Для чего нужен адронный коллайдер простым языком: Простым языком об элементарных частицах, коллайдере и частице Бога.: vnarod — LiveJournal

Содержание

Простым языком об элементарных частицах, коллайдере и частице Бога.: vnarod — LiveJournal

Интересная статья

Недавно физикам, наблюдавшим за очередным экспериментом, проходившем в Большом адронном коллайдере, наконец-то удалось найти следы бозона Хиггса, или, как его называют многие журналисты, “божественной частицы”. Это значит, что постройка коллайдера себя полностью оправдала — ведь его сделали именно для того, чтобы поймать этот неуловимый бозон.


Физики, работающие на Большом адронном коллайдере с помощью детектора CMS впервые зафиксировали рождение двух Z-бозонов — один из типов событий, которые могут быть свидетельством существования “тяжелого” варианта бозона Хиггса. Если быть совсем точным, то 10 октября детектор CMS впервые обнаружил появление четырех мюонов. Предварительные результаты реконструкции позволили ученым интерпретировать это событие как кандидата в рождение двух нейтральных калибровочных Z-бозонов.

Думаю, сейчас нам следует немножко отвлечься и поговорить о том, что такое эти мюоны, бозоны и прочие элементарные частицы. Согласно стандартной модели квантовой механики весь мир состоит из различных элементарных частиц, которые, контактируя друг с другом, порождают все известные типы массы и энергии.

Все вещество, например, состоит из 12 фундаментальных частиц-фермионов: 6 лептонов, таких как электрон, мюон, тау-лептон, и три сорта нейтрино и 6 кварков (u, d, s, c, b, t), которые можно объединить в три поколения фермионов. Фермионы — это частицы, которые могут находиться в свободном состоянии, а кварки — нет, они входят в состав других частиц, например хорошо известных всем протонов и нейтронов.
При этом каждая из частиц участвует в определенном типе взаимодействий, которых, как мы помним, всего четыре: электромагнитное, слабое (взаимодействие частиц при β-распаде ядра атомов), сильное (оно как бы скрепляет атомное ядро) и гравитационное. Последнее, результатом которого является, например, земное притяжение, стандартной моделью не рассматривается, поскольку гравитон (частица, обеспечивающая его) до сих пор не найден.

С остальными типами все проще — частицы, которые в них участвуют, физики знают “в лицо”. Так, например, кварки участвуют в сильных, слабых и электромагнитных взаимодействиях; заряженные лептоны (электрон, мюон, тау-лептон) — в слабых и электромагнитных; нейтрино — только в слабых взаимодействиях.

Однако кроме этих “массовых” частиц есть еще и так называемые виртуальные частицы, некоторые из которых (например, фотон) вообще не обладают массой. Честно говоря, виртуальные частицы — это в большей степени математическое явление, чем физическая реальность, поскольку их до сих пор никто никогда не “видел”. Однако в разных экспериментах физики могут заметить следы их существования, поскольку оно, увы, весьма недолговечно.

Что же это за такие интересные частички? Они рождаются только в момент какого-нибудь взаимодействия (из описанных выше), после чего либо распадаются, либо поглощаются какой-нибудь из фундаментальных частиц. Считается, что они как бы “переносят” взаимодействие, то есть, контактируя с фундаментальными частицами, изменяют их характеристики, благодаря чему взаимодействие, собственно говоря, и происходит.

Так, например, при электромагнитных взаимодействиях, которые изучены лучше всего, электроны постоянно поглощают и испускают виртуальные безмассовые частицы фотоны, в результате чего свойства самих электронов несколько изменяются и они становятся способными на такие подвиги, как, например, направленное движение (то есть электрический ток), или “перескок” на другой энергетический уровень (как это происходит при фотосинтезе у растений). Так же виртуальные частицы работают и при других типах взаимодействий.

Современной физике кроме фотона известны также еще два типа виртуальных частиц, получивших название бозонов и глюонов. Для нас сейчас особенно интересны бозоны — считается, что при всех взаимодействиях фундаментальные частицы постоянно обмениваются ими и тем самым оказывают воздействие друг на друга. Сами бозоны при этом считаются безмассовыми частицами, хотя некоторые эксперименты показывают, что это не совсем так — W- и Z-бозоны могут получать массу на короткое время.

Одним из самых таинственных бозонов является тот самый бозон Хиггса, для обнаружения следов которого, собственно говоря, и был построен Большой адронный коллайдер. Считается, что эта загадочная частица является одной из самых распространенных и важных бозонов во Вселенной.

Еще в 1960-е годы английский профессор Питер Хиггс предложил гипотезу, согласно которой все вещество, имеющееся во Вселенной, создано при взаимодействии различных частиц с некоей исходной первоосновой (получившейся в результате Большого взрыва), которую позже назвали в честь него. Он выдвинул предположение, что Вселенная пронизана незримым полем, проходя сквозь которое некоторые элементарные частицы “обрастают” некоторыми бозонами, обретая тем самым массу, другие же, например фотоны, остаются не обремененными весом.

Ученые сейчас рассматривают две возможности — существование “легкого” и “тяжелого” вариантов. “Легкий” Хиггс с массой от 135 до 200 гигаэлектронвольт должен распадается на пары W-бозонов, а если масса бозона составляет 200 гигаэлектронвольт или больше, то на пары Z-бозонов, которые, в свою очередь, порождают пары электронов или мюонов.

Получается, что таинственный бозон Хиггса является как бы “творцом” всего во Вселенной. Может быть, именно поэтому нобелевский лауреат Леон Ледерман как-то раз назвал его “частицей-богом”. Но в средствах массовой информации это высказывание несколько исказили, и оно стало звучать как “частица Бога” или “божественная частица”.

Как же можно получить следы присутствия “частицы-бога”? Считается, что бозон Хиггса может образовываться в ходе столкновений протонов с нейтрино в ускорительном кольце коллайдера. При этом, как мы помним, он должен сразу же распадаться на ряд других частиц (в частности, Z-бозонов), которые могут быть зарегистрированы.

Правда, сами 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.

Напомню, что мюон — неустойчивая элементарная частица с отрицательным электрическим зарядом и спином ½. В обычных атомах он не встречается, до этого его находили лишь в космических лучах, имеющих скорости, близкие к скорости света. Время жизни мюона весьма невелико — он существует лишь 2,2 микросекунды, а потом распадается на электрон, электронное антинейтрино и мюонное нейтрино.

Искусственным способом мюоны можно получить, столкнув на больших скоростях протон и нейтрино. Однако долгое время не удавалось добиться подобных скоростей. Это удалось сделать лишь при постройке Большого адронного коллайдера.

И вот наконец первые результаты были получены. При эксперименте, который прошел 10 октября нынешнего года, в результате столкновения протона с нейтрино было зафиксировано рождение четырех мюонов. Это доказывает то, что появление двух нейтральных калибровочных Z-бозонов имело место быть (они всегда проявляются при подобных событиях). А значит, существование бозона Хиггса — это не миф, а реальность.

Правда, ученые отмечают, что само по себе это событие не обязательно указывает на рождение бозона Хиггса, поскольку к появлению четырех мюонов могут вести и другие события. Однако это первое из событий такого типа, которые в конце концов могут выдать хиггсовскую частицу. Чтобы с уверенностью говорить о существовании бозона Хиггса в том или ином диапазоне масс, необходимо накопить значительное число подобных событий и проанализировать, как распределены массы рождающихся частиц.

Однако, что ни говори, первый шаг к доказательству существования “частицы-бога” уже сделан. Возможно, дальнейшие эксперименты смогут дать еще больше информации о загадочном бозоне Хиггса. Если ученые смогут наконец-то “поймать” его, то у них получится воссоздать условия, существовавшие 13 миллиардов лет назад после Большого взрыва, то есть те, при которых зарождалась наша Вселенная.

http://www.pravda.ru/science/eureka/discoveries/16-11-2010/1057397-bozonhiggsa-0/

просто и понятно о его сущности и открытии

Определение простым языком
  • Открытие

  • Польза

  • Опасность

  • Свойства

  • Слово скептикам

  • Видео
  • Элементарная частица бозон Хиггса, названая так на честь британского физика Питера Хиггса, который теоретически предсказал ее существование еще в далеком 1964 году, пожалуй, одна из самых загадочных и удивительных в современной физике. Именно она вызвала множество споров и дискуссий в научном сообществе, а кто-то даже присвоил ей такой необычный эпитет как «частичка Бога». Есть и скептики, утверждающие, что бозон Хиггса не существует и все это не более чем научная мистификация. Что такое бозон Хиггса на самом деле, как он был открыт, какие у него свойства, об этом читайте далее.

    Определение простым языком

    Чтобы объяснить сущность бозона Хиггса максимально просто и понятно не только ученому физику, но и обычному человеку, интересующемуся наукой, необходимо прибегнуть к языку аллегорий и сравнений. Хотя, разумеется, все аллегории и сравнения, которые касаются физики элементарных частиц, не могут быть верными и точными. То же электромагнитное поле или квантовая волна не являются ни полем, ни волной в том смысле, в котором их представляют обычно люди, как и сами атомы отнюдь не являются уменьшенными копиями Солнечной системы, в которой словно планеты вокруг Солнца вращаются электроны вокруг атомного ядра.

    И хотя аллегории и сравнения все же не передают самой сути тех вещей, которые происходят в квантовой физике, они, тем не менее, позволяют приблизиться к пониманию этих вещей.

    Интересный факт: в 1993 году министром образования Великобритании даже был объявлен конкурс на самое простое объяснение того, что такое бозон Хиггса. Победителем вышло пояснение, связанное с вечеринкой.

    Итак, представьте себе многолюдную вечеринку, тут в помещение входит какая-то знаменитость (например, «рок-звезда») и за ней тут же начинают двигаться гости, все хотят пообщаться со «звездой», при этом сама «рок-звезда» передвигается медленнее, нежели все другие гости. Затем люди собирают в отдельные группы, в которых обсуждают какую-то новость или сплетню, связанную с этой рок-звездой, при этом люди хаотично передвигаются из группы в группу. Как результат, создается впечатление, что люди обсуждают сплетню, тесно окружив знаменитость, но без ее непосредственного участия. Так вот, все люди, участвующие в вечеринке – это поле Хиггса, группы людей являются возмущением поля, а сама знаменитость, из-за которой они образовались и есть бозон Хиггса.

    Если эта аллегория Вам не совсем понятна, то вот еще одна: представьте себе гладкий бильярдный стол, на котором находятся шары – элементарные частицы. Шары эти запросто разлетаются в разные стороны и движутся везде без препятствий. А теперь представьте, что бильярдный стол покрыт некой клейкой массой, которая затрудняет движение шаров по нему. Эта клейкая масса – поле Хиггса, масса этого поля равна массе частиц, которые к нему прилипают. Бозон Хиггса же это частица, которая соответствует этому липкому полю. То есть если сильно ударить по бильярдному столу с этой клейкой массой, то небольшое количество этой самой клейкой массы на время образует пузырек, который вскоре опять растечется по столу, так вот, этот пузырек и есть бозон Хиггса.

    Открытие

    Как мы написали вначале, бозон Хиггса сперва был открыт теоретически британским физиком Питером Хиггсом, который предположил, что в процессе механизма спонтанного нарушения электрослабой симметрии в стандартной модели физики элементарных частиц замешана некая еще не известная до того элементарная частичка.

    Случилось это в 1964 году, сразу после этого начались поиски реального существования этой элементарной частицы, правда, долгие годы они терпели фиаско. Из-за этого некоторые ученные в шутку стали называть бозон Хиггса – «проклятой частичкой» или «частичкой Бога».

    И вот, чтобы подтвердить или опровергнуть существования этой загадочной «частички Бога» в 2012 году был построен Большой адронный коллайдер, представляющий собой гигантский ускоритель элементарных частиц. Опыты на нем экспериментально подтвердили существование бозона Хиггса, а сам первооткрыватель частицы, Питер Хиггс в 2013 году стал лауреатом нобелевской премии по физики за это открытие.

    Возвращаясь к нашей аналогии про бильярдный стол, чтобы увидеть бозон Хиггса, физикам необходимо было с должной силой ударить по этой клейкой массе, которая лежит на столе, чтобы получить из нее пузырек, собственно бозон Хиггса. Так вот, ускорители элементарных частиц прошлого ХХ века были не настолько мощными, чтобы обеспечить «удар по столу» должной силы, и только Большой адронный коллайдер, созданный в начале уже нашего ХХІ века, что называется помог физикам «стукнуть по столу» с надлежащей силой и воочию лицезреть «частичку Бога».

    Польза

    Человеку, далекому от науки вообще и от физики в частности поиски некой элементарной частицы могут показаться бессмысленными, но открытие бозона Хиггса имеет немалое значение для науки. Прежде всего, наши знания о бозоне помогут при расчетах, которые осуществляются в теоретической физике при изучении строения Вселенной.

    В частности, физиками было предположено, что бозонами Хиггса заполнено все окружающее нас пространство. При взаимодействии с другими элементарными частицами бозоны сообщают им свою массу и если есть возможность вычислить массу определенных элементарных частиц, то можно рассчитать и массу бозона Хиггса. А если у нас есть масса бозона Хиггса, то с ее помощью идя в обратную сторону, мы также можем рассчитывать массы других элементарных частиц.

    Разумеется, все это очень дилетантские рассуждения с точки зрения академической физики, но ведь и журнал наш на то и научно-популярный, чтобы говорить о серьезных научным материях простым и понятным языком.

    Опасность

    Определения опасения по поводу бозона Хиггса и экспериментов с ним были высказаны британским ученым Стивеном Хокингом. Согласно Хокингу, бозон Хиггса является крайне не стабильной элементарной частичкой и в результате определенного стечения обстоятельств может привести к распаду вакуума и полному исчезновению таких понятий как пространство и время. Но не стоит волноваться, для того, чтобы произошло нечто подобно необходимо построить коллайдер размером со всю нашу планету.

    Свойства

    • Бозон Хиггса, как впрочем и другие элементарные частицы подвержен воздействию гравитации.
    • Бозон Хиггса обладает нулевым спином (моментом импульса элементарных частиц).
    • Бозон Хиггса обладает электрическим и цветным зарядом.
    • Есть 4 основных канала рождения бозона Хиггса: после слияния 2 глюонов (основной), слияние WW- или ZZ-пар, в сопровождении W- или Z-бозона, вместе с топ-кварками.
    • Бозон Хиггса распадается на пару b-кварк-b-антикварк, на 2 фотона, на две пары электрон-позитрон и/или мюон-антимюон или на пару электрон-позитрон и/или мюон-антимюон с парой нейтрино.

    Слово скептикам

    Разумеется, есть и скептики, утверждающие, что никакой бозон Хиггса в реальности не существует, и что все это было выдумано учеными с корыстной целью – освоить деньги налогоплательщиков, идущие будто бы для научных исследований элементарных частиц, а на самом деле в карманы определенных людей.

    Видео

    И в завершение интересное документальное видео про бозон Хиггса.


    Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка

    При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту [email protected] com или в Фейсбук, с уважением автор.


    Эта статья доступна на английском языке – Higgs Boson: the God Particle or Fake?.

    Божественная частица. Простым языком: бозон Хиггса

    Долгое время остававшаяся неуловимой, так называемая частица Бога, наконец поймана. Бозон Хиггса был недостающей деталью головоломки под названием Стандартная модель. Ученые полагают, что этот бозон отвечает за массу частиц. В частности, специально для поиска бозона Хиггса был построен Большой адронный коллайдер, который справился со своей основной задачей. Но перед учеными возникли новые загадки: один ли на самом деле бозон Хиггса? Кроме того, находка этого бозона никак не объяснила парадоксальное существование темной материи, которое занимает физиков все больше и больше в последнее время.

    Физики наконец-то увидели, как элементарная частица, впервые обнаруженная на Большом адронном коллайдере, распадается на два прелестных кварка, экзотических и недолго живущих частицы, которые часто появляются после столкновения высокоэнергетических частиц.

    Этот неуловимый процесс мы смогли наблюдать только сейчас, впервые за шесть лет после открытия бозона Хиггса. Ученые двух экспериментов БАК, ATLAS и CMS, сообщили о своих результатах одновременно на семинаре, который проходил в ЦЕРНе 28 августа.


    Одна из величайших загадок физики может решить «матрасоподобное» аксионное поле, которое пронизывает пространство и время. Трое физиков, сотрудничавших в области залива Сан-Франциско последние три года, разработали новое решение вопроса, который беспокоил их научную сферу более 30 лет. Эту глубокую загадку, с помощью которой приводились в действие эксперименты на мощнейших ускорителях частиц и рождались противоречивые гипотезы мультивселенных, может сформулировать даже ученик младших классов: каким образом магнит поднимает скрепку вопреки гравитационном притяжению всей планеты.

    – Что даст новая частица ученым и обычным людям?

    Основные направления развития современной фундаментальной физики – это физика элементарных частиц и космология – наука об эволюции Вселенной. В последние 10–15 лет стало понятно, что устройства микро- и макромира теснейшим образом связаны друг с другом. Открытие в одной области дает сильный импульс развития другой.

    Открытие бозона Хиггса позволит ученым подтвердить, что основа современной физики – Стандартная модель – является надежным базисом для дальнейшего развития наших представлении о Природе. Предсказание существования частицы Хиггса не было подтверждено экспериментально десятки лет, что являлось темным пятном всей физики элементарных частиц. Открытие бозона Хиггса подтверждает верность основного направления развития и сильно сужает возможности альтернативных теорий как в микро-, так и в макромире. Это позволит более эффективно использовать бюджетные средства.

    – Где возможно применить открытие нового бозона?

    Об этом еще рано говорить. Прежде всего, надо досконально изучить его свойства и только потом думать о применении. Уже сейчас исследуются возможности использования частиц Хиггса в объяснении самого раннего этапа образования Вселенной. А также феномена темной энергии. Последний, пока не объясненный феномен был открыт в 1998 году при наблюдении ускоренного разбегания квазаров – наиболее ярких объектов во Вселенной. Объяснить этот эффект можно, лишь предполагая не совсем обычные свойства вещества, заполняющего Вселенную.

    – Какой толчок развитию новых технологий может дать данная частица?

    Из истории науки известно, что фундаментальные открытия далеко не сразу приводят к появлению новых технологий. Хорошо известный пример – открытие Майклом Фарадеем законов электромагнитной индукции, применение которых в технике казалось крайне сомнительным. Сейчас же, спустя почти 200 лет, трудно представить наш мир без электричества. Другой пример – открытое в 1933 году нейтрино, которое настолько слабо взаимодействует с веществом, что может пройти сквозь Землю, даже не заметив этого. Долгое время казалось, что частице с таким свойством трудно будет найти применение. Однако сейчас ученые уже пытаются использовать нейтрино для передачи сигналов сквозь плотные среды и выявлять следы ядерных реакций на большом расстоянии.

    Аналогичная ситуация и с частицей Хиггса. По-видимому, должен пройти не один десяток лет, чтобы стали очевидными возможности применения этого феномена в технике. Прежде всего получат развитие смежные области науки, затем влияние распространится дальше. Может оказаться, что плодами этого открытия смогут воспользоваться лишь следующие поколения, так же как мы сейчас пользуемся открытиями Фарадея.

    Развитие современной науки происходит ускоренными темпами и в самых различных направлениях. Так, в Дубне сооружается Российский ускоритель тяжелых ионов, «Ника». Он будет работать в той области энергий, которая не охватывается ни одной из существующих в мире установок, в том числе и Большим адронным коллайдером. Именно в этой области энергий есть шанс получить смешанную фазу ядерной материи – состояние, в котором одновременно существуют высвобожденные из ядра частицы – кварки и глюоны. Пока свободные кварки «поймать» не удавалось никому в мире.

    Мы, коллектив Quantuz, (пытаемся вступить в сообщество GT) предлагаем наш перевод раздела сайта particleadventure. org, посвященного бозону Хиггса. В данном тексте мы исключили неинформативные картинки (полный вариант см. в оригинале). Материал будет интересен всем интересующимся последними достижениями прикладной физики.

    Роль бозона Хиггса
    Бозон Хиггса был последней частицей открытой в Стандартной Модели. Это критический компонент теории. Его открытие помогло подтвердить механизм того, как фундаментальные частицы приобретают массу. Эти фундаментальные частицы в Стандартной Модели являются кварками, лептонами и частицами-переносчиками силы.
    Теория 1964-го года
    В 1964 году шестеро физиков-теоретиков выдвинули гипотезу существования нового поля (подобно электромагнитному), которым заполнено все пространство и решает критическую проблему в нашем понимании вселенной.

    Независимо от этого другие физики построили теорию фундаментальных частиц, названную в итоге «Стандартной Моделью», которая обеспечивала феноменальную точность (экспериментальная точность некоторых частей Стандартной Модели достигает 1 к 10 миллиардам. Это равнозначно предсказанию расстояния между Нью-Йорком и Сан-Франциско с точностью около 0.4 мм). Эти усилия оказались тесно взаимосвязаны. Стандартная Модель нуждалась в механизме приобретения частицами массы. Полевую теорию разработали Питер Хиггс, Роберт Браут, Франсуа Энглер, Джералд Гуралник, Карл Хаген и Томас Киббл.

    Бозон
    Питер Хиггс понял, что по аналогии с другими квантовыми полями должна существовать частица, связанная с этим новым полем. Она должна иметь спин равным нулю и, таким образом, являться бозоном – частицей с целым спином (в отличие от фермионов, у которых спин полуцелый: 1/2, 3/2 и т.д.). И действительно он вскоре стал известен как Бозон Хиггса. Единственным его недостатком было то, что его никто не видел.
    Какова масса бозона?
    К несчастью, теория, предсказывающая бозон, не уточняла его массу. Прошли годы, пока не стало ясно, что бозон Хиггса должен быть экстремально тяжелым и, скорее всего, за пределами досягаемости для установок, построенных до Большого Адронного Коллайдера (БАК).

    Помните, что согласно E=mc 2 , чем больше масса частицы, тем больше энергии надо для ее создания.

    В то время, когда БАК начал сбор данных в 2010, эксперименты на других ускорителях показали, что масса бозона Хиггса должна быть больше, чем 115 ГэВ/с2. В ходе опытов на БАК планировалось искать доказательства бозона в интервале масс 115-600 ГэВ/с2 или даже выше, чем 1000 ГэВ/с2.

    Каждый год экспериментально удавалось исключать бозоны с бОльшими массами. В 1990 было известно, что искомая масса должна быть больше 25 ГэВ/с2, а в 2003 выяснилось, что больше 115 ГэВ/с2

    Столкновения на Большом Адронном Коллайдере могут порождать много чего интересного
    Дэннис Оувербай в «Нью-Йорк Таймс» рассказывает про воссоздание условий триллионной доли секунды после Большого Взрыва и говорит:

    «…останки [взрыва] в этой части космоса не видны с тех пор, как Вселенная охладилась 14 миллиардов лет назад – весна жизни мимолетна, снова и снова во всех ее возможных вариантах, как если бы Вселенная участвовала в собственной версии фильма «день Сурка »

    Одним из таких «останков» может быть бозон Хиггса. Его масса должна быть очень велика, и он должен распадаться менее чем за наносекунду.

    Анонс
    После половины столетия ожиданий драма стала напряженной. Физики спали у входа в аудиторию, чтобы занять места на семинаре в лаборатории ЦЕРН в Женеве.

    За десять тысяч миль отсюда, на другом краю планеты, на престижной международной конференции по физике частиц в Мельбурне сотни ученых со всех уголков земного шара собрались, чтобы услышать вещание семинара из Женевы.

    Но сперва давайте взглянем на предпосылки.

    Фейерверк 4 июля
    4-го июля 2012 руководители экспериментов ATLAS и CMS на Большом адронном коллайдере представили их последние результаты поиска бозона Хиггса. Ходили слухи, что они собираются сообщить больше, чем просто отчет о результатах, но что?

    Конечно же, когда результаты были представлены, обе коллаборации, проводившие эксперименты, отчитались о том, что они нашли доказательство существования частицы «похожей на бозон Хиггса» с массой около 125 ГэВ. Это определенно была частица, и если она не бозон Хиггса, то очень качественная его имитация.

    Доказательство не было сомнительным, ученые располагали результатами в пять сигма, означающих, что существует менее одной вероятности на миллион, что данные являются просто статистической ошибкой.

    Бозон Хиггса распадается на другие частицы
    Бозон Хиггса распадается на другие частицы почти сразу же после того, как будет произведен, так что мы можем наблюдать только продукты его распада. Наиболее распространенные распады (среди тех, которые мы можем увидеть) показаны на рисунке:

    Каждый вариант распада бозона Хиггса известен как «канал распада» или «режим распада». Хотя bb-режим является распространенным, многие другие процессы производят подобные частицы, так что если вы наблюдаете bb-распад, очень трудно сказать, появились ли частицы в связи с бозоном Хиггса или как-то еще. Мы говорим, что режим bb-распада имеет «широкий фон».

    Лучшими каналами распада для поиска бозона Хиггса являются каналы двух фотонов и двух Z-бозонов. *

    *(Технически для 125 ГэВ массы бозона Хиггса распад на два Z-бозона не возможен, так как Z-бозон имеет массу 91 ГэВ, вследствие чего пара имеет массу 182 ГэВ, большую чем 125 ГэВ. Однако то, что мы наблюдаем, является распадом на Z-бозон и виртуальный Z-бозон (Z*), масса которого много меньше.)

    Распад бозона Хиггса на Z + Z
    Z-бозоны также имеют несколько режимов распада, включая Z → e+ + e- и Z → µ+ + µ-.

    Режим распада Z + Z был довольно прост для экспериментов ATLAS и CMS, когда оба Z-бозона распадались в одном из двух режимов (Z → e+ e- или Z → µ+ µ-). На рисунке четыре наблюдаемых режима распада бозона Хиггса:

    Конечный результат состоит в том, что иногда наблюдатель увидит (в дополнение к некоторым несвязанным частицам) четыре мюона, или четыре электрона, или два мюона и два электрона.

    Как бозон Хиггса выглядел бы в детекторе ATLAS
    В этом событии «джет» (струя) возникла идущей вниз, а бозон Хиггса – вверх, но он почти мгновенно распался. Каждая картинка столкновения называется «событием».

    Пример события с возможным распадом бозона Хиггса в виде красивой анимации столкновения двух протонов в Большом адронном коллайдере можно посмотреть на сайте-источнике по этой ссылке .

    В этом событии бозон Хиггса может быть произведен, а затем немедленно распадается на два Z-бозона, которые в свою очередь немедленно распадутся (оставив два мюона и два электрона).

    Механизм, дающий массу частицам
    Открытие бозона Хиггса является невероятным ключом к разгадке механизма того, как фундаментальные частицы приобретают массу, что и утверждали Хиггс, Браут, Энглер, Джералд, Карл и Киббл. Что это за механизм? Это очень сложная математическая теория, но ее главная идея может быть понятна в виде простой аналогии.

    Представьте себе пространство, заполненное полем Хиггса, как вечеринку спокойно общающихся между собой физиков с коктейлями …
    В какой-то момент входит Питер Хиггс, который создает волнение, двигаясь через комнату и притягивая группу поклонников с каждым шагом…

    До того как войти в комнату профессор Хиггс мог двигаться свободно. Но после захода в комнату полную физиков его скорость уменьшилась. Группа поклонников замедлила его движение по комнате; другими словами, он приобрел массу. Это аналогично безмассовой частице, приобретающей массу при взаимодействии с полем Хиггса.

    А ведь все что он хотел – это добраться до бара!

    (Идея аналогии принадлежит проф. Дэвиду Дж. Миллеру из Университетского колледжа Лондона, который выиграл приз за доступное объяснение бозона Хиггса – © ЦЕРН)

    Как бозон Хиггса получает собственную массу?
    С другой стороны, в то время новости распространяются по комнате, они также формируют группы людей, но на этот раз исключительно из физиков. Такая группа может медленно перемещаться по комнате. Подобно другим частицам бозон Хиггса приобретает массу просто взаимодействуя с полем Хиггса.

    Поиск массы бозоны Хиггса
    Как вы найдете массу бозона Хиггса, если он распадается на другие частицы до того, как мы его обнаружим?

    Если вы решили собрать велосипед и захотели знать его массу, вам следует складывать массы частей велосипеда: двух колес, рамы, руля, седла и т. д.

    Но если вы хотите вычислить массу бозона Хиггса из частиц, на которые он распался, просто складывать массы не получится. Почему же нет?

    Сложение масс частиц распада бозона Хиггса не работает, так как эти частицы имеют огромную кинетическую энергию по сравнению с энергией покоя (помним, что для покоящейся частицы E = mc 2). Это происходит вследствие того, что масса бозона Хиггса много больше, чем массы конечных продуктов его распада, поэтому оставшаяся энергия куда-то уходит, а именно – в кинетическую энергию возникших после распада частиц. Теория относительности говорит нам использовать равенство ниже для подсчета «инвариантной массы» набора частиц после распада, которая и даст нам массу «родителя», бозона Хиггса:

    E 2 =p 2 c 2 +m 2 c 4

    Поиск массы бозона Хиггса из продуктов его распада
    Примечание Quantuz: тут мы немного не уверены в переводе, так как идут специальные термины. Предлагаем сравнить перевод с источником на всякий случай.

    Когда мы говорим о распаде типа H → Z + Z* → e+ + e- + µ+ + µ-, то четыре возможные комбинации, показанные выше, могут возникнуть как от распада бозона Хиггса, так и от фоновых процессов, так что нам нужно взглянуть на гистограмму суммарной массы четырех частиц в указанных комбинациях.

    Гистограмма масс подразумевает, что мы наблюдаем за огромным количеством событий и отмечаем количество тех событий, когда получается итоговая инвариантная масса. Она выглядит как гистограмма, потому что значения инвариантной массы разделены на столбцы. Высота каждого столбца показывает число событий, в которых инвариантная масса оказывается в соответствующем диапазоне.

    Мы можем вообразить, что это результаты распада бозона Хиггса, но это не так.

    Данные о бозоне Хиггса из фона
    Красные и фиолетовые области гистограммы показывают «фон», в котором число четырехлептонных событий предположительно произойдут без участия бозона Хиггса.

    Синяя область (см. анимацию) представляет «сигнальный» прогноз, в котором число четырехлептонных событий предполагают результат распада бозона Хиггса. Сигнал расположен на вершине фона, так как для того, чтобы получить общее прогнозируемое количество событий, вы просто складываете все возможные исходы событий, которые могут произойти.

