что ученые надеются в нем найти?: Наука: Наука и техника: Lenta.ru
Большой адронный коллайдер (БАК), самый мощный из существующих ускорителей элементарных частиц, был перезапущен после трехлетнего простоя из-за модернизации и технических работ. В результате на БАКе смогли увеличить светимость (поток частиц) практически в два раза, что приблизило преобразование в коллайдер высокой светимости (High Luminosity LHC, HL-LHC). Теперь ускорителю предстоит третья стадия научных экспериментов, в которой планируют провести масштабные исследования, превышающие по объемам полученных данных две предыдущие фазы. Исследование направлено на поиск и изучение сверхтяжелых элементарных частиц, например, бозона Хиггса и суперсимметричных партнеров частиц Стандартной модели. Кроме того, планируется осуществить столкновения протон-гелия для измерения частоты образования аналогов протонов из антивещества и столкновения ионов кислорода, которые расширят представления о кварк-глюонной плазме, появившейся сразу после Большого взрыва.
«Лента.ру» рассказывает о долгожданном старте Большой адронного коллайдера и будущих исследованиях третьего запуска.
Большой адронный коллайдер относится к крупнейшей в мире лаборатории физики высоких энергий — Европейской организации по ядерным исследованиям, также известной как ЦЕРН (CERN). Ускоритель частиц располагается под землей на глубине около 100 метров на швейцарско-французской границе около Женевы, его протяженность исчисляется почти 27 километрами. На территории комплекса находятся различные технические и исследовательские корпуса и кампусы, а также целая система детекторов и других инструментов для наблюдений и экспериментов, которые суммарно составляют около семи тысяч тонн металла, кремния и электроники.
В строительстве коллайдера и научной работе принимают участие более десяти тысяч ученых и инженеров со всего мира, в том числе и из России. Ускоритель заряженных частиц на встречных пучках разработан для разгона и столкновения протонов и тяжелых ионов (например, свинца).
26,7
километра
составляет протяженность Большого адронного коллайдера
На БАКе располагаются четыре основных и три дополнительных детектора. Основной задачей коллайдера считается поиск отклонения от Стандартной модели (группа теорий, описывающих современное представление о фундаментальных частицах и их взаимодействиях). Эта модель объясняет многие явления в физике, однако не полностью: она не способна объяснить гравитацию, появление темной материи и темной энергии.
Изображение: CERN
Кроме того, на БАКе планируют произвести поиск Новой физики (совокупность новых теорий, где Стандартная модель будет частью Новой физики), а также проверку других экзотических теорий, поиск суперсимметрии (предполагающей существование более тяжелого партнера у каждой элементарной частицы), исследование хиггсовского механизма нарушения электрослабого взаимодействия (через изучение бозона Хиггса), исследование топ-кварков (самой тяжелой элементарной частицы), изучение фотон-адронных и фотон-фотонных столкновений, а также эксперименты для изучения антиматерии.
Обнаруженные частицы
На данный момент на Большом адронном коллайдере завершено два исследовательских этапа, в рамках которых были обнаружены новые сложные частицы. Первый запуск ускорителя стартовал в сентябре 2008 года, однако из-за технических неполадок он был приостановлен и вновь запущен для работы спустя год.
После трех лет регулярных экспериментов, в июле 2012 года, в ЦЕРН заявили об обнаружении частицы, которая крайне похожа по своим характеристикам на бозон Хиггса, который был предсказан теоретически еще в 1964 году. Масса найденной частицы 125,36 ± 0,41, она не имеет электрического заряда и нестабильна. Эта частица наиболее характерно проявляла себя в распаде на два фотона и на два Z-бозона, которые впоследствии распадались на четыре лептона. В 2013 году некоторые сотрудники ЦЕРН подтвердили, что это действительно был бозон Хиггса. В том же году британскому ученому Питеру Хиггсу и бельгийцу Франсуа Энглеру была присуждена Нобелевская премия по физике за теоретическое обоснование существования бозона.
Фото: imago stock&people / Globallookpress.com
В июле 2021 года отечественные физики, работающие на Большом адронном коллайдере, объявили об открытии экзотического тетракварка Tcс+, который является новой формой материи. Тетракварк Tcс+ — единственная известная частица, которая состоит из четырех кварков, два из которых очарованные (с-кварки), однако она не включает в себя очарованные антикварки.
