Что такое большой адронный коллайдер: Большой адронный коллайдер - ТАСС - Санкт-Петербургское государственное бюджетное учреждение социального обслуживания населения

Содержание

оправдал ли Большой адронный коллайдер 10 лет работы — РБК

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

Если бы это объяснение оказалось неверным, то и всей стройной системе мира — Стандартной модели — грош цена. Вот почему бозон Хиггса так искали, а когда нашли, уже через год дали за это Нобелевскую премию. С точки зрения фундаментальной науки это настолько крупное открытие, что многие из читающих этот текст могут и не застать за время своей жизни ничего близкого по масштабу.

Но «закрывать» физику еще рано. Парадоксальным образом открытие бозона Хиггса сделало поиск «теории всего» для физиков еще более увлекательным и загадочным. И масла в этот огонь подлило второе открытие последних лет, которое может приблизиться по важности к бозону Хиггса — наблюдение гравитационных волн. На самом деле они очень похожи. Оба были теоретически предсказаны, но нуждались в экспериментальном подтверждении. И в обоих случаях многие ученые в глубине души надеялись, что эксперимент не подтвердит теорию. Дело в том, что Стандартная модель описывает частицы — переносчиков всех взаимодействий, кроме гравитационного.

Все эти частицы уже найдены и экспериментально, вопросов к ним нет. «Другой» Хиггс, таким образом, мог бы подсказать, в какую сторону копать в поисках гипотетического гравитона. «Другие» гравитационные волны могли бы дать подсказку о квантовой гравитации. Но этого не произошло, оба эксперимента в точности подтвердили теорию, а физикам, в том числе и на БАК, придется искать объяснение природы гравитации с чистого листа. С какой-то точки зрения это делает задачу более интересной и совершенно точно обеспечивает коллайдер работой на следующий десяток лет.

Читайте на РБК Pro

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

Она сказала, что наука — залог сохранения человека как вида, потому что способность мыслить — это единственное, что отличает нас от животных. Отметив при этом, что фундаментальная наука, конечно, приносит и практическую пользу.

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

Фундаментальная польза

Оснований не доверять госпоже директору, действительно, нет. Решение любой фундаментальной задачи требует острых технических решений, практическое применение которых — лишь вопрос времени и фантазии тех, кто может заработать на этом денег. В начале 1990-х именно в CERN заработал первый сайт Всемирной паутины. Исключительно для задач физики — ученым, работавшим вместе из разных стран, нужна была удобная и оперативная форма обмена информацией на расстоянии. Распределенные вычисления и облачное хранение информации тоже были применены CERN одними из первых и тоже исключительно для преодоления непреодолимых препятствий в науке. Дело в том, что количество данных, которые получаются на БАК, так огромно, что в одиночку с ним не справляется даже огромный дата-центр CERN. Для этого используется память и вычислительные ресурсы в странах — участницах СERN (и в России). А если вы щедрый владелец относительно мощного компьютера, то тоже можете помочь вычислениям.

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

Позитронно-эмиссионная томография выполняется с помощью позитронов — антиэлектронов.

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

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

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

И, похоже, они могут себе это позволить.

Зачем Большой адронный коллайдер остановили на два года — Российская газета

Врученная за открытие бозона Хиггса Нобелевская премия вызывает у физиков двоякие чувства. С одной стороны, конечно, радость за столь высокое признание их работы, с другой – тревогу. А что дальше? Да, построенный почти за 10 миллиардов долларов специально под бозон Хиггса знаменитый Большой адронный коллайдер (БАК) поймал частицу Бога. Но открыв ее, одновременно закрыл последнюю страницу Стандартной модели, которая считается одним из самых главных достижений науки XX века. Из всех предсказанных ее элементарных частиц ученые постепенно открывали одну за другой, пока наконец не добрались до Хиггса.

Физики надеялись выжать из этого ускорительного монстра длиной 27 километров и другие открытия, однако он больше не “плодоносил”. И вот сейчас БАК остановили на два года, чтобы еще выше поднять энергию столкновения протонов. Теперь уже до максимальных 14 ТэВ. Но если он и дальше будет только подтверждать Стандартную модель, это, по мнению лауреата Нобелевской премии Сэмюэла Тинга, окажется большой неудачей.

Чем же недовольны физики? Вроде бы Стандартная модель показала себя безупречно. Но ученые употребляют другой термин: модель себя исчерпала. Она работает на своем “поле”, но не может объяснить множество фактов, которые “проросли” на чужом. А это и “темная материя”, и “темная энергия”, на которые приходится 95 процентов массы Вселенной, и только 5 процентов на видимую – звезды и планеты. Также неясно, почему в ней нет антивещества. Много лет наука пытается разгадать тайну этих феноменов, пока без успеха. Здесь нужна новая физика. Путь к ней лежит в поиске отклонений от Стандартной модели, поэтому роль локомотива науки у теоретиков теперь перехватывают экспериментаторы.

– После модернизации коллайдера в 10 раз увеличится число столкновений протонов, – говорит Виктор Саврин, замдиректора НИИ ядерной физики МГУ, координатор участия российских институтов в создании и работе БАК. – Ускоритель сможет за год получить столько же данных, сколько собрал за весь период с 2008 года. Также будет усовершенствована обработка информации. Задача сложнейшая, ведь при столкновениях миллионов протонов рождаются десятки миллионов самых разных частиц, и среди этого океана надо выбрать всего лишь один сигнал о новой частице, отсеяв все лишнее. Сложней, чем найти иголку в стоге сена. Отбор данных и их обработка не менее трудный процесс, чем создание самого БАК.

Впрочем, многие физики уже не слишком верят, что даже модернизированный БАК сумеет открыть дверь в новую физику. Сейчас считается, что носителями “темной материи” должны быть очень тяжелые частицы. Их можно получить, только сталкивая протоны с высочайшей энергией, которую даже модернизированный БАК не потянет. И вот уже ученые замахнулись на ускоритель с фантастической энергией 100 ТэВ, где протоны будут разгоняться по кольцу в 100 км. Пока такой проект существует только на бумаге, никто не оценивал его стоимость, но опыт показывает: если ученые находят для своих идей весомые аргументы, им удается убедить власть имущих раскошелиться. Ведь чем дальше в глубь природы, тем неохотней она выдает свои тайны, тем они стоят дороже. Но если прорыв к новой физике произойдет, то на энтузиастов прольется настоящий дождь новых Нобелей.

Большой адронный коллайдер

Большой Адронный Коллайдер (БАК)

_{Large Hadron Collider (LHC)}

Большой адронный коллайдер − крупнейший ускорительный комплекс, на котором будут сталкиваться пучки ускоренных до энергии 7 ТэВ протонов, а также тяжёлые ионы. На рис. 1 показана схема ускорительного комплекса CERN. Из источников протонов и ионов протоны после предварительного ускорения до 0.8 ГэВ поступают в протонный синхротрон PS (26 ГэВ), который далее инжектирует их в протонный синхротрон SPS (450 ГэВ). Протоны из SPS поступают в кольцевой тоннель LНС, где до 2000 г. ускорялись встречные пучки электронов и позитронов на установке LEP. Длина кольцевого тоннеля LHC около 27 км. В туннеле LHC два пучка протонов двигаются в противоположных направлениях и ускоряются до 7 ТэВ.

Затем они сталкиваются.

Рис. 1. Схема ускорительного комплекса ЦЕРН. Большой фдронный коллайдер

В 1994 г. комитет LHC утвердил два проекта детекторов, предназначенных для работы на новом ускорителе: ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) и CMS (Compact Muon Solenoid). Общие принципы действия установок ATLAS и CMS совпадают. Они максимально перекрывают пространство вокруг места соударения ускоренных пучков протонов (так называемые 4π-детекторы). Решение строить два детектора для проведения физических исследований обусловлено необходимостью подтверждать каждое открытие независимыми экспериментами. Независимо создаваемые установки должны обеспечить надежность получаемых результатов. Каждый детектор имеет свою область пересечения пучков.

Всего таких областей на LHC четыре. Две из них предназначены для детекторов ATLAS и CMS. Две оставшиеся предназначены для детекторов ALICE (исследование соударений тяжелых ионов, поиск кварк-глюонной плазмы) и LHCb (изучение физики адронов, содержащих b-кварк). Решение об их строительстве было принято несколькими годами позже решения о строительстве установок ATLAS и CMS.

Рис. 2. Общий вид детектора ATLAS в разрезе. Пучки протонов влетают в детектор с диаметрально противоположных направлений и двигаются вдоль его оси, сталкиваясь в центре.

    На рис. 2 показан детектор ATLAS, который создается в настоящее время для регистрации продуктов рр-столкновений коллайдера LHC. Область соударения пучков окружена внутренним детектором (Inner Detector). Его диаметр составляет 2 м, а длина 6,5 м. Внутренний детектор помещен в сверхпроводящий соленоид, который обеспечивает внутри детектора магнитное поле 2 Тл. В магнитном поле треки частиц искривляются в зависимости от знака заряда частицы и ее импульса. Задача внутреннего детектора – определение точки соударения протонов и траекторий вторичных частиц, которые образуются в результате соударения. Для этого применяются два типа детектирующих устройств: кремниевые микрострипы (они заполняют самую центральную часть внутреннего детектора и обеспечивают точность измерения координаты около 0.01 мм), и детектор переходного излучения (более удаленная часть внутреннего детектора), состоящий из тонких газонаполненных дрейфовых трубок диаметром 4 мм, между которыми находится вещество радиатора. Детекторы выполнены так, чтобы частицы пересекали их преимущественно перпендикулярно к плоскости детектора или оси трубки.
    Чтобы выдержать радиационные нагрузки, кремниевые детекторы должны работать при температуре 0° С. Поэтому эта часть трековой системы помещена в криостат. Траектория каждой частицы большой энергии должна иметь 6 прецизионно измеренных точек. Для этого в установке ATLAS используется 12 тысяч кремниевых детекторов.
    Длина дрейфовых трубок детектора переходного излучения достигает 1.6 м. Точность определения координаты частицы в них составляет около 0.15 мм, но зато число точек измерения на один трек увеличено до 36. Кроме того, дрейфовые трубки регистрируют переходное рентгеновское излучение и, таким образом, обеспечивают идентификацию электронов. Всего в детекторе используется около 400 тысяч дрейфовых трубок. Такое количество трубок необходимо для того, чтобы обеспечить 4π-геометрию установки, и требованием эффективности восстановления траекторий частиц.
    Внутренний трековый детектор заключен в оболочку калориметров. Калориметрия играет важную роль в установке ATLAS. Она обеспечивает прецизионное измерение энергии электронов, фотонов, «струй» адронов, возникающих при адронизации кварков и «недостающей» энергии, уносимой нейтрино или другими нейтральными слабовзаимодействующими частицами, например, гипотетическими суперсимметричными партнерами уже известных частиц. Калориметры состоят из нескольких крупных модулей, предназначенных для регистрации адронов в периферийной части детектора и для регистрации электромагнитного излучения в более центральной его области. Модули электромагнитного калориметра и торцевых адронных калориметров в качестве вещества поглотителя используют жидкий аргон, что обеспечивает необходимое быстродействие, высокое разрешение и высокую радиационную стойкость детектора. Адронный калориметр в более приближенной к центру части собран из железных пластин, прослоенных сцинтилляторами. Это более дешевая и достаточно надежная конструкция по сравнению с жидкоаргонными калориметрами.
    Мюонная система ATLAS расположена за калориметрами, в которых поглощаются все электроны, фотоны и адроны. Мюоны имеют высокую проникающую способность и в калориметрах поглощаются очень мало. Поэтому практически все зарегистрированные мюонной системой заряженные частицы являются мюонами. Основным типом детекторов в мюонной системе являются дрейфовые трубки диаметром 3 см. Результаты измерений, полученные с помощью мюонной системы (внешней трековой системы), «сшиваются» с данными внутреннего детектора для полной идентификации частиц.
    Установка ATLAS размещена под землей на глубине 100 м. Соударения протонных пучков (банчей) будут происходить каждые 25 наносекунд, т. е. с частотой 40 МГц. При планируемой на первом этапе светимости ускорителя 10³³см^-2с^-1при каждом столкновении пучков будет происходить в среднем 2-3 протонных соударения. При светимости^{10³⁴см^-2с^-1при каждом столкновении пучков будет происходить ~25 протонных соударений.
    По мере увеличения энергии сталкивающихся пучков детектирование
продуктов столкновения становится все более сложной задачей.}

Рис. 3. Поперечное сечение детектора ATLAS: 1 – вакуумная труба, в которой происходит ускорение частиц; 2 – трековый детектор; 3 – соленоидальный магнит; 4 – электромагнитный калориметр; 5 – адронный калориметр; 6 – мюонный детектор

Детектор ATLAS будет выдавать огромный объём информации. LHC будет создавать в центре детектора почти 10⁹протон-протонных столкновений в секунду (как уже отмечалось, протонные банчи будут сталкиваться каждые 25 наносекунд). Такому числу рр-столкновений отвечает объем информации, превышающий 40 миллионов мегабайтов. Для того чтобы выбрать потенциально интересные события (по оценкам их должно быть меньше 100 в секунду), будет использована специальная многоуровневая компьютерная система. Выбранные события подвергнутся особо тщательному off-line анализу.
Гигантский объём информации, поступающий с детектора ATLAS (примерно 10⁶ гигабайтов в год), будет распределяться среди примерно 2000 физиков из 34 стран и анализироваться ими. Вычислительные ресурсы, необходимые для такого анализа, эквивалентны более чем 10 000 РС Pentium III с частотой 500 МГц. Для успешной обработки данных с детектора ATLAS будут использованы самые последние достижения компьютерных технологий и операционных систем.

См. также

Большой Адронный коллайдер будет светить ярче

В текущем 2018 году началась реализация проекта по модернизации БАК/LHC и вывода его на более высокую светимость. Цель дорогостоящего предприятия, завершение которого планируется на 2026 год, состоит в качественном повышении степени производительности этого, наверное, самого большого в истории науки, прибора в надежде вырвать у природы её самые сокровенные, а потому хорошо припрятанные, тайны.

Этот контент был опубликован 19 июля 2018 года – 11:00 19 июля 2018 года – 11:00

Саймон Бредли

Уроженец Лондона, Саймон – мультимедийный журналист, работающий в SWI swissinfo. ch с 2006 года. Он говорит на французском, немецком и испанском языках, освещает работу ООН и других международных организаций со штаб-квартирами в Женеве, а кроме того, и целый ряд других тем, главным образом во франкоязычной части Швейцарии.

Больше материалов этого / этой автора | Англоязычная редакция

Саймон Бредли (Саймон Бредли), swissinfo.ch

Доступно на 4 других языках

Что такое БАК?

Ускоритель заряженных частиц БАК (Большой Адронный коллайдерВнешняя ссылка) — это двойной подземный закольцованный туннель диаметром в 27 км и протяжённостью около 100 км. Под землёй в качестве составных элементов коллайдера смонтированы четыре огромных, высотой со средневековый собор, детектора элементарных частиц. Именно поэтому коллайдер и назван «Большим».

«Адронным» же он называется потому, что он ускоряет адроны, то есть протоны и тяжёлые ядра атомов. Ну, а само понятие «коллайдер» является производным от англ. слова collider — сталкиватель, поскольку внутри БАК происходит направленное и запланированное столкновение пучков ускоренных частиц. Сталкиваются они во встречных направлениях, результаты столкновений фиксируются и анализируются в уже упомянутых детекторах. Зачем нужно все это фиксировать и анализировать?

Дело в том, что только таким образом учёные могут смоделировать и изучить то, что происходило в первые наносекунды после так называемого Большого взрыва, в результате которого, как считается, более 13 млрд лет назад возникла наша Вселенная. Кроме того, БАК позволяет получать ранее немыслимые результаты в рамках изучения особенностей физики элементарных частиц, приближаясь к разгадке таких феноменов, как «тёмная материя», «тёмная энергия» и «антиматерия».

Именно в рамках всех их прорывных исследований учёным в CERNВнешняя ссылка в 2012 году впервые удалось доказать наличие так называемого «бозона Хиггса», который, в свою очередь, помогает понять, откуда берут свою массу элементарные частицы, лежащие в основании материи как таковой.

Как работает БАК?

В коллайдере происходит направленное и запланированное столкновение пучков ускоренных частиц, причём сталкиваются они во встречных направлениях. Скорость частиц в БАК близка к скорости света в вакууме. Разгон частиц до таких больших энергий достигается в несколько этапов.

На первом этапе низкоэнергетические линейные ускорители Linac 2 и Linac 3 производят инжекцию (вброс) протонов и ионов свинца для их дальнейшего ускорения. Затем частицы попадают в протонный синхротрон, двигаясь уже со скоростью, близкой к световой. После этого ускорение частиц продолжается в протонном супер-синхротроне. Затем сгусток протонов направляют в основное кольцо БАК. События, происходящие в точках столкновения, регистрируются детекторами.

В БАК смонтированы четыре больших детектора (ATLAS, CMS, ALICE, LHCb), которые расположены вокруг точек столкновения пучков. Вспомогательные детекторы TOTEM и LHCf находятся на удалении в несколько десятков метров от этих точек. Детекторы ATLAS и CMS были специально предназначены для поиска бозона Хиггса и тёмной материи. Детектор ALICE используется для изучения кварк-глюонной плазмы в столкновениях тяжёлых ионов свинца.

Детектор LHCb нужен для исследования физики b-кварков, что позволит лучше понять различия между материей и антиматерией. Детектор TOTEM предназначен для изучения рассеяния частиц на малые углы при близких пролётах без столкновений, что позволяет точнее измерить размер протонов, а также контролировать светимость коллайдера. Наконец, детектор LHCf построен для исследования космических лучей, моделируемых с помощью тех же несталкивающихся частиц.

Зачем потребовалось повышать производительность БАК?

Физики надеются, что увеличение производительности Большого Адронного коллайдера позволит повысить число столкновений заряженных частиц, что, в свою очередь, повысит вероятность совершения новых открытий. Производительность складывается из двух параметров.