    Черные точки показывают число наблюдаемых событий, в то время как черные линии, проходящие через точки, представляют статистическую неопределенность в этих числах. Рост данных (см. следующий слайд) на уровне 125 ГэВ является признаком новой 125 ГэВ-частицы (бозон Хиггса).

    Анимация эволюции данных для бозона Хиггса по мере накопления находится на оригинальном сайте .

    Сигнал бозона Хиггса медленно растет над фоном.

    Данные бозона Хиггса, распавшегося на два фотона
    Распад на два фотона (H → γ+ γ) имеет еще более широкий фон, но тем не менее сигнал четко выделяется.

    Это гистограмма инвариантной массы для распада бозона Хиггса на два фотона. Как вы можете видеть, фон очень широкий по сравнению с предыдущим графиком. Так происходит потому, что существует гораздо больше процессов производящих два фотона, чем процессов с четырьмя лептонами.

    Пунктирная красная линия показывает фон, а жирная красная линия показывает сумму фона и сигнала. Мы видим, что данные хорошо согласуются с новой частицей в районе 125 ГэВ.

    Недостатки первых данных
    Данные были убедительны, но не совершенны, и имели значительные недостатки. К 4-му июля 2012 не имелось достаточной статистики для определения темпа, с которым частица (бозон Хиггса) распадается на различные наборы менее массивных частиц (т.н. «ветвящиеся пропорции»), предсказываемые Стандартной Моделью.

    «Ветвящаяся пропорция» это просто вероятность того, что частица распадется через данный канал распада. Эти пропорции предсказываются Стандартной Моделью и измерены с помощью многократного наблюдения распадов одних и тех же частиц.

    Следующий график показывает лучшие измерения ветвящихся пропорций, которые мы можем сделать по состоянию на 2013 год. Так как это пропорции, предсказанные Стандартной Моделью, ожидание равно 1.0. Точки являются текущими измерениями. Очевидно, что отрезки ошибок (красные линии) в большинстве все еще слишком велики, чтобы делать серьезные выводы. Эти отрезки сокращаются по мере получения новых данных и точки возможно могут перемещаться.

    Как же узнать, что человек наблюдает событие–кандидат на бозон Хиггса? Существуют уникальные параметры, которые выделяют такие события.

    Является ли частица бозоном Хиггса?
    В то время как был обнаружен распад новой частицы, темп, с которым это происходит, к 4 июля все еще был не ясен. Даже было не известно, имеет ли открытая частица правильные квантовые числа – то есть имеет ли она спин и четность, требуемые для бозона Хиггса.

    Другими словами, 4 июля частица выглядела как утка, но нам требовалось убедиться, что она плавает как утка и крякает как утка.

    Все результаты экспериментов ATLAS и CMS Большого адронного коллайдера (а также коллайдера Тэватрон из Лаборатории Ферми) после 4 июля 2012 показали замечательную согласованность с ожидаемыми ветвящимися пропорциями для пяти режимов распада, обсуждаемых выше, и согласованность с ожидаемым спином (равным нулю) и четностью (равной +1), которые являются основными квантовыми числами.

    Эти параметры имеют важное значение для определения того, действительно ли новая частица это бозон Хиггса или какая-то другая неожиданная частица. Так что все имеющиеся доказательства указывают на бозон Хиггса из Стандартной Модели.

    Некоторые физики посчитали это разочарованием! Если новая частица это бозон Хиггса из Стандартной Модели, то, значит, Стандартная Модель по сути полностью завершена. Все, что теперь можно делать, так это проводить измерения с возрастающей точностью того, что уже открыто.

    Но если новая частица окажется чем-то, непредсказанным Стандартной Моделью, то это откроет дверь множеству новых теорий и идей для проверки. Неожиданные результаты всегда требуют новых объяснений и помогают толкать теоретическую физику вперед.

    Откуда во Вселенной появилась масса?
    В обычной материи основная часть массы содержится в атомах, а, если быть точным, заключена в ядре, состоящим из протонов и нейтронов.

    Протоны и нейтроны сделаны из трех кварков, которые приобретают свою массу, взаимодействуя с полем Хиггса.

    НО… массы кварков вносят вклад в размере около 10 МэВ, это примерно 1% от массы протона и нейтрона. Так откуда же берется оставшаяся масса?

    Оказывается, масса протона возникает за счет кинетической энергии составляющих его кварков. Как вы, конечно же, знаете, масса и энергия связаны равенством E=mc 2 .

    Так что лишь малая часть массы обычной материи во Вселенной принадлежит механизму Хиггса. Однако, как мы увидим в следующем разделе, Вселенная была бы полностью необитаема без хиггсовской массы, и некому было бы открыть хиггсовский механизм!

    Если бы не было поля Хиггса?
    Если бы не было поля Хиггса, на что была бы похожа Вселенная?

    Это не так очевидно.

    Определенно, ничего бы не связывало электроны в атомах. Они бы разлетались со скоростью света.

    Но кварки связаны сильным взаимодействием и не могут существовать в свободном виде. Некоторые связанные состояния кварков, возможно, сохранились бы, но насчет протонов и нейтронов не ясно.

    Вероятно, все это представляло бы собой ядерно-подобную материю. И может быть все это сколлапсировало в результате гравитации.

    Факт, в котором мы точно уверены: Вселенная была бы холодной, тёмной и безжизненной.
    Так что бозон Хиггса спасает нас от холодной, тёмной, безжизненной Вселенной, где нет людей, чтобы открыть бозон Хиггса.

    Является ли бозон Хиггса бозоном из Стандартной Модели?
    Мы точно знаем, что частица, которую мы открыли это бозон Хиггса. Нам также известно, что он очень похож на бозон Хиггса из Стандартной Модели. Но существует два момента, которые все еще не доказаны:

    1. Несмотря на то, что бозон Хиггса из Стандартной Модели, имеются небольшие расхождения, свидетельствующие о существовании новой физики (неизвестной ныне).
    2. Существуют больше чем один бозоны Хиггса, с другими массами. Это также говорит о том, что появятся новые теории для исследования.

    Только время и новые данные помогут выявить либо чистоту Стандартной Модели и ее бозона либо новые волнующие физические теории.

    Модель в виде физических полей строилась очень долго многими физиками, упорно изучающими Вселенную. Разработка данной модели началась в 70-х годах ХХ века. Суть её проста: без бозона Хиггса у материи не может быть массы.

    Совсем недавно произошло долгожданное событие: в ЦЕРНе была обнаружена знаменитая «частица бога». Предсказание сбылось, и наука приблизилась к разрешению тайны Вселенной. Попробуем представить себе что он из себя представляет. Для этого необходимо раскрошить кусочек пенопласта на стол. Если подуть на получившиеся крошки, которые являются аналогами элементарных частиц, они легко разлетятся. Но если поверхность стола будет покрыта слоем воды, разлёт крошек станет затруднённым. В этом сравнении вода выполняет функцию поля Хиггса, как бы придающая крошкам некоторую массу. А аналогом бозонов станет рябь водной поверхности, если на неё подуть. Разница заключается только в том, что такое поле влияет не на движение частиц, а на их ускорение.

    Поле Хиггса

    Поле Хиггса оказывает влияние на частицы, проходящие через него. Например, фотоны могут пройти сквозь это поле абсолютно свободно, а вот другие частицы – W- и Z-бозоны – замедлятся. С полем Хиггса взаимодействует всё, что имеет массу. И поле это занимает всё пространство Вселенной.Как и всем другим полям, полю Хиггса требуется определённая частица, которая будет переносить взаимодействие, влияя на находящиеся в этом поле частицы. Этот перененосчик и есть бозон Хиггса. Он был экспериментально обнаружен на БАКе 4 июля 2012 года и обладал массой 125 – 126 ГэВ/с 2 . Без поля Хиггса концепция построения материи получилась бы совершенно иной.Но даже картина Вселенной, получившаяся теперь, не может быть окончательной и не объясняет всех её свойств. Космология утверждает, что подавляющая часть вещества во Вселенной может состоять из совершенно иных форм материи. Хиггсовский бозон должен помочь в дальнейших исследованиях понимания этих форм. А некоторые, оптимистически настроенные учёные, уже пытаются использовать открытие на практике. Например, если каким-то образом убрать хиггсовское поле, то все элементарные частицы потеряют массу. Возможно, появится реальная возможность создания антигравитации. Хотя, неизвестно чем это может обернуться, и возможно ли такое вообще.

    В стандартной модели допускается только одно хиггсовское поле, обуславливающее все массы элементарных частиц. Но появляются расширенные, суперсимметричные стандартные модели (ССМ). В этих моделях каждой частице соответствует суперпартнёр, имеющий тесно связанные свойства (правда, такие частицы пока не обнаружены). Для ССМ уже требуются как минимум два поля, которые, взаимодействуя с частицами, наделяют их массой. Эти же поля наделяют частью массы и суперпартнёров. Два хиггсовских поля могут порождать пять разновидностей бозонов Хиггса. Из них три имеют нейтральное значение, а два получили заряд. Нейтрино, массы которых несравненно меньше масс других частиц, могут рождаться из таких взаимодействий.

    Бозон Хиггса – предвестник гибели Вселенной?

    Один из многих вариантов конца света опирается именно на хиггсовский бозон. Свойства этой частицы придают нашей Вселенной неустойчивое состояние, что делает возможным поглощение её Вселенной другой, альтернативной. Через какое-то время, вследствие квантовой флуктуации, может появиться вакуумный пузырёк, который станет альтернативной Вселенной, и она уничтожит нашу. Величина массы открытого бозона делает такую катастрофу очень реальной. Но не всё так плохо: конец света будет происходить со скоростью света, поэтому мы вряд ли успеем осознать его последствия. Считается, что эта катастрофа может разразиться в любое мгновение, но, скорее всего, она развернётся очень далеко от нас. Так что, несколько миллиардов лет форы у нас имеются.

    Как открыли

    Для поисков этой частицы был построен Большой адронный коллайдер. Это, вероятно, самый дорогостоящий проект за всю историю человечества, вобравший в себя самые последние достижения научных и инженерных гениев. Сравниться с ним по стоимости могут только грандиозные космические проекты. В подземном кольце, протяжённостью около 27 км, при помощи электрических полей разгоняются водородные ядра – протоны. Пучки протонов запускают во встречных направлениях. Разогнанные до гигантских скоростей, чуть меньших, чем скорость света, протоны сталкиваются друг с другом. Огромная энергия, приобретаемая протонами, эквивалентна массе, поэтому результатом столкновений массивных частиц является рождение новых частиц. Они очень нестабильны и подвергаются быстрому распаду. Следы столкновений регистрируются и обрабатываются специальными детекторами. Многократно изучая следы этих столкновении и открыли бозон Хиггса.

    Важность открытия бозона Хиггса для современной науки подтверждается тем, что её нарекли «частицей бога».

    5 июля 2012 14:11 МР
    версия для печати

    Бозон Хиггса простым языком можно сравнить со сплетней, которую запустили на одном конце большого зала, а все, кто в нем находился, начали передавать ее по цепочке. Бозон Хиггса нашли в CERN (том самом, что упоминается в «Коде да Винчи»). Уже сейчас физики всего мира считают, что открытие бозона Хиггса – это величайшее открытие в мире элементарных частиц.

    Бозон Хиггса: что это такое?

    Бозон Хиггса простыми словами пытались объяснить давно. В 1993 году министр науки Великобритании Вильям Волдгрэйв объявил конкурс на самое простое объяснение бозона Хиггса. Самой распространенной версией стала версия с вечеринкой. Чтобы понять, что такое бозон Хиггса, следует представить большую комнату, в которой проходит вечеринка.

    Бозон Хиггса нашли

    В определенный момент в комнату входит человек (например, рок-звезда), с которым все хотят пообщаться. Когда человек перемещается, за ним идет несколько гостей вечеринки – может показаться, что за ним идут скопления людей. При этом скорость движения рок-звезды ниже, чем у других гостей. Гости вечеринки сами могут объединяться в группки – если в толпе начнут обсуждать сплетню, то люди начнут передавать слух друг другу, образуя небольшие уплотнения.


    бозоны, фермионы, кварки и другие элементарные составляющие Вселенной — T&P

    Из-за обширной терминологии большинство популярных книг и статей по физике элементарных частиц не углубляются дальше самого факта существования кварков. Сложно что-либо обсуждать, если широкой аудитории не до конца понятны основные термины. Студент МФТИ и сотрудник лаборатории фундаментальных взаимодействий Владислав Лялин взял на себя функцию путеводителя в то, что называется Стандартной моделью, — главенствующую физическую теорию, объясняющую все известные науке частицы и их взаимодействие между собой, то есть устройство Вселенной на самом глубоком уровне.

    Строение вещества

    Владислав Лялин

    Итак, все состоит из молекул, а молекулы состоят из атомов. Атом состоит из ядра и облаков электронов вокруг него, которые совершают куда более сложные движения, чем просто вращение. Ядро примерно в 10 тысяч раз меньше размера атома, хотя это и есть почти вся его масса, и состоит из протонов и нейтронов. Как правило, на этом большинство школьных курсов физики заканчиваются, но на этом не заканчивается физика. В 50-х годах прошлого века ученые знали о существовании пяти частиц, которые они называли элементарными. Это были протон, нейтрон, электрон, фотон и электронное нейтрино. Уже через несколько десятков лет (с появлением первых коллайдеров) частиц, которые стоило бы причислить к элементарным, стало несколько десятков, и это число только росло. Термин «элементарная частица» пришлось пересматривать — и заодно придумывать новую теорию, еще сильнее углубляться в строение вещества. Со временем была создана теория, названная Стандартной моделью, описывающая все известные взаимодействия (кроме гравитации).

    Еще с древних времен материя и силы (взаимодействия) в физике были отделены. Эта идея присутствует и в Стандартной модели. Все элементарные частицы в ней делятся на «кирпичики материи» — фермионы и переносчики взаимодействия — бозоны. Эти классы частиц сильно отличаются друг от друга, одним из самых ярких отличий является отсутствие принципа запрета Паули у бозонов. Грубо говоря, в одной точке пространства может быть не более одного фермиона, но сколько угодно бозонов.

    Бозоны

    В Стандартной модели всего шесть элементарных бозонов. Фотон не обладает электрическим зарядом, он передает электромагнитное взаимодействие — то самое, которое связывает атомы в молекулы. Глюон передает сильное взаимодействие и обладает своим видом заряда (об этом еще будет сказано). Именно сильное взаимодействие отвечает за ядерные силы, скрепляющие протоны и нейтроны в ядрах. W+, W- и Z0 означает, что бозоны заряжены соответственно положительно, отрицательно и нейтрально (не заряжены). Они отвечают за так называемое слабое взаимодействие, которое умеет превращать одни частицы в другие. Самый простой пример слабого взаимодействия — распад нейтрона: один из кварков, составляющих нейтрон, излучает W-бозон и превращается в другой кварк, а W-бозон распадается на электрон и нейтрино.

    Остается последний бозон — бозон Хиггса. Теоретически он был предсказан еще в 60-х годах прошлого века, но экспериментально его существование было доказано только в 2013 году. Он отвечает за инертную массу элементарных частиц — именно массу, ответственную за эффекты инерции, а не притяжения. Квантовой теории, которая связала бы и инерцию, и гравитацию, пока что нет.

    Фермионы

    Элементарных фермионов гораздо больше, чем элементарных бозонов. Их делят на два класса: лептоны и кварки. Они отличаются тем, что кварки участвуют в сильном взаимодействии, а лептоны — нет.

    Лептоны

    Лептоны бывают трех поколений, в каждом поколении два лептона — один заряженный и один нейтральный. Первое поколение: электрон и электронное нейтрино, второе — мюон и мюонное нейтрино, третье — тау-лептон и тау-нейтрино. Лептоны очень похожи друг на друга, мюоны и тау-лептоны (так же как и электроны) могут образовывать атомы, заменяя на орбиталях электроны. Главное их отличие — в массе: мюон в 207 раз тяжелее электрона, а тау-лептон в 17 раз тяжелее мюона. С нейтрино должна быть похожая история, но их массы настолько малы, что до сих пор не измерены. Эти массы точно ненулевые, доказательство этого факта было отмечено Нобелевской премией в 2015 году. Мюон и тау-лептон нестабильны: время жизни мюона примерно 0,2 миллисекунды (что на самом деле довольно долго), тау-лептон распадается примерно в 17 раз быстрее. Особенности нейтрино состоят в том, что они участвуют только в слабом взаимодействии, из-за этого их очень трудно засечь. Также они могут произвольно менять свой сорт: к примеру, электронное нейтрино может внезапно превратиться в мюонное, или наоборот. В отличие от бозонов, у лептонов существуют античастицы. Таким образом, всего лептонов не 6, а 12.

    Кварки

    В английском слово funny может иметь значения «забавный» и «странный». Вот кварки как раз и есть funny. Они забавно называются: верхний, нижний, странный, очарованный, прелестный и истинный. И они очень странно себя ведут. Существует три поколения кварков, по два кварка в каждом, и точно так же у них у всех существуют античастицы. Кварки участвуют как в электромагнитном и слабом взаимодействиях, так и в сильном. Для заметки: фермионы, участвующие в сильном взаимодействии, называются адронами; таким образом, адроны — это частицы, состоящие из кварков. Поэтому Большой адронный коллайдер, собственно, называется адронным: там сталкивают протоны или ядра атомов (адроны), но не электроны. Кварки любят образовываться в частицы из трех и двух кварков, но никогда не появляются по одному. В этом и заключается их странность. Частицы из трех кварков называют барионами, а из двух — мезонами.

    Почему они так делают? Это происходит из-за особенностей сильного взаимодействия, которое удерживает кварки в адронах. Сильное взаимодействие очень интересно: вместо одного заряда, как в электромагнитном, у сильного их бывает три. И оказывается, что существуют только нейтральные частицы, а нейтральной частица может быть, только если в ней есть либо три разных заряда одного знака, либо два одинаковых заряда разного знака. Из-за этой особенности (и для удобства) заряды начали называть красным, зеленым и синим, а соответствующие отрицательные заряды — антикрасным, антизеленым и антисиним. Получается, что если взять красный, зеленый и синий, мы получим белый, то есть нейтральный; если взять красный и антикрасный, мы тоже получим белый. Это легко запоминается, но стоит подчеркнуть, что это не имеет никакого отношения к цветам, к которым мы привыкли в жизни. Это просто красивая и удобная аналогия со смешиванием. В Стандартной модели каждый кварк может быть любого из трех цветов, а антикварк — любого из трех «антицветов». Получается, что ни один из кварков не может быть непосредственно зарегистрирован, ведь свободно существовать могут только бесцветные частицы, а кварки «раскрашены». Эта особенность их поведения называется конфайнментом, что с английского дословно переводится как «заточение».

    Конфайнмент

    Хорошо — допустим, что кварки не могут существовать свободно. Но что если просто взять мезон, состоящий из двух кварков, и разорвать его на две части? Не получим ли мы два кварка? (На самом деле нет.) Представьте, что мезон очень сильно растягивают. В отличие от электромагнитного, сильное взаимодействие тем сильнее до определенного предела, чем взаимодействующие частицы дальше друг от друга. Это похоже на пружину: чем сильнее ее растягивать, тем сильнее она будет сжиматься и тем больше у нее будет энергии. Чтобы сильнее стягивать кварки, сильное взаимодействие создает новые глюоны. И чем дальше мы их растягиваем, тем больше глюонов создается. Но в какой-то момент энергия этих созданных глюонов становится настолько большой, что выгоднее становится создать новую пару кварк-антикварк, чем продолжать плодить глюоны. Много глюонов исчезает, вместо них появляются кварк и антикварк. В момент появления кварк-антикварковой пары из четырех кварков создаются два мезона, каждый из которых бесцветен.

    Может показаться, что теория замкнута сама на себе и что кварков на самом деле не существует, а конфайнмент, по сути, костыль, который придумали только для того, чтобы прекратить поиски кварков; что это просто удобная модель, которая не имеет под собой физического обоснования. Долгое время в научных кругах ходила такая мысль. Однако поздние теоретические исследования и недавние экспериментальные показывают, что при определенных условиях кварки могут покидать адроны. Более того, это состояние материи существовало практически сразу после большого взрыва, и только после сильного охлаждения кварки связались в адроны. Такое состояние материи сейчас исследуют на Большом адронном коллайдере в эксперименте ALICE. Для его получения нужна температура в два триллиона градусов. Это состояние материи называется кварк-глюонной плазмой.

    Для понимания, что есть кварк-глюонная плазма, стоит провести аналогию. Представьте себе воду в невесомости. Она находится в жидком агрегатном состоянии, и из-за сил поверхностного натяжения она имеет вид шара — можно сказать, что она заточена в этот шар. Начнем повышать температуру. Когда она достигнет 100 градусов, вода начнет кипеть, активно испаряться и со временем полностью станет паром, у которого уже не будет силы поверхностного натяжения. Явление превращения воды в пар называется фазовым переходом. Если продолжить нагревать пар, то примерно при 1 400 градусах молекулы воды разделятся на водород и кислород — сдиссоциируют, — и вода станет смесью кислородной и водородной плазм. Это еще один фазовый переход. Теперь возьмем газ — но не из молекул воды, а из адронов — и начнем его нагревать. Придется нагревать весьма сильно, потому что для фазового перехода нужна температура примерно в два триллиона градусов. При такой температуре адроны как бы «диссоциируют» в свободные кварки и глюоны. Таким образом, адрон совершит фазовый переход в состояние кварк-глюонной плазмы. Это явление называется деконфайнментом, то есть процессом освобождения кварков из адронов.

    В поисках теории всего

    Последнего экспериментального подтверждения Стандартная модель ждала около 50 лет, но теперь бозон Хиггса найден — что дальше? Можно ли думать, что великие открытия закончились? Конечно, нет. Стандартная модель изначально не претендовала на звание теории всего (ведь она не включает в себя описание гравитации). Более того, в декабре прошлого года ATLAS и CMS в коллаборации опубликовали статьи о возможном обнаружении новой тяжелой частицы, не вписывающейся в Стандартную модель. И физики не грустят, а, наоборот, рады, ведь сам Большой адронный коллайдер строили не для того, чтобы подтверждать уже известное, а чтобы открывать новое. И так же «новая физика» не говорит о том, что Стандартная модель будет вычеркнута и предана анафеме. Мы ученые, и если что-то точно работает (а Стандартная модель это доказала), то оно должно быть частным случаем любой новой теории, иначе новая теория будет противоречить старым экспериментам. Для примера: механика Ньютона является прекрасной моделью для описания движения с низкими (значительно меньше скорости света) скоростями — несмотря на то, что сейчас мы знаем специальную теорию относительности. Точно так же, когда появятся новые модели (или модификации Стандартной), будут существовать условия, при которых будет верно то, что мы знаем сейчас.

    Не пропустите следующую лекцию:

    Туляки помогали строить коллайдер – Архив Тульских новостей

    Корреспондентам “Слободы” удалось попасть на территорию режимного предприятия – Богородицкого завода технохимических изделий и посмотреть, как изготавливаются кристаллы для большого адронного коллайдера.

    ЗАЧЕМ НУЖЕН КОЛЛАЙДЕР?
    Сейчас весь мир только и говорит о каком-то Большом адронном коллайдере. Что это за зверь такой? Говоря простым языком, группа ученых из более чем 40 стран мира решила узнать ответ на самый главный вопрос физики – как появилась Вселенная, а параллельно решить еще несколько жутко глобальных вопросов. Для этого много лет и строился Большой адронный коллайдер (БАК).
    Внешне БАК – это подземный туннель диаметром 3 м и длиной 27 км. Находится он под землей на глубине 100 м на границе Швейцарии и Франции. 10 сентября коллайдер запустили в тестовом режиме. Основные эксперименты здесь будут проводиться в ближайшие год-полтора.
    Коллайдером он был назван от английского слова collide (сталкиваться, соударяться), поскольку в гигантской трубе, по задумке ученых, будут разгонять и сталкивать протоны и тяжелые ионы. Результаты разгона и столкновения частиц будут фиксировать детекторы.
    Что будет в результате этого столкновения – пока толком неизвестно. Хотя ученые уверены, что ничего страшного. Наоборот, польза одна.
    Так это или нет, покажет время, но то, что коллайдер глобален и вызывает интерес всего мира, – это точно.
    А между тем важнейшую часть детекторов для коллайдера изготавливали наши земляки – работники Богородицкого завода технохимических изделий.


    Большой адронный коллайдер спрятан от человеческих глаз под землей, на глубине около
    100 метров. В сравнении с человеком (на снимке слева) коллайдер выглядит просто супергигантом!

    КРИСТАЛЛЫ ДЛЯ ЭКПЕРИМЕНТА РАСТИЛИ ПОД ТУЛОЙ
    Для одного из экспериментов коллайдера ученым потребовался электромагнитный калориметр из более чем 80000 кристаллов специального материала – вольфрамата свинца. Откуда взять эти кристаллы? В мире подобного производства практически нет. Заводы, предлагавшие свою продукцию, либо не могли выполнить такой крупный заказ, либо производили кристаллы, не устраивавшие организаторов проекта по качеству и цене.
    Ответ на свой вопрос ученые из Европейского центра ядерных исследований неожиданно получили в России. А точнее, в Богородицке! Здесь с конца 60-х годов выращивали кристаллы, которые использовались в производстве преобразователей сигнала для отечественных телевизоров. От советской эпохи осталось огромное невостребованное предприятие, зато на нем сохранилось оборудование – 120 специальных печей. Они вполне подходили для выращивания кристаллов, необходимых для коллайдера!


    Кристаллы для известного во всем мире коллайдера растили именно в этих печах
    на территории Богородицкого завода технохимических изделий.


    Эту красивую награду от Европейского центра ядерных исследований
    туляки получили за кристаллы для коллайдера.

    “СЛОБОДА” УЗНАЛА, КАК РАСТУТ КРИСТАЛЛЫ
    Корреспонденты “Слободы” приехали на предприятие в разгар рабочего дня. Предприятие режимное, по территории ходит вооруженная охрана.
    Генеральный директор завода Алексей Бабердин рассказал, как выращивают кристаллы, и поделился своими впечатлениями от большого адронного коллайдера, в котором ему довелось побывать.
    – Я бываю там довольно часто, – говорит Алексей Викторович, – и каждый раз восхищение мощью человеческого разума переполняет меня через край. Это настоящий фантастический фильм! Такого количества техники и электроники, расположенной в одном месте, я не видел никогда – это что-то потрясающее! Стоишь около этой гигантской установки и чувствуешь себя очень маленьким.
    Алексей Бабердин показал и сам кристалл, который применяется в коллайдере. По-научному он называется вольфрамат свинца, а на вид прозрачный как стекло. Нам даже удалось подержать его в руках. Брусок сантиметров двадцать длиной весит килограмма полтора, а стоит более 1000 долларов. У этого материала очень высокая плотность – практически как у легированной стали.
    – Таких производств, как у нас, было в России всего два, – рассказывает Алексей Бабердин. – На втором заводе – “Северный кристалл” – сейчас кристаллы уже не делают.
    Всего на производстве кристаллов работает 250 человек. Производительность – от 1000 до 1200 кристаллов в месяц. Кстати, это ровно столько же, сколько весь Китай делает года за два! Кристаллы растут в специальных установках. Один кристалл растет двое суток, а затем его механическим способом обрабатывают.
    Кристалл должен быть идеально ровным, так что его геометрические параметры измеряют по ста точкам. А после на закрытом предприятии, находящемся за пределами Тульской области, все кристаллы тщательно проверяют на радиационную стойкость.


    К коллайдеру богородицкие кристаллы доставляли в специальных коробках,
    в которых им не страшно падение с высоты в один метр.


    После того как кристалл готов, его осматривают специалисты:
    нет ли сколов и трещин, ровная ли у него поверхность.

    ТУЛЬСКИХ УМЕЛЬЦЕВ НАГРАДИЛИ ФИЗИКИ
    Кстати, в большой адронный коллайдер кристаллы поставляли и другие фирмы, но чисто номинально. К примеру, Шанхайский институт керамики тоже их производил и поставлял, но китайские кристаллы в коллайдере установили в самые ненагруженные части калориметра – слишком уж ненадежные. Из-за этого ученые выбрали именно богородицких умельцев.
    – Для эксперимента мы сделали 75000 кристаллов из 80000, – говорит Алексей Бабердин. – Наш вклад был так высоко оценен Европейской организацией по ядерным исследованиям, что она наградила завод Бриллиантовой наградой за 2008 год – “за беспрецедентную продуктивность и количество изготовленных кристаллов”!

    БУДЕТ ЛИ КОЛЛАЙДЕР ПОЛЕЗЕН ЧЕЛОВЕЧЕСТВУ?
    – В результате эксперимента на БАК может открыться путь к управлению гравитацией (земным притяжением. – Прим. авт.)! – считает Алексей Бабердин. – Это произойдет лишь в том случае, если будет подтверждено существование частицы под названием бозон Хиггса, отвечающей за массу и гравитацию. Применение результатов эксперимента – дело нескольких десятилетий. Но сейчас прогресс ускоряется. И если бозон Хиггса все-таки будет открыт, то я не удивлюсь, если лет через 15 мы научимся управлять гравитацией.
    Многие обыватели опасаются, что Землю в результате эксперимента с коллайдером может поглотить огромная черная дыра. Другие считают, что велика вероятность мощнейшего взрыва. Но у физиков иное мнение.
    – Так как подобный эксперимент происходит в первый раз, уверенно предсказать его результат нельзя – все-таки это эксперимент, – считает Алексей Бабердин. – Но, поверьте, очень компетентные ученые-физики, с которыми я общался, считают, что никакой опасности в большом адронном коллайдере нет.


    ИЗ ИСТОРИИ ВОПРОСА
    БОЛЬШОЙ АДРОННЫЙ КОЛЛАЙДЕР
    10 сентября в лаборатории Европейского центра ядерных исследований (CERN) произведен запуск Большого адронного коллайдера – самого грандиозного в истории научного проекта, призванного раскрыть тайны устройства Вселенной.
    Большой адронный коллайдер (БАК) – это самый большой из ныне существующих в мире ускорителей протонов и тяжелых частиц.
    Главное задание: выявить и изучить так называемые “бозоны Хиггса”, называемые еще “божественными частицами” в связи с присущими им, согласно теории английского физика Питера Хиггса, свойствами наделять другие элементарные частицы массой.


    1 На “малое кольцо” коллайдера запускается сначала один, а потом другой пучок протонов для достижения ими начального ускорения.
    2 Пучки протонов выводятся на “большое кольцо” коллайдера: один – по часовой стрелке, другой – против.
    3 Пучки протонов, достигнув максимальной скорости, сталкиваются между собой, порождая микровзрыв. В этот момент ученые и планируют зафиксировать рождение и распад “бозона Хиггса”.

    Источник: CERN


    А ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ, ЧТО. ..

    • В подмосковной Дубне тоже строится свой коллайдер. Правда, запущен он будет в 2015 году, но уже сейчас БЗТХИ поставляет для него кристаллы для прототипа детектора.

    • Общая масса одного детектора – 12 500 т.

    • Энергия 14 тераэлектронвольт, на которой работает большой коллайдер, примерно равна энергии столкновения 2 комаров, просто она сконцентрирована в очень маленьком объеме.

    • Кристаллы вольфрамата свинца могут использоваться в системах мониторинга ядерных материалов, а также для обнаружения наркотиков и взрывчатых веществ.

    ИИНТЕРНЕТ-ОПРОС
    Как вы относитесь к эксперименту с большим адронным коллайдером?

    В опросе приняли участие 126 посетителей портала MySLO.ru.

    Сергей БИРЮК, фото автора
    и из архива Алексея БАБЕРДИНА.

    зачем ученым второй Большой Коллайдер? / Хабр

    a) Предвосхищая некоторые возгласы трудящихся о чрезмерных упрощениях в данной статье: если ваши знания позволяют вам понять описанное глубже, вряд ли вам вообще интересна данная статья. Давайте обсудим все ваши вопросы в ЛС.
    б) Прошу прощения за большое количество отсылок к зарубежным статьям, перевод всех этих статей займет у меня слишком много времени.

    Прошел месяц с того момента, как специальным комитетом окончательно было выбрано место для строительства Международного Линейного Коллайдера (International Linear Collider). ILC будет построен рядом с горным хребтом Kitakami в окрестности одноименного города префектуры Iwate. К слову, данная префектура соседствует с префектурой Miyagi, в которой в 2011 году произошло сильнейшее землетрясение. Однако беспокоиться по поводу выбора места не следует: в течение 2013 года комитет собирался 60 раз, что соответствует более 300 часам обсуждений. В пресс-релизе также кратко описаны причины данного выбора.
    В дополнение стоит упомянуть, что Объединенный Институт Ядерных Исследований в г. Дубна несколько лет назад рассматривался в качестве потенциального кандидата на место для строительства ILC, но был отклонен позднее.

    К своему удивлению я обнаружил, что в рунете достаточно мало информации, описывающей этот грандиозный проект. Безусловно, пресса примется за обсуждение «Второго Коллайдера, Который Обязательно Извергнет Черную Дыру, Которая Обязательно Поглотит Землю» (на самом деле нет), но только ближе к началу (и, наверняка, окончанию) его строительства. А пока давайте разберемся, что это за коллайдер, зачем он нужен ученым, и чем их не устраивает существующий Большой Адронный Коллайдер.

    Итак, Международный Линейный Коллайдер — крупнейший проект ускорителя частиц, сравнимый по масштабам с Большим Адронным Коллайдером. В отличие от LHC, новый коллайдер будет не кольцевым, а линейным. Кроме того, ускоряемыми частицами будут электроны и позитроны, в отличие от LHC, который является протон-протонным коллайдером. Также ILC имеет во много раз меньшую энергию сталкиваемых частиц.

    Каковы преимущества такого решения?

    • Столкновения электронов и позитронов — более «чистые». Вспомним, что протоны гораздо массивнее электронов, следовательно, при их столкновении образуется очень много побочных частиц. Электроны и позитроны, в отличие от протонов, гораздо меньше, что позволяет более подробно изучать процессы, происходящие при их столкновении, не мучаясь отсевом шумов (шумы — это основное, что регистрируют детекторы на LHC).
    • Несмотря на меньшую энергию частиц на ILC и меньшую энергию столкновений (и, соответственно, меньшую вероятность зарождения бозона Хиггса), каждое событие рождения и распада бозона Хиггса на ILC будет надежно регистрироваться, и научная ценность таких данных будет выше, чем данных, полученных на LHC (на котором, повторюсь, полезный сигнал сильно зашумлен). Именно поэтому более низкая энергия частиц на Международном Линейном Коллайдере (порядка 500 ГэВ) по сравнению с Большим Адронным Коллайдером (около 14000 ГэВ) не столь важна.
    • Из школьного курса физики известно, что при неравномерном движении заряженных частиц они становятся источником электромагнитного излучения. Поэтому при ускорении электронов циклическим ускорителем на высоких энергиях движение по окружности будет являться причиной огромных энергетических потерь в виде жесткого электромагнитного излучения (так называемого синхротронного излучения). Более простым языком — КПД циклического ускорителя будет меньше, чем линейного.
    • При ускорении частиц в линейном коллайдере не предусматриваются сложные системы для стабилизации пучков и нет необходимости в повторной фокусировке нестолкнувшихся частиц (иными словами, не нужно «держать» пучки после столкновения в устойчивом состоянии). Это позволяет несколько упростить конструкцию линейного коллайдера по сравнению с кольцевым и точнее сфокусировать пучки перед столкновением (к слову, фокусировка пучков перед столкновением — очень сложная задача).
    • Ну, и наконец, после многолетних исследований хорошо проработана высокоэффективная методика ускорения частиц, основанная на принципе радиочастотного ускорения. Это позволяет достичь высокого ускоряющего градиента (и построить ускоритель длиной не в сотни, а десятки километров).

    Почему нельзя обойтись существующим коллайдером LHC? Как уже было сказано, на LHC сталкиваются пучки тяжелых протонов. Образующиеся «мусорные» столкновения существенно мешают процессу обработки результатов. Открытый же год назад бозон Хиггса заставляет ученых вплотную заняться исследованием этой частицы, и здесь Большой Адронный Коллайдер бессилен. Мало того, что рождение бозона Хиггса — очень редкое событие, так на LHC его еще нужно отделять от фонового шума «мусорных» столкновений. Международный Линейный Коллайдер как раз и планируется использовать в качестве инструмента для экспериментального изучения свойств бозона Хиггса.

    Далее давайте вкратце пробежимся по общему принципу действия и основным элементам проекта нового коллайдера. Поможет нам в этом первый том технической спецификации ILC.

    • В качестве источника электронов выступает электронная пушка с фотокатодом внутри. Облучаться фотокатод будет импульсами интенсивного лазерного излучения.
    • Источником позитронов является ондулятор, через который пропускается часть пучка электронов, где они, периодически ускоряясь и замедляясь, излучают рентгеновские лучи. Данные лучи направляются на титановую мишень и выбивают из нее электрон-позитронные пары.
    • Электронные и позитронные демпфирующие кольца длиной 3,2 км будут расположены в общем тоннеле. Данные кольца необходимы для «успокоения» пучка, полученного от источника и накопления необходимого количества частиц для начала их столкновений.
    • Двухступенчатые компрессоры электронного и позитронного пучков предназначены для сжатия пучков электронов и позитронов с 6 мм до 0,15 мм в длину, и до десятков нанометров в высоту и ширину. Данные компрессоры по сути являются гигантскими магнитными «линзами», фокусирующими пучок электронов так же, как оптические линзы фокусируют лучи света.
    • Ну, и наконец, сердце ILC — два линака (от «linac» = «linear accelerator») по 11 км в длину. Их действие основано на радиочастотном принципе ускорения заряженных частиц, огромными усилиями разрабатываемого в последние десятилетия. Основным элементом данных линаков являются ниобиевые резонаторы, охлажденные до температуры 1,8 К в огромных криогенных «чехлах» — криомодулях. Пропуская через резонаторы переменный электрический ток (для ILC — частотой 1,3 ГГц), можно создать во внутренней полости резонаторов такую конфигурацию электрического поля, которая позволяла бы ускорять заряженные частицы на протяжении всей длины резонатора.

    Текущая конфигурация ILC предусматривает два сценария для дальнейшего апгрейда ускорителя после его строительства: увеличение

    светимости

    (интенсивности столкновения частиц) путем увеличения количества «сгустков» частиц в каждом пучке, либо увеличение энергии соударяемых частиц. Каждый из сценариев развития имеет свои преимущества и недостатки, какой из них будет выбран пока неясно.

    Sources:
    http://www.linearcollider.org/ILC/What-is-the-ILC/Facts-and-figures
    http://ilc-str.jp/topics/2013/08281826/
    http://www.quantumdiaries.org/2013/08/23/ilc-more-than-just-a-higgs-factory/
    http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1306/1306.6327.pdf
    http://thescience.ru/2013/09/23/why-the-scientists-need-the-second-large-collider/

    Что такое Бозон Хиггса.

    Описание простым языком

    Можно поспорить на крупную сумму, что большинство из вас (в том числе и люди, интересующиеся наукой) не очень хорошо представляют себе, что же такое нашли физики на большом адронном коллайдере, почему они это так долго искали, и что будет дальше.

    Поэтому небольшой рассказ о том, что такое бозон Хиггса.

    Начать нужно с того, что люди вообще очень плохо умеют представлять в уме, что творится в микромире, на масштабе элементарных частиц.

    Скажем, многие со школы представляют себе, что электроны – такие маленькие желтые шарики, вроде мини-планет, вращающихся вокруг ядра атома, а то похоже на ягоду малины, составленную из красных и синих протонов-нейтронов. Те, кто немного знаком с квантовой механикой по популярным книгам, представляют элементарные частицы в виде этаких размытых облачков. Когда нам пишут, что любая элементарная частица одновременно является волной, мы представляем себе волны на море (или в океане): поверхность трехмерной среды, которая периодически колеблется. Если нам сказать, что частица представляет собой событие в некотором поле, мы представим себе поле (что-то такое гудит в пустоте, как трансформаторная будка).

    Всё это очень плохо. Слова “частица”, “поле” и “волна” крайне плохо отражают реальность, и представлять их себе нельзя никак. Какой бы визуальный образ ни пришел вам в голову, он будет неверным и будет мешать пониманию. Элементарные частицы не являются чем-то, что в принципе можно увидеть или “пощупать”, а мы, потомки обезьян, рассчитаны на то, чтобы представлять себе только такие вещи. Неправда, что электрон (или фотон, или бозон Хиггса) “являются одновременно частицей и волной”; это нечто третье, для чего слов в нашем языке никогда не было (за ненадобностью). Мы (в смысле, человечество) знаем, как они себя ведут, мы можем производить какие-то расчеты, мы можем устраивать с ними эксперименты, но мы не можем подобрать для них хороший мысленный образ, потому что штуки, хотя бы примерно похожие на элементарные частицы, на наших масштабах не встречаются вообще.

    Профессиональные физики и не пытаются визуально (или как угодно ещё в терминах человеческих чувств) представлять себе то, что творится в микромире; это плохой путь, он никуда не ведет. У них постепенно вырабатывается некоторая интуиция насчет того, какие там объекты обитают, и что с ними случится, если сделать то-то и то-то, но непрофессионал вряд ли сможет её продублировать.

    Так, надеюсь, вы больше не думаете о маленьких шариках. Теперь о том, что же все-таки искали и нашли на Большом Адронном Коллайдере.

    Общепринятая теория того, как устроен мир на самых маленьких масштабах, называется Стандартная Модель. Согласно ей, наш мир устроен так. В нём есть несколько принципиально разных типов вещества, которые различными способами взаимодействуют друг с другом. О таких взаимодействиях иногда удобно говорить как об обмене некими “объектами”, для которых можно измерить скорость, массу, можно разогнать их или столкнуть друг с другом и т. п. В каких-то случаях удобно называть их (и думать о них) как о частицах-переносчиках. Таких частиц в модели 12 разновидностей. Напоминаю, что всё, о чем я сейчас пишу, все равно неточно и профанация; но, надеюсь, всё же гораздо меньшая, чем сообщения большинства СМИ. (Например, “Эхо Москвы” 4-го июля отличилось фразой “5 баллов по шкале сигма”; знающие оценят).

    Так или иначе, 11 из 12 частиц Стандартной модели уже наблюдались ранее. 12-я – бозон, соответствующий полю Хиггса – то, что придает многим остальным частицам массу. Очень хорошая (но, конечно, тоже неверная) аналогия, которую придумал не я: представьте себе идеально гладкий бильярдный стол, на котором находятся бильярдные шарики-элементарные частицы. Они легко разлетаются в разные стороны и движутся куда угодно без помех. Теперь представьте себе, что стол покрыт некой липкой массой, затрудняющей движение частиц: это поле Хиггса, а то, насколько частица прилипает к такому покрытию – и есть его масса. С некоторыми частицами поле Хиггса не взаимодействует никак, например, с фотонами, и их масса, соответственно, равна нулю; можно представить себе, что фотоны похожи на шайбу в аэрохоккее, и покрытие не замечают вообще.

    Вся эта аналогия неверна, например, потому что масса, в отличие от нашего липкого покрытия, мешает частице не двигаться, а ускоряться, но какую-то иллюзию понимания дает.

    Бозон Хиггса – это частица, соответствующая этому “липкому полю”. Представьте себе очень сильный удар по бильярдному столу, повредивший сукно и смявший небольшое количество липкой массы в складку-пузырик, которая очень быстро растечется обратно. Вот, это он и есть.

    Собственно, именно этим Большой адронный коллайдер и занимался все эти годы, и примерно так процесс получения бозона Хиггса и выглядел: лупим изо всех сил по столу до тех пор, пока само сукно не начнет превращаться из очень статичной, твердой и липкой поверхности во что-то более интересное (или пока не случится что-нибудь ещё более чудное, теорией не предсказанное). Именно поэтому БАК настолько большой и мощный: с меньшей энергией “по столу” бить уже пытались, но безуспешно.

    Теперь насчет пресловутых 5 сигма. Проблема вышеописанного процесса заключается в том, что мы можем только стукнуть и надеяться, что из этого что-то выйдет; гарантированного рецепта получения именно бозона Хиггса нет. Хуже, когда он все-таки родился на свет, мы должны успеть его зарегистрировать (увидеть его, естественно, нельзя, да и существует он лишь ничтожную долю секунды). Каким бы детектором мы ни пользовались, мы можем лишь сказать, что кажется, возможно, мы наблюдали нечто похожее.

    Теперь представьте себе, что у нас есть особая игральная кость; она падает случайно на одну из шести граней, но если рядом с ней как раз в это время находится бозон Хиггса, то шестерка не выпадет никогда. Это типичный детектор. Если мы кинем кость один раз и одновременно стукнем изо всех сил по столу, то вообще никакой результат нам ровно ни о чем не скажет: выпало 4? Вполне вероятное событие. Выпало 6? Возможно, мы просто стукнули по столу слегка не в тот момент, и бозон, хотя и существующий, не успел родиться в нужный момент, или наоборот, успел распасться.

    Но мы можем проделывать этот эксперимент несколько раз, и даже много раз! Отлично, давайте кинем кость 60 000 000 раз. Допустим, при этом шестерка выпала “всего лишь” 9 500 000 раз, а не 10 000 000; значит ли это, что бозон время от времени появляется, или это всего лишь допустимая случайность – мы же не верим, что кость должна лечь шестеркой ровно 10 миллионов раз из 60?

    Ну ээээ. На глазок такие вещи не оцениваются, нужно считать, насколько велико отклонение, и как оно соотносится с возможными случайностями. Чем больше отклонение, тем меньше вероятность того, что кость просто случайно так ложилась, и тем больше вероятность того, что время от времени (не всегда) возникала новая элементарная частица, мешавшая ей лечь шестеркой. Отклонение от среднего удобно выражать в “сигмах”. “Одна сигма” – это такой уровень отклонения, который является “наиболее ожидаемым” (его конкретное значение может вычислить любой третьекурсник физ- или матфакультета). Если экспериментов достаточно много, то отклонение в 5 сигма – это тот уровень, когда мнение “случайность маловероятна” превращается в абсолютно твердую уверенность.

    О достижении примерно этого уровня отклонений сразу на двух разных детекторах и объявили физики 4 июля. Оба детектора вели себя очень похоже на то, как они бы вели себя, если бы получаемая в результате сильных ударов по столу частица действительно была бозоном Хиггса; строго говоря, это ещё не значит, что перед нами именно он, нужно измерить всякие прочие его характеристики всякими другими детекторами. Но сомнений осталось уже мало.

    Наконец, о том, что нас ждет в будущем. Была ли открыта “новая физика”, и был ли совершен прорыв, который пригодится нам для создания гиперпространственных двигателей и абсолютного топлива? Нет; и даже наоборот: стало ясно, что в той части физики, которая изучает элементарные частицы, чудес не происходит, и природа устроена практически так, как физики всю дорогу и предполагали (ну, или почти так). Это даже немного грустно.

    Ситуация осложняется тем, что нам совершенно твердо известно, что она в точности так устроена быть не может в принципе. Стандартная модель чисто математически не совместима с общей теорией относительности Эйнштейна, и то, и другое одновременно быть верно просто не может.

    И куда теперь копать, пока не очень понятно (не то чтобы мыслей совсем нет, скорее, наоборот: различных теоретических возможностей слишком много, а способов их проверить гораздо меньше). Ну, может быть, кому-то и понятно, но уж точно не мне. Я и так в этом посте давным-давно вышел за пределы своей компетенции. Если я где-то сильно соврал, пожалуйста, поправьте меня.

    Читайте также:



    На Большом адронном коллайдере появилась новая частица-призрак? | Физика частиц

    Ученые из лаборатории ядерной физики ЦЕРН близ Женевы выясняют, не возникла ли странная и неожиданная новая частица во время экспериментов на Большом адронном коллайдере.

    Исследователи многоцелевого детектора компактного мюонного соленоида (CMS) обнаружили любопытные выпуклости в своих данных, которые могут быть визитной карточкой неизвестной частицы, масса которой более чем в два раза превышает массу атома углерода.

    Перспектива появления такой загадочной частицы озадачила физиков не меньше, чем взволновала их. На данный момент ни одна из их любимых теорий реальности не включает частицу, хотя многие теоретики сейчас усердно работают над моделями, в которых она есть.

    «Я бы сказал, что теоретики взволнованы, а экспериментаторы настроены очень скептически, — сказал Александр Никитенко, теоретик из команды CMS, работавший над данными. «Как физик я должен быть очень критичным, но как автор этого анализа я также должен иметь некоторый оптимизм.

    В этот четверг старшие ученые лаборатории запланировали беседу, на которой Никитенко и его коллега Йотам Сорек обсудят работу. Они расскажут, как они заметили выпуклости в данных CMS при поиске свидетельств существования более легкого родственника бозона Хиггса, неуловимой частицы, которая была обнаружена на БАК в 2012 году.

    Большой адронный коллайдер создает частицы, сталкивая субатомные протоны в одно целое. другой со скоростью, близкой к скорости света. Когда протоны встречаются, энергия столкновения преобразуется в массу, и, таким образом, частицы, в соответствии с уравнением Эйнштейна, E=mc 2 .

    Многие частицы, созданные на БАК, крайне нестабильны и сразу же распадаются на более легкие и более стабильные частицы, такие как фотоны и электроны. Именно путем поиска избытка этих частиц, проявляющегося как выпуклость в данных, физики склонны находить новые частицы. Например, один из способов, которым бозон Хиггса выдал свое существование, заключался в необычно большом количестве фотонов, зарегистрированных при столкновениях, в которых образовалась частица.

    Но физика элементарных частиц — нелегкая задача.К бесконечному разочарованию его практиков, неровности данных, вызванные ничем иным, как статистическими колебаниями, появляются постоянно. Лучший способ отличить эти открытия от отмеченных Нобелевской премией открытий — анализировать все больше и больше данных: статистические случайности со временем всегда исчезают.

    В ходе двух отдельных анализов команда CMS обнаружила данные, указывающие на скопление мюонов или тяжелых электронов в их детекторе. Если это действительно так, данные указывают на новую частицу с массой 28 ГэВ или 1 миллиард электрон-вольт, что чуть меньше четверти массы бозона Хиггса.Что бы это ни было, это не та частица, которую искали Никитенко и его коллеги.

    Еще больше усложняет ситуацию то, что удары были более выражены при низкоэнергетических столкновениях БАК, чем при более энергичных столкновениях, которые машина совершала после модернизации. По словам Никитенко, это можно объяснить тем, что при более высоких энергиях образуется больше «фоновых» частиц, которые затемняют сигнал.

    Поскольку анализ занимает очень много времени, команде CMS может потребоваться еще год, чтобы подтвердить или исключить существование новой частицы.Но Карл Джейкобс, представитель команды ЦЕРН, которая работает над Атласом, другим многоцелевым детектором БАК, сказал, что они проверяют свои собственные данные на наличие признаков предполагаемой частицы. «Мы работаем над аналогичным анализом данных Атласа, однако я пока не могу назвать вам сроки, когда результаты будут обнародованы», — сказал он.

    Для Atlas перепроверить результат было «решающим», сказал Никитенко. «Если Атлас подтвердит это, это будет настоящая вещь. Это будет действительно что-то ужасно новое.”

    В одном независимом исследовании уже сообщалось о возможных доказательствах существования частицы. Арно Хейстер, бывший член команды CMS, который знал о скачках в данных, проанализировал более ранние результаты, собранные Алефом, детектором на предыдущем ускорителе частиц ЦЕРН, известном как Большой электрон-позитронный коллайдер (LEP). Он обнаружил аналогичный удар при энергии 30 ГэВ. «Это превышение, если оно реально, является чем-то очень неожиданным», — сказал он The Guardian.

    Георг Вейгляйн, теоретик немецкой электронно-синхротронной машины (DESY), сказал, что будет трудно придумать модель, в которой есть частица, подобная той, которую требует удар CMS.«Это не исключает возможности того, что такой сигнал действительно мог существовать. Наоборот, было бы еще более захватывающим, если бы наблюдался сигнал, который, похоже, не вписывается в наши нынешние модели», — сказал он. «С нетерпением ждем дальнейшей экспериментальной информации».

    Микеланджело Мангано, исследователь из ЦЕРН, сказал: «Конечно, теоретики всегда рады, когда в данных обнаруживается какая-то аномалия. И я уверен, что многие коллеги начали изучать это. Впрочем, волноваться пока рано.

    «Учитывая, что Atlas еще не выпустила свой анализ, и учитывая, что даже для CMS записано гораздо больше данных, ясно, что эффект скоро будет подтвержден или ослаблен», — сказал он.

    Охлаждающие трубки для Большого адронного коллайдера

    Физика элементарных частиц обычно не попадает в заголовки мировых новостей. Но в июле 2012 года физики ЦЕРН, Европейской организации ядерных исследований недалеко от Женевы, сделали то, что можно было бы назвать открытием века. Используя Большой адронный коллайдер (БАК), они нашли самые убедительные на сегодняшний день доказательства в поддержку основной теории структуры материи на субатомном уровне.

    Этот последний успех был достигнут после десятилетий разработок на LHC. На протяжении более пятнадцати лет Fine Tubes разрабатывает и поставляет высокоточные трубы из нержавеющей стали для важнейшей системы охлаждения.

    Это экстраординарный прорыв, обнаружение субатомной частицы, предположительно бозона Хиггса. Возможно, они выделили один из самых неуловимых строительных кирпичиков Вселенной, существование которого было предсказано Питером Хиггсом в 1964 году, но существование которого до сих пор было невозможно продемонстрировать.

    «Компания Fine Tubes очень конструктивна и открыта для новых задач, таких как проведение высокочувствительных испытаний труб на герметичность. Они гарантируют, что их продукты имеют самые высокие технические характеристики, что жизненно важно, поскольку эти трубки переносят сверхкритический гелий внутри сверхвысокого вакуума, в котором циркулируют пучки частиц. Даже малейшая утечка гелия в вакуум нарушит работу машины БАК». Николаас Кос, инженер-механик технологического отдела, ЦЕРН – Европейская организация ядерных исследований.

    ФОН

    Большой адронный коллайдер (БАК) — это ускоритель частиц, который считается самым мощным из когда-либо созданных экспериментальных физических аппаратов. Использование его для разрушения субатомных частиц помогает ученым лучше понять происхождение Вселенной. Его можно найти на объекте CERN, закопанном под землей на франко-швейцарской границе.

    Наши нынешние знания о физике элементарных частиц оставляют много вопросов без ответа.Космологические и астрофизические наблюдения показали, что вся видимая материя во Вселенной составляет лишь 4% ее состава. Физики ищут частицы или явления, ответственные за темную материю (23 процента Вселенной) и темную энергию (73 процента). Популярная теория состоит в том, что темная материя состоит из нейтральных, но еще не открытых суперсимметричных частиц. Есть надежда, что LHC ответит на многие вопросы об устройстве Вселенной. Это может доказать существование темной материи и антиматерии, помогая определить происхождение массы.Результаты, полученные в июле 2012 года, похоже, подтверждают современные представления о субатомных частицах, в частности, путем выделения бозона Хиггса.

    ЗАДАЧИ

    БАК производит лобовые столкновения между двумя пучками частиц одного вида — либо протонов, либо ионов свинца. Лучи создаются цепочкой ускорителей, а затем вводятся в БАК, где они проходят через вакуум, сравнимый с межпланетным пространством. Сверхпроводящие магниты, работающие при экстремально низких температурах, направляют лучи по кольцу.

    В технологии используются сверхпроводящие магниты с двойной апертурой, которые работают в ванне со сверхтекучим гелием при температуре 1,98 градуса Кельвина (что эквивалентно -271 °C). Сверхтекучий гелий обладает очень высокой теплопроводностью, что делает его идеальным хладагентом для охлаждения и стабилизации больших сверхпроводящих систем.

    Можно сказать, что центральная часть БАК — это самый большой и самый холодный холодильник в мире. При температуре ниже, чем в открытом космосе, он содержит железо, сталь и все важные сверхпроводящие катушки.Задача Fine Tubes состояла в том, чтобы поставить чрезвычайно точные трубчатые компоненты для балочной вакуумной системы LHC, способные выдерживать сложные условия. Охлаждающие трубки должны были быть изготовлены из материала, способного выдерживать экстремальные температуры и давления, обеспечивая при этом высокую металлургическую чистоту, очень строгую герметичность и исключительно низкий уровень загрязнения галогенами внутреннего и внешнего диаметра.

    РЕШЕНИЯ

    Fine Tubes начала делать первые прототипы для CERN в 1995 году.Мы производим компоненты с использованием специальной нержавеющей стали, которая обеспечивает высокую механическую прочность и очень низкую магнитную проницаемость при криогенных температурах.

    Охлаждающие трубки имеют внешний диаметр 4,76 мм и толщину стенок всего 0,53 мм. Они являются частью Лучевых Экранов, которые вставлены в лучевые трубы сверхпроводящих магнитов коллайдера. По этим охлаждающим трубкам течет сверхкритический гелий с температурой от 5 до 20 градусов Кельвина при давлении до 2.6 МПа (380 фунтов на кв. дюйм). Для Большого адронного коллайдера мы поставили в общей сложности 130 км прецизионных труб длиной до 15,8 м каждая.

    СЛЕДУЮЩИЕ ШАГИ

    В настоящее время БАК работает, и данные успешно собираются и анализируются с использованием всемирной сети компьютеров под названием The Grid — десятков тысяч компьютеров , которые помогают ученым ЦЕРН обрабатывать данные экспериментов и создают обширный глобальный вычислительный ресурс для экспериментов на БАК. После наиболее значительного успеха в июле 2012 года команды будут работать над повторением экспериментов и проверкой результатов с помощью The Grid, а также с участием самого выдающегося мирового сообщества ученых.

    В декабре 2012 года ЦЕРН объявил, что с марта 2013 года LHC перейдет на двухлетний перерыв. помочь ему достичь максимальных уровней энергии, которые могут привести к более важным открытиям.Этот перерыв позволит инженерам установить 10 000 модернизированных сверхпроводящих кабелей, которые соединяют магниты, что значительно улучшит его способность моделировать условия после Большого взрыва. «Это принесет вам больше столкновений. Это означает, что чем больше у вас столкновений, тем больше вероятность того, что вы увидите редкие события», — прокомментировал Джеймс Гиллис, главный представитель CERN. «Частица Хиггса была лишь одной из многих в списке желаний, которые мы хотели бы найти, поэтому более высокая энергия увеличивает ваш потенциал открытия.”

    Во время своего последнего запуска LHC столкнет протоны с ионами свинца перед двухлетней остановкой. Для получения дополнительной информации о последних разработках посетите сайт www.cern.ch

    О ЦЕРН

    ЦЕРН, Европейская организация ядерных исследований, была основана в 1954 году. Расположенная недалеко от Женевы, она является крупнейшей лабораторией физики элементарных частиц в мире и стала ярким примером международного сотрудничества, в котором в настоящее время принимают участие 20 государств-членов.Проводя исследования на переднем крае науки, ЦЕРН помогает раздвинуть границы технологий, а результаты в различных областях, от вычислений до материаловедения, найдут гораздо более широкое применение. Например, Всемирная паутина была изобретена в ЦЕРН, чтобы помочь физикам элементарных частиц по всему миру общаться.

    В настоящее время в число государств-членов входят Австрия, Бельгия, Болгария, Чехия, Дания, Финляндия, Франция, Германия, Греция, Венгрия, Италия, Нидерланды, Норвегия, Польша, Португалия, Словакия, Испания, Швеция, Швейцария и Великобритания. .Румыния в настоящее время является кандидатом на вступление в коллаборацию. Кипр, Израиль и Сербия являются ассоциированными членами на этапе подготовки к членству. Индия, Япония, Российская Федерация, Соединенные Штаты Америки, Турция, Европейская комиссия и ЮНЕСКО имеют статус наблюдателей.

    ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ 

    www.cern.ch
    www.msnbc.msn.com/id/50369229/ns/technology_and_science-science
    www.guardian.co.uk/science/2013/jan/01/higgs-boson-large-adron-collider

    Большой адронный коллайдер Обнаружены частицы, датируемые ПЕРВЫМИ НЕСКОЛЬКИМИ СЕКУНДами рождения Вселенной

    Р. Дж. Пирс, Tech Times

    Большой адронный коллайдер (БАК), крупнейший в мире ускоритель атомов, возможно, только что сделал одно из величайших научных открытий за последнее время.

    (Фото: Максимилиан Брис | ЦЕРН)
    Если бы материя и антиматерия существовали в равных частях после Большого взрыва, они аннигилировали бы друг друга в энергию. Эксперимент LHCb на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН начинает проливать свет на эту загадку.

    По сообщению Nine News Australia, БАК смог обнаружить так называемую частицу X — частицу, которая, как считается, существовала буквально на заре времен. Он просто образовался всего через несколько секунд после Большого взрыва, который, по сути, породил известную нам вселенную.

    Ученые, работающие на БАК, объявили об открытии чрезвычайно редких частиц после использования технологии машинного обучения. С помощью этой технологии они смогли прочесать безумные 13 миллиардов столкновений тяжелых ионов, которые производят заряженные частицы (по сути, «суп из частиц»).

    В этом «супе» им удалось идентифицировать около 100 отдельных X-частиц. В конце концов они опубликовали свои выводы в журнале Physical Review Letters. С открытием этих частиц с незапамятных времен ученые надеются пролить больше света на то, как на самом деле зародилась Вселенная.

    Однако обнаружение этих частиц оказалось для исследователей непростым делом, поскольку им предстояло полностью воссоздать условия только что зарождавшейся Вселенной, пишет LiveScience.

    Для этого ученые использовали Большой адронный коллайдер, чтобы заставить положительно заряженные атомы свинца врезаться друг в друга на скоростях, близких к скорости света. По данным CERN (также известного как Европейский совет по ядерным исследованиям), LHC может делать это, используя чрезвычайно мощные электромагнитные поля для ускорения и управления частицами.

    (Фото: Getty Images)
    Большой адронный коллайдер

    Всякий раз, когда заряженные атомы свинца сталкивались друг с другом, они производили всплеск плазмы, который напоминал «суп из частиц» молодой Вселенной. Оттуда они использовали алгоритм машинного обучения для просеивания безумного количества данных.

    Читайте также : Призраков не существует, иначе бы они появились на ускорителе частиц LHC

    Большой адронный коллайдер: удивительная, но беспокойная жизнь

    Это недавнее открытие является отличной новостью для БАК, который, несмотря на свою огромную мощность и полезность, не имел большого реального успеха за всю свою жизнь.

    Коллайдер, впервые запущенный в сентябре 2018 года, в настоящее время является крупнейшим и самым мощным ускорителем частиц в мире (согласно ЦЕРН). Его основная суть, как бы сложно это ни звучало, довольно проста: сталкивать атомы друг с другом и смотреть, из чего они состоят. Это буквально то же самое, что разбить любой предмет, например, телефон, чтобы посмотреть, что заставляет его работать.

    (Фото: Getty Images)
    Атомы арт

    Но, несмотря на то, что строительство Большого адронного коллайдера стоило 4,75 миллиарда долларов в течение десяти лет, открытия Большого адронного коллайдера не всегда были новаторскими. Очевидно, это мешает другим странам разрабатывать свои собственные суперколлайдеры.

    Согласно Science.org, японское правительство в настоящее время не решается построить свой Международный линейный коллайдер (ILC) стоимостью 7,5 миллиардов долларов из-за неутешительного характера открытий Большого адронного коллайдера или отсутствия таковых.

    Тем не менее, ученые, работающие на БАК в ЦЕРНе, не теряют надежды, особенно после эпохальных открытий бозона Хиггса и этих X-частиц. Возможно, это только вопрос времени, когда коллайдер сделает еще один.

    Статья по теме: ЦЕРН разрабатывает новый инструмент для поиска темной материи

    Эта статья принадлежит Tech Times

    Автор Р. Дж. Пирс

    ⓒ 2021 TECHTIMES.com Все права защищены. Не воспроизводить без разрешения.

    физиков UM участвуют в модернизации Большого адронного коллайдера

    Три физика из Мичиганского университета будут играть ключевую роль в модернизации Большого адронного коллайдера в ЦЕРНе с использованием грантов Национального научного фонда на общую сумму 7 долларов. 1 миллион.

    Большой адронный коллайдер — крупнейший в мире ускоритель частиц, которым управляет ЦЕРН, Европейский совет по ядерным исследованиям или Европейская организация ядерных исследований.

    • Том Шварц
    • Бин Чжоу
    • Цзюньцзе Чжу

    В частности, исследователи будут работать над так называемой модернизацией детектора ATLAS с высокой яркостью на объекте. Эти усилия обеспечат более интенсивные протон-протонные столкновения и модернизацию вычислений, необходимых для обнаружения результатов этих столкновений.

    Физики

    UM Том Шварц, Бинг Чжоу и Цзюньцзе Чжу вносят значительный вклад в модернизацию одной из важнейших систем детектора ATLAS — мюонного спектрометра.

    Мюон — элементарная частица, похожая на электрон, но примерно в 200 раз тяжелее. Это очень важный продукт распада многих редких и интересных физических процессов, в том числе связанных с бозоном Хиггса — частицей, ранее обнаруженной в ЦЕРН, которая придает объектам массу.

    — Коллайдер будет производить миллиард столкновений в секунду, — сказал Шварц.«Чтобы обнаружить эти столкновения, у вас должна быть действительно высокоскоростная электроника, которая также может выдержать суровые радиационные условия внутри коллайдера, и очень точные детекторы для обнаружения и измерения огромного количества частиц, образующихся в этих беспорядочных взаимодействиях».

    Шварц и Чжу создают два отдельных компонента радиационно-стойкой высокоскоростной электроники для считывания данных об обнаружении мюонов, а Чжоу руководит созданием новых прецизионных детекторов для отслеживания мюонов, возникающих в результате высокоэнергетических столкновений.

    Помимо работы в UM, все трое физиков занимают руководящие должности в рамках эксперимента ATLAS.

    Шварц возглавляет общую модернизацию мюонного спектрометра ATLAS на Большом адронном коллайдере высокой светимости в США, проект стоимостью 20 миллионов долларов, финансируемый NSF, в который входят пять учреждений США. Чжоу возглавляет операционную программу США для системы прецизионного детектора мюонов, а Чжу возглавляет модернизацию входной электроники HL-LHC в рамках всего ATLAS для системы прецизионного детектора мюонов.

    «Мы рады создать детектор мюонов нового поколения для открытия на БАК», — сказал Чжоу. «Это также лучшая возможность обучить наше новое поколение физиков-экспериментаторов в UM».

    Большой адронный коллайдер использует сверхпроводящие электромагниты для ускорения протонов на 17-мильном пути и сталкивает протоны друг с другом на уровне энергии до 13 ТэВ, или тераэлектронвольт. Когда эти протоны сталкиваются, они распадаются на составные части.Исследователи фиксируют как эти протоны распадаются, так и составные части.

    Столкновение протонов с такими энергиями позволяет ученым воспроизвести состояние Вселенной через 1/100 миллиардную долю секунды после Большого взрыва. Изучая эти столкновения, ученые на БАК надеются ответить на фундаментальные вопросы о природе Вселенной, например, почему у частиц есть масса, почему материи гораздо больше, чем антиматерии и какова природа темной материи?

    Поскольку ученые увеличивают интенсивность этих столкновений, оборудование, необходимое для обнаружения и записи этих столкновений, необходимо модернизировать, чтобы оно было как устойчивым к излучению, создаваемому этими более мощными столкновениями, так и достаточно точным, чтобы фиксировать более быстрые и интенсивные последствия столкновений. .

    «Перед нами стоит множество задач по разработке и интеграции интерфейсной электроники, — сказал Чжу. «Однако модернизированная электроника позволит нам эффективно выбирать интересные столкновения и, таким образом, значительно улучшит возможности детектора для открытия новой физики».

    Теги:

    России ЗАПРЕЩЕНО проводить новые эксперименты на Большом адронном коллайдере

    России запрещено проводить новые эксперименты на Большом адронном коллайдере из-за продолжающегося военного вторжения в Украину, сообщила Европейская организация ядерных исследований (ЦЕРН).

    В заявлении ЦЕРН говорится, что он «не будет участвовать в новом сотрудничестве» с Российской Федерацией и ее институтами «до дальнейшего уведомления».

    ЦЕРН также заявил, что будет продвигать инициативы по поддержке украинских сотрудников и украинской научной деятельности в области физики высоких энергий.

    Организация управляет Большим адронным коллайдером, крупнейшим в мире и самым мощным ускорителем частиц, известным благодаря открытию в 2012 году бозона Хиггса элементарной частицы.

    Огромная круглая лаборатория окружностью 16 миль находится под землей на границе Франции и Швейцарии недалеко от Женевы.

    ЦЕРН управляет Большим адронным коллайдером, крупнейшим и наиболее мощным ускорителем частиц в мире (на фото), известным открытием бозона Хиггса в 2012 г.

    ГОСУДАРСТВА-ЧЛЕНЫ ЦЕРН участвуют по-разному.

    – Австрия

    – Belgium

    – Bulgaria

    – Чешская Республика

    – чешская Республика

    – Финляндия

    – Франция

    – Франция

    – Германия

    – Греция

    – Венгрия

    – Израиль

    – Италия

    – Нидерланды

    – Норвегия

    – Польша

    – Польша

    – Португалия

    – Румыния

    – Сербия

    – Словацкая Республика

    – Словацкая Республика

    – Испания

    – Sweden

    – Швейцария

    – Соединенное Королевство

    Совет Цин собралась во вторник, чтобы обсудить «будущее взаимодействие с Россией», прежде чем объявить о своем решении, которое она изложила в заявлении, размещенном в Интернете.

    «23 государства-члена ЦЕРН самым решительным образом осуждают военное вторжение Российской Федерации в Украину», — говорится в заявлении.

    «[Мы] сожалеем о гибели людей и гуманитарных последствиях, а также о причастности Беларуси к этому незаконному применению силы против Украины.

    «Глубоко тронутые широкомасштабными и трагическими последствиями агрессии, руководство и персонал ЦЕРН, а также научное сообщество в государствах-членах ЦЕРН работают над тем, чтобы внести свой вклад в гуманитарную деятельность в Украине и помочь украинскому сообществу в ЦЕРНе. .’

    В рамках этого решения ЦЕРН также приостановил статус наблюдателя России в Совете до дальнейшего уведомления.

    Национальные государства со статусом наблюдателя не являются членами. Вместо этого статус наблюдателя был присвоен странам и организациям, которые внесли «значительный вклад в инфраструктуру ЦЕРН».

    До сих пор статус наблюдателя был предоставлен Японии, России и США, а также трем организациям – Европейскому союзу, Объединенному институту ядерных исследований (ОИЯИ) и ЮНЕСКО.

    Хотя Украина также не является одним из 23 государств-членов ЦЕРН, она является «ассоциированным членом» ЦЕРН, что означает, что страна платит меньший взнос в бюджет ЦЕРН и получает выгоду от исследований.

    Общий вид эксперимента на Большом адронном коллайдере (LHC) во время визита представителей СМИ в Организацию ядерных исследований (ЦЕРН) в 2014 г. Большой адронный коллайдер за пределами Женевы

    БОЛЬШОЙ АДРОНОВЫЙ КОЛЛАЙДЕР 

    Большой адронный коллайдер (БАК) — крупнейший и самый мощный в мире ускоритель частиц.

    Он расположен в 27-километровом туннеле под швейцарско-французской границей.

    БАК начал сталкиваться с частицами в 2010 году. Внутри 27-километрового кольца БАК сгустки протонов движутся почти со скоростью света и сталкиваются в четырех точках взаимодействия.

    Внутри ускорителя два пучка высокоэнергетических частиц движутся со скоростью, близкой к скорости света, прежде чем столкнутся. Лучи движутся в противоположных направлениях по отдельным лучевым трубам.

    Они направляются по кольцу ускорителя сильным магнитным полем, поддерживаемым сверхпроводящими электромагнитами.

    Электромагниты состоят из катушек специального электрического кабеля, который работает в сверхпроводящем состоянии, эффективно проводя электричество без сопротивления или потери энергии.

    Эти столкновения генерируют новые частицы, которые регистрируются детекторами, окружающими точки взаимодействия.

    Анализируя эти столкновения, физики со всего мира углубляют наше понимание законов природы.

    ЦЕРН не запретил любое участие России в своих текущих проектах, но заявил, что ситуация в Украине «продолжит тщательно отслеживаться».

    «Совет готов принять любые дальнейшие меры, если это необходимо, на своих будущих заседаниях», — добавил ЦЕРН. Кроме того, руководство ЦЕРН будет соблюдать все применимые международные санкции.

    Однако один физик призвал напрочь исключить Россию из лаборатории.

    «Сохранение этих связей, даже на научном уровне, даст этим гангстерам шанс и дальше манипулировать и терроризировать нашу страну и всю Европу», — сказал физик CERN Кристоф Рембсер.

    С момента своего основания в 1954 году ЦЕРН стремился способствовать миру в послевоенной Европе, также отметил профессор Джон Эллис, физик-теоретик из Королевского колледжа Лондона.

    «Один из девизов ЦЕРНа — «Наука во имя мира», — сказал профессор Эллис. «И это восходит к 1950-м годам, когда ЦЕРН фактически был местом встречи ученых из Советского Союза, США и Европы».

    Ранее на этой неделе в сети было опубликовано открытое письмо, подписанное российскими учеными, участвовавшими в экспериментах ЦЕРНа.

    В нем говорится: «Мы хотели бы выразить нашу скорбь и сожаление по поводу того, что происходит в Украине.

    «Мы выступаем против военных действий, инициированных в Украине властями Российской Федерации.

    ‘Мы решительно выступаем за разрешение конфликта путем дипломатии и переговоров как единственно подходящего пути.’

    Нападение России на Украину уже имело серьезные научные последствия — на прошлой неделе Европейское космическое агентство (ЕКА) заявило, что оно «полностью выполнило санкции», наложенные на Россию его 22 государствами-членами из-за вооруженного конфликта.

    По данным ЕКА, построенный в Великобритании марсоход Rosalind Franklin в настоящее время «очень маловероятен» для запуска в 2022 году. Ровер является частью миссии ExoMars и является совместным проектом ЕКА и российского космического агентства «Роскосмос».

    В ответ на это решение генеральный директор Роскосмоса Дмитрий Рогозин написал на своем родном языке в Твиттере: «Европейское космическое агентство назло русской бабушке решило отморозить ей уши».

    Марсоход «Розалинда Франклин» (изображенный здесь на Марсе) должен был отправиться к Красной планете в сентябре 2022 года, но запуск в этом году теперь «очень маловероятен»

    На снимке — Дмитрий Рогозин, генеральный директор российского космического Агентство Роскосмос.В ответ на решение ЕКА Рогозин написал на родном языке в Твиттере: «Европейское космическое агентство назло русской бабушке решило отморозить ей уши».

    Также под вопросом было будущее Международной космической станции (МКС), которую с момента создания поддерживают пять участвующих космических агентств, включая ЕКА, Роскосмос и НАСА.

    В настоящее время на МКС находятся семь астронавтов – четверо из США, двое из России и один из Германии.

    Рогозин заявил, что санкции США могут «разрушить наше сотрудничество», и сказал, что исследовательская платформа рухнет на Землю без помощи его страны.

    ‘Если вы заблокируете сотрудничество с нами, кто спасет МКС от неконтролируемого схода с орбиты и падения на территорию США или Европы?’ — сказал Рогозин, отметив при этом, что станция не пролетает над большей частью России.

    Международная космическая станция (МКС, на фото) шириной 357,5 фута и длиной 239,4 фута совершает полный оборот вокруг Земли каждые 90 минут

    персонал на борту.

    «Никто не хочет подвергать жизнь астронавтов и космонавтов опасности из-за политических маневров», — заявил AFP Джон Логсдон, профессор и космический аналитик Университета Джорджа Вашингтона.

    В отношении марсохода Розалинды Франклин ЕКА также заявило, что его генеральный директор «проанализирует все варианты и подготовит официальное решение о дальнейших действиях».

    ЕВРОПА И РОССИЯ СОВМЕСТНО РАБОТАЮТ НАД МИССИЕЙ EXOMARS ПО ПОИСКУ ПРИЗНАКОВ МАРСИАНСКОЙ ЖИЗНИ

    Основная цель ExoMars — выяснить, существовала ли когда-либо жизнь на Марсе — она сделает это с помощью ряда инструментов на поверхности и на орбите.

    Сюда входит орбитальный космический корабль под названием Trace Gas ORbiter (TGO), на котором установлен зонд для изучения газовых примесей, таких как метан, вокруг планеты.

    Ученые считают, что метан, химическое вещество, которое на Земле тесно связано с жизнью, может помочь определить области, где жизнь существует или могла когда-то существовать.

    Вторая часть миссии ExoMars, перенесенная на 2022/2023 год из-за коронавируса, доставит марсоход на поверхность Марса.

    Марсоход строится в Стивенидже, Великобритания, и назван в честь британского ученого Розалинды Франклин.

    Это будет первый аппарат, способный как перемещаться по поверхности планеты, так и бурить землю для сбора и анализа образцов.

    Марсоход будет оснащен технологией, называемой анализатором органических молекул Марса (MOMA), которая позволит ему анализировать образцы и отправлять данные на Землю.

    Проницательность риса улучшает зрение Большого адронного коллайдера | Рис Новости | Новости и связи со СМИ

    ХЬЮСТОН — (1 апреля 2020 г.) — Университет Райса получит 3 миллиона долларов за непосредственную работу над следующим этапом модернизации Большого адронного коллайдера (БАК), но он будет нести ответственность за гораздо большее.

    Физик Райса Карл Эклунд будет курировать примерно половину из 77 миллионов долларов, выделенных Национальным научным фондом на финансирование учреждений США, которые помогут сделать ускоритель частиц, наиболее известный благодаря обнаружению бозона Хиггса, более способным открывать еще более глубокие истины об элементарной материи.

    Физики и инженеры Университета Райса получили поддержку Национального научного фонда для проектирования, создания и управления установкой датчиков следующего поколения в компактном мюонном соленоиде на Большом адронном коллайдере. Предоставлено CERN

    Эклунд и его коллеги Райс долгое время участвовали в компактном мюонном соленоиде (CMS), одном из двух крупных экспериментов, связанных с БАК, 17-мильным кольцом, похороненным под землей, которая граничит с Францией и Швейцарией.

    CMS определяет скорость и траекторию частиц, которые выбрасываются сталкивающимися протонами и выживают в течение долей секунды. Детекторы записывают и передают данные, которые ученые позже анализируют на наличие уникальных или неизвестных частиц, которые могут дать новые знания о Вселенной.

    CMS компактен только по сравнению с самим коллайдером; массив концентрических трубок, нагруженный датчиками, весит 13 000 тонн, и его разборка для модернизации является трудной задачей. Вот почему БАК периодически отключается на несколько лет.

    Карл Эклунд

    «Столкновения окружены детекторами, вложенными друг в друга, как матрешки», — сказал Эклунд, который координирует обновления внутреннего трекера CMS и его самого внутреннего компонента, детектора пикселей. «Есть оболочка за оболочкой детекторов.Спрятанная там электроника не совсем похожа на датчики камеры, но очень похожа.

    «Мы строим нечто вроде центра обработки данных внутри детектора», — сказал он, пояснив, что каждый из 4352 датчиков размером примерно с два спичечных коробка, из которых состоит детектор, представляет собой 2-гигапиксельную камеру — примерно с 2 миллиарда пикселей — это 40 миллионов кадров в секунду. Райс отвечает за оптоволоконный интерфейс, который собирает и передает эти данные в устройства хранения, расположенные примерно в 100 метрах.

    Проектирование, изготовление и тестирование новых компонентов для внутренних и внешних датчиков CMS уже началось, сказал Эклунд. Внутренние датчики модернизируются, чтобы передавать в 10 раз больше данных, передаваемых текущими версиями.

    Это должно соответствовать самому коллайдеру. БАК, управляемый Европейской организацией ядерных исследований (ЦЕРН), в настоящее время закрыт для модернизации в рамках подготовки к третьему запуску экспериментов, начало которого запланировано на май 2021 года. Новое финансирование предназначено для запуска 4 в 2027 году, первого для более мощного LHC High-Luminosity.

    Эклунд и его команда — не единственные ученые Райс, работающие над модернизацией CMS. Физик Пол Пэдли участвует в разработке и строительстве внешнего кольца датчиков. «То, что мы делаем для GEM (умножителей газовых электронов), очень похоже на то, что Карл делает для пикселей», — сказал Падли. «Мы создаем электронный интерфейс для этих сигналов».

    GEM являются последней остановкой для частиц, покидающих ядро ​​LHC, но они, скорее всего, обнаружат тяжелые слабо взаимодействующие мюоны.

    Ученые-исследователи Райса Михаил Матвеев и Тед Нуссбаум управляют проектированием и созданием компонентов следующего поколения, в то время как студенты из колледжа Сан-Хасинто под руководством адъюнкт-профессора Райса Ларии Реджими работают в ЦЕРНе над концевой мюонной системой в рамках подготовки к запуску. 3.

    Падли сказал, что команда Райса рассчитывает работать в ЦЕРН и с данными, собранными коллайдером, в течение многих лет. «План состоит в том, чтобы запустить LHC в конце 2030-х годов», — сказал он.Мы знаем, что будем заниматься интересной физикой как минимум следующие 20 лет, основываясь на полученных нами данных. Даже если он отключится в 2038 году, у нас все равно будут данные для анализа.

    «БАК финансировался для открытия бозона Хиггса, но на самом деле смысл был в том, чтобы создать множество бозонов Хиггса и использовать их в качестве инструмента для открытия», — сказал он.

    «Мы думаем о бозоне Хиггса как о портале, способе добраться до физики за пределами стандартной модели», — сказал Эклунд.

    -30-

    Следите за Rice News и связями со СМИ через Twitter @RiceUNews

    Сопутствующие материалы:

    Что ждет детектор CMS в ближайшие два года?: https://home.cern/новости/новости/эксперименты/whats-store-cms-detector-over-next-two-years

    Райс Ядерная физика и физика элементарных частиц: https://physics.rice.edu/Nuclear.aspx

    Райс Факультет физики и астрономии: https://physics. rice.edu

    Школа естественных наук Висса: http://naturalsciences.rice.edu

    Изображения для скачивания:

    https://news-network.rice.edu/news/files/2020/04/0401_LHC-1-WEB.jpg

    Физики и инженеры Университета Райса получили поддержку Национального научного фонда для проектирования, создания и управления установкой датчиков нового поколения в компактном мюонном соленоиде на Большом адронном коллайдере.(Фото: ЦЕРН)

    https://news-network.rice.edu/news/files/2020/04/0401_LHC-2-WEB.jpg

    Физик из Университета Райса Карл Эклунд координирует модернизацию внутреннего трекера компактного мюонного соленоида на ускорителе частиц Большого адронного коллайдера. (Источник: Джефф Фитлоу/Университет Райса)

    https://news-network.rice.edu/news/files/2020/04/0401_LHC-3-WEB.jpg

    Графический вид компактного мюонного соленоида (CMS), входящего в состав Большого адронного коллайдера.CMS определяет скорость и пути частиц, испускаемых сталкивающимися протонами. Детекторы записывают и передают данные, которые ученые позже анализируют на наличие уникальных или неизвестных частиц, которые могут дать новые знания о Вселенной. (Фото: ЦЕРН)

    Расположенный в 300-акровом лесном кампусе в Хьюстоне, Университет Райса неизменно входит в число 20 лучших университетов страны по версии US News & World Report. Райс имеет очень уважаемые школы архитектуры, бизнеса, непрерывного обучения, инженерии, гуманитарных наук, музыки, естественных и социальных наук, а также является домом для Института государственной политики Бейкера.С 3962 студентами бакалавриата и 3027 аспирантами соотношение студентов бакалавриата и преподавателей в Райс составляет чуть менее 6 к 1. Его система колледжей-интернатов создает сплоченные сообщества и дружбу на всю жизнь, что является лишь одной из причин, по которой Райс занимает первое место по количеству взаимодействий между расами и классами и № 4 по качеству жизни по версии Princeton Review. Kiplinger’s Personal Finance считает рис лучшим среди частных университетов.

    Большой адронный коллайдер станет больше и ярче

    Рабочий проверяет коллиматор, сужающий пучок частиц, глубоко под землей в ЦЕРН, недалеко от Женевы © CERN, 2018

    Крупнейший в мире коллайдер частиц в Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) недалеко от Женевы проходит масштабную модернизацию.Цель: превратить его в более мощную машину к 2026 году… и, надеюсь, открыть новые возможности для понимания физики.

    Этот контент был опубликован 15 июня 2018 г. – 15:26
    Саймон Брэдли

    Саймон родился в Лондоне. Он мультимедийный журналист, работает на www.swissinfo.ch с 2006 года. Он говорит на французском, немецком и испанском языках и занимается вопросами науки, технологий и инноваций.

    Еще от этого автора | Кафедра английского языка

    швейцарская информация.ч

    Другие языки: 4 (в оригинале)

    Большой адронный коллайдер ЦЕРН (БАК)Внешняя ссылка проходит по 27-километровому круглому туннелю глубоко под границей между Швейцарией и Францией. В пятницу состоялись две церемонии – по одной в каждой стране – чтобы официально отметить начало работ по модернизации коллайдера до LHC высокой яркости (HL-LHC).Внешняя ссылка

    Что такое LHC?

    Физики сталкивают частицы друг с другом на околосветовой скорости в подземном БАК — самом мощном в мире ускорителе частиц — к северу от Женевы с 2010 года.Почему? Эти высокоэнергетические столкновения протонов очень полезны для исследования физики элементарных частиц, темной материи, антиматерии и других тайн Вселенной.

    В 2012 году в ЦЕРНе впервые были обнаружены доказательства существования неуловимого субатомного бозона Хиггса. Без бозона Хиггса другие частицы не держались бы вместе, и материи не было бы.

    Вид с воздуха на БАК, расположенный на границе Франции и Швейцарии, на фоне Женевского озера и Альп © 2008-2018 CERN (Лицензия: CC-BY-SA-4.0)

    Как работает БАК?

    Внутри 27-километрового кольца БАК На глубине 100 метров под землей протоны высокой энергии в двух противоположно вращающихся лучах сталкиваются в поисках экзотических частиц. Пучки содержат миллиарды протоновВнешняя ссылка. Путешествуя со скоростью чуть меньше скорости света, они управляются тысячами сверхпроводящих магнитов.

    Пучки обычно проходят по двум вакуумным трубам, но в четырех точках взаимодействия они сталкиваются в самом центре основных экспериментов, известных под своими аббревиатурами: ALICE, ATLAS, CMS и LHCb.

    Детекторы в экспериментах измеряют новые частицы, образующиеся в результате столкновений — до одного миллиарда протон-протонных столкновений в секунду. Анализируя эти столкновения, физики со всего мира углубляют наше понимание законов природы.

    Почему БАК модернизируют?

    Физики надеются, что, увеличив производительность БАК и количество столкновений в больших экспериментах, они повысят вероятность обнаружения новых редких физических явлений.

    Энергия является важным параметром для ускорителей частиц. На сегодняшний день самый мощный в мире коллайдер достиг энергии столкновения 13 терраэлектрон-вольт (ТэВ). ЦЕРН говорит: Внешняя ссылка 1 ТэВ — это энергия движения летающего комара. Но что делает БАК таким удивительным, так это то, что он сжимает эту энергию в пространстве примерно в миллиард раз меньшем, чем комар. С 2020 года ученые надеются запустить БАК с энергией 14 ТэВ — максимальной за всю его жизнь.

    Но не менее важна частота столкновений частиц, или «светимость».Цель состоит в том, чтобы увеличить светимость в пять-семь раз, что позволит увеличить объем данных в десять раз между 2026 и 2036 годами. быть там», — объяснил Лучио Росси, руководитель проекта HL-LHC.

    Строительные работы для БАК высокой яркости начались в ЦЕРН в апреле 2018 г. © 2018 CERN

    На какие физические открытия надеется ЦЕРН?

    Модернизация HL-LHC позволит более точно определить свойства бозона Хиггса и с большей точностью измерить, как он образуется, как распадается и как взаимодействует с другими частицами.ЦЕРН заявляет, что HL-LHC сможет производить 15 миллионов бозонов Хиггса в год вместо 3 миллионов, зарегистрированных в 2017 году. лучшие ученые-теоретики должны объяснить, как устроена Вселенная — например, суперсимметрия, внешняя связь, дополнительные измерения, внешняя связь и кварковая субструктура.

    Как ученые достигнут большей яркости?

    Чтобы увеличить светимость, ученые хотят сжать пучок частиц в четырех точках взаимодействия.Для этого HL-LHC потребуется 130 новых магнитов, в том числе 24 новых сверхпроводящих фокусирующих квадруполя для концентрации пучка и четыре сверхпроводящих диполя.

    Эти магниты будут изготовлены из сверхпроводящего соединения ниобий-олово, которое будет впервые использовано в ускорителе для достижения более высоких магнитных полей, чем те, которые могут быть созданы с использованием существующего сплава ниобий-титан.

    Также будут установлены шестнадцать «крабовых полостей» для наклона пучков частиц и придания сгусткам частиц поперечного крабового импульса перед их встречей, что увеличивает вероятность столкновений.

    Рабочий проверяет «крабовую полость» в августе 2017 г. © 2017-2018 CERN

    Сколько работы требуется для обновления?

    Всего потребуется заменить более 1,2 км существующей машины на высокотехнологичные компоненты. В двух местах в Швейцарии и Франции начались строительные работы по строительству новых зданий, шахт, пещер и подземных галерей. Вся модернизация обойдется примерно в 1 миллиард евро (1,2 миллиарда швейцарских франков). Всего в проекте сотрудничают 29 учреждений из 13 стран.

    Будет ли остановлен БАК и текущие исследования во время работ по обновлению?

    Во время строительных работ БАК продолжит работу с двумя перерывами (2019-2020 и 2024-2026) для проведения технических работ и технического обслуживания.

    Какую пользу обществу может принести HL-LHC?

    Помимо повышения потенциала для новых физических открытий и обучения новых ученых, есть надежда, что HL-LHC приведет к созданию новых технологий, особенно в области электротехники, таких как сверхпроводники и вакуумные технологии.Сверхпроводники имеют множество применений, например, в медицинской визуализации и лечении рака.

    Оставить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.