Материалы по теме:
Вместе с тем продолжительность жизни найденного тетракварка в 10-500 раз больше, чем у частиц с похожей массой, что делает тетракварк Tcс+ самым долгоживущим из известных. В январе 2022 года на БАКе было доказано существование Х-частиц в кварк-глюонной плазме. Также за всю исследовательскую деятельность на коллайдере физики открыли около 60 ранее неизвестных адронов (сложные частицы, состоящие из различных комбинаций кварков), нейтральные слабые токи, легкие нейтрино и другие частицы.
Модернизация и долгожданный старт
В декабре 2018 года Большой адронный коллайдер закрылся для проведения плановых технических и ремонтных работ, оптимизации и модернизации.
Изначально запуск был запланирован на 2021 год, во время которого должен был начаться период работы с постепенным повышением светимости, который занял бы до четырех лет. Однако в декабре 2020 года сотрудники ЦЕРН заявили, что вызванные из-за пандемии коронавирусной инфекции задержки по подготовке главных детекторов CMS и ATLAS откладывают третий запуск коллайдера, который в результате состоялся 22 апреля 2022 года.
В рамках программы по улучшению работы БАКа инженеры смогли увеличить мощность инжекторов, которые отвечают за поступление пучков ускоренных частиц. Во время второго запуска коллайдера он мог ускорять частицы только до 6,5 тераэлектронвольт, теперь он способен осуществлять движение частиц со скоростью до 6,8 тераэлектронвольта (один тераэлектронвольт равен примерно одному триллиону электрон-вольт).
Во время второй длительной остановки установки подверглись серьезной модернизации. Сам БАК был укреплен и теперь будет работать на более высокой мощности, а благодаря усовершенствованиям в инжекторном комплексе он будет передавать гораздо больше данных для новых экспериментов на БАК
Майк Ламонтдиректор ЦЕРН по ускорителям и технологиям
Основные задачи по модернизации были сконцентрированы вокруг возможности БАКа производить больше столкновений частиц за более короткий промежуток времени, что увеличивает шансы на создание и нахождение редких новых частиц.
Кроме того, были улучшены системы по получению и обработке данных.
После проведенных работ детекторы коллайдера способы собирать данные со скоростью 30 миллионов раз в секунду. Также было обновлено программное обеспечение БАК — теперь оно автоматически может найти полученные данные, идентифицировать и сохранить информацию, которая может составлять потенциальный интерес ученых для анализа, используя новейшие методы искусственного интеллекта.
Проведенные после запуска испытания с пучками частиц показали положительные результаты, но основные исследовательские работы начнутся через пару месяцев.
Первые столкновения показали успешный перезапуск ускорителя после долгого отключения. Эти пучки циркулировали с энергией инжекции и содержали относительно небольшое количество протонов. Высокоинтенсивные столкновения будут проводиться через пару месяцев
Родри Джонсглава отдела ЦЕРН, отвечающего за пучки
Большие надежды
Третий запуск БАК, называемый Run 3, позволит исследовать беспрецедентное количество столкновений, что поможет физикам со всего мира изучить бозон Хиггса в мельчайших деталях и подвергнуть Стандартную модель различным испытаниям в рамках двух новых экспериментов — FASER и SND@LHC.
Они включают в себя столкновения протон–гелия для измерения образования аналогов протонов из антивещества, а также столкновения ионов кислорода, которые позволят изучить физику космических лучей и кварк-глюонную плазму.
Фото: Denis Balibouse / Reuters
FASER будет использовать детектор, расположенный на расстоянии 480 метров от места столкновения, чтобы поймать неизвестные экзотические частицы, которые могут отлетать на большие расстояния, прежде чем распасться на интересующие ученых частицы — например, потенциальные слабо взаимодействующие массивные частицы, которые почти не взаимодействуют с веществом и могут представлять собой темную материю.
Материалы по теме:
Физиков также волнует ответ на вопрос: почему все обнаруженные нейтрино были левосторонними, то есть их спин был направлен против движения. Теоретически правосторонние нейтрино должны существовать, но зафиксировать их до сих пор так и не удалось.
Сотрудники Большого адронного коллайдера будут работать круглосуточно для постепенного возобновления работы машины и безопасного наращивания энергии вплоть до 2024 года, когда должно произойти еще одно плановое отключение.
