, да? В общем, вся Вселенная, по современным представлениям, она заполнена полем Хигса. И любая частица, которая движется в этом поле, она приобретает массу вследствие взаимодействия с этим полем. Без этого поля все частицы в стандартной модели были бы безмассовыми. Ну, а к гравитации это никакого отношения не имеет в стандартной модели. Ну, гравитация… Все массивные тела, они взаимодействуют друг с другом гравитационным полем. Массивные тела искривляют пространство и время. А масса приобретается за счет взаимодействия с полем Хигса. Это два совершенно независимых компонента. Физики мечтают, конечно, построить единую теорию всех взаимодействий. Вот стандартная модель, она объединяет слабые электромагнитные взаимодействия, и похожим образом устроены сильные взаимодействия. Но есть теории, успешно построенные, но пока экспериментально не подтвержденные, в которых объединены очень красивым образом сильные и слабые электромагнитные взаимодействия все вместе. И есть теории, конечно, еще более далекие от экспериментальной проверки, где и гравитация тоже выступает единым целом с этими компонентами стандартной модели. Ну, и там могут возникать какие-то связи. А в рамках стандартной модели это совершенно два независимых элемента.

(или БАК) — на данный момент самый большой и мощный ускоритель частиц в мире. Эта махина была запущена в 2008 году, но долго работала на пониженных мощностях. Разберемся, что это такое и зачем нужен большой адронный коллайдер.

История, мифы и факты

Идея создания коллайдера была озвучена в 1984 году. А сам проект на строительство коллайдера был одобрен и принят аж в 1995 году. Разработка принадлежит Европейскому центру ядерных исследований (CERN). Вообще запуск коллайдера привлек к себе большое внимание не только ученых, но и простых людей со всего мира. Говорили о всевозможных страхах и ужасах, связанных с запуском коллайдера.

Впрочем, кто-то и сейчас, вполне возможно, ждет апокалипсиса, связанного с работой БАК и тресется от одной мысли о том, что будет, если ч взорвется большой адронный коллайдер. Хотя, в первую очередь все боялись черной дыры, которая, сначала будучи микроскопической, разрастется и благополучно поглотит сначала сам коллайдер, а за ним Швейцарию и весь остальной мир. Также большую панику вызывала аннигиляционная катастрофа. Группа ученых даже подала в суд, пытаясь остановить строительство. В заявлении говорилось, что сгустки антиматерии, которые могут быть получены в коллайдере, начнут аннигилировать с материей, начнется цепная реакция и вся Вселенная будет уничтожена. Как говорил известный персонаж из «Назад в Будущее»:

Вся Вселенная, конечно, в самом худшем случае. В лучшем – только наша галактика. Доктор Эмет Браун.

Коллайдер уничтожает землю

А теперь попытаемся понять, почему он адронный? Дело в том, что он работает с адронами, точнее разгоняет, ускоряет и сталкивает адроны.

Адроны – класс элементарных частиц, подверженных сильному взаимодействию. Адроны состоят из кварков.

Адроны делятся на барионы и мезоны. Чтобы было проще, скажем, что из барионов состоит почти все известное нам вещество. Упростим еще больше и скажем, что барионы — это нуклоны (протоны и нейтроны, составляющие атомное ядро).


Столкновение частиц

Как работает большой адронный коллайдер

Масштаб очень впечатляет. Коллайдер представляет собой кольцевой туннель, залегающий под землей на глубине ста метров. Длина большого адронного коллайдера составялет 26 659 метров. Протоны, разогнанные до скоростей близких к скорости света, пролетают в подземном круге по территории Франции и Швейцарии. Если говорить точно, то глубина залегания туннеля лежит в пределах от 50 до 175 метров. Для фокусировки и удержания пучков летящих протонов используются сверхпроводящие магниты, их общая длина составляет около 22 километров, а работают они при температуре -271 градусов по Цельсию.


Детектор на БАК

В составе коллайдера 4 гигантских детектора: ATLAS, CMS, ALICE и LHCb. Помимо основных больших детекторов, есть еще и вспомогательные. Детекторы предназначены для фиксации результатов столкновений частиц. То есть после того, как на околосветовых скоростях сталкиваются два протона, никто не знает чего ожидать. Чтобы «увидеть», что получилось, куда отскочило и как далеко улетело, и существуют детекторы, напичканные всевозможными датчиками.


Большой адронный коллайдер. Фото расположения

Результаты работы большого адронного коллайдера.

Зачем нужен коллайдер? Ну уж точно не для того, чтобы уничтожить Землю. Казалось бы, какой смысл сталкивать частицы? Дело в том, что вопросов без ответов в современной физике очень много, и изучение мира с помощью разогнанных частиц может в буквальном смысле открыть новый пласт реальности, понять устройство мира, а может быть даже ответить на главный вопрос «смысла жизни, Вселенной и вообще».

Какие открытия уже совершили на БАК? Самое знаменитое – это открытие бозона Хиггса (ему мы посвятим отдельную статью). Помимо того были открыты 5 новых частиц , получены первые данные столкновений на рекордных энергиях , показано отсутствие асимметрии протонов и антипротонов , обнаружены необычные корреляции протонов . Список можно продолжать долго. А вот микроскопических черных дыр, которые наводили страх на домохозяек, обнаружить не удалось.


И это при том, что коллайдер еще не разогнали до его максимальной мощности. Сейчас максимальная энергия большого адронного коллайдера – 13 ТэВ (тера электрон-Вольт). Однако, после соответствующей подготовки протоны планируют разогнать до 14 ТэВ . Для сравнения, в ускорителях- предшественниках БАК максимально полученные энергии не превышали 1 ТэВ . Так разгонять частицы мог американский ускоритель Тэватрон из штата Иллинойс. Энергия, достигнутая в коллайдере — далеко не самая Большая в мире. Так, энергия космических лучей, зафиксированных на Земле, превышает энергию частицы, разогнанной в коллайдере в миллиард раз! Так что, опасность большого адронного коллайдера минимальна. Вполне вероятно, что после того, как все ответы будут получены с помощью БАК, человечеству придется строить еще один коллайдер по-мощнее.

Друзья, любите науку, и она обязательно полюбит Вас! А помочь Вам полюбить науку легко смогут . Обращайтесь за помощью, и пусть учеба приносит радость!

Адронный коллайдер зачем. Большой адронный коллайдер. Справка. Вклад белорусских и российских ученых и инженеров в создание БАК

Немного фактов о Большом адронном коллайдере, как и для чего он создан, какой с него прок и какие потенциальные опасности для человечества он таит.

1. Строительство БАК’а, или Большого адронного коллайдера, задумали еще в 1984 году, а начали только в 2001. Спустя 5 лет, в 2006 году, благодаря усилиям более чем 10-ти тысяч инженеров и ученых из разных государств, строительство Большого адронного коллайдера было завершено.

2. БАК — это самая большая экспериментальная установка в мире.

3. Так почему же Большой адронный коллайдер?
Большим его назвали благодаря его солидным размерам: длина основного кольца, по которому гоняют частицы, составляет порядка 27 км.
Адронным — так как установка ускоряет адроны (частицы, которые состоят из кварков).
Коллайдером — из-за ускоряющихся в противоположном направлении пучков частиц, которые сталкиваются друг с другом в специальных точках.

4. Для чего нужен Большой адронный коллайдер? БАК представляет из себя суперсовременный исследовательский центр, где ученые проводят опыты с атомами, сталкивая между собой на огромной скорости ионы и протоны. Ученые надеются с помощью исследований приоткрыть завесу над тайнами появления Вселенной.

5. Проект обошелся научному сообществу в астрономическую сумму — 6 млрд. долларов. Кстати, Россия делегировала на БАК 700 специалистов, которые работают и по сей день. Заказы для БАК принесли российским предприятиям порядка 120 млн долларов.

6. Без сомнений, главное открытие, сделанное в БАК — открытие в 2012 г. бозона Хиггса, или как его еще называют «частицы Бога». Бозон Хигса — это последнее звено в Стандартной модели. Еще одно значительное событие в Бак’е — достижение рекордного значения энергии столкновений в 2,36 тераэлектронвольта.

7. Некоторые ученые, в том числе и в России, считают, что благодаря масштабным экспериментам в ЦЕРН’е (Европейской организации по ядерным исследованиям, где, собственно, и расположен коллайдер), ученым удастся построить первую в мире машину времени. Однако большинство ученых не разделяют оптимизма коллег.

8. Главные опасения человечества по поводу самого мощного на планете ускорителя основаны на опасности, которая грозит человечеству, в результате образования микроскопических черных дыр, способных к захвату окружающей материи. Есть еще одна потенциальная и крайне опасная угроза — возникновения страпелек (произв. от Странная капелька), которые, гипотетически, способны при столкновении с ядром какого-либо атома, образовывать все новые страпельки, преобразуя материю всей Вселенной. Однако большинство самых авторитетных ученых заявляют, что такой исход маловероятен. Но теоретически возможен

9. В 2008 году на ЦЕРН подали в суд двое жителей штата Гавайи. Они обвинили ЦЕРН в попытке положить конец человечеству из-за халатности, требуя от ученых гарантий на безопасность.

10. Большой адронный коллайдер расположен в Швейцарии недалеко от Женевы. В ЦЕРНе функционирует музей, где посетителям наглядно объясняют о принципах работы коллайдера и для чего он был построен.

11 . Ну и напоследок немного забавный факт. Судя по запросам в Яндексе, многие люди, которые ищут информацию о Большом адронном коллайдере, не знают как правильно пишется название ускорителя. Например, пишут «аНдронный» (и не только пишут, чего стоят репортажи НТВ с их аНдронным коллайдером), порой пишут «андроидный» (Империя наносит ответный удар). В буржуйском нете тоже не отстают и вместо «hadron» вбивают в поисковик «hardon» (на православном английском hard-on — стояк). Интересен вариант написания на белорусском — «Вялікі гадронны паскаральнік», что переводится как «Большой гадронный ускоритель».

Адронный коллайдер. Фото

Об этом загадочном устройстве ходит множество слухов, многие утверждают что он уничтожит Землю, создав искусственную черную дыру и положив конец существованию человечества. В реальности же это устройство может вывести человечество на совершенно новый уровень, благодаря исследованиям, проведенным учеными. В этой теме я попытался собрать всю необходимую информацию для того, чтоб у вас сложилось впечатление о том, что такое Большой адронный коллайдер (БАК)

Итак, в этой теме собрано все, что вам нужно знать об адронном коллайдере. 30 марта 2010 года в CERN (европейская организация ядерных исследований) произошло историческое событие – после нескольких неудачных попыток и множества модернизаций создание самой большой в мире машины для разрушения атомов было окончено. Предварительные тесты, инициирующие столкновения протонов на относительно низкой скорости проводились в течение 2009 и при этом не возникло никаких существенных проблем. Готовилась почва для экстраординарного эксперимента, который будет проведен весной 2010. У основной экспериментальной модели БАК в основе заложено столкновение двух протонных лучей, которые сталкиваются на максимальной скорости. Это мощнейшее столкновение разрушает протоны, создавая экстраординарные энергии и новые элементарные частицы. Эти новые атомные частицы чрезвычайно непостоянны и могут существовать лишь в течение доли секунды. Аналитический аппарат, входящий в состав БАК, может сделать запись этих событий и детально проанализировать. Таким образом ученые пытаются смоделировать возникновение черных дыр.

30 марта 2010, два луча протонов были выпущены в 27-километровый тоннель Большого Адронного Коллайдера в противоположных направлениях. Они были ускорены до скорости света, на которой и произошло столкновение. Была зарегистрирована побивающая рекорды энергия 7 TeV (7 тераэлектронвольт). Величина этой энергии рекордная и имеет очень важные значения. Теперь давайте познакомимся с самыми важными составляющими БАК – датчиками и детекторами, которые регистрируют происходящее во фракциях за те доли секунд, в течение которых происходит столкновение протонных лучей. Есть три датчика, выполняющие центральные роли во время столкновения 30 марта 2010 – это одни из важнейших частей коллайдера, играющие ключевую роль во время сложных экспериментов CERN. На диаграмме показано расположение четырех основных экспериментов (ALICE, ATLAS, CMS и LHCb), которые являются ключевыми проектами БАК. На глубине от 50 до 150 метров под землей были выкопаны огромные пещеры специально для гигантских датчиков-детекторов



Начнем с проекта под названием ALICE (аббревиатура от Большой экспериментальный ионный коллайдер). Это одна из шести экспериментальных установок, построенных на БАК. ALICE настроена для исследования столкновений тяжёлых ионов. Температура и плотность энергии образованной при этом ядерной материи достаточной для рождения глюонной плазмы. На фотографии детектор ALICE и все его 18 модулей


Внутренняя система слежения (ITS) в ALICE состоит из шести цилиндрических слоев кремниевых датчиков, окружающих пункт столкновения и измеряющих свойства и точные положения появляющихся частиц. Таким образом могут быть легко обнаружены частицы, содержащие тяжелый кварк

Одним из основных экспериментов БАК является также ATLAS. Эксперимент проводится на специальном детекторе, предназначенном для исследования столкновений между протонами. Длина ATLAS – 44 метра, 25 метров в диаметре и вес приблизительно 7000 тонн. В центре тоннеля сталкиваются лучи протонов, это самый большой и самый сложный из когда либо построенных датчиков такого типа. Датчик фиксирует все, что происходит во время и после столкновения протонов. Целью проекта является обнаружение частиц, до этого не зарегистрированных и не обнаруженных в нашей вселенной.

Открытие и подтверждение Бозона Хиггса – важнейший приоритет Большого Адронного Коллайдера, потому что это открытие подтвердило бы Стандартную Модель возникновения элементарных атомных частиц и стандартной материи. Во время запуска коллайдера на полную мощность целостность Стандартной Модели будет разрушена. Элементарные частицы, свойства которых мы понимаем лишь частично, не будут в состоянии поддерживать свою структурную целостность. У Стандартной Модели есть верхняя граница энергии 1 TeV, при увеличении которой частица распадается. При энергии в 7 TeV могли бы быть созданы частицы с массами, в десять раз больше чем ныне известные. Правда они будут очень непостоянны, но ATLAS разработан, чтобы обнаружить их в те доли секунды, прежде чем они “исчезнут”

Это фото считается самым лучшим из всех фотографий Большого Адронного Коллайдера:

Компактный мюонный соленоид (Compact Muon Solenoid ) является одним из двух огромных универсальных детекторов элементарных частиц на БАК. Около 3600 ученых из 183 лабораторий и университетов 38 стран, поддерживают работу CMS, которая построила этот детектор и работает с ним. Соленоид расположен под землей в Цесси на территории Франции, близ границы со Швейцарией. На схеме показано устройство CMS, о котором мы и расскажем подробнее

Самый внутренний слой – основанный на кремнии трекер. Трекер – самый большой в мире кремниевый датчик. У этого есть 205 m2 кремниевых датчиков (приблизительно область теннисного корта), включающих 76 миллионов каналов. Трекер позволяет измерять следы заряженных частиц в электромагнитном поле


На втором уровне находиться Электромагнитный калориметр. Адронный Калориметр, находящийся на следующем уровне, измеряет энергию отдельных адронов, произведенных в каждом случае

Следующий слой CMS Большого Адронного Коллайдера – огромный магнит. Большой Соленоидный Магнит составляет 13 метров в длину и имеет 6-метровый диаметр. Состоит он из охлаждаемых катушек, сделанных из ниобия и титана. Этот огромный соленоидный магнит работает на полную силу, чтоб максимизировать время существования частиц



5 слой – Мюонные детекторы и ярмо возврата. CMS предназначен для исследования различных типов физики, которые могли бы быть обнаружены в энергичных столкновениях LHC. Некоторые из этих исследований заключаются в подтверждении или улучшенных измерениях параметров Стандартной Модели, в то время как многие другие – в поисках новой физики.



Очень немного информации доступно об эксперименте 30 марта 2010, Но один факт известен точно. CERN сообщила, что был зарегистрирован беспрецедентный выброс энергии на третьей попытке запуска коллайдера, когда лучи протонов мчались вокруг 27-километрового тоннеля и затем столкнулись на скорости света. Рекордный зарегистрированный уровень энергии был зафиксирован на максимуме, который может выдать в его текущей конфигурации – приблизительно 7 TeV. Именно такое количество энергии было характерно для первых секунд начала Большого Взрыва, давшего начало существованию нашей вселенной. Изначально такой уровень энергии не ожидался, но результат превзошел все ожидания

На схеме показано, как ALICE фиксирует рекордный выброс энергии в 7 TeV:

Этот эксперимент будет повторен сотни раз в течение 2010 года. Чтобы вы поняли, насколько сложен этот процесс, можно привести аналогию разгону частиц в коллайдере. По сложности это равнозначно например выстрелу иголками с острова Ньюфаундленд с такой идеальной точностью, чтобы эти иглы столкнулись где-нибудь в Атлантике, облетев весь Земной шар. Главная цель – обнаружение элементарной частицы – Бозона Хиггса, которая лежит в основе Стандартной Модели построения вселенной

При удачном исходе всех этих экспериментов мир самых тяжелых частиц в 400 ГэВ (так называемая Темная Материя)может наконец быть открыт и исследован.

(или БАК) – на данный момент самый большой и мощный ускоритель частиц в мире. Эта махина была запущена в 2008 году, но долго работала на пониженных мощностях. Разберемся, что это такое и зачем нужен большой адронный коллайдер.

История, мифы и факты

Идея создания коллайдера была озвучена в 1984 году. А сам проект на строительство коллайдера был одобрен и принят аж в 1995 году. Разработка принадлежит Европейскому центру ядерных исследований (CERN). Вообще запуск коллайдера привлек к себе большое внимание не только ученых, но и простых людей со всего мира. Говорили о всевозможных страхах и ужасах, связанных с запуском коллайдера.

Впрочем, кто-то и сейчас, вполне возможно, ждет апокалипсиса, связанного с работой БАК и тресется от одной мысли о том, что будет, если ч взорвется большой адронный коллайдер. Хотя, в первую очередь все боялись черной дыры, которая, сначала будучи микроскопической, разрастется и благополучно поглотит сначала сам коллайдер, а за ним Швейцарию и весь остальной мир. Также большую панику вызывала аннигиляционная катастрофа. Группа ученых даже подала в суд, пытаясь остановить строительство. В заявлении говорилось, что сгустки антиматерии, которые могут быть получены в коллайдере, начнут аннигилировать с материей, начнется цепная реакция и вся Вселенная будет уничтожена. Как говорил известный персонаж из «Назад в Будущее»:

Вся Вселенная, конечно, в самом худшем случае. В лучшем – только наша галактика. Доктор Эмет Браун.

А теперь попытаемся понять, почему он адронный? Дело в том, что он работает с адронами, точнее разгоняет, ускоряет и сталкивает адроны.

Адроны – класс элементарных частиц, подверженных сильному взаимодействию. Адроны состоят из кварков.

Адроны делятся на барионы и мезоны. Чтобы было проще, скажем, что из барионов состоит почти все известное нам вещество. Упростим еще больше и скажем, что барионы – это нуклоны (протоны и нейтроны, составляющие атомное ядро).

Как работает большой адронный коллайдер

Масштаб очень впечатляет. Коллайдер представляет собой кольцевой туннель, залегающий под землей на глубине ста метров. Длина большого адронного коллайдера составялет 26 659 метров. Протоны, разогнанные до скоростей близких к скорости света, пролетают в подземном круге по территории Франции и Швейцарии. Если говорить точно, то глубина залегания туннеля лежит в пределах от 50 до 175 метров. Для фокусировки и удержания пучков летящих протонов используются сверхпроводящие магниты, их общая длина составляет около 22 километров, а работают они при температуре -271 градусов по Цельсию.

В составе коллайдера 4 гигантских детектора: ATLAS, CMS, ALICE и LHCb. Помимо основных больших детекторов, есть еще и вспомогательные. Детекторы предназначены для фиксации результатов столкновений частиц. То есть после того, как на околосветовых скоростях сталкиваются два протона, никто не знает чего ожидать. Чтобы «увидеть», что получилось, куда отскочило и как далеко улетело, и существуют детекторы, напичканные всевозможными датчиками.

Результаты работы большого адронного коллайдера.

Зачем нужен коллайдер? Ну уж точно не для того, чтобы уничтожить Землю. Казалось бы, какой смысл сталкивать частицы? Дело в том, что вопросов без ответов в современной физике очень много, и изучение мира с помощью разогнанных частиц может в буквальном смысле открыть новый пласт реальности, понять устройство мира, а может быть даже ответить на главный вопрос «смысла жизни, Вселенной и вообще».

Какие открытия уже совершили на БАК? Самое знаменитое – это открытие бозона Хиггса (ему мы посвятим отдельную статью). Помимо того были открыты 5 новых частиц , получены первые данные столкновений на рекордных энергиях , показано отсутствие асимметрии протонов и антипротонов , обнаружены необычные корреляции протонов . Список можно продолжать долго. А вот микроскопических черных дыр, которые наводили страх на домохозяек, обнаружить не удалось.

И это при том, что коллайдер еще не разогнали до его максимальной мощности. Сейчас максимальная энергия большого адронного коллайдера – 13 ТэВ (тера электрон-Вольт). Однако, после соответствующей подготовки протоны планируют разогнать до 14 ТэВ . Для сравнения, в ускорителях- предшественниках БАК максимально полученные энергии не превышали 1 ТэВ . Так разгонять частицы мог американский ускоритель Тэватрон из штата Иллинойс. Энергия, достигнутая в коллайдере – далеко не самая Большая в мире. Так, энергия космических лучей, зафиксированных на Земле, превышает энергию частицы, разогнанной в коллайдере в миллиард раз! Так что, опасность большого адронного коллайдера минимальна. Вполне вероятно, что после того, как все ответы будут получены с помощью БАК, человечеству придется строить еще один коллайдер по-мощнее.

Друзья, любите науку, и она обязательно полюбит Вас! А помочь Вам полюбить науку легко смогут . Обращайтесь за помощью, и пусть учеба приносит радость!

Сроки повторного запуска БАКа из‑за выявления на нем новых неполадок уже несколько раз переносились . В частности, в середине июля 2009 года на коллайдере были обнаружены нарушения герметичности и утечки в системе охлаждения в секторах 8‑1 и 2‑3, из‑за чего запуск коллайдера был вновь отложен.

Как объявил ЦЕРН, пучки протонов вновь начнут циркулировать по 27‑километровому кольцу в середине ноября, а столкновения частиц начнутся несколько недель спустя.

Специалисты ЦЕРНа намерены сперва провести столкновения на энергии предыдущей ступени ускорителя ‑ 450 гигаэлектронвольт на пучок, и только затем доведут энергию до половины проектной ‑ до 3,5 тераэлектронвольт на пучок.

Однако физики отмечают, что и на этой энергии цель создания коллайдера ‑ обнаружение бозона Хиггса , частицы, отвечающей за массу всех других элементарных частиц, ‑ может быть достигнута.

БАК будет работать в этом режиме до конца 2010 года, после чего он будет остановлен для подготовки к переходу к энергии в 7 тераэлектронвольт на пучок.

В мае 2009 года в мировой прокат вышел приключенческий фильм “Ангелы и демоны” по мотивам одноименной книги Дэна Брауна.

ЦЕРН играет ключевую роль в сюжете этого произведения, и несколько эпизодов фильма были отсняты на территории ЦЕРНа. Поскольку в фильме присутствуют элементы вымысла, в том числе и при описании того, что и как изучается в ЦЕРНе, руководство ЦЕРНа сочло полезным предупредить те вопросы, которые неизбежно возникнут у многих зрителей фильма. С этой целью был запущен специальный вебсайт Angels and Demons ‑ the science behind the story. На нём в доступной форме рассказывается о тех физических явлениях, которые вплетены в сюжет фильма (прежде всего ‑ это получение, хранение и свойства антиматерии).

Развитие сюжета начинается с двух, казалось бы, не связанных между собой, но, тем не менее, ключевых для фильма событий: смерть действующего Папы Римского, и завершение экспериментов с Большим адронным коллайдером. В результате испытаний ученые получают антивещество, которое по силе действия может сравниться с самым мощным оружием. Тайное общество Иллюминатов решает воспользоваться этим изобретением в собственных целях – уничтожить Ватикан, центр мирового католицизма, который сейчас как раз остался без главы.

Материал подготовлен на основе информации РИА Новости и открытых источников

Где находится большой адронный коллайдер?

В 2008 году CERN (Европейский совет ядерных исследований) завершил строительство сверхмощного ускорителя частиц, названного Большой адронный коллайдер. По-английски: LHC – Large Hadron Collider. CERN – международная межправительственная научная организация, образованная в 1955 году. По сути, это главная лаборатория мира в областях высоких энергий, физики частиц и солнечной энергетики . Членами организации являются порядка 20 стран.

Зачем нужен большой адронный коллайдер?

В окрестностях Женевы в 27-километровом (26 659 м) круговом бетонном тоннеле создано кольцо сверхпроводящих магнитов для разгона протонов. Предполагается, что ускоритель поможет не только проникнуть в тайны микроструктуры материи, но и позволит продвинуться в поисках ответа на вопрос о новых источниках энергии в глубине материи.

С этой целью одновременно со строительством самого ускорителя (стоимостью свыше 2 млрд долларов) созданы четыре детектора частиц. Из них два больших универсальных (CMS и ATLAS) и два – более специализированных. Общая стоимость детекторов приближается также к 2 млрд долларов. В каждом из больших проектов CMS и ATLAS приняли участие свыше 150 институтов из 50 стран, в том числе российских и белорусских.

Охота за неуловимым бозоном Хиггса

Как работает адронный коллайдер ускоритель? Коллайдер – это крупнейший ускоритель протонов, работающий на встречных пучках. В результате ускорения каждый из пучков будет иметь энергию в лабораторной системе 7 тераэлектрон-вольт (ТэВ), то есть 7×1012 электрон-вольт. При столкновении протонов образуется множество новых частиц, которые будут регистрироваться детекторами. После анализа вторичных частиц полученные данные помогут ответить на фундаментальные вопросы, волнующие ученых, занимающихся физикой микромира и астрофизикой. В числе главных вопросов – экспериментальное обнаружение бозона Хиггса.

Ставший «знаменитым» бозон Хиггса – гипотетическая частица, являющаяся одним из главных компонентов так называемой стандартной, классической модели элементарных частиц. Назван по имени британского теоретика Питера Хиггса, предсказавшего его существование в 1964 году. Считается, что хиггсовские бозоны, будучи квантами поля Хиггса, имеют отношение к фундаментальным вопросам физики. В частности – к концепции происхождения масс элементарных частиц.

2-4 июля 2012 ряд экспериментов на коллайдере выявили некую частицу, которую можно соотнести с бозоном Хиггса. Причем, данные подтвердились при измерении и системой ATLAS, и системой CMS. До сих пор идут споры, действительно ли открыт пресловутый бозон Хиггса, или это другая частица. Факт в том, что обнаруженный бозон – самый тяжелый из ранее фиксировавшихся. Для решения фундаментального вопроса были приглашены ведущие физики мира: Джеральд Гуральник, Карл Хаген, Франсуа Энглер и сам Питер Хиггс, теоретически обосновавший в далеком 1964 году существование бозона, названного в его честь. После анализа массива данных, участники исследования склонны считать, что бозон Хиггса действительно обнаружен.

Многие физики надеялись, что при исследовании бозона Хиггса выявятся «аномалии», которые заставили бы говорить о так называемой «Новой физике». Однако к концу 2014 года обработан почти весь массив данных, накопленный за три предыдущих года в результате экспериментов на БАК, и интригующих отклонений (за исключением отдельных случаев) не выявлено. На поверку оказалось, что двухфотонный распад пресловутого бозона Хиггса оказался, по словам исследователей, «слишком стандартным». Впрочем, намеченные на весну 2015 года эксперименты могут удивить научный мир новыми открытиями.

Не бозоном единым

Поиск бозона Хиггса – не самоцель гигантского проекта. Для ученых также важен поиск новых видов частиц, позволяющих судить о едином взаимодействии природы на ранней стадии существования Вселенной. Сейчас ученые различают четыре фундаментальных взаимодействия природы: сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное. Теория предполагает, что на начальной стадии Вселенной, возможно, существовало единое взаимодействие. Если новые частицы будут открыты, то подтвердится эта версия.

Физиков также волнует вопрос о загадочном происхождении массы частиц. Почему частицы вообще имеют массу? И почему они имеют такие массы, а не другие? Попутно здесь всегда имеется в виду формула Е =mc ². В любом материальном объекте есть энергия. Вопрос в том, как ее высвободить. Как создать такие технологии, которые позволили бы высвобождать ее из вещества с максимальным коэффициентом полезного действия? На сегодня это основной вопрос энергетики.

Иными словами, проект Большого адронного коллайдера поможет ученым найти ответы на фундаментальные вопросы и расширить знания о микромире и, таким образом, – о происхождении и развитии Вселенной.

Вклад белорусских и российских ученых и инженеров в создание БАК

На этапе строительства европейские партнеры из CERN обратились к группе белорусских ученых, имеющих серьезные наработки в этой области, принять участие в создании детекторов для LHC с самого начала проекта. В свою очередь, белорусские ученые пригласили к сотрудничеству коллег Объединенного института ядерных исследований из наукограда Дубна и других российских институтов. Специалисты единой командой приступили к работе над так называемым детектором CMS – «Компактным мюонным соленоидом». Он состоит из многих сложнейших подсистем, каждая из которых сконструирована так, чтобы выполнялись специфические задачи, при этом совместно они обеспечивают идентификацию и точное измерение энергий и углов вылета всех частиц, рождающихся в момент протонных столкновений в БАК.

Белорусско-российские специалисты также участвовали в создании детектора ATLAS. Это установка высотой 20 м, способная измерить траектории частиц с высокой точностью: до 0,01 мм. Чувствительные датчики внутри детектора содержат около 10 млрд транзисторов. Приоритетная цель эксперимента ATLAS состоит в обнаружении бозона Хиггса, изучении его свойств.

Без преувеличения, наши ученые внесли существенный вклад в создание детекторов CMS и ATLAS. Некоторые важные компоненты были изготовлены на минском Машиностроительном заводе им. Октябрьской революции (МЗОР). В частности – торцевые адронные калориметры для эксперимента CMS. Кроме того, завод произвел весьма сложные элементы магнитной системы детектора ATLAS. Это крупногабаритные изделия, требующие владения специальными технологиями обработки металлов и сверхточной обработки. По оценке техников CERN, заказы были выполнены блестяще.

Нельзя недооценивать и «вклад личностей в историю». Например, инженер кандидат технических наук Роман Стефанович ответственен в проекте CMS за сверхточную механику. В шутку даже говорят, что без него CMS не был бы собран. Но если серьезно, то можно вполне определенно утверждать: без него сроки сборки и наладки при требуемом качестве не были бы выдержаны. Другой наш инженер-электронщик Владимир Чеховский, пройдя достаточно сложный конкурс, сегодня отлаживает электронику детектора CMS и его мюонных камер.

Наши ученые участвуют как в запуске детекторов, так и в лабораторной части, в их эксплуатации, поддержании и обновлении. Ученые из Дубны и их белорусские коллеги полноправно занимают свои места в международном физическом сообществе CERN, которое трудится ради получения новой информации о глубинных свойствах и строении материи.

Видео

Обзор от канала Простая наука, наглядно показывающий принцип действия ускорителя:

Обзор от уанала Галилео:

Обзор от уанала Галилео:

Адронный коллайдер запуск 2015:

5 научных экспериментов, которые могут привести к концу света

Многие из нас свято верят науке. Но несмотря на ее ненасытную любознательность и жажду вывести знание на первый план, наука никогда не сделала бы ничего настолько неосмотрительного, что могло бы привести к концу света. Ведь правда? Даже, учитывая те редкие случаи, когда великие изобретения использовали не по их прямому назначению, во благо человечества…

Но вот несколько экспериментов, которые заставят поверить в обратное…

Воссоздание Большого взрыва

Ученые явно негодуют из-за того, что пропустили момент Большого взрыва, события, полного всех тайн нашей действительности, лишь по причине лени эволюционировать еще каких-то 13 миллиардов лет.

Но они нашли выход и решили это повторить. Они уверяют, что могут воссоздать Большой взрыв, очень-очень сильно столкнув вместе несколько протонов. На самом деле, они могут создать миллион таких протонов в секунду, что на 999999 больше, чем было у бога.

Что может не получиться?

Во-первых, давайте представим апокалипсический ядерный холокост. Теперь умножаем это приблизительно в 120 тысяч миллиардов раз, а затем на число близкое к бесконечности. Получившаяся величина будет равна около одной восьмой величины Большого взрыва. Но ученые вполне уверены, что смогут удержать свой взрыв в колбе Эрленмейера, пока они ее не закупорят.

Фактически, это как…

…огромная автоцистерна, припаркованная возле детской больницы. Никто не знает, что в ней, но вполне уверен, что это либо лекарство от рака, либо 80000 литров взрывчатого нитроглицерина. А, чтобы узнать наверняка, ее нужно расстрелять из AK-47.

Сколько нам осталось?

Вот он: Большой Адронный Коллайдер!

Изначально планированные на 2005 год, отложенные до сентября 2008, первые испытания прошли довольно успешно и продолжались вплоть до февраля 2013. Сейчас БАК остановлен на модернизацию и технические работы, но все же в планах продолжение опытов по перегонке мелких объектов по 26 659 м его длины на скорости приближенной к скорости света, пока они не столкнутся, и мы не увидим, что произойдет в результате.
Проблема в том, что даже самые большие умы не знают, что произойдет, а в первую очередь, зачем они это делают. По этой же причине был даже судебный процесс о прекращении опытов. Но ученые, задействованные в проекте БАК, настаивают, что опасности никакой нет, и пророчат революционные научные открытия, которые откроют золотой век знаний, в случае, если мы выживем.

Уровень риска: 3


Эксперты уверяют, что по всем известным научным наблюдениям, шансы гибели очень малы. Они также говорят, что БАК перевернет все наше представление о науке. Но, все же, есть шанс, что одно из новейших знаний, которое они получат – это то, что БАК может всю планету превратить в воздушное облачко заряженных частиц…

Квантовый эффект Зенона

Годами ученые отчищают космос от какой-то странной предположительной антигравитационной дряни, которую они называют «темной энергией». И они достигли определенного успеха в этом, возможно, ценой наших смертных душ.
Грубо говоря, на уровне меньше атома, на квантовом уровне, все вдруг превращается в какой-то цирк. Частицы возникают и исчезают, появляясь в двух местах одновременно и творя невероятное.

Без сомнения, самым странным здесь является квантовый эффект Зенона, намекающий, что простое наблюдение и измерение частиц изменяет их, в особенности скорость их распада. Как? Никто не знает. Похоже, именно здесь наука наиболее близко подошла к доказательствам существования черной магии.

Что может не получиться?

Один выдающийся ученый выдвинул теорию, что изменения, возникающие при обычном наблюдении за темной энергией, могут привести к ее полному разрушению, вместе со вселенной…
Ученым не терпится увидеть, правда ли это, и они неистово наблюдают за темной энергией при любом удобном случае.

Фактически, это как…

… пересекать потоки оружия охотников за приведениями, наверное…

Сколько нам осталось?

Этот ученый, профессор Лоренс Краусс, полагает, что процесс уже запущен. Видимо, еще в конце 90-х ученые наблюдали за каким-то взрывом в космосе и заметили первые признаки какой-то темной энергии. Это могло привести вселенную в состояние, в котором она может лопнуть, как мыльный пузырь в любой момент. Просто потому, что за ней наблюдают…

Уровень риска: 3

Конечно же, это какое-то безумие! Но это же один из выдающихся физиков, опубликовавший уже огромное количество трудов и книг по теме.

Странная материя

Уже очевидно, что в мире науки происходит что-то очень странное. Это потому, что множество фундаментальных теорий о действительности основаны на математических уравнениях, а не на реальных наблюдениях. Так что многое существует лишь в теории. Но один ученый предположил, что, если это увидеть собственными глазами, можно завопить от ужаса. Ну, это был не совсем ученый, а Говард Филлипс Лавкрафт.

Но, в любом случае, Странная материя – это один из ярких примеров тому. Это предположительная материя, состоящая из кварков – конструктивных блоков действительности – удивительно мелких частиц, которые даже представить сложно.

Что может не получиться?

Существует две гипотезы о странной материи. По одной из них, она просто исчезает через долю секунды после появления. Согласно второй, она стабилизируется и превращает каждый атом, с которым она сталкивается в такую же странную материю. И то, и другое вполне вероятно.
Есть теория, что во вселенной есть целые звезды из этой странной материи, просто потому, что микроскопический кусочек однажды попал туда.
Представим, лишь теоретически, что фрагмент этой странной материи как-то попадет на Землю. Теоретически, она начнет реакцию с обычной материей. И теоретически, мы все умрем.

Фактически, это как…

… мифический Мидас, обладающий силой превращать все одним только касанием. Но, вместо золота, все, к чему вы прикасаетесь, превращается в какую-то дрянь. И все, к чему эта дрянь прикасается, превращается в еще больше дряни. В мгновение ока весь мир становиться дрянью, и все по вашей вине.

Сколько нам осталось?

К счастью для нас, странную материю можно создать лишь в результате столкновения частиц высоких энергий, что никогда не произойдет. Хотя…
Вспомните Большой Адронный Коллайдер.

Ну да, люди из проекта ожидают появления множества странностей, когда они наконец начнут сталкивать атомы. А странная материя – одна из них. Стоит задуматься, может ли эта машина сделать что-то, что не ассоциируется с уничтожением всего вокруг?

Уровень риска: 5

На проблему странной материи ученые отвечают тем, что, если бы это было реально, это уже произошло бы, поскольку в атмосфере такие реакции наверняка происходят по несметному количеству раз в секунду. На самом деле, это трусливый компромисс, поскольку ученые знают, что, если вдруг они ошиблись, некому будет подать на них в суд.

Путешествие во времени

Миллионы рассказов на тему путешествия во времени были написаны, и практически в каждой из них присутствует какая-то катастрофа, или, по крайней мере, плохой конец. Конечно, многие физики полагают, что это вообще нереально, а само существование мира это доказывает. И потом, если в будущем и создадут машину времени, где же эти путешественники?

Но есть одна зависшая теория о возможности путешествий во времени, которая имеет очень даже большой смысл. Она заключается в том, что это невозможно до тех пор, пока не создадут действующую машину времени. Возможно, путешествие в прошлое возможно лишь до тех пор, пока существуют технологии, а после этого есть лишь зависающие скейтборды и летающие паровозы.

Что может не получиться?

Конечно же, существует множество способов, которыми вселенная может отомстить за нарушение самых фундаментальных законов, причины и следствия. Их даже представить сложно, пока не узнаешь самого главного о путешествии во времени, чего мы, собственно, и не знаем. Но поговаривают о том, что сама лишь попытка попасть в прошлое может привести к тому, что мир взорвется, развалится, сожмется до сингулярности, или просто исчезнет.

Но, чтобы донести всю странность, давайте представим хронологию происшествия. В далеком будущем, когда звезды выгорят в своих небесных орбитах, потомки человечества столкнутся с вымиранием, а, если у них будет машина времени, они просто скажут «Да пошло оно все…!» и вернуться в более комфортный отрезок истории.

Поток беглецов может осесть в нынешнем времени и процветать пока снова не приблизится конец света, и они не решат повторить попытку, сработавшую прошлый раз. Снова и снова… Фактически, к моменту включения нашей первой машины времени, вселенная станет домом бесконечному количеству беглецов из будущего. Подсчеты сделаете сами.

Сколько нам осталось?

И снова Большой Адронный Коллайдер…
Да, БАК может уничтожить вселенную множеством разных способов, но путешествие во времени…
Согласно некоторым ученым из России, это так. Конечно же, серьезных планов по этому поводу не существует, но и пенициллин открыли совершенно случайно.
Согласно теории, БАК может открыть пространственно-временные туннели в гипотетической модели Вселенной своим столкновением частиц высоких энергий, которые будущие поколения смогут использовать в целях путешествия во времени.

Уровень риска: 7

Конечно же, с машиной времени будет легко вернуться в прошлое и уничтожить ее, как только нависнет угроза уничтожения вселенной по ее причине. Но! Если уничтожить машину времени, невозможно будет вернуться в прошлое… машина останется невредимой, чтобы можно было с ее помощью вернуться и… Короче, к черту науку!

Нанотехнология

Технология рассчитана на то, чтобы делать вещи меньше, а прямо сейчас они работают над созданием наименьшего возможного в мире. Нанотехнология – это наука создания робота не больше молекулы и причин тому множество. Самая главная в том, что это возможно!

Представьте себе, как в кровь человека запустят миллионы микроскопических машин, запрограммированных на поражение опухоли, или как в вирус СПИДа выстрелять малюсенькими лазерами. Представьте стайки маленьких чистящих дроидов, вычищающих загрязненные реки, или маленьких производственных дроидов, способных построить все что угодно за секунды.
Большая проблема, конечно, в том, как создать триллионы таких вот крох. Просто: научить их воспроизводиться как клетки, используя материал из окружающей среды.

Что может не получиться?

K. Эрик Дрекслер, один из основателей всей концепции нанотехнологии, предложил ряд ужасающе правдоподобных сценариев конца света. Проблема в том, что наноботы будут похожими на клеточных терминаторов, намного более развитых, чем любое создание, изобретенное природой. Они смогут победить органическую жизнь за одну ночь, вычеркнув ее безумием Дарвинизма.

В самом крайнем случае, случится то, что известно под названием «серая слизь». Машины просто начнут воспроизводится неконтролируемо, пока все существующее не превратится в массу малюсеньких суетливых роботов, которую ученые представляют себе, как кучку серой жижи, плывущей в пустоте.

Фактически, это как…

… встретить волшебного лепрекона. За выгодную цену он предлагает отремонтировать вашу квартиру и добавляет лишнюю комнату. Вы берете его к себе, а он продолжает все жрать, воспроизводя на свет еще 140 таких же лепреконов, которые незамедлительно вас убивают.

Сколько нам осталось?

Ученые с волнением уверяют, что уже через 20 лет появится полностью управляемый смертоносный рой маленьких убийц. Прямо сейчас пытаются создать что-то под названием «фабрикатор», который, по всей видимости, являет собой некоего неуничтожаемого робота – королеву улья – сделанного из бриллианта, который даст жизнь триллионам наномашин и будет командовать ими.

Уровень риска: 10

Фактически, единственное, что может нас спасти от превращения в серую слизь, это, если Большой Адронный Коллайдер убьет нас раньше.

Что произойдет, если ускоритель частиц взорвется? – Flyingselfies.com

Что произойдет, если ускоритель частиц взорвется?

Они не могут вызвать взрыв, несмотря на количество и скорость. При их столкновении вся энергия уходит на новые частицы, которые затем попадают на детекторы. Если протоны отклоняются от касательной, трубка останавливает их, потому что ее кусочек размером с ноготь содержит чрезвычайно большое количество атомов. Посмотрим, что еще может выйти из строя.

Что случилось с человеком, засунувшим голову в ускоритель частиц?

Бугорский полностью потерял слух на левое ухо, сменившись шумом в ушах.Левая половина его лица была парализована из-за поражения нервов. Бугорский продолжал работать физиком в Институте физики высоких энергий и занимал должность координатора физических экспериментов.

Что будет, если взорвется адронный коллайдер?

Учитывая количество энергии, которое Природа хранит в материи вашего тела, ваш взрыв изменит ход истории и убьет миллионы, не оставив от вас никаких следов, кроме фотонов энергии, улетучившихся в космос, вибраций и захваченного тепла. по планете.

Является ли LHC отказом?

Десять лет спустя Большой адронный коллайдер не смог сделать захватывающих открытий, которые обещали ученые. С ценой в 5 миллиардов долларов и годовой стоимостью эксплуатации в 1 миллиард долларов L.H.C. — самый дорогой инструмент из когда-либо созданных — и это несмотря на то, что он повторно использует туннель более раннего коллайдера.

Может ли ускоритель частиц быть оружием?

Лучевое оружие — это тип оружия направленной энергии, которое направляет энергию в определенном и сфокусированном направлении, используя частицы с незначительной массой.Они известны под множеством названий: фазеры, дезинтеграторы, ускорители частиц, ионные пушки, протонные лучи, лучи молнии, лучевые пушки и т. д.

Из-за чего взорвался ускоритель частиц?

Осенью 2008 года физики ЦЕРН столкнулись с проблемой. Неисправное электронное соединение на Большом адронном коллайдере в Швейцарии — самом большом, самом плохом и самом мощном ускорителе частиц из когда-либо построенных — привело к перегреву и расплавлению пары магнитов, вызвав взрыв сжатого газообразного гелия.

Кто-нибудь был в ускорителе частиц?

Из всех мест, куда можно сунуть голову, ускоритель частиц считается одним из худших. Тем не менее, в тот роковой день 13 июля 1978 года тридцатишестилетний русский ученый Анатолий Бугорский просто обязан был это сделать. Бугорского срочно доставили в Москву и поместили в специальную клинику, где лечили пострадавших от радиационного отравления.

Является ли адронный коллайдер пустой тратой денег?

внутри коллайдера LHC не имеет ничего общего с «массой».Поле Хиггса дает массу. Так что даже если бы они нашли бозон Хиггса на БАК, это совершенно бессмысленно и пустая трата денег. Если они не найдут «поле Хиггса» вокруг нас за пределами коллайдера, механизм «массы» Хиггса — просто вымысел и большая ложь.

Существует ли настоящий ускоритель частиц?

Ускоритель частиц — это машина, которая использует электромагнитные поля для разгона заряженных частиц до очень высоких скоростей и энергий и для удержания их в четко определенных пучках. Крупнейший ускоритель, работающий в настоящее время, — это Большой адронный коллайдер (БАК) недалеко от Женевы, Швейцария, управляемый ЦЕРН.

Какой самый маленький ускоритель частиц?

Анионы имеют отличительную особенность, заключающуюся в том, что их заряд может быть меньше заряда электрона e (3), что делает их наименьшими с точки зрения заряда.

Почему они называют это частицей Бога?

В 2012 году ученые подтвердили обнаружение долгожданного бозона Хиггса, также известного под прозвищем «частица Бога», на Большом адронном коллайдере (БАК), самом мощном ускорителе частиц на планете. Это связано с тем, что частицы бозона Хиггса притягиваются друг к другу при высоких энергиях.

Что когда-либо сделали ускорители частиц для США?

Эта статья впервые появилась в журнале Physics World Focus on Instruments & Vacuum за 2019 год под заголовком «Что для нас сделали ускорители?» Большой адронный коллайдер известен открытием бозона Хиггса, но технологии, используемые для ускорения и обнаружения новых частиц, также находят применение за пределами физики высоких энергий.

Кто председательствует на конференциях по ускорителям частиц?

Председателем

IPAC’21 является Лю Линь, а председателем Комитета по научной программе — Джон Берд. Председателем NA-PAC’22 является Стивен Милтон, а председателем Комитета по научной программе — подлежит уточнению. Материалы недавних конференций PAC доступны через IEEE Xplore (выполните поиск Particle Accelerator Conference) или на веб-сайте JACoW.

Каковы некоторые примеры передачи технологий в ускорителях частиц?

Третий пример передачи технологий в ускорительной науке относится к лечению рака. Протонная и ионно-лучевая терапия очень эффективна при лечении определенных типов заболеваний и является прямым результатом исследований и разработок ускорителей ионов для фундаментальных научных применений.

Ускоритель частиц во Флэше настоящий?

Циклотроны — это ускорители частиц, в которых частицы движутся по спирали (или кругу). На каждом сеансе мне задавали одни и те же вопросы: «Вы видели «Флэша»? Ускоритель частиц настоящий?» В то время ответ на первый вопрос был отрицательным, я не смотрел «Флэша», что немного странно, учитывая, что я люблю истории о супергероях.

Почтовая навигация

Большой адронный коллайдер уничтожит Землю?

Вопрос: Большой адронный коллайдер уничтожит Землю?

Ответ: Нет.

Как вы, возможно, недавно слышали в новостях, несколько человек подали в суд, чтобы попытаться отменить проект Большого адронного коллайдера. Когда он наконец заработает, LHC станет самым большим и мощным ускорителем частиц из когда-либо построенных.

Если с ним что-то не так, БАК может повредить сам себя, но он ничего не может сделать с Землей или Вселенной в целом.

Людей беспокоят две вещи: черные дыры и странная материя.

Одной из целей Большого адронного коллайдера является моделирование микроскопических черных дыр, которые могли образоваться в первые несколько мгновений Большого взрыва. Некоторые люди обеспокоены тем, что эти искусственные черные дыры могут высвободиться, а затем поглотить Землю изнутри, в конечном итоге разрушив Солнечную систему.

Физики уверены, что любые созданные ими черные дыры почти мгновенно испарятся, превратившись в поток частиц. Фактически, теории, которые предсказывают, что черные дыры могут быть созданы, также предсказывают, что черные дыры испарятся.Эти две концепции идут рука об руку.

Другое беспокойство заключается в том, что Большой адронный коллайдер создаст теоретический материал, называемый страпельками. Затем эта «странная материя» сможет заразить другую материю, превратив всю планету в скопление странной материи.

Эта странная материя полностью теоретическая, и опять же, те же самые теории, которые говорят, что она может быть произведена в Большом адронном коллайдере, также исключают любые связанные с ней риски.

Одним из наиболее важных соображений является тот факт, что на Луну падают космические лучи высокой энергии, которые затмевают мощность Большого адронного коллайдера. Скорее всего, они были выброшены из окружающей среды вокруг сверхмассивной черной дыры.

Они сыплются на Луну миллиарды лет, и до сих пор она не превратилась в черную дыру или странную материю.

Подробнее о судебном процессе по Большому адронному коллайдеру можно прочитать здесь. Или как он может создавать червоточины, вид в другие измерения или не-частицы.

Нравится:

Нравится Загрузка…

Что будет, если адронный коллайдер взорвется? – Джанет Паник.ком

Что произойдет, если адронный коллайдер взорвется?

Учитывая количество энергии, которое Природа хранит в материи вашего тела, ваш взрыв изменит ход истории и убьет миллионы, не оставив от вас никаких следов, кроме фотонов энергии, улетучившихся в космос, вибраций и захваченного тепла. по планете.

Что будет, если засунуть руку в Большой адронный коллайдер?

«Итак, интенсивный пучок частиц спускается [по туннелю], который сопровождает эту чрезвычайно интенсивную часть. Таким образом, все ваше тело будет облучено. Ты умрешь довольно быстро». Фатальное событие было бы скорее шипением, чем взрывом.

Насколько безопасны эксперименты по столкновению частиц высокой энергии, какие меры предосторожности принимаются?

Нет риска [при столкновении LHC, и] отчет LSAG превосходен. Тем, кто сомневается в безопасности LHC, следует ознакомиться с отчетом LSAG, в котором были учтены все возможные риски. Можно быть уверенным, что столкновения частиц на БАК не могут привести к катастрофическим последствиям.

Что такое адронный коллайдер ЦЕРН и какова его цель?

ЦЕРН — крупнейшая в мире лаборатория, посвященная фундаментальным наукам. БАК позволяет ученым воспроизвести условия, существовавшие в течение миллиардных долей секунды после Большого взрыва, путем сталкивания пучков высокоэнергетических протонов или ионов с колоссальными скоростями, близкими к скорости света.

Может ли коллайдер создать черную дыру?

Во-первых, да, БАК действительно может создавать микроскопические черные дыры. На сегодняшний день коллайдер до сих пор не произвел никаких столкновений, и именно экстремальная энергия этих столкновений — до 14 тераэлектронвольт — потенциально может создать микроскопическую черную дыру.

Частица Бога найдена?

В 2012 году ученые подтвердили обнаружение долгожданного бозона Хиггса, также известного под прозвищем «частица Бога», на Большом адронном коллайдере (БАК), самом мощном ускорителе частиц на планете. Эта частица помогает придать массу всем элементарным частицам, имеющим массу, таким как электроны и протоны.

Что произойдет, если вы коснетесь ускорителя частиц?

Опасность – это энергия. Если бы вы стояли перед лучом, вы бы увидели очень острую, очень тонкую линию ультраоблученных мертвых тканей, проходящую через ваше тело. Возможно, он просверлит в вас дыру. Чем выше кинетическая энергия частицы, тем меньшая доля ее энергии имеет тенденцию к выделению.

Сколько проволоки в Большом адронном коллайдере?

Общая длина сверхпроводящего провода для LHC, крупнейшей в мире сверхпроводящей установки, составляет 250 000 км, что достаточно для 6. 8 раз вокруг экватора. Он состоит из 6300 нитей ниобий-титановых нитей, залитых медью (фото справа).

Как работает адронный коллайдер?

БАК состоит из 27-километрового кольца сверхпроводящих магнитов с рядом ускоряющих структур для повышения энергии частиц на пути. Внутри ускорителя два пучка высокоэнергетических частиц движутся со скоростью, близкой к скорости света, прежде чем столкнутся.

Может ли Большой адронный коллайдер создать червоточину?

Пока такие космические путешествия остаются в сфере мысленных экспериментов.Ожидается, что Большой адронный коллайдер ЦЕРН в Швейцарии будет генерировать одну мини-черную дыру в секунду, потенциальный источник червоточин, через которые физики могли бы попытаться отправить частицы квантового размера.

Сколько коллайдеров в мире?

30 000 ускорителей
Пучки частиц высоких энергий полезны для фундаментальных и прикладных научных исследований, а также во многих областях техники и промышленности, не связанных с фундаментальными исследованиями. По оценкам, в мире насчитывается около 30 000 ускорителей.

Что будет, если засунуть голову в ускоритель частиц?

Короткий ответ таков: засунув голову в ускоритель частиц, вы прожжете дыру прямо в черепе. Или, если вам повезет, как Бугорскому, вы пропустите дыру в голове и просто столкнетесь с множеством других проблем со здоровьем.

Что произойдет, если взорвется Большой адронный коллайдер? – СидмартинБио

Что произойдет, если взорвется Большой адронный коллайдер?

Возникшее в результате землетрясение будет сильным на обширной территории, а пыль и обломки, выброшенные этим событием, будут постепенно окружать Землю, возможно, даже спровоцировав своего рода «ядерную зиму», достаточную для охлаждения планеты на месяцы или годы. , убивая растительность, а затем животных и людей, которые …

Что получилось на Большом адронном коллайдере?

Эксперименты ATLAS и CMS открыли бозон Хиггса, что является убедительным доказательством того, что Стандартная модель имеет правильный механизм придания массы элементарным частицам.

Успех Большого адронного коллайдера?

БАК сделал очень многое Внутри БАК частицы сталкивались друг с другом при энергиях, в 6,5 раз превышающих те, которые были достигнуты Фермилаб Тэватрон, который четверть века удерживал титул самого мощного ускорителя частиц в мире, пока БАК не заработал. эта корона.

Чем важен Большой адронный коллайдер?

ЦЕРН — крупнейшая в мире лаборатория, посвященная фундаментальным наукам.БАК позволяет ученым воспроизвести условия, существовавшие в течение миллиардных долей секунды после Большого взрыва, путем сталкивания пучков высокоэнергетических протонов или ионов с колоссальными скоростями, близкими к скорости света.

Является ли адронный коллайдер пустой тратой денег?

внутри коллайдера LHC не имеет ничего общего с «массой». Поле Хиггса дает массу. Так что даже если бы они нашли бозон Хиггса на БАК, это совершенно бессмысленно и пустая трата денег. Если они не найдут «поле Хиггса» вокруг нас за пределами коллайдера, механизм «массы» Хиггса — просто вымысел и большая ложь.

Адронный коллайдер провалился?

БАК пока не удалось обнаружить ничего, кроме известных частиц Стандартной модели. Все, что вам нужно, — это частица-суперпартнер для каждой из существующих частиц Стандартной модели. Частицы Стандартной модели и их суперсимметричные аналоги.

Кто заплатил за адронный коллайдер?

Финансирующие агентства как из государств-членов, так и из государств, не являющихся членами, несут ответственность за финансирование, строительство и эксплуатацию экспериментов, в которых они сотрудничают.ЦЕРН тратит большую часть своего бюджета на создание таких машин, как Большой адронный коллайдер, и это лишь частично влияет на стоимость экспериментов.

Где в космосе произошел Большой взрыв?

Большой взрыв часто описывают как крошечный кусочек материи, но это чрезмерное упрощение. Если бы Большой взрыв произошел в определенной точке пространства, извергнув галактики во всех направлениях, то можно было бы ожидать, что наша галактика будет одной из многих галактик, расположенных на расширяющейся оболочке галактик, причем центр этой оболочки является точкой « Хлопнуть.

Как определяется происхождение Большого Взрыва?

На вопрос о происхождении Большого взрыва можно ответить с помощью квантовой физики, но это не значит, что ответ вам понравится. Большой взрыв — это момент возникновения пространства и времени (или «пространства-времени»). До Большого взрыва не было ни пространства, ни времени.

Какой свет остался после Большого Взрыва?

Как вы, возможно, слышали, международная группа физиков недавно обнаружила нечто, называемое «поляризацией B-моды», отпечатавшееся в свечении света, оставшемся после Большого взрыва.

Почему Большой взрыв был важен для астрономов?

Краткий ответ: Большой взрыв — это то, как астрономы объясняют происхождение Вселенной. Это идея о том, что Вселенная началась как одна точка, затем расширилась и растянулась, чтобы стать такой же большой, как сейчас (и она все еще может растягиваться). В 1927 году астроному по имени Жорж Леметр пришла в голову грандиозная идея.

Для чего нужен коллайдер частиц? – Первый законкомик

Какова цель коллайдера частиц?

Некоторые ускорители частиц, называемые коллайдерами, представляют собой специальные машины, которые могут «разбивать» атомы на куски с помощью заряженных частиц, таких как протоны или электроны.Во-первых, ускоритель использует электричество, чтобы «толкать» заряженные частицы по пути, заставляя их двигаться все быстрее и быстрее.

Что произойдет, если вы войдете в ускоритель частиц?

Опасность – это энергия. Если бы вы стояли перед лучом, вы бы увидели очень острую, очень тонкую линию ультраоблученных мертвых тканей, проходящую через ваше тело. Возможно, он просверлит в вас дыру. Чем выше кинетическая энергия частицы, тем меньшая доля ее энергии имеет тенденцию к выделению.

Каковы преимущества адронного коллайдера?

ЦЕРН — крупнейшая в мире лаборатория, посвященная фундаментальным наукам. БАК позволяет ученым воспроизвести условия, существовавшие в течение миллиардных долей секунды после Большого взрыва, путем сталкивания пучков высокоэнергетических протонов или ионов с колоссальными скоростями, близкими к скорости света.

Сколько стоит коллайдер частиц?

Крупнейший в мире ускоритель атомов имеет окружность 27 километров и стоит 5 миллиардов долларов.Но согласно исследованию, опубликованному сегодня, на горизонте могут появиться ускорители частиц гораздо меньшего размера — возможно, всего 1 километр в длину, — которые будут обеспечивать аналогичную энергию за небольшую часть стоимости.

Что будет, если адронный коллайдер взорвется?

Оригинальный ответ: Что произойдет, если адронный коллайдер взорвется? Он бы не взорвался. В магнитах и ​​луче хранится много энергии, но однажды они уже вышли из строя, и, как кто-то указал, просто перегорело много предохранителей.Самая большая опасность для оборудования.

Что такое частица Бога и что она делает?

В 2012 году ученые подтвердили обнаружение долгожданного бозона Хиггса, также известного под прозвищем «частица Бога», на Большом адронном коллайдере (БАК), самом мощном ускорителе частиц на планете. Эта частица помогает придать массу всем элементарным частицам, имеющим массу, таким как электроны и протоны.

Что произойдет, если ускоритель частиц взорвется?

Короче говоря, если бы вы были очень близко к месту взрыва, вы могли бы получить некоторые травмы, а если бы по какой-то причине вы подверглись воздействию радиации, вы могли бы получить какой-нибудь неприятный случай, или радиационное отравление, или рак.

Кому принадлежит адронный коллайдер?

Большой адронный коллайдер (БАК) — крупнейший в мире коллайдер частиц с самой высокой энергией. Он был построен Европейской организацией ядерных исследований (ЦЕРН) в период с 1998 по 2008 год в сотрудничестве с более чем 10 000 ученых и сотнями университетов и лабораторий, а также более чем из 100 стран.

Что если засунуть голову в ускоритель частиц?

Машины, известные как «ускорители частиц», до недавнего времени не были популярны или хорошо известны в широких массах.Только ученые, лабораторные крысы и наркоманы-физики знали, что делают эти машины, но в эпоху Интернета все изменилось. Кроме того, еще одной причиной внезапного бума популярности этой области является успех «Большого адронного коллайдера».


Рекомендуемое видео для вас:


Что такое Большой адронный коллайдер?

Большой адронный коллайдер — или БАК — самая большая машина, когда-либо построенная человечеством. Он также имеет честь быть крупнейшим и самым мощным коллайдером частиц, а также самой большой и сложной экспериментальной установкой на планете.Он был построен Европейской организацией ядерных исследований (ЦЕРН) в период с 1998 по 2008 год в сотрудничестве с более чем 10 000 ученых и инженеров из более чем 100 стран.

Большой адронный коллайдер

В 2013 году с помощью этой машины, расположенной в туннеле окружностью 27 километров и расположенном на глубине 175 метров под землей в Швейцарии, физики подтвердили, что они обнаружили частицу, называемую бозоном Хиггса. «Частица Бога», тем самым открывая новые области исследований стабильности Вселенной.

Взрыв «бозона»

Итак… теперь, когда мы убедились, что эти машины чрезвычайно важны и увлекательны, давайте проведем мысленный эксперимент. Что будет, если засунуть голову внутрь Большого адронного коллайдера? Я знаю, что ученые не хотели бы, чтобы вы пытались это сделать, и, как оказалось, у них есть очень веская причина вас предупредить.

Что происходит внутри ускорителя частиц?

По сути, ускорители частиц — это мощные машины, которые заставляют субатомные частицы двигаться с огромной скоростью.Стены туннеля, содержащего частицы, создают электрические и магнитные поля, управляющие траекторией движения частицы. Думайте об этих полях как о стволе пистолета, который управляет скоростью и направлением пули. Затем проводятся эксперименты над субатомными частицами, включая протоны и электроны, движущиеся со скоростью, близкой к скорости света, что делает их чрезвычайно энергичными. Один протон, который бесконечно меньше пули, движущейся со скоростью света, может убить вас тысячу раз.

Столкновение пучков частиц

Специализированные ускорители также можно использовать в качестве сокрушителей атомов или коллайдеров частиц, сталкивая два луча частиц, движущихся в противоположных направлениях со скоростью, близкой к скорости света. Эти столкновения можно изучать, чтобы получить информацию о строительных блоках материи и, возможно, о создании самой Вселенной!

Итак… есть ли шанс у твоей головы?

Оставив настоящие эксперименты экспертам, давайте посмотрим, насколько творчески вы можете проявить себя, используя один ускоритель частиц и одну человеческую голову, при условии, что они оба у вас под рукой.Внутри такой сложной машины происходит много всего, и требуется много обслуживания, чтобы поддерживать среду внутри туннеля стабильной и подходящей для экспериментов.

Вакуум

Поскольку на то, чтобы заставить частицы двигаться так быстро, тратится так много сил и энергии, ученые не могут допустить бесполезных столкновений с молекулами воздуха. Присутствие других молекул дало бы неточные результаты и неправильные оценки. Теперь, если вы засунете голову в такой вакуум, он взорвется изнутри из-за большой разницы давлений.С другой стороны, это не будет первой вещью, которая убьет вас; потребуется около десяти секунд, чтобы ваша голова взорвалась; в это время вы можете подумать о том, почему вы делаете это в первую очередь.

Зефир в вакууме

Минусовая температура

Внутри Большого адронного коллайдера даже холоднее, чем в открытом космосе. Чтобы проводить электричество без сопротивления, LHC охлаждают до температуры -271 градус Цельсия. Излишне говорить, что ваша голова превратится в эскимо еще до того, как вы поймете, что происходит! Даже в этом случае воздействие сильного холода займет немного больше времени, чем реальный фактор, ответственный за вашу смерть.

Высокая энергия частиц

Как вы знаете, пучки субатомных частиц, движущиеся с высокой скоростью, несут много энергии. В ускорителях, таких как БАК, частицы движутся так быстро, что если вы сунете голову на их пути, луч пройдет прямо сквозь вас. На самом деле, даже блок меди весом 6000 тонн мгновенно расплавится и превратится в жидкость под воздействием такого количества энергии. Поэтому, когда ученым нужно остановить луч после того, как они закончили свои эксперименты, они пропускают луч через графитовые листы, чтобы постепенно остановить их.

Радиатор в LHC

Излучение

Последняя функция ускорителя частиц, которая, скорее всего, убьет вас первой, — это излучение пучка частиц. На самом деле, у нас есть научные доказательства, подтверждающие это. В 1978 году русский ученый по имени Анатолий Бугорский действительно сунул голову на пути ускоренной частицы, войдя в историю как настоящий сумасшедший ученый. Бугорский склонился над оборудованием, когда застрял головой на пути протонного пучка; он был не таким мощным, как в LHC, но все же очень энергичным.Сообщается, что он увидел вспышку «ярче тысячи солнц», но не почувствовал боли.

Чудом он не умер, но левая половина лица Бугорского распухла до неузнаваемости и в течение следующих нескольких дней начала шелушиться. Его интеллектуальные способности практически не пострадали, хотя частица прогорела насквозь; он защитил докторскую диссертацию, все еще жив, но живя необычной жизнью. Количество радиации, которое он получил, должно было быть достаточным, чтобы убить его, но, поскольку никто другой никогда не подвергался воздействию радиации в виде пучка протонов, его случай неубедителен.Он был в состоянии функционировать относительно нормально, за исключением случайных припадков.

Самый странный побочный эффект этого испытания появился позже. Левая половина его лица была парализована из-за разрушения нервов в течение двух лет после аварии. Правая половина лица Бугорского выглядит как обычный морщинистый старик, но из-за паралича левая сторона его лица выглядит намного моложе! Одна половина его лица выглядит такой же молодой, как и много лет назад, словно застывшая во времени.

Итак…. засовывание головы в ускоритель частиц теперь является чудодейственным средством от старения? Может быть… если вы готовы обменять старение на паралич, не говоря уже обо всех других опасностях, связанных с тем, что вы суете голову не туда, куда следует!

Рекомендуемая литература

Что происходит внутри коллайдера частиц?

Большой адронный коллайдер (БАК) — крупнейшая машина, которую когда-либо создавали люди, — специализируется на метании протонов друг в друга почти со скоростью света.Он был включен 5 апреля после двух лет обновлений.

Новая и улучшенная версия БАК будет создавать энергетические столкновения с более сильными, чем когда-либо ранее достигнутыми на Земле. Он делает это, генерируя лучи протонов — положительно заряженных частиц в атоме — и разбрасывая их по петле длиной 17 миль, чтобы достичь скорости, близкой к скорости света.

Когда протоны сталкиваются друг с другом при лобовом столкновении, они взрываются горячими облаками, полными экзотических субатомных частиц:

YouTube/бодхисаттва праджнананда

Вот как физики добиваются этих невероятных столкновений:

Первый шаг — превратить водород в протоны.Водород — особый элемент, потому что его атомы содержат только две частицы: электрон и протон. Другие элементы имеют атомы, кратные каждому, а также нейтральные частицы, называемые нейтронами. Так что проще изолировать протоны таким образом: просто используйте электрическое поле, чтобы оттянуть электроны от атомов водорода, оставив одинокие протоны.

Затем пучок изолированных протонов направляется по часовой стрелке вокруг гигантского 17-мильного туннеля БАК, а второй пучок протонов направляется против часовой стрелки.

В БАК есть ряд ускорительных трубок, которые увеличивают скорость протонных пучков до тех пор, пока они не станут на долю секунды меньше скорости света. Переохлажденные магниты выстилают туннель и действуют как рулевое колесо, удерживая лучи на правильном пути.

YouTube / Частичная лихорадка

Каждый протонный пучок содержит от 2000 до 3000 сгустков протонов, и только один пучок состоит примерно из 100 миллиардов протонов.Прежде чем лучи столкнутся, все эти протоны сжимаются в поток, который меньше ширины волоса.

«Частицы настолько крошечные, что задача заставить их столкнуться сродни запуску двух игл на расстоянии 10 километров (6,2 мили) друг от друга с такой точностью, что они встречаются на полпути», — пишет ЦЕРН в своем описании LHC.

Когда лучи сталкиваются, их суммарной энергии достаточно, чтобы расплавить 1100 фунтов меди.

БАК будет создавать примерно 600 миллионов столкновений в секунду, когда через несколько месяцев он выйдет на полную мощность.

Столкновения происходят в четырех точках на кольце длиной 17 миль. Детектор частиц ждет в каждой точке, чтобы измерить все субатомные частицы, которые возникают в результате столкновений. Ученые считают, что этот второй запуск БАК откроет целый ряд новых частиц, которые могут полностью изменить наши представления о физике.

Вот анимация столкновения двух лучей внутри детектора ATLAS БАК:

YouTube/TheATLASExperiment

Туннели БАК, через которые проходят протоны, имеют вакуумоподобные условия, подобные условиям пустого космоса.Когда два луча сталкиваются, вся эта энергия, упакованная в такой небольшой вакуум пространства, взрывается и создает массу в виде субатомных частиц (вспомните знаменитое уравнение Эйнштейна: энергия равна массе, умноженной на квадрат скорости света).

Частицы, возникающие в результате этих столкновений, существуют лишь доли секунды, но этого времени достаточно, чтобы детекторы частиц выполнили свою работу — измерили положение, скорость, заряд, массу и энергию всех субатомных частиц, которые создаются.

Википедия

Столкновения происходят с такой высокой энергией, что большинство возникающих частиц оставляют за собой световой путь, поэтому можно определить их положение.Большинство детекторов также имеют мощный магнит, который заставляет частицы двигаться по кривой траектории в зависимости от их электрического заряда. Физики также могут рассчитать массу и энергию частиц на основе этой кривой траектории.

Соберите все вместе, и детекторы частиц смогут воссоздать то, как выглядят столкновения, сразу после того, как они произошли. Изображения бозона Хиггса, подобные приведенному выше, на самом деле являются просто компьютерными воссозданиями путей, которые проходят частицы за время своего очень короткого существования.

Вот где мы получаем невероятные изображения, подобные этому, из первых столкновений внутри детектора частиц ALICE БАК:

ЦЕРН/ЭЛИС А это от детектора частиц CMS БАК, который показывает более 100 субатомных частиц, возникших в результате протон-протонного столкновения: ЦЕРН

И культовый бозон Хиггса:

АП Фото/ЦЕРН

БАК будет работать с почти вдвое большей мощностью, чем при открытии бозона Хиггса, поэтому вполне возможно, что второй запуск обнаружит невиданные ранее частицы.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.