Первый — энерговооружённость. Она является для БАК одним из самых важных параметров. Ускоритель рассчитывался на столкновения протонов с суммарной энергией 14 тераэлектронвольт. По состоянию на конец 2016 года БАК, еще не выйдя на проектную мощность, тем не менее, уже заметно превосходил предыдущего рекордсмена, а именно, протон-антипротонный коллайдер Тэватрон Национальной ускорительной лаборатории им. Энрико Ферми в США, который достигал показателя в 13 тераэлектронвольт.

На сайте CERN можно прочитатьВнешняя ссылка, что энергияВнешняя ссылка в 1,0 тераэлектронвольт равна энергии полета комара, однако особенность БАК состоит в том, что он способен поместить эту энергию в пространство, которое в миллиард раз этого самого комара меньше. Учёные рассчитывают, что энергия в 14 тераэлектронвольт будет на базе БАК достижима уже в 2020 году, но это был бы уже предел, обусловленный техническими параметрами ускорителя.

Не менее важной для БАК является и второй параметр, так называемая «светимость». В экспериментальной физике элементарных частиц «светимостью» называют параметр ускорителя, характеризующий интенсивность столкновения частиц пучка с частицами фиксированной мишени. Светимость Большого Адронного коллайдера во время первых недель работы пробега была не более 1 029 частиц/см²·с, но она продолжает постоянно повышаться. Целью является достижение номинальной светимости в 1,7·1034 частиц/см²·с.

Это позволит увеличить объем информации, получаемой в результате столкновения частиц, почти на порядок. Тем самым в будущем БАК сможет куда более сильно и яснее «освещать» материю и, соответственно, получать более точные и более многочисленные результаты исследований. «Большая светимость — то есть большее число столкновений заряженных частиц — поможет нам более точно определить, что же там, в глубинах материи, все-таки находится», — говорит Луцио России (Lucio Rossi), руководитель проекта повышения светимости БАК (HL-LHC).

Какие в итоге результаты надеются получить учёные CERN?

Повышение производительности БАК позволит лучше, то есть точнее, изучить особенности бозона ХиггсаВнешняя ссылка, понять, как возникает эта частица, как и почему она распадается и как взаимодействует с другими частицами. Учёные CERN утверждают, что повышение «светимости» БАК позволит получать в год 15 млн Бозонов Хиггса — на фоне 3 млн, полученных в 2017 году, это будет и в самом деле огромным шагом вперёд. Кроме того, «прокачанный» БАК позволит учёным более предметно и подробно приняться за изучение самых сложных проблем физики.

Среди них т.н. суперсимметрия (гипотетическое преобразование, которое способно переводить вещество во взаимодействие, или в излучение, и наоборот), теория струн (основана на гипотезе о том, что все элементарные частицы и их фундаментальные взаимодействия возникают в результате колебаний и взаимодействий ультрамикроскопических квантовых «струн») или вопрос так называемых «квантовых суперпозиций», в центре которого стоит проблема одновременного существования взаимоисключающих состояний. Решение этого вопроса может приблизить человечество к созданию т.н. квантовых компьютеровВнешняя ссылка.

В конечном счёте все это поможет решить главную задачу Большого Адронного коллайдера, а именно, достоверно обнаружить хоть какие-нибудь отклонения от Стандартной модели, то есть существующей и признанной учёными теоретической конструкции, описывающей электромагнитное, слабое и сильное взаимодействие всех элементарных частиц. Стандартная модель не является «теорией всего», так как она не описывает и не учитывает тёмную материю, тёмную энергию и не включает в себя гравитацию. Новый БАК поможет сделать шаг в сторону расширения и совершенствования Стандартной модели.

Как учёные намерены повысить «светимость» БАК?

Как мы уже говорили, в экспериментальной физике «светимостью» называют параметр, характеризующий интенсивность столкновения разогнанных частиц с частицами фиксированной мишени. Отсюда ясно, что увеличение светимости коллайдера потребует увеличения интенсивности пучков и повышения степени и точности их фокусировки. В противном случае частицы будут просто пролетать мимо друг друга, не взаимодействуя.

Специально разработанные «крабовые резонаторыВнешняя ссылка» будут «наклонять» пучки протонов так, чтобы увеличить периметр зоны, в границах которой возможны их столкновения. Большое значение при этом уделяется магнитному полю. В настоящий момент БАК оснащён большим количеством магнитов, но лишь небольшая их часть действительно занимается ускорением частиц, остальные просто удерживают частицы внутри коллайдера. Поэтому, чтобы увеличить светимость коллайдера, следует качественно усилить магнитное поле, иначе частицы будут просто вылетать из ускорителя.

Внутри коллайдера планируется дополнительно установить 130 магнитов с повышенной мощностью (индукцией). Они будут смонтированы на основе сверхпроводящего материала станнид триниобия (Nb3Sn), а этот материал гораздо сложнее в обращении и дороже, чем традиционный титанат ниобия (NbTi). Работу этих магнитов будут поддерживать 15 «крабовых резонаторов», установленных в специальных «норах».

Внешний контент

О проекте модернизации БАК/LHC на более высокую светимость: на английском языке.

Насколько велик предстоящий объём работ и какая от всего этого польза обществу?

В общей сложности техническое перевооружение и модернизация затронут примерно 1,2 км от общей протяженности БАК. Строительные работы будут проводиться на двух площадках в Швейцарии и двух во Франции, предстоит возвести новые здания, проложить дополнительные шахтные ходы, обустроить подземные производственные помещения.

Цена вопроса достигнет примерно 1,2 млрд шв. франков или 1,0 млрд евро. Участие в проекте принимают 29 партнёров из 13 стран. БАК будет продолжать все это время работать в обычном режиме, с двумя перерывами в 2019-2020 гг. и 2024-2026 гг. Что же касается утилитарной, прикладной пользы, то в средне- и долгосрочной перспективе она очевидна.

Наряду с расширением горизонта познания и обучением нового поколения инженеров и экспериментальных физиков работа модернизированного БАК позволит заложить основы качественно новых технологий в сферах сверхпроводимости и вакуума. Материалы со сверхпроводимостью могут найти, и уже сейчас находят, применение в медицинской диагностике и лечении онкологических заболеваний.

Кроме того, сверхпроводящие провода на основе диборида магния, применяемые сейчас в рамках проекта модернизации БАК, могут в будущем еще более широко использоваться для создания, например, магниторезонансных томографов в качестве замены проводов из традиционного низкотемпературного ниобий-титана.

Статья в этом материале

Ключевые слова:

Эта статья была автоматически перенесена со старого сайта на новый. Если вы увидели ошибки или искажения, не сочтите за труд, сообщите по адресу community-feedback@swissinfo. ch Приносим извинения за доставленные неудобства.

Большой адронный коллайдер и фундаментальные вопросы науки

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Сергей Лесков

Применение гелия в Адронном коллайдере

БАК или Большой Адронный коллайдер известен во всем мире как LHC (Large Hadron Collider). Его размер действительно огромен, т.к. в периметре это кольцо составляет около 27 километров.

Определение «адронный» означает, что он создан для ускорения тяжелых ядер и протонов, являющихся адронами, т.е. состоящими из кварков частицами. Коллайдером этот гигантский прибор наречен потому, что адроны разгоняются в двух пучках, которые циркулируют в разных направлениях, а затем сталкиваются друг с другом в специальных местах.

БАК расположен возле Женевы, на территории Франции и Швейцарии на глубине 100 метров. До коллайдера в этом же месте находился электрон -позитронный коллайдер . Весь комплекс исследований данного крупнейшего международного проекта координируется Европейским центром ядерных исследований (ЦЕРНом). Для работы здесь привлечены десятки тысяч научных работников из десятков стран мира.

БАК является сложнейшей научной установкой за всю историю развития научных исследований. Он начал строиться в начале 21 века, а его отдельные узлы и компоненты проектировались и создавались в сотнях исследовательских лабораторий во всем мире.Непосредственная сборка БАК была произведена примерно за два года. Для свободного циркулирования протонных пучков внутри ускорителя создан колоссальный вакуум.

Однако даже при давлении около 10–13 атм иногда происходит столкновение молекул остаточного газа с протонами, что до нескольких дней уменьшает время жизни пучка. Полный объем вакуумирования трубы сопоставим с объемом большого здания, хотя радиус у нее не превышает 5 см.

Одной из важнейших составляющих инфраструктуры коллайдера является криогенная система охлаждения ускорительного кольца. Ее задача заключается в поддержании в поворотных магнитах и некоторых других элементах системы температуры – 271,25 градусов Цельсия (1,9К). При такой температуре сверхпроводник сможет безопасно держать нужный ток и создавать необходимое магнитное поле. Поддержание рабочей температуры в БАКе происходит благодаря уникально высокой теплопроводности сверхтекучего гелия.

Гелиевый канал на коллайдере передает киловатты тепла при изменении температур всего в 0,1К на расстоянии один километр! Охладительная система ускорителя многоступенчатая. Для нее используется около 1 миллиона литров жидкого гелия и 12 миллионов литров жидкого азота. Ежедневно, в ходе своей работы БАК потребляет около половины тонны жидкого гелия и до трех грузовиков жидкого азота.

С оперативной безопасной поставкой гелия не возникнет никаких проблем, если вы обратитесь в нашу фирму. Убедитесь в нашей надежности и профессионализме уже сейчас.

Жидкий гелий в сосуде Дьюара

Данный газ получают, в основном, из широко распространенного природного или нефтяного газа. Впервые как химический элемент его идентифицировали в третьей четверти девятнадцатого века.

Что может гелий?

Гелий легче воздуха, а подъёмная сила шариков среднего размера составляет 1,5 грамма. Это значит, что 50 шаров смогут поднять шоколадку весом 100 г или небольшой подарок.

Гелий для шариков

Гелий — это средство для лечения астмы, защитная среда для сварки, часть искусственного воздуха, подаваемого водолазам.

Применение гелия в Адронном коллайдере

БАК или Большой Адронный коллайдер известен во всем мире как LHC (Large Hadron Collider). Его размер действительно огромен, т. к. в периметре это кольцо составляет около 27 километров.

Новосибирские физики модернизируют Большой адронный коллайдер

10 Мар 2020, 09:02

Новосибирские физики принимают участие в модернизации Большого адронного коллайдера (БАК) в Швейцарии. Они исследуют материалы для покрытия вакуумной камеры ускорителя, чтобы добиться максимального вакуума при интенсивном излучении.

Ученые Института ядерной физики СО РАН (ИЯФ) исследуют эффективность покрытий вакуумных камер для получения предельного вакуума при высокоинтенсивном излучении. Первые результаты показали эффективность применения аморфного углерода. Итог их работ будут использованы при модернизации Большого адронного коллайдера в Швейцарии.

«В рамках проекта по модернизации предполагается использовать в качестве покрытия вакуумной камеры аморфный углерод, имеющий низкий коэффициент вторичной электронной эмиссии. Необходимо было изучить поведение этого материала и исследовать динамические характеристики вакуумной системы в условиях мощного синхротронного излучения», — рассказал ведущий научный сотрудник ИЯФ Вадим Анашин.

Вместе с коллегами из Европейской организаций по ядерным исследованиям (ЦЕРН) в ИЯФе создали экспериментальную установку, которая позволит изучать эффективность различных покрытий вакуумных камер. Это ответвление от основного кольца коллайдера ВЭПП-2000, прототип вакуумной камеры будущего модернизированного коллайдера. Характеристики новосибирской установки позволяют проводить эксперименты в условиях, максимально близких к будущему коллайдеру.

«Мы исследовали покрытие из аморфного углерода при комнатной температуре, следующий шаг — исследование этого же покрытия при низких температурах, то есть в диапазоне от комнатной температуры до -260 градусов по Цельсию», — рассказал Тайге.инфо сотрудник ИЯФ Сергей Демин.

Для проведения эксперимента основную работу коллайдера на некоторое время приостановили. Его перевели в режим синхротрона, то есть запустили туда один пучок вместо обычных двух. На следующем этапе исследователи будут экспериментировать с охлажденным материалом.

«Самое главное значение для нас — участие института в большом международном эксперименте, а также развитие собственных технологий, — заметил Тайге.инфо директор ИЯФа Павел Логачев, — Потом мы сможем применять их в своих ускорительных системах, это нужно не только ИЯФу, но и федеральным ядерным центрам»

Модернизацию БАК планируется начать в 2024 году. Задача ученых — создать установку, светимость (характеристика эффективности ускорителя) которой в пять раз превысит существующую. Также результаты работы новосибирских физиков будут использоваться для проектирования 100-километрового Будущего кольцевого коллайдера в Женеве.

Факты и цифры о LHC

Видны два магнита LHC до того, как они соединятся вместе. Синие цилиндры содержат магнитное ярмо и катушку дипольных магнитов вместе с системой жидкого гелия, необходимой для охлаждения магнита, чтобы он стал сверхпроводящим.

В конце концов, это соединение будет сварено вместе, так что балки останутся внутри балочных труб. (Изображение: CERN)

Большой адронный коллайдер (БАК) – самый мощный из когда-либо построенных ускорителей элементарных частиц.Ускоритель находится в туннеле на глубине 100 метров под землей в ЦЕРНе, Европейской организации ядерных исследований, на франко-швейцарской границе недалеко от Женевы, Швейцария.

Что такое LHC?

LHC – это ускоритель частиц, который приближает протоны или ионы к скорости света. Он состоит из 27-километрового кольца сверхпроводящих магнитов с рядом ускоряющих структур, которые увеличивают энергию частиц по пути.

Почему он называется «Большой адронный коллайдер»?

«Большой» относится к его размеру, примерно 27 км в окружности.
«Адрон», потому что он ускоряет протоны или ионы, которые принадлежат к группе частиц, называемых адронами.
«Коллайдер», потому что частицы образуют два луча, движущихся в противоположных направлениях, которые сталкиваются в четырех точках вокруг машины.

Как работает LHC?

Ускорительный комплекс ЦЕРН представляет собой последовательность машин со все более высокой энергией.Каждая машина ускоряет пучок частиц до заданной энергии, прежде чем направить пучок в следующую машину в цепочке. Эта следующая машина доводит луч до еще более высокой энергии и так далее. LHC – последний элемент этой цепочки, в которой лучи достигают максимальной энергии.

Ускорительный комплекс CERN (Изображение: CERN)

Внутри LHC два пучка частиц движутся со скоростью, близкой к скорости света, прежде чем они столкнутся. Лучи движутся в противоположных направлениях в отдельных лучевых трубках – двух трубках, в которых поддерживается сверхвысокий вакуум.Они направляются вокруг кольца ускорителя сильным магнитным полем, поддерживаемым сверхпроводящими электромагнитами. Ниже определенной характеристической температуры некоторые материалы переходят в сверхпроводящее состояние и не оказывают сопротивления прохождению электрического тока. Поэтому электромагниты в LHC охлаждаются до –271,3 ° C (1,9K) – температуры ниже, чем в космосе, – чтобы воспользоваться этим эффектом. Ускоритель подключен к обширной системе распределения жидкого гелия, который охлаждает магниты, а также к другим службам снабжения.

Каковы основные цели LHC?

Стандартная модель физики элементарных частиц – теория, разработанная в начале 1970-х годов, которая описывает фундаментальные частицы и их взаимодействия – точно предсказала широкий спектр явлений и до сих пор успешно объясняла почти все экспериментальные результаты в физике элементарных частиц. Но Стандартная модель неполный. Это оставляет много вопросов, на которые LHC поможет ответить.

Каково происхождение массы? Стандартная модель не объясняет ни происхождение массы, ни то, почему одни частицы очень тяжелые, а другие вообще не имеют массы.Однако теоретики Роберт Браут, Франсуа Энглер и Питер Хиггс выдвинули предложение, которое должно было решить эту проблему. Механизм Браута-Энглерта-Хиггса придает массу частицам, когда они взаимодействуют с невидимым полем, которое теперь называется «полем Хиггса», которое пронизывает вселенную. Частицы, которые интенсивно взаимодействуют с полем Хиггса, тяжелые, тогда как частицы, которые взаимодействуют слабо, – легкие. В конце 1980-х физики начали поиск бозона Хиггса, частицы, связанной с полем Хиггса.В июле 2012 года ЦЕРН объявил об открытии бозона Хиггса, что подтвердило механизм Браута-Энглерта-Хиггса. Однако обнаружение этого еще не конец истории, и исследователи должны подробно изучить бозон Хиггса, чтобы измерить его свойства и определить его более редкие распады.
Найдем ли мы доказательства суперсимметрии ? Стандартная модель не предлагает единого описания всех фундаментальных сил, поскольку по-прежнему сложно построить теорию гравитации, аналогичную теориям для других сил.Суперсимметрия – теория, которая выдвигает гипотезу о существовании более массивных партнеров известных нам стандартных частиц – может способствовать объединению фундаментальных сил.
Что такое темная материя и темная энергия ? Известная нам материя, из которой состоят все звезды и галактики, составляет всего 4% от содержания Вселенной. Тогда все еще открыт поиск частиц или явлений, ответственных за темную материю (23%) и темную энергию (73%).
Почему во Вселенной намного больше материи, чем антиматерии ? Материя и антивещество должны были образоваться в одинаковых количествах во время Большого взрыва, но, судя по тому, что мы наблюдали до сих пор, наша Вселенная состоит только из материи.
Как кварк-глюонная плазма дает начало частицам, составляющим материю нашей Вселенной? Часть каждого года LHC обеспечивает столкновения между ионами свинца, воссоздавая условия, аналогичные тем, которые возникли сразу после Большого взрыва.Когда тяжелые ионы сталкиваются при высоких энергиях, они на мгновение образуют кварк-глюонную плазму, «огненный шар» из горячей и плотной материи, который можно изучать с помощью экспериментов.

Как был разработан БАК?

Ученые начали думать о LHC в начале 1980-х, когда предыдущий ускоритель, LEP, еще не работал. В декабре 1994 года Совет ЦЕРН проголосовал за одобрение строительства LHC, а в октябре 1995 года был опубликован отчет о техническом проектировании LHC.

Вклад Японии, США, Индии и других государств, не являющихся членами, ускорил этот процесс, и в период с 1996 по 1998 год четыре эксперимента (ALICE, ATLAS, CMS и LHCb) получили официальное одобрение, и на четырех площадках начались строительные работы.

Важные цифры: энергия LHC для Run 2

Кол-во

Номер

Окружность

Рабочая температура диполя

Количество магнитов

Количество основных диполей

Количество основных квадруполей

Количество ВЧ резонаторов

Номинальная энергия, протоны

Номинальная энергия, ионы

Номинальная энергия, столкновения протонов

№сгустков на пучок протонов

Количество протонов в сгустке (в начале)

Число оборотов в секунду

Количество столкновений в секунду

26 659 кв.м

1,9 К (-271,3 ° С)

9593

1232

392

8 на балку

6,5 ТэВ

2,56 ТэВ / нуклон (энергия на нуклон)

13 ТэВ

2808

1.2 х 10 ¹¹

11245

1 миллиард

Какие детекторы на LHC?

На LHC установлено семь экспериментов: ALICE, ATLAS, CMS, LHCb, LHCf, TOTEM и MoEDAL. Они используют детекторы для анализа множества частиц, образующихся в результате столкновений в ускорителе. Эти эксперименты проводятся учеными из институтов со всего мира. Каждый эксперимент индивидуален и характеризуется своими детекторами.

Каков поток данных экспериментов на LHC?

Центр обработки данных ЦЕРН хранит более 30 петабайт данных в год по экспериментам на LHC, чего достаточно, чтобы заполнить около 1,2 миллиона дисков Blu-ray, т. Е. 250 лет видео высокой четкости. На ленте постоянно хранится более 100 петабайт данных.

Сколько стоит LHC?

Строительные затраты (млн. Швейцарских франков)

	Материалы
БАК и площадки *	3756
Доля ЦЕРН в области детекторов и детекторов **	493
Вычисления на LHC (доля ЦЕРН)	83
Итого	4332

* Сюда входят: НИОКР машины и форсунки, испытания и предпусковая подготовка.
** Содержит затраты на инфраструктуру (например, пещеры и сооружения). Общая стоимость всех детекторов LHC составляет около 1500 MCHF

Экспериментальные коллаборации – это отдельные организации, финансируемые независимо от ЦЕРН. ЦЕРН является участником каждого эксперимента и вносит свой вклад в поддержание и эксплуатационный бюджет экспериментов на LHC.

Затраты на запуск 1
Затраты на эксплуатацию LHC во время работы (прямые и косвенные затраты) составляют около 80% годового бюджета ЦЕРН на эксплуатацию, техническое обслуживание, технические остановки, ремонт и работы по консолидации персонала и материалов (для станка). , форсунки, вычисления, эксперименты).
Непосредственно выделенные ресурсы на 2009-2012 годы составили около 1,1 миллиарда швейцарских франков.
Затраты на LS1
Стоимость длительного останова 1 (22 месяца) оценивается в 150 миллионов швейцарских франков. Стоимость работ по техническому обслуживанию и модернизации составляет около 100 миллионов швейцарских франков для LHC и 50 миллионов швейцарских франков для ускорительного комплекса без LHC.

Какая потребляемая мощность LHC?

Общая потребляемая мощность LHC (и экспериментов) эквивалентна 600 ГВтч в год с максимумом 650 ГВтч в 2012 году, когда LHC работал при 4 ТэВ.Для прогона 2 расчетная потребляемая мощность составляет 750 ГВтч в год.
Общее потребление энергии ЦЕРН составляет 1,3 ТВтч в год, в то время как общее производство электроэнергии в мире составляет около 20000 ТВтч, в Европейском Союзе – 3400 ТВтч, во Франции – около 500 ТВтч, а в кантоне Женева – 3 ТВтч.

Каковы основные достижения LHC на данный момент?

См. Вехи LHC.

Каковы основные цели второго запуска LHC?

Открытие бозона Хиггса было только первой главой истории LHC.Действительно, перезапуск машины в этом году знаменует собой начало нового приключения, поскольку она будет работать с почти вдвое большей энергией, чем при первом запуске. Благодаря работе, проделанной во время Long Shutdown 1, LHC теперь сможет производить столкновения 13 ТэВ (6,5 ТэВ на пучок), что позволит физикам продолжить изучение природы нашей Вселенной.

Как долго будет работать LHC?

Планируется, что LHC будет работать в течение следующих 20 лет, с несколькими остановками, запланированными для модернизации и технического обслуживания.

Большой адронный коллайдер – Совет по науке и технологиям

Мы переезжаем на ukri.org. Некоторые ссылки могут привести вас туда. Если вы не можете найти то, что ищете, попробуйте ukri.org/stfc.

Узнайте об участии в CERN

БАК
с высоты птичьего полета (Источник: ЦЕРН)

Большой адронный коллайдер (LHC) – безусловно, самый мощный ускоритель элементарных частиц, построенный на сегодняшний день. После обновления LHC теперь работает с энергией, которая в 7 раз выше, чем у любой предыдущей машины! LHC базируется в европейской лаборатории физики элементарных частиц CERN, недалеко от Женевы в Швейцарии.ЦЕРН – крупнейшая в мире лаборатория, занимающаяся фундаментальной наукой.

LHC позволяет ученым воспроизвести условия, существовавшие в пределах миллиардной секунды после Большого взрыва, путем встречных пучков протонов или ионов высокой энергии с колоссальными скоростями, близкими к скорости света. Это был момент, около 13,7 миллиарда лет назад, когда Вселенная, как полагают, началась с взрыва энергии и вещества. В эти первые моменты возникли все частицы и силы, которые формируют нашу Вселенную, определяя то, что мы видим сейчас.

Эволюция Вселенной после большого взрыва
(Источник: ЦЕРН)

LHC – это именно то, что предполагает его название – большой коллайдер адронов (любой частицы, состоящей из кварков). Строго говоря, LHC относится к коллайдеру; машина, заслуживающая того, чтобы ее называли «большой», она не только весит более 38 000 тонн, но и проходит 27 км (16,5 миль) по круглому туннелю на глубине 100 метров под землей. Частицы движутся в двух лучах вокруг LHC со скоростью 11 000 витков в секунду, управляемые массивными сверхпроводящими магнитами! Затем эти два луча пересекаются, и некоторые частицы сталкиваются друг с другом.

Однако коллайдер – лишь одна из трех основных частей проекта LHC. Два других:

Техническое обслуживание балки LHC
(Источник: ЦЕРН)

Детекторы
Каждый из четырех основных детекторов расположен в огромных камерах вокруг кольца LHC, чтобы обнаруживать результаты столкновения частиц. ATLAS, ALICE, CMS и LHCb.
Worldwide LHC Computing Grid (WLCG)
Глобальная сеть компьютеров и программного обеспечения, которая необходима для обработки массивов данных, регистрируемых всеми детекторами LHC.

LHC действительно глобален по своим масштабам, потому что проект LHC поддерживается огромным международным сообществом ученых и инженеров. Работая в многонациональных командах по всему миру, они создают и тестируют оборудование и программное обеспечение, участвуют в экспериментах и анализируют данные. Великобритания играет важную роль в этом проекте, и над всеми основными экспериментами работают ученые и инженеры.

В Великобритании инженеры и ученые из 20 исследовательских центров участвуют в проектировании и изготовлении оборудования, а также в анализе данных.Британские исследователи работают со всеми четырьмя основными детекторами и компьютерной сеткой. Британский персонал в ЦЕРНе играет ведущую роль в управлении коллайдером и детекторами.

Глобус вычислительной сети на LHC в компьютерный центр
(Источник: ЦЕРН)

Общая стоимость строительства LHC составила приблизительно 3,74 миллиарда фунтов стерлингов и состоит из трех основных компонентов ¹:

Ускоритель (3 миллиарда фунтов стерлингов)
Эксперименты (728 миллионов фунтов стерлингов)
Компьютеры (17 миллионов фунтов стерлингов)

Общая стоимость была в основном разделена между 20 государствами-членами CERN, при значительном вкладе шести стран-наблюдателей.

В проекте LHC участвовали 111 стран в разработке, создании и тестировании оборудования и программного обеспечения, и теперь они продолжают участвовать в экспериментах и анализе данных. Степень участия варьируется от страны к стране, при этом одни могут внести больше финансовых и человеческих ресурсов, чем другие.

_{¹ ЦЕРН, спросите эксперта}

Многие университеты Великобритании вносят свой вклад в ЦЕРН посредством исследований и поддержки науки тем или иным образом.Но есть особенно 20 университетов с британскими центрами LHC:

LHC был построен в туннеле, первоначально построенном для предыдущего коллайдера, LEP (Большой электронно-позитронный коллайдер). Это было наиболее экономичное решение для построения LEP и LHC. Было дешевле построить подземный туннель, чем приобретать аналогичный участок земли над землей. Размещение машины под землей также значительно снижает воздействие на окружающую среду LHC и связанной с ним деятельности.

Скала, окружающая LHC, представляет собой естественный щит, который уменьшает количество естественного излучения, которое достигает LHC, и это уменьшает помехи для детекторов.И наоборот, излучение, производимое при работе LHC, надежно защищено от окружающей среды 50-100-метровыми каменными породами.

Может ли БАК создать новую вселенную?

Люди иногда ссылаются на БАК, воссоздающий Большой взрыв, но это вводит в заблуждение. На самом деле они означают:

воссоздает условия и энергии, которые существовали вскоре после начала Большого взрыва, а не в момент начала Большого взрыва
воссоздает условия в крошечном масштабе, а не в том же масштабе, что и оригинальный Big Bang
воссоздает энергии, которые постоянно производятся естественным путем (космические лучи высокой энергии, попадающие в атмосферу Земли), но по желанию и внутри сложных детекторов, отслеживающих происходящее.

Нет Большого Взрыва – значит, нет возможности создания новой Вселенной.

ЦЕРН никогда не участвовал в исследованиях ядерной энергетики или ядерного оружия, но многое сделал для улучшения нашего понимания фундаментальной структуры атома.

Название ЦЕРН на самом деле является историческим пережитком от названия совета, который был основан с целью создания европейской организации для исследований в области физики мирового уровня. CERN расшифровывается как «Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire» (или Европейский совет по ядерным исследованиям). В то время, когда был основан ЦЕРН (1952 – 1954), физические исследования изучали внутреннюю часть атома, объясняя слово «ядерный» в его названии.Совет был распущен после создания новой организации (Европейской организации ядерных исследований), но название ЦЕРН осталось.

Это маловероятно по двум основным причинам:

Во-первых, ЦЕРН и работающие там ученые и инженеры и их исследования не заинтересованы в исследованиях оружия. Они стараются понять, как устроен мир, и определенно не пытаются его разрушить.

Во-вторых, пучки частиц высокой энергии, производимые на LHC, требуют огромной машины, потребляющей 120 МВт мощности и содержащей 91 тонну переохлажденного жидкого гелия.Сами лучи обладают большой энергией (эквивалент целого поезда Eurostar, движущегося на максимальной скорости), но их можно поддерживать только в вакууме. При попадании в атмосферу луч немедленно взаимодействует с атомами в воздухе и рассеивает всю их энергию на очень коротком расстоянии.

LHC действительно производит очень высокие энергии, но эти уровни энергии ограничены крошечными объемами внутри детекторов. Многие частицы высокой энергии в результате столкновений производятся каждую секунду, но детекторы предназначены для отслеживания и остановки всех частиц (кроме нейтрино), поскольку улавливание всей энергии столкновений имеет важное значение для определения того, какие частицы были произведены.Подавляющее большинство энергии столкновений поглощается детекторами, а это означает, что очень небольшая часть энергии столкновений может уйти.

Столкновения с энергиями намного выше, чем в эксперименте, довольно часты во Вселенной! Даже солнечное излучение, бомбардирующее нашу атмосферу, может дать такие же результаты; эксперименты делают это более контролируемым образом для научных исследований. Основная опасность этих уровней энергии – для самой машины LHC. Пучок частиц обладает энергией поезда Eurostar, движущегося на полной скорости, и если что-то случится, что дестабилизирует пучок частиц, существует реальная опасность того, что вся эта энергия будет отклонена в стенку лучевой трубы и магниты LHC. , нанося большой ущерб.

На LHC есть несколько автоматических систем безопасности, которые контролируют все критические части LHC. Если случается что-нибудь непредвиденное (например, сбой питания или магнита), луч автоматически «сбрасывается», впрыскиваясь в слепой туннель, где его энергия безопасно рассеивается. Все это происходит за миллисекунды, а это означает, что частицы прошли бы менее 3-х витков до завершения дампа.

Контакты

Charlotte Jamieson
UK CERN Менеджер по связям и ускорителям программы
Тел .: +44 (0) 1793 442027

Энтони Давенпорт
Менеджер по поддержке программы
Тел .: +44 (0) 1793 442004

Посетите веб-сайт ЦЕРН.
По вопросам СМИ обращайтесь по телефону: +44 (0) 1235 445 627

Большой адронный коллайдер, возможно, только что открыл новую физику.

Большой адронный коллайдер (LHC) вызвал ажиотаж во всем мире в марте, когда физики элементарных частиц сообщили соблазнительные доказательства новой физики – потенциально новой силы природы.Теперь наш новый результат гигантского коллайдера частиц ЦЕРН, который еще не прошел рецензирование, кажется, добавляет дополнительную поддержку этой идее.

Наша лучшая в настоящее время теория частиц и сил известна как стандартная модель, которая с безошибочной точностью описывает все, что мы знаем о физических веществах, из которых состоит мир вокруг нас. Стандартная модель, без сомнения, является наиболее успешной научной теорией из когда-либо записанных, но в то же время мы знаем, что она должна быть неполной.

Известно, что он описывает только три из четырех фундаментальных сил – электромагнитную силу, а также сильные и слабые силы, не считая гравитации.У него нет объяснения темной материи, которую астрономия утверждает, доминирует во Вселенной, и не может объяснить, как материя выжила во время Большого взрыва.

Поэтому большинство физиков уверены, что должно быть больше космических ингредиентов, которые еще предстоит открыть, и изучение множества фундаментальных частиц, известных как кварки красоты, является особенно многообещающим способом получить представление о том, что еще может быть там.

Красивые кварки, иногда называемые нижними кварками, представляют собой элементарные частицы, которые, в свою очередь, составляют более крупные частицы.Существует шесть разновидностей кварков, которые называются «верх», «низ», «странность», «очарование», «красота / низ» и «правда / верх». Например, верхние и нижние кварки составляют протоны и нейтроны в атомном ядре.

Красивые кварки нестабильны: в среднем они живут около 1,5 триллионных долей секунды, прежде чем распасться на другие частицы. На то, как распадаются прекрасные кварки, может сильно влиять существование других фундаментальных частиц или сил.

Когда красивый кварк распадается, он превращается в набор более легких частиц, таких как электроны, под действием слабого взаимодействия.Один из способов, которым новая сила природы может заявить о себе, – это незаметно изменить частоту распада прекрасных кварков на частицы разных типов.

Мартовская статья была основана на данных эксперимента LHCb, одного из четырех гигантских детекторов частиц, которые регистрируют результаты столкновений сверхвысоких энергий, произведенных LHC. («B» в LHCb означает «красота».) Было обнаружено, что кварки красоты распадались на электроны, а их более тяжелые собратья, называемые мюонами, с разной скоростью.

Это было поистине удивительно, потому что, согласно стандартной модели, мюон в основном является точной копией электрона – идентичным во всех отношениях, за исключением того, что он примерно в 200 раз тяжелее. Это означает, что все силы должны притягивать электроны и мюоны с равной силой – когда красивый кварк распадается на электроны или мюоны под действием слабого взаимодействия, это должно происходить одинаково часто.

Вместо этого мои коллеги обнаружили, что распад мюона происходит примерно на 85 процентов чаще, чем распад электрона.Если предположить, что результат верен, единственный способ объяснить такой эффект будет, если какая-то новая сила природы, которая по-разному тянет электроны и мюоны, мешает распаду красивых кварков.

Результат вызвал огромный ажиотаж среди физиков элементарных частиц. Мы десятилетиями искали признаки чего-то, выходящего за рамки стандартной модели, и, несмотря на 10 лет работы на LHC, до сих пор ничего убедительного не найдено. Таким образом, открытие новой силы природы было бы огромным делом и, наконец, могло бы открыть дверь к разгадке некоторых из самых глубоких загадок, стоящих перед современной наукой.

Результаты нового Большого адронного коллайдера

Хотя результат был заманчивым, он не был окончательным. Все измерения имеют определенную степень неопределенности или «ошибки». В данном случае вероятность того, что результатом является случайное статистическое колебание, составляла лишь примерно один шанс из 1000 – или «трех сигм», как мы говорим на языке физики элементарных частиц.

Один из 1000 может показаться не таким уж большим, но мы проводим очень большое количество измерений в области физики элементарных частиц, и поэтому вы можете ожидать, что небольшая горстка случайно выбросит выбросы.

Чтобы быть действительно уверенным, что эффект реален, нам нужно получить пять сигм – что соответствует менее чем одному шансу на миллион того, что эффект является жестокой статистической случайностью.

Чтобы добраться туда, нам нужно уменьшить размер ошибки, а для этого нам нужно больше данных. Один из способов добиться этого – просто провести эксперимент дольше и записать больше распадов. Эксперимент LHCb в настоящее время модернизируется, чтобы в будущем можно было регистрировать столкновения с гораздо большей скоростью, что позволит нам проводить гораздо более точные измерения.Но мы также можем получить полезную информацию из данных, которые мы уже записали, ища похожие типы распадов, которые труднее обнаружить.

Эксперимент с LHCb. CERN

Это то, что мы с коллегами сделали. Строго говоря, мы никогда не изучаем распады прекрасных кварков напрямую, поскольку все кварки всегда связаны вместе с другими кварками, образуя частицы большего размера. В мартовском исследовании изучались прекрасные кварки, объединенные в пары с «восходящими» кварками.

В нашем результате были изучены два распада: в одном прекрасные кварки были спарены с «нижними» кварками, а в другом они также были спарены с восходящими кварками.Однако то, что соединение отличается, не должно иметь значения – распад, который происходит глубоко внутри, такой же, и поэтому мы ожидаем увидеть тот же эффект, если действительно есть новая сила.

И это именно то, что мы видели. На этот раз распады мюонов происходили примерно на 70 процентов чаще, чем распады электрона, но с большей ошибкой, что означает, что результат составляет примерно «две сигмы» от стандартной модели (примерно два из ста шансов быть статистической аномалией. ).

Это означает, что, хотя результат сам по себе не является достаточно точным, чтобы претендовать на твердое доказательство существования новой силы, он очень близко совпадает с предыдущим результатом и добавляет дополнительную поддержку идее о том, что мы можем быть на грани крупный прорыв.

Конечно, надо быть осторожными. Есть еще какой-то способ уйти, прежде чем мы сможем с некоторой степенью уверенности заявить, что действительно наблюдаем влияние пятой силы природы. Мои коллеги в настоящее время усердно работают над тем, чтобы выжать как можно больше информации из существующих данных, в то же время усердно готовясь к первому запуску модернизированного эксперимента LHCb.

Между тем, другие эксперименты на LHC, а также эксперимент Belle 2 в Японии приближаются к тем же измерениям.Приятно думать, что в ближайшие несколько месяцев или лет может открыться новое окно в отношении самых фундаментальных компонентов нашей Вселенной.

Эта статья была первоначально опубликована на The Conversation Гарри Клиффа по телефону Кембриджский университет . Прочтите оригинальную статью здесь .

Как работает Большой адронный коллайдер

LHC позволит ученым наблюдать столкновения частиц на уровне энергии, намного превышающем любой предыдущий эксперимент. Некоторые люди опасаются, что такие мощные реакции могут вызвать серьезные проблемы для Земли. Фактически, некоторые люди настолько обеспокоены, что подали иск против ЦЕРН, пытаясь отсрочить активацию LHC. В марте 2008 года бывший офицер по ядерной безопасности Уолтер Вагнер и Луис Санчо возглавили иск, поданный в Гавайском университете.С. Районный суд. Они утверждают, что LHC потенциально может уничтожить мир [источник: MSNBC].

На чем основаны их опасения? Может ли БАК создать что-то, что могло бы положить конец всей жизни в том виде, в каком мы ее знаем? Что именно могло случиться?

Есть опасения, что LHC может производить черные дыры. Черные дыры – это области, в которых материя коллапсирует в точку бесконечной плотности. Ученые ЦЕРН признают, что LHC может производить черные дыры, но они также говорят, что эти черные дыры будут иметь субатомный масштаб и почти мгновенно схлопнутся.Напротив, черные дыры, изучаемые астрономами, являются результатом коллапса целой звезды. Между массой звезды и протона большая разница.

Еще одна проблема заключается в том, что LHC будет производить экзотический (и пока что гипотетический) материал, называемый стрэнджлетами . Одна из возможных черт странников особенно беспокоит. Космологи предполагают, что странные существа могут обладать мощным гравитационным полем, которое может позволить им превратить всю планету в безжизненную громаду.

Ученые из LHC опровергают эту озабоченность, используя несколько контрапунктов. Во-первых, они указывают на то, что странники гипотетичны. Такого материала во Вселенной никто не наблюдал. Во-вторых, они говорят, что электромагнитное поле вокруг такого материала скорее отталкивает обычную материю, чем превращает ее во что-то другое. В-третьих, они говорят, что даже если бы такая материя существовала, она была бы крайне нестабильной и почти мгновенно распалась бы. В-четвертых, ученые говорят, что космические лучи высокой энергии должны производить такой материал естественным образом.Поскольку Земля все еще существует, они предполагают, что странные существа – не проблема.

Другая теоретическая частица, которую LHC может генерировать, – это магнитный монополь . Теоретически П.А.М. Дирака, монополь – это частица, которая держит один магнитный заряд (северный или южный) вместо двух. Вагнер и Санчо высказали опасение, что такие частицы могут разрывать материю с помощью своих однобоких магнитных зарядов. Ученые ЦЕРН не согласны с этим, говоря, что если монополи существуют, нет причин опасаться, что такие частицы вызовут такое разрушение.Фактически, по крайней мере одна команда исследователей активно ищет доказательства монополей в надежде, что LHC их обнаружит.

Другие опасения по поводу LHC включают опасения по поводу радиации и того факта, что он будет производить столкновения частиц с самой высокой энергией на Земле. ЦЕРН заявляет, что LHC чрезвычайно безопасен, так как имеет толстый экран, покрытый землей на высоте 100 метров (328 футов). Кроме того, во время экспериментов персонал не может находиться под землей. Что касается столкновений, ученые отмечают, что столкновения космических лучей высоких энергий происходят в природе постоянно.Лучи сталкиваются с солнцем, луной и другими планетами, которые все еще существуют без каких-либо признаков вреда. С LHC эти столкновения будут происходить в контролируемой среде. В остальном разницы действительно нет.

Удастся ли БАК расширить наши знания о Вселенной? Будут ли собранные данные вызывать больше вопросов, чем ответов? Если прошлые эксперименты являются показателем, вероятно, можно с уверенностью предположить, что ответ на оба эти вопроса положительный.

Чтобы узнать больше о Большом адронном коллайдере, ускорителях частиц и связанных темах, перейдите по ссылкам на следующей странице.

Необычайная история о бозоне Хиггса и других вещах, которые поразят вас: Линкольн, Дон: 9781421413518: Amazon.com: Книги

Инсайдерская история самого большого в мире ускорителя элементарных частиц, Большого адронного коллайдера: почему он был построен, как он работает и важность того, что он открыл.

С 2008 года ученые проводят эксперименты на сверхэнергетическом 17-мильном суперколлайдере под границей Франции и Швейцарии. Большой адронный коллайдер (или то, что ученые называют «LHC») – одно из чудес современного мира очень сложный научный инструмент, предназначенный для воссоздания в миниатюре условий Вселенной, которые существовали в микросекундах после большого хлопнуть.Среди многих известных открытий на LHC одно из них привело к получению Нобелевской премии по физике 2013 года за обнаружение доказательств существования бозона Хиггса, так называемой частицы Бога.

Продолжая с того места, на котором он остановился в The Quantum Frontier , физик Дон Линкольн делится инсайдерским отчетом об истории работы LHC и дает читателям все необходимое, чтобы они были хорошо осведомлены об этом чуде технологий.

Рассказывая о первых днях существования LHC, Линкольн предлагает подробные сведения об аварии, сорвавшей операцию через девять дней после дебюта коллайдера в 2008 году.Неисправное паяное соединение запустило цепную реакцию, которая вызвала мощный взрыв, повредила 50 сверхпроводящих магнитов и испарила большие участки проводника. Поврежденный БАК бездействовал больше года, пока технические бригады ремонтировали повреждения.

Линкольн посвящает целую главу бозону Хиггса и полю Хиггса, используя несколько расширенных аналогий, чтобы помочь объяснить важность этих концепций для физики элементарных частиц. В последней главе он описывает, что открытие бозона Хиггса говорит нам о нашем нынешнем понимании фундаментальной физики и как это открытие теперь не дает ученым уснуть из-за назойливой непоследовательности в их любимой теории.

Как доступный, так и увлекательный, Большой адронный коллайдер раскрывает внутреннее устройство этого выдающегося достижения технологии, а также потрясающие открытия, которые в обозримом будущем будут держать его в центре научного рубежа.

Cern готова поддержать план по созданию преемника Большого адронного коллайдера на 20 млрд евро | Cern

Поскольку крупнейший научный инструмент на планете вступает в закат, ученые из Cern столкнулись с вопросом о том, что будет дальше после Большого адронного коллайдера (LHC).После продолжительных дебатов они, похоже, нашли ответ: идти дальше или идти домой.

Совет Серна, как ожидается, объявит в пятницу о своей поддержке предлагаемого нового коллайдера со 100-километровым кольцевым туннелем, в четыре раза больше и в шесть раз мощнее LHC. Официальное голосование по плану должно состояться в пятницу.

Предлагаемая машина для дробления частиц, известная как Future Circular Collider (FCC), позволит ученым искать частицы и другие новые явления при более высоких энергиях, изучать бозон Хиггса с большей точностью и может дать представление о темной материи. .

Выступая перед заседанием совета Серна, профессор Джон Баттерворт из Университетского колледжа Лондона сказал, что увеличенный коллайдер позволит ученым проводить беспрецедентные измерения природы в субатомном масштабе. «Это исследование природы на кратчайших расстояниях и поиск мельчайших вещей, которые мы можем увидеть… это настоящая исследовательская миссия», – сказал он. «Все согласны, что это то, что нам нужно делать. Возникает вопрос: какая машина для этого лучше всего? »

Но некоторые задаются вопросом, оправдывает ли научное обещание гигантской машины ожидаемую цену строительства в 20 миллиардов евро.

Ожидается, что Cern будет одобрен на голосовании в пятницу, чтобы оценить техническую и финансовую осуществимость FCC, при этом начальные усилия будут направлены на геологическое изучение, чтобы проверить, нет ли под Женевой подземных озер или других привлекательных объектов, которые потребовали бы плана подлежит пересмотру. Также будут наращиваться усилия по исследованиям и разработкам высокопольных сверхпроводящих магнитов и других технологий, необходимых для предлагаемого коллайдера.

Нет гарантии, что машина будет построена.Для продолжения строительства потребуются капитальные вложения от государств-членов ЕС и других участников Cern, таких как Великобритания, а также обязательство продолжить финансирование операций в 2050-х годах. Если будет обеспечена финансовая поддержка, строительство может начаться в течение десятилетия, а на строительство потребуется 10 лет, а это означает, что строительство не начнется до 2040-х годов.

Предложение FCC победило альтернативные представления о том, что делать, когда LHC закроется примерно через десять лет. Конкурирующие планы включали большой линейный коллайдер, который некоторые считали более безопасным вариантом, потому что его можно было расширять поэтапно, тогда как размер кругового коллайдера должен быть определен с самого начала.Преимущество кругового коллайдера состоит в том, что он может проводить больше экспериментов в одном туннеле.

Планируемая машина будет построена поэтапно. На первом этапе ГЦК будет сталкивать электроны и их положительные аналоги, позитроны. Тогда он столкнет электроны с гораздо более тяжелыми ядрами атомов свинца. К 2050-м годам он может разбивать протоны вместе с энергией в 100 тераэлектронвольт (ТэВ), что примерно в шесть раз превышает максимальную мощность LHC.

Новая машина будет действовать как «фабрика Хиггса», позволяя ученым нацелить производство большого количества бозонов Хиггса и более точно изучить, как они распадаются, что было невозможно с помощью LHC.Некоторые теории предполагают, что частица Хиггса может распадаться на частицы темной материи, природа которых остается одной из центральных загадок современной физики. «Если что-то пропало, значит, происходит что-то странное», – сказал Баттерворт.

Переход к режимам с более высокой энергией может также открыть новые явления, которые еще предстоит предсказать. Однако нет такой же гарантированной победы, которую предлагал LHC до его создания, когда ученые знали, что коллайдер пролетит предсказанный диапазон энергий для Хиггса и либо подтвердит его существование, либо докажет, что теоретическая физика нуждается в полном пересмотре.

«С помощью LHC мы знали, что либо найдем Хиггса, либо сломаем Стандартную модель, и это очень роскошное положение», – сказал Баттерворт. «Сейчас нет эквивалентного сценария, он гораздо более исследовательский. Это определенно более высокий риск ».

Сам LHC выявил неопределенный характер прогресса. Многие надеялись, что после открытия Хиггса будут решены дальнейшие вопросы фундаментальной физики, такие как гипотеза, называемая суперсимметрией, которая предсказывает, что субатомные частицы, составляющие нормальную материю, обладают зеркальными или суперсимметричными версиями самих себя.Однако на БАК еще предстоит наблюдать какие-либо суперсимметричные объекты или какие-либо частицы темной материи, которые также были в поле зрения ученых.

Сабина Хоссенфельдер, физик-теоретик из Франкфуртского института перспективных исследований в Германии, сказала, что открытых исследований и уточнения существующих знаний недостаточно, чтобы оправдать огромную стоимость предлагаемой машины. «В некотором смысле я считаю это безответственным», – сказала она. «Почему бы нам не вложить деньги в международный центр климатических моделей или моделей пандемии?»

LHC в настоящее время модернизируется и должен быть перезапущен в мае 2021 года и проработает до конца 2024 года, а последний запуск ожидается в конце 2027 года.

ЦЕРН хочет построить самый большой и ужасный коллайдер частиц в истории

Сегодня исследовательский центр, который принес нам новости о невероятно крошечных частицах, получивших Нобелевскую премию, объявил о своих планах стать намного больше.

Европейская организация ядерных исследований, ЦЕРН, уже имеет самый большой и мощный ускоритель элементарных частиц в мире, называемый Большим адронным коллайдером, но сегодня она опубликовала отчет, в котором рассматривается конструкция его более крупного и более мощного ускорителя. преемник, Future Circular Collider.

Большой адронный коллайдер – это то, что было использовано для открытия субатомной частицы, называемой бозоном Хиггса, еще в 2012 году, и было сделано много других новых открытий. Но некоторые физики считают, что для изучения еще более неуловимых аспектов Вселенной необходим более новый и более крупный инструмент.

Иллюстрация, показывающая сравнение размеров LHC и FCC. ЦЕРН
Большому адронному коллайдеру 16 лет.6 миль вокруг, но его замена может иметь окружность более 62 миль. Этого достаточно, чтобы окружить Женеву целиком.
Ускорителям частиц необходим такой размер, чтобы разогнать крошечные частицы атомов до скоростей, приближающихся к скорости света, прежде чем они столкнутся вместе. В результате столкновения дают исследователям лучшее понимание законов физики. Круговой коллайдер будущего с его более мощным оборудованием и более длинным туннелем сможет наблюдать частицы, которые остаются невидимыми для современных технологий.
Ожидается, что Большой адронный коллайдер будет работать по крайней мере до 2035 года. Но масштабы строительства его преемника настолько огромны, что планирование началось рано. Концепция Большого адронного коллайдера была представлена в 1984 году, одобрена в 1994 году и не открывалась до 2009 года. Ожидается, что от начала реализации до последнего эксперимента график будущего кругового коллайдера растянется на семь десятилетий.
Опубликованный сегодня отчет представляет собой концептуальный проект Future Circular Collider, четырехтомного труда, на написание которого у 1300 ученых ушло пять лет.В нем излагается несколько потенциальных проектов коллайдера будущего, которые физики элементарных частиц рассмотрят, ставя цели в своей области исследований на следующие несколько лет.
Достаточно большой, чтобы окружить всю Женеву
БАК уже дал исследователям много возможностей для работы, но он также оставил им загадки. Планируется модернизация LHC, но исследователи все равно хотели бы лучше понять антивещество, больше узнать о природе темной материи и о том, где ее можно найти, а также выяснить, почему бозон Хиггса был таким. намного легче, чем они думали.Это только вопросы, на которые можно ответить с помощью машины большего размера.

В проекте будущего коллайдера столкновений излагаются несколько различных потенциальных аспектов установки. Есть огромный туннель, который позволит тонким пучкам частиц перемещаться без необходимости перемещаться по изгибам, столь же крутым (относительно), как у LHC. Кроме того, есть коллайдер, называемый лептонным коллайдером, который, в общем, будет сталкивать частицы, называемые лептонами, вместе. Это потенциально может дать исследователям более точные измерения Хиггса и других частиц, которые ученые только начинают понимать.Есть еще один на более крупный адронный коллайдер , который сможет сбивать частицы вместе при еще более высоких энергиях.
Согласно сообщению ЦЕРН, строительство туннеля будет стоить около 5 миллиардов евро, плюс еще 4 миллиарда для первоначального лептонного коллайдера, который может быть запущен в 2040 году, и еще 15 миллиардов для адронного коллайдера, который заменит первый коллайдер и будет запущен примерно в 2050 году. Ученые применили тот же подход к LHC, заменив Большой электронно-позитронный коллайдер ЦЕРН внутри того же туннеля.
Это большие суммы денег, и, как сообщает Паллаб Гош из BBC, есть и другие исследователи, которые предпочли бы вкладывать деньги в развитие медицины или борьбу с изменением климата. Деньги для ЦЕРН и его проектов поступают от его 22 государств-членов, а также других стран и учреждений, которые используют эти объекты.
Дизайнерам проекта известны астрономические суммы. В опубликованном сегодня заявлении Международный консультативный комитет по кольцевому коллайдеру будущего рекомендовал, чтобы будущие разработки были сосредоточены на «сроках, производительности и стоимости».”
Многие физики, чья работа опирается на эти большие инструменты, считают, что вложение времени и денег того стоит, и указывают на Круговой коллайдер будущего как на способ расширить понимание человечеством нашей Вселенной.
Глава ЦЕРН Фабиола Джанотти заявила, что предлагаемые конструкции будущего кругового коллайдера обладают потенциалом «улучшить наши знания в области фундаментальной физики и продвинуть многие технологии с широким влиянием на общество».
В видео, подготовленном ЦЕРН (см. Выше) лауреат Нобелевской премии Питер Хиггс (да, , что Хиггс ) говорит: «Мы коснулись поверхности, но нам явно предстоит многое узнать.

Что такое большой адронный коллайдер: Большой адронный коллайдер – ТАСС

оправдал ли Большой адронный коллайдер 10 лет работы — РБК

Фундаментальная польза

Зачем Большой адронный коллайдер остановили на два года — Российская газета

Большой адронный коллайдер

Большой Адронный Коллайдер (БАК)

Большой Адронный коллайдер будет светить ярче

Большой адронный коллайдер и фундаментальные вопросы науки

Применение гелия в Адронном коллайдере

Новосибирские физики модернизируют Большой адронный коллайдер

Факты и цифры о LHC

Большой адронный коллайдер – Совет по науке и технологиям

Контакты

Большой адронный коллайдер, возможно, только что открыл новую физику.

Как работает Большой адронный коллайдер

Необычайная история о бозоне Хиггса и других вещах, которые поразят вас: Линкольн, Дон: 9781421413518: Amazon.com: Книги

Cern готова поддержать план по созданию преемника Большого адронного коллайдера на 20 млрд евро | Cern

ЦЕРН хочет построить самый большой и ужасный коллайдер частиц в истории

Оставить комментарий Отменить ответ