Коллайдер NICA получил первые элементы для системы электронного охлаждения
На прошлой неделе в Дубну прибыли первые элементы системы электронного охлаждения (СЭО) коллайдера NICA, которая в дальнейшем будет обеспечивать его высокую светимость.
Родина самого метода — Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН в Новосибирске, откуда и пришел ценный для коллайдера груз. Всего на коллайдере NICA специалисты поставят две таких системы, для его обоих колец. СЭО — это довольно крупное сооружение, в нем будет достигаться высокая энергия электронов – до 2,5 МэВ.
Схему СЭО, как и сам метод охлаждения, предложенную и осуществленную в 1967 г. в ИЯФ СО РАН, специалисты затем использовали более чем в 15 синхротронах мира. Электронный пучок СЭО вводится на часть орбиты коллайдера, путешествует одновременно с пучком ионов в кольце коллайдера и затем выводится в коллектор (приемник электронов). За это время совместного «путешествия» холодные электроны забирают избыточную кинетическую энергию у ионов, вращающихся в коллайдере.
В результате поперечные скорости и разброс продольных скоростей ионов уменьшаются. Это и есть эффект охлаждения. Фокусирующая система коллайдера сжимает ионные пучки за счет падения их скоростей и уменьшается размер пучка, что обеспечивает большее число столкновений ионов за один пролет участка встречи пучков, возрастает число событий в единицу времени – так называемая светимость, главная характеристика любого коллайдера.
В этот раз ОИЯИ получил бак СЭО, в котором размещается высоковольтная система на 2.5 миллиона вольт напряжения. «Это довольно грандиозное сооружение — только один бак весит 7 тонн, а его высота 5.1 метра. Поэтому перед специалистами ЛФВЭ под руководством Антона Сергеева стояла непростая задача по выгрузке бака, с которой они успешно справились», — отмечает один из авторов метода электронного охлаждения, научный руководитель ускорительного комплекса NICA, академик Игорь Мешков. «Размеры бака определяются необходимостью обеспечить зазоры, которые выдержат высокое напряжение между его стенками и элементами электростатического линейного ускорителя электронов, размещенного внутри».
Этим же транспортом присланы два элемента СЭО – соленоиды, создающие продольное магнитное поле, в котором формируется и транспортируется электронный пучок. Кроме того, магнитное поле существенно улучшает качество электронного пучка и позволяет снизить поперечные скорости электронов, что повышает эффективность охлаждения. Геометрия установок СЭО довольно сложная. Магнитное поле внутри и вне бака создается соленоидами, которые вне бака на части траектории электронного пучка загнуты – имеют форму отрезка тора. Такая тороидальная катушка приводит электроны на прямолинейный участок траектории ионов коллайдера. Это и есть участок охлаждения.
Тороидальный соленоид в экране
«Это лишь 5-10 процентов всего оборудования, которое мы ждем для СЭО из Новосибирска. Всего мы ожидаем восемь машин с элементами системы», — сообщил Игорь Мешков. «Практически все оборудование готово и протестировано коллегами в ИЯФ СО РАН. В наших планах монтировать элементы СЭО по мере их поступления в Дубну».
Стоит отметить, что это уже вторая система электронного охлаждения. Первая такая установка на меньшую энергию электронов – 50 кэВ, что в 50 раз меньше, чем на СЭО для коллайдера, — также изготовлена в ИЯФ и уже работает на Бустере. Все три СЭО – Бустера и Коллайдера – разработаны и построены группой ИЯФ под руководством академика В.В.Пархомчука и его ученика В.Б.Рева. Оба они широко известны среди специалистов по охлаждению ионных и антипротонных пучков.
Система электронного охлаждения коллайдера NICA
Большой адронный коллайдер: модернизация, которая может произвести революцию в физике 0015
Источник изображения, BBC News
Подпись к изображению,Сто метров под землей в самом сердце БАК: Мне показывают «величественный собор науки»
Автор Паллаб Гош
Научный корреспондент
Глубоко под землей среди Альп ученые едва могут сдерживать свое волнение.
Они шепчутся об открытиях, которые коренным образом изменят наше представление о Вселенной.
«Я охотился за пятой силой с тех пор, как стал физиком элементарных частиц, — говорит доктор Сэм Харпер. «Может быть, это год».
В течение последних 20 лет Сэм пытался найти доказательства существования пятой силы природы: гравитации, электромагнетизма и двух ядерных взаимодействий, о которых физики уже знают.
Он возлагает надежды на масштабную реконструкцию Большого адронного коллайдера. Это самый совершенный в мире ускоритель частиц — огромная машина, которая сталкивает атомы, чтобы разделить их на части и узнать, что у них внутри.
В ходе трехлетнего обновления он был улучшен еще больше. Его инструменты более чувствительны, что позволяет исследователям изучать столкновение частиц внутри атомов в более высоком разрешении; его программное обеспечение было усовершенствовано, и теперь оно может принимать данные со скоростью 30 миллионов раз в секунду; и его лучи более узкие, что значительно увеличивает количество столкновений.
Все это означает, что сейчас у БАК есть все шансы найти субатомные частицы, которые являются совершенно новыми для науки.
Есть надежда, что он сделает открытия, которые вызовут самую большую революцию в физике за сто лет.
Исследователи не только верят, что могут найти новую, пятую силу природы, но и надеются обнаружить доказательства существования невидимой субстанции, составляющей большую часть Вселенной, называемой Темной Материей.
На исследователей здесь оказывается большое давление. Многие ожидали, что БАК уже найдет доказательства существования новой области физики.
Источник изображения, BBC News
Подпись к изображению,Детектор Atlas состоит из 7000 тонн металла, кремния, электроники и проводки, тщательно и точно собранных вместе. Теперь он мощнее, чем когда-либо
БАК является частью Европейской организации ядерных исследований, известной как ЦЕРН, на швейцарско-французской границе, недалеко от Женевы. По мере приближения он кажется ничем не примечательным комплексом — кварталы офисных зданий и общежитий 1950-х годов, растянувшиеся на участке площадью две с половиной квадратных мили с ухоженными газонами и извилистыми дорогами, названными в честь почитаемых физиков.
Но 100 метров под землей, это храм науки. Я смог попасть в самое сердце БАК, к одному из гигантских детекторов, который сделал одно из величайших открытий нашего поколения, бозон Хиггса, субатомную частицу, без которой многие другие частицы, о которых мы знаем, не имели бы массы. . Детектор Atlas имеет длину 46 м и высоту 25 м. Это один из четырех инструментов БАК, которые анализируют частицы, созданные БАК.
Это 7000 тонн металла, кремния, электроники и проводки, тщательно и точно собранных вместе. Это вещь большой красоты. «Величество» — это слово, которое использует доктор Марселла Бона из Лондонского университета королевы Марии, одна из ученых, использующих детектор Atlas для своих экспериментов.
Я поражен видом, когда Марселла рассказывает мне об улучшениях детектора во время трехлетнего простоя БАК.
«Это будет в два-три раза лучше с точки зрения способности нашего эксперимента обнаруживать, собирать и анализировать данные», — говорит она мне. «Вся экспериментальная цепочка была модернизирована».
Среди лязга и стука инженеров, заканчивающих ремонт Атласа, мне трудно представить, что для обнаружения частиц, во много раз меньших атома, необходимо нечто столь большое.
На БАК есть четыре таких детектора, каждый из которых проводит разные эксперименты. Именно в центре этих гигантских детекторов частицы, известные как протоны, которые находятся в ядрах атомов, сталкиваются друг с другом после ускорения, близкого к скорости света, по окружности кольца длиной 17 миль.
Столкновения создают еще более мелкие частицы, которые разлетаются в разные стороны. Их путь и энергия отслеживаются детекторными системами, и именно этот след сообщает ученым, что это за частица, подобно определению вида и характеристик животного по его следам.
Источник изображения, ЦЕРН
Подпись к изображению,В результате столкновений создаются частицы, которые разлетаются в разные стороны. След сообщает ученым, что это за частица.
Почти все более мелкие частицы, возникающие в результате столкновений, уже известны науке.
Физики ищут доказательства существования новых частиц, которые могут возникать в результате столкновений, но, как считается, рождаются крайне редко.
Именно эти неоткрытые частицы, по мнению физиков, содержат ключ к совершенно новому взгляду на Вселенную. Их открытие произвело бы самый большой сдвиг в физическом мышлении со времен теорий относительности Эйнштейна.
Инженеры потратили последние три года на модернизацию БАК, чтобы произвести больше столкновений за более короткий промежуток времени. Восстановленная машина имеет гораздо больше шансов создать и обнаружить редко создаваемые новые частицы. Большая часть этой работы была проведена под руководством доктора Родри Джонса, который радуется своему титулу «Head of Beams».
Я встречаюсь с Родри в зоне сборки магнитов Церна, которая напоминает огромный авиационный ангар. Здесь инженеры модернизируют 15-метровые цилиндрические магниты, которые изгибают пучки частиц вокруг ускорителя. Это точная работа, абсолютно без права на ошибку.
Источник изображения, BBC News
Подпись к изображению,Зона сборки магнитов БАК. Они были переработаны, чтобы сделать луч более узким и, таким образом, увеличить количество столкновений
Родри сказал мне, что его команда сделала лучи более узкими, так что больше частиц сжимается в меньшую площадь. Это значительно увеличивает вероятность того, что частицы врежутся друг в друга.
«Мы наблюдаем за очень редкими процессами, поэтому чем больше количество столкновений, тем выше шанс обнаружить, что происходит, и увидеть небольшие аномалии», — говорит он.
“Улучшение луча означает, что при всей физике, которую мы проделали с начала работы БАК, мы сможем получить такое же количество столкновений в следующие три года, как мы сделал за эти десять лет».
Еще одно большое улучшение коснулось сбора и обработки данных о столкновениях. В отремонтированном БАК данные собираются с каждого из четырех детекторов с невероятной скоростью — 30 миллионов раз в секунду.
Это, конечно, слишком много для человеческого разума, но любое отдельное столкновение может содержать решающее свидетельство существования одной из новых частиц, которые ищут ученые.
Программное обеспечение БАК было обновлено таким образом, что теперь он автоматически выполняет поиск по всем собранным данным и, используя новейшие технологии искусственного интеллекта, определяет и сохраняет показания, которые могут представлять потенциальный интерес для анализа учеными.
Источник изображения, BBC News
Подпись к изображению,Инструменты БАК более чувствительны и теперь будут обеспечивать визуализацию столкновений в высоком разрешении, что позволит лучше обнаруживать новые частицы.
Текущая теория субатомной физики называется Стандартной моделью. Несмотря на то, что название у нее лишено воображения, эта теория блестяще объясняет, как субатомные частицы собираются вместе, чтобы создавать атомы, из которых состоит окружающий нас мир.
Стандартная модель также объясняет, как частицы взаимодействуют через силы природы, такие как электромагнетизм и ядерные силы, которые удерживают компоненты атомов вместе.
Но Стандартная Модель не может объяснить, как действует гравитация, и не может объяснить, как ведут себя невидимые части Вселенной, которые физики называют Темной Материей и Темной Энергией. Ученые знают, что эти невидимые частицы и силы существуют благодаря движению галактик в космосе, и вместе они составляют 95 процентов Вселенной. Но никому еще не удалось доказать их существование и определить, что они из себя представляют.
Источник изображения, ЦЕРН
Подпись к изображению,Программное обеспечение БАК было обновлено, чтобы он мог просеивать данные со скоростью 30 миллионов раз в секунду.
БАК был построен для обнаружения этих частиц, которые могли бы объяснить, как устроена большая часть космоса. Доктор Марселла Бона говорит мне, что теперь есть реальная надежда, что модернизация сделает это возможным.
«Это действительно захватывающее время», — сияет она. «Последние три года мы работали над обновлением оборудования. Теперь мы готовы».
Марселла загорелась страстью с того момента, как я ее встретил. Но ее энтузиазм возрастает, когда я спрашиваю ее, станет ли открытие частицы темной материи одним из величайших открытий в физике.
«Я бы сказала да, — смеется она, широко раскрыв глаза, — да, конечно, это было бы невероятно», — говорит она, позволяя себе на мгновение насладиться вполне реальной перспективой того, что это произойдет в ближайшие месяцы.
Источник изображения, проект Eagle/Durham University
Image caption,Это компьютерное моделирование показывает темную материю, раскинувшуюся по Вселенной. Исследователи БАК надеются найти его по-настоящему
Не менее взволнован доктор Сэм Харпер, ученый, который провел последние два десятилетия в поисках «пятой силы» природы. Он работает на другом из четырех детекторов БАК, называемом CMS, расположенном на другом конце комплекса ЦЕРН.
Результаты работы БАК перед его закрытием на реконструкцию и нескольких других ускорителей частиц по всему миру обнаружили дразнящие намеки на эту пятую силу. Но, по словам Сэма, благодаря дополнительной мощности БАК его научные поиски могут скоро завершиться.
И, как и у Марселлы, возбуждение в его голосе нарастает по мере того, как он громко произносит то, что формально не может быть сказано в научных кругах, пока не будут получены убедительные доказательства.
“Это перевернет поле с ног на голову. Это будет величайшее открытие БАК, крупнейшее открытие в физике элементарных частиц с тех пор, как…”
Сэм делает паузу, пытаясь подобрать слова.
“Он будет больше Хиггса”.
В конце этого года ЦЕРН будет отмечать десятую годовщину открытия бозона Хиггса. Но празднование привлекает внимание к тому факту, что финансируемый государством БАК стоимостью 3,6 миллиарда фунтов стерлингов и его ежегодными затратами в 1,1 миллиарда фунтов стерлингов с тех пор не делал по-настоящему больших открытий.
Многие надеялись, а некоторые ожидали, что самый мощный ускоритель частиц к настоящему времени обнаружит темную энергию, пятое взаимодействие или какую-то другую частицу, меняющую парадигму.
Многое зависит от результатов, которые исследователи получат в течение следующих нескольких лет, потому что вскоре ЦЕРН выдвинет предложения по еще большему адронному коллайдеру. Самый амбициозный план под названием Future Circular Collider (FCC) будет иметь кольцо окружностью 60 миль, которое пройдет под Женевским озером.
FCC может стоить около 20 миллиардов фунтов стерлингов. Нынешней машине предстоит еще по крайней мере десять лет и еще несколько обновлений, которые дадут ей еще больше возможностей для открытия частиц, которые навсегда изменят физику. Но научные руководители ЦЕРН скоро представят свои доводы в пользу следующего этапа экспериментов по физике элементарных частиц. Убедить правительства стран-членов взять на себя обязательство значительно увеличить финансирование будет сложнее, если последняя модернизация не найдет даже намёка на новые частицы в ближайшие два-три года.
Источник изображения, ЦЕРН
Подпись к изображению,Предлагаемый ЦЕРН круговой коллайдер будущего будет во много раз больше, чем БАК, и намного дороже.
Доктор Сэм Харпер признается, что чувствует себя «немного напуганным», когда БАК приступает к следующей серии экспериментов.
“Мы отчаянно пытаемся собрать все воедино и очень усердно работаем, чтобы не упустить ни одной возможной новой физики. Потому что самое худшее в мире будет то, что новая физика есть, а мы ее не не найти.”
Но ужас Сэма пересиливает сильное волнение по поводу того, что нас ждет в ближайшие несколько лет.
«Всех физиков элементарных частиц движет желание открыть неизвестное, и именно поэтому такие вещи, как пятая сила и темная материя, так интересны, потому что мы понятия не имеем, что это может быть и существует ли оно, а мы действительно хотим чтобы узнать это».
То, что может быть первой трещиной в Стандартной модели, было обнаружено ранее в этом месяце исследователями из Фермилаб, американского аналога БАК.
В ближайшие месяцы и годы исследователи на БАК будут стремиться подтвердить свой результат и найти еще много несоответствий в существующей теории, пока она не рухнет, чтобы освободить место для новой, единой и более полной теории того, как работает Вселенная.
Follow Pallab on Twitter
- Физика
- Физика элементарных частиц
- Большой адронный коллайдер
- ЦЕРН
BBC не несет ответственности за содержание внешних сайтов.
Что такое Большой адронный коллайдер в ЦЕРН?
Самый мощный в мире коллайдер частиц, Большой адронный коллайдер (БАК), начнет сталкивать протоны друг с другом на беспрецедентном уровне энергии, начиная с 5 июля.
Ученые будут записывать и анализировать данные, которые, как ожидается, дадут доказательства «новой физики» — или физики за пределами Стандартной модели физики элементарных частиц, которая объясняет, как взаимодействуют основные строительные блоки материи, управляемые четырьмя фундаментальными силами.
Читайте также |Учитель естественных наук объясняет: Теория большого взрыва
Большой адронный коллайдер — это гигантская сложная машина, созданная для изучения частиц, которые являются мельчайшими известными строительными блоками всех вещей.
Конструктивно это 27-километровая петля, проложенная на 100 метров под землей на швейцарско-французской границе. В рабочем состоянии он испускает два луча протонов почти со скоростью света в противоположных направлениях внутри кольца сверхпроводящих электромагнитов.
Магнитное поле, создаваемое сверхпроводящими электромагнитами, удерживает протоны в плотном пучке и направляет их по пути, когда они проходят через пучковые трубы и, наконец, сталкиваются.
«Непосредственно перед столкновением используется другой тип магнита, чтобы «сжать» частицы ближе друг к другу, чтобы увеличить вероятность столкновения. Частицы настолько малы, что задача заставить их столкнуться сродни выстрелу двумя иглами на расстоянии 10 км друг от друга с такой точностью, что они встречаются на полпути», — сообщает Европейская организация ядерных исследований (первоначально Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, или CERN).
Поскольку мощные электромагниты БАК несут ток почти такой же силы, как удар молнии, их необходимо охлаждать. LHC использует систему распределения жидкого гелия, чтобы поддерживать его критические компоненты в ультрахолодном состоянии при температуре минус 271,3 градуса по Цельсию, что холоднее, чем в межзвездном пространстве. Учитывая эти требования, разогреть или охладить гигантскую машину непросто.
Реклама
Последняя модернизация
Через три года после остановки на техническое обслуживание и модернизацию коллайдер был снова включен в апреле этого года. Это третий запуск БАК, и со вторника он будет работать круглосуточно в течение четырех лет с беспрецедентным уровнем энергии в 13 тераэлектронвольт. (ТэВ равен 100 миллиардам, или 10 в степени 12, электрон-вольт. Электрон-вольт — это энергия, сообщаемая электрону в результате его ускорения за счет разности электрических потенциалов в 1 вольт.
)
«Мы стремимся обеспечить 1,6 миллиарда протон-протонных столкновений в секунду» для экспериментов ATLAS и CMS, сказал глава ЦЕРН по ускорителям и технологиям Майк Ламонт, согласно отчету AFP. На этот раз протонные пучки будут сужены до менее чем 10 микрон (толщина человеческого волоса составляет около 70 микрон), чтобы увеличить частоту столкновений, сказал он.
Реклама
(ATLAS — крупнейший эксперимент по обнаружению частиц общего назначения на LHC; эксперимент Compact Muon Solenoid (CMS) — одно из крупнейших международных научных объединений в истории, преследующее те же цели, что и ATLAS, но использующее другую конструкция магнитной системы.)
Информационный бюллетень | Нажмите, чтобы получить лучшие пояснения дня в свой почтовый ящик
Предыдущие запуски и открытие «Частицы Бога»
Десять лет назад, 4 июля 2012 года, ученые из ЦЕРНа объявили миру об открытии бозона Хиггса или «Частица Бога» во время первого запуска БАК.
Это открытие завершило многолетние поиски субатомной частицы, несущей силу, и доказало существование механизма Хиггса, теории, выдвинутой в середине шестидесятых годов.
Это привело к тому, что Питер Хиггс и его сотрудник Франсуа Энглер были удостоены Нобелевской премии по физике в 2013 году. Считается, что бозон Хиггса и связанное с ним энергетическое поле сыграли жизненно важную роль в создании Вселенной.
Второй запуск БАК (запуск 2) начался в 2015 году и продлился до 2018 года. Второй сезон сбора данных дал в пять раз больше данных, чем запуск 1. Прогон 1.
Обязательно к прочтению |Почему так важна темная материя
«Новая физика»
Реклама
После открытия бозона Хиггса ученые начали использовать собранные данные в качестве инструмента, позволяющего заглянуть за пределы Стандартной модели, которая в настоящее время лучшая теория самых элементарных строительных блоков Вселенной и их взаимодействий.
Ученые из ЦЕРН говорят, что не знают, что покажет запуск 3; надежда состоит в том, чтобы использовать столкновения для дальнейшего понимания так называемой «темной материи».