Фото коллайдер: В России создаются сверхпроводники для Кольцевого коллайдера будущего — Российская газета - Санкт-Петербургское государственное бюджетное учреждение социального обслуживания населения

Содержание

В России создаются сверхпроводники для Кольцевого коллайдера будущего — Российская газета

В Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН) планируют построить в 2040 году суперколлайдер, по сравнению с которым знаменитый Большой адронный коллайдер с его 27-километровым кольцом покажется игрушкой. В проекте – кольцо протяженностью в 100 км, а мощность этого ускорителя на порядок больше, чем у БАК. Этот монстр должен наконец “закрыть” знаменитую Стандартную модель, которая уже исчерпала себя, и открыть новую физику, помочь понять секреты “темной материи”, “темной энергии”, причины отсутствия во Вселенной антиматерии и т.д. И дать возможность ученым получить новые Нобели. Стоимость проекта впечатляет – 21 миллиард евро. Для сравнения – БАК обошелся в 12 миллиардов долларов.

Вес достигнет 9000 тонн, длина превышает миллион километров

“Сердце” любого коллайдера – магнитные системы, которые разгоняют и управляют сталкивающимися частицами. Для создания мощнейших магнитных полей используются низкотемпературные сверхпроводники, которые работают при температуре (-273 С). В знаменитом БАК проложено несколько сотен тысяч самых разных сверхпроводящих кабелей из ниобий-титана, их общий вес около 1200 тонн. В новом ускорительном монстре вес достигнет 9000 тонн, а общая длина, по разным оценкам, превысит миллион километров. Важно подчеркнуть, что проблема не только в огромных масштабах сверхпроводников. Из 9000 тонн только треть должны быть из уже освоенного ниобий-титана, а намного большая часть из ниобий-олова. Дело в том, что только этот материал позволит достичь на коллайдере мощных магнитных полей в 16 тесла (в БАК они составляли 8 тесла).

– Изготовить такой сверхпроводник намного сложней, чем из ниобий-титана, – говорит руководитель проектов по сверхпроводящей тематике одной из компаний Росатома Михаил Шляхов. – Сегодня есть две технологии, одна проще, другая сложней. По первой мы сделали партию таких сверхпроводников для проекта ИТЭР, но он все-таки не позволит достичь тех параметров магнитного поля, которые требует ЦЕРН для будущего коллайдера. Поэтому сейчас все страны, которые участвуют в создании сверхпроводников из ниобий-олова осваивают вторую более сложную технологию.

И вот только что в ЦЕРН успешно завершились приемочные испытания российских ниобий-оловянных сверхпроводников. Конструкция и технология их изготовления разработаны в московском ВНИИНМ им. А.А. Бочвара, а партия проводов длиной 50 км выпущена на Чепецком механическом заводе в городе Глазов (оба предприятия входят в Топливную компанию ТВЭЛ – топливный дивизион Госкорпорации “Росатом”). Достигнуты рекордные показатели для российских технологий сверхпроводимости, такие как плотность критического тока в электромагнитном поле, коэффициент остаточного электросопротивления, эффективный диаметр провода. По итогам успешных испытаний продукции российская компания квалифицирована как поставщик сверхпроводников для программ ЦЕРН по разработке магнитов для сверхмощных ускорителей частиц.

Этот монстр должен наконец “закрыть” знаменитую Стандартную модель, которая уже исчерпала себя, и помочь понять секреты “темной материи”

Чем знаменитый БАК не устраивает физиков?

Физики сделали знаменитым на весь мир бозон Хиггса. Про эту частицу Бога и поймавший ее Большой адронный коллайдер (БАК) наслышаны даже домохозяйки. Но он покажется лилипутом рядом с машиной, которую сейчас задумали построить в Европейском центре по ядерным исследованиям (ЦЕРН).

Зачем он нужен этот гигант? Чем БАК не устраивает физиков? Дело в том, что открыв бозон Хиггса, этот коллайдер одновременно закрыл последнюю страницу Стандартной модели, которая считается одним из самых главных достижений науки XX века. Физики надеялись выжать из БАКа и другие открытия, однако он больше не “плодоносил”. Если он и дальше будет только подтверждать Стандартную модель, это, по мнению лауреата Нобелевской премии профессора Сэмюэла Тинга, окажется большой неудачей. Словом, ученые считают, что модель себя исчерпала. Она не может объяснить множество фактов, скажем, природу “темной материи” и “темной энергии”, на которые приходится 95 процентов массы Вселенной и только 5 процентов на видимую – звезды и планеты. Здесь нужна новая физика. И добраться до нее физики надеются на ускорителе будущего. В работе над его концепцией участвуют более 1,3 тысячи специалистов из 150 институтов и университетов всего мира. Если прорыв к новой физике произойдет, то на энтузиастов прольется настоящий дождь новых Нобелей.

Построить коллайдер на Луне

Пока космические агентства ведущих стран только планируют повторить миссии с посадкой человека на Луну, физики уже рассматривают возможность построить там гигантский коллайдер. Напомним, что сейчас диаметр кольца знаменитого огромного Большого адронного коллайдера в ЦЕРН, разгоняющего частицы, почти 27 километров. В планах новый гигантский ускоритель с кольцом почти в 100 километров. Но, как говорится, аппетит приходит во время еды. Во всяком случае, фантазировать никто не запрещает. И вот Джеймс Бичем из Университета Дьюка и Франк Циммерман из ЦЕРН утрваждают, что “лунный” коллайдер может стать следующим инструментом для изучения тайн природы.

Конечно, в обозримой перспективе такой грандиозный инструмент не будет создан. Но идея очень заманчивая. Ведь на Луне не действует множество земных ограничений, а значит, кольцо коллайдера может пройти просто по ее экватору и достичь почти 11 тысяч километров. Практически все сооружения понадобится устраивать на глубине, где они будут защищены от космической радиации и микрометеоритов. Но если будущей технике это окажется по силам, физики получат уникальный инструмент. По расчетам ученых, энергия протон-протонных столкновений в нем может достигать 14 ПэВ, что в тысячи раз мощнее, чем в Большом адронном коллайдере. Такой феномен, по мнению авторов идеи, может совершить самые невероятные открытия, о которых мы сегодня даже не догадываемся.

Большой адронный коллайдер – фабрика открытий новых адронов

Коллаборация одного из экспериментов Большого адронного коллайдера, LHCb, в которую входит также и группа ученых Высшей школы экономики, опубликовала сообщение об открытии новых тетракварков – экзотических адронов, состоящих из четырех кварков. Эти открытия стали возможны благодаря массивным выборкам данных, собранным экспериментом LHCb при помощи алгоритмов, разработанных в ВШЭ.

Большой адронный коллайдер (БАК) – это установка длиной 27 километров в Европейской организации по ядерной энергии (ЦЕРН), в которой ускоренные до 0.999999991 от скорости света протоны сталкиваются внутри четырех больших экспериментов. Адроны (греч. ἁδρός, что означает «крупный, массивный») – класс частиц, к которому в частности принадлежат протоны, что объясняет происхождение слова «адронный» в названии БАК.

До 1960-х годов адроны считались простейшими частицами, которые составляют вещество. Только в 1964 году, была предложена гипотеза о том, что адроны могут состоять из кварков и антикварков. Комбинации кварков могут находиться как в квантово-механическом состоянии с наименьшей энергией – основном состоянии, так и подобно электронам в атомах, кварки могут наблюдаться в возбужденных состояниях с различными значениями углового момента и ориентацией спинов кварков. Следуя традиции физики элементарных частиц, все эти квантовые состояния называются адронами и, в более общем смысле, частицами.

В кварковой модели адроны состоят из двух или более кварков связанных сильным взаимодействием. Они также сильно взаимодействуют между собой, как, например, протоны и нейтроны в ядре атома. Частицы, состоящие из пары кварк-антикварк, называются мезонами, состоящие из трех кварков (или трех антикварков) – барионами, из четырех – тетракварки, их также называют – экзотическими адронами. Также были открыты еще более редкие пентакварки.

В столкновениях протонов на БАК образуется огромное количество адронов. Однако для того, чтобы их эффективно реконструировать, а значит экспериментально наблюдать, требуются высококлассные детекторы.

На рисунке, взятом из новостей ЦЕРН показаны новые адроны, открытые на БАК с момента его запуска в 2010 году. Цвет символа, сопровождающего имя адрона, указывает на содержание кварков частиц. Адроны сгруппированы согласно их массе и году открытия.

За 11 лет работы БАК учеными, сотрудниками научных коллабораций ATLAS, CMS и LHCb было обнаружено 59 адронов: в среднем почти по одному каждые два месяца. «Очевидно, что Большой адронный коллайдер в ЦЕРН – это огромная фабрика по обнаружению адронов. 52 из 59 открытых на БАК адронов были открыты учеными коллаборации LHCb, в которую входит также и группа исследователей ВШЭ», – говорит ведущий научный сотрудник ФКН ВШЭ Федор Ратников.

Четыре новых экзотических адрона были добавлены коллаборацией LHCb к этому списку сегодня. Два из этих новых тетракварков, Zcs (4000) + и Zcs (4220) +, состоят из (c anti-cus). Два других новых тетракварка, X (4685) и X (4630), состоят из c anti-c и s anti-s кварков.

НИУ ВШЭ присоединился к эксперименту LHCb в 2018 году. Группа, базирующаяся на факультете компьютерных наук ВШЭ совместно с исследователями Школы анализа данных Яндекса, приложила много усилий для оптимизации отбора интересных событий в реальном времени, улучшения качества идентификации различных типов частиц в детекторе. Большое количество данных, необходимых для совершаемых LHCb открытий обрабатывается алгоритмами, разработанными на факультете.

«Эти и другие улучшения стали возможны благодаря высочайшей экспертизе в области методов машинного обучения, накопленной на ФКН и использованной для получения экспериментом наилучших физических результатов», – подчеркивает Федор Ратников.

В настоящий момент на БАК проходит существенная модернизация. Начало следующей серии работы ускорителя запланировано через год. Коллективы ученых готовят эксперименты к набору новых данных, к новым современным методикам их обработки и новым открытиям.

Большой адронный коллайдер – новости, фото

Любовь Соковикова

12.04.2021,

обновлено 13.04.2021

Пока мы с вами заняты повседневными делами, ученые в ЦЕРН охлаждают почти до абсолютного нуля антиматерию и вообще-то стоят на пороге открытия Новой физики. И так как нет на свете ничего интереснее чем тайны мироздания, предлагаю ненадолго отложить дела и погрузиться в изумительный мир физики. Начнем с того, что теорию антиматерии впервые предложил английский физик-теоретик, один из создателей квантовой теории Поль Дирак в 1928 году. Всего четыре года спустя его теория получила подтверждение. Сегодня мы знаем, что антиматерией ученые называют эфирную противоположность материи. Ее частицы идентичны своим материальным двойникам, за исключением их физических свойств – там, где электрон имеет отрицательный заряд, его антиматериальный двойник, позитрон, имеет положительный. Причина, по которой мы не сталкиваемся с антиматерией так часто, как с обычной материей, заключается в том, что они аннигилируют друг с другом при контакте, что чрезвычайно затрудняет хранение и изучение антиматерии в повседневной жизни.

Любовь Соковикова

28.03.2021

В 2008 году в Европе состоялся запуск гигантского ускорителя заряженных частиц Большого адронного коллайдера (БАК). Тогда казалось, что мир словно сошел с ума. Но не от радости за достижения современной науки, а от ужаса перед неизведанным – слухи о том, что запуск БАК приведет к созданию черной дыры и неизбежному концу света распространялись с молниеносной скоростью. И сколько бы физики не объясняли, что коллайдер разгоняет элементарные частицы до околосветовых скоростей и сталкивает их друг с другом и этот процесс не может привести к апокалипсису, истинно верующие до сих пор глаголят, что коллайдер – есть начало конца. Это может показаться удивительным, но в чем-то они, вероятно, оказались правы. Новая работа ученых из Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) предрекает конец нашим представлениям о физике: полученные результаты указывают на новую силу природы за пределами Стандартной модели, которую ученые не понимают.

Владимир Кузнецов

26.07.2019

Большой Адронный Коллайдер (БАК) является очень важной установкой для проведения экспериментов в области изучения элементарных частиц. Но недавно исследователи придумали, как извлечь из БАК максимальную пользу. Причем с поиском темной материи или же с другими опытами она никак не связана. Область применения установки куда более приземленная. С ее помощью хотят отапливать близлежащие дома.

Илья Хель

27.04.2019,

обновлено 23.04.2020

Теперь, когда ученые нашли бозон Хиггса, Большой адронный коллайдер будет искать еще более неуловимую цель: темную материю. Нас окружают темная материя и темная энергия — невидимые субстанции, которые связывают галактики, но никак себя не выдают. В новой работе излагается инновационный метод поиска темной материи силами Большого адронного коллайдера за счет эксплуатации относительно медленной скорости потенциальной частицы.

Николай Хижняк

19.04.2019

После того, как в 2021 году ускоритель заряженных частиц Большой адронный коллайдер (БАК) вновь будет запущен после обновления и сможет снова сталкивать частицы друг с другом, ученые надеются, с помощью него наконец открыть неуловимую темную материю. Физики не одно десятилетие тщетно пытаются обнаружить частицы темной материи, на которые приходится основная масса нашей Вселенной. Однако теперь у исследователей появилась новая цель в этих поисках: относительно тяжелая и долгоживущая частица, которую можно получить в результате высокоэнергетических столкновений на БАК.

Илья Хель

28.03.2019

Все, что вы видите вокруг, состоит из элементарных частиц — кварков и лептонов, которые могут объединяться с формированием более крупных частиц, таких как протоны или атомы. Но этим не ограничивается: эти субатомные частицы могут также соединяться экзотическим образом, какого мы никогда не видели. Коллаборация ЦЕРН LHCb объявила об открытии новых частиц, которые получили название «пентакварков». Результаты их работы могут помочь нам открыть множество загадок теории кварков, важнейшей части Стандартной модели.

Илья Хель

07.03.2019

Европейская лаборатория физических исследований ЦЕРН заявила, что планирует новый эксперимент по поиску частиц, связанных с темной материей, которая, как предполагают, составляет около 27% Вселенной. Эксперимент будет проводиться там же, где расположен Большой адронный коллайдер — гигантская лаборатория в 27-километровом туннеле на французско-швейцарской границе. Его задачей станет поиск «легких и слабо взаимодействующих частиц».

Илья Хель

23.01.2019,

обновлено 30.11.2019

Если физики элементарных частиц добьются своего, новые ускорители смогут в один прекрасный день тщательно исследовать самую любопытную субатомную частицу в физике — бозон Хиггса. Спустя шесть лет после открытия этой частицы на Большом адронном коллайдере, физики планируют новые огромные машины, которые будут растягиваться на десятки километров в Европе, Японии или Китае.

Илья Хель

16.01.2019

На самом деле, я намеренно допустил ошибку в заголовке. Коллайдеры — вполне себе природное явление, которое часто встречается в нашей Вселенной. Частицы сталкиваются и расщепляются в звездах и черных дырах при энергиях, которые даже вообразить сложно. Однако гордость просыпается, когда понимаешь, что человек пытается построить нечто подобное. Сегодня исследовательский центр, который принес нам новости о непостижимо крошечных частицах, удостоенных Нобелевской премии, заявил о планах стать намного больше.

Владимир Кузнецов

07.01.2019

Большой Адронный Коллайдер — это одно из самых удивительных изобретений человечества, ответственное за открытие многочисленных субатомных частиц, включая неуловимый бозон Хиггса. И в последнее время новые данные намекают на новые открытия за пределами Стандартной модели. И это очень удивительно, ведь, как утверждают ученые, мы можем расшифровать менее 1% данных от ускорителя. Поэтому открытия БАК можно назвать «большим везением». Или же все-таки нет?

Коллайдер NICA: достать до нейтронных звезд

12 янв. 2021 г., 14:19

Портал «Научная Россия» опубликовал интервью директора Лаборатории физики высоких энергий им. В.И. Векслера и А.М. Балдина Владимира Кекелидзе В Дубне продолжается строительство коллайдера тяжелых ионов NICA, где будут изучать кваркглюонную материю — состояние вещества, которое находится в недрах нейтронных звезд. Ученые Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне уже получили из Италии ключевой элемент исследовательской установки MPD (Multi-Purpose Detector) строящегося ускорительного комплекса — катушку сверхпроводящего соленоидального магнита. Об уникальной логистической операции и о том, зачем мировой науке нужен проект NICA, рассказал член-корреспондент РАН Владимир Димитриевич Кекелидзе, и.о. вице-директора ОИЯИ по мегасайенс проекту NICA, директор Лаборатории физики высоких энергий им. В.И. Векслера и А.М. Балдина

– Владимир Димитриевич, в Дубне состоялось уникальное событие: из Италии привезен главный элемент детектора будущего коллайдера NICA — сверхпроводящая катушка магнита. Сложно ли было организовать логистику операции доставки?

– Сам по себе магнит такого размера — уже исключительное инженерное сооружение. Причем мы должны не просто получить катушку с большим объемом магнитного поля, внутри которого будут располагаться детектирующие элементы, но нам необходимо будет создать поле очень высокой однородности; это позволит восстанавливать с высокой точностью процессы, которые мы будем изучать входе столкновения ионов на пучках коллайдера.

Ярмо самого магнита уже в нашем институте, это железо весом около 700 т. Катушка, создающая поле, проектировалась в России («Нева-Магнит»), но собиралась в Италии на известном предприятии ASG Superconductors. Компания уже имела опыт изготовления похожих катушек, в частности для одного из детекторов Большого адронного коллайдера (БАК), поэтому мы выбрали именно эту фирму.

Процесс изготовления занял около пяти лет. Почему так долго? Потому что прежде чем создать магнит такого размера, обеспечивающий магнитное поле высокой однородности, причем из уникальных материалов, надо было спроектировать и сделать набор инструментов, с помощью которого изготавливаются основная и корректирующие катушки, криостат (вакуумный сосуд) и многие другие элементы магнита.

Кстати, этот набор инструментов — намоточная машина, механическая оснастка, внушительных размеров печь для запекания обмотки — имеет гораздо большие размеры, чем сама катушка.

Несколько лет ушло на разработку и создание этого набора инструментов, с помощью которого надо было протестировать сверхпроводящий кабель для катушки, поскольку она работает при температуре, близкой к нулю по абсолютной шкале Кельвина, намотать основную и корректирующие катушки. Далее необходимо было изготовить криостат и поместить в него основную катушку — и это тоже очень непростая инженерная задача, — затем все собрать, обеспечить вакуум в криостате и испытать.

И, наконец, сегодня криостат со сверхпроводящей катушкой внутри прибыл к нам в Дубну! Крайне сложная логистическая операция завершилась успешно. Вся процедура доставки заняла чуть больше месяца, но волнений было очень много.

– Доставка была возможна только по воде?

– Да, из-за размера и веса криостата с катушкой. По пути из Генуи в Дубну груз побывал в красивейших местах России: в порту Санкт-Петербурга, на Ладожском, Онежском, Белом озерах и реке Волге.

Саркофаг с нашим инженерным сооружением внутри был погружен на корабль в Генуе 25 сентября. Ровно через месяц он прибыл в порт Северной столицы, где был разгружен и растаможен, а оттуда его перегрузили на баржу с буксиром и отправили к нам в Дубну.

5 ноября мы, собравшиеся у порта местные жители и журналисты стали свидетелями того, как долгожданная «посылка» перегружается с баржи на автомобильную платформу. Для этого был задействован самый мощный мобильный портовый кран в мире — Liebherr LHM 800. Затем автомобильная платформа должна была преодолеть последнюю дистанцию, перед тем как попасть к месту назначения. — дорогу от порта Дубны до нашего института, около 3 км. Машина прошла этот путь за несколько часов. Из-за больших габаритов груза (высота — 7.6 м) в городе на это время даже пришлось отключить электричество: в двух местах нужно было проехать под высоковольтными линиями.

Потребовалось их обесточить, согласно технике безопасности, заземлить и слегка приподнять, чтобы груз смог пройти.

Задача по перевозке криостата с катушкой из Италии усложнялась тем, что навигация обычно заканчивается в середине или в конце ноября. Поэтому мы переживали, успеем или нет, ведь кроме того, что груз нужно доставить в Россию, еще необходимо успеть его растаможить в порту Санкт-Петербурга. К счастью, благодаря серьезной подготовительной работе наших служб и согласованным действиям с таможней груз удалось провести через таможню в установленный срок.

Коллайдер NICA (Nuclotron based Ion Collider fAcility)

Коллайдер NICA — новый ускорительный комплекс, который создается на базе ОИЯИ для изучения свойств плотной барионной материи.

Ожидается, что ученые смогут воссоздать в лабораторных условиях особое состояние вещества — кварк-глюонную плазму, которое существует в недрах нейтронных звезд. С помощью коллайдера NICA физики надеются получить новые знания о строении ядерной материи (одна из целей — поиск критической точки на фазовой диаграмме ядерной материи) и решить ряд фундаментальных и прикладных задач. В реализации международного проекта участвуют более 20 стран мира. Ввод всего комплекса в эксплуатацию намечен на 2023 г.

В лабораторных условиях ученые смогут наблюдать, как бесконечно малые частицы — кварки — начнут группироваться и образовывать обычное ядерное вещество. Подобный процесс происходил при несколько других условиях во время рождения Вселенной.

– Правда ли, что NIСА будет работать с такими энергиями и состояниями вещества, которые недостижимы на других установках, например, на том же БАК?

– Вы правы. Каждая установка, коллайдер или просто ускоритель, детектор, нацелена на определенный круг задач. Задача БАК — приблизиться к максимально достижимым энергиям, которые вообще возможны на данном этапе технологического развития. Достигнутые энергии позволили открыть бозон Хиггса, ведь проект изначально и был на это ориентирован.

В нашем же случае задача — достичь максимальной возможной в лабораторных условиях и вообще во Вселенной плотности ядерной материи. Такое ядерное состояние вещества ожидается в недрах нейтронных звезд, там, где очень большая гравитация и где обычные ядра переходят не просто в свои составляющие — протоны и нейтроны, а где последние, сжимаясь, превращаются в «кашу» из кварков и глюонов.

Вот такую «кашу» из кварков и глюонов мы и будем создавать, но только не путем гравитационного сжатия, как в нейтронных звездах, а путем столкновения тяжелых ядер, например, двух ионов золота, при вполне определенной энергии. Причем если энергия будет ниже оптимальной — около 10 ГэВ на каждый нуклон иона, — то не удастся разрушить ядро и нуклоны, а если, напротив, выше, то не удастся создать большую ядерную плотность. Поскольку мы нацелены на исследование ядерной материи максимальной плотности, нам нужны вполне определенные энергии и определенные ядра, которые мы будем сталкивать.

Хочу, кстати, отметить огромный вклад ученых и инженеров Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН, без поддержки которых мы вряд ли решились бы на реализацию столь амбициозного проекта, как NICA.

– Что представляет собой ядерная материя, о которой вы упомянули?

– Ядерная материя — достаточно широкое определение. В нашем случае это барионная материя. Абарионы, барионная материя — это все, что нас окружает, из чего состоите вы, я и весь окружающий нас мир, потому что барион — это протон или нейтрон, а все ядра состоят из протонов и нейтронов. Так что материя — это в основном барионы, а антиматерия — антибарионы. Накопить максимальное количество барионов в единице объема и есть наша задача, то есть загнать в микроскопический объем максимальное количество ядер.

– Таким образом, вы получите состояния, схожие с теми, что существуют в недрах нейтронных звезд? А ведь предполагают, что внутри нейтронных звезд как раз н находятся кварки, а сверху — оболочка из нейтронов.

– Все верно. Ожидается, что внутри нейтронных звезд будет «каша», или «суп», из кварков и глюонов. И вот на какое-то мгновение в микроскопическом объеме мы надеемся получить с помощью коллайдера NICA то же самое состояние материи, а потом постараться понять, как она переходит из одной фазы в другую (из привычной нам фазы исходных ядер, сталкивающихся в коллайдере в кварк-глюонную материю) и, остывая, возвращается в начальную фазу, формируя уже новые частицы и ядра.

– Тогда я не могу не задать, наверное, самый популярный вопрос: а не создадим ли мы тем самым нейтронную звезду «в пробирке»? Помню, когда строился БАК, многие неспециалисты всерьез опасались, что там случайно родится черная дыра и всех нас погубит. Насколько правдоподобны такие сценарии?

– Никаких глобальных угроз в ускорительных экспериментах нет. Здесь, как и в любых технически сложных установках, есть риски механических повреждений плюс опасность облучения: например, если кто-то попадет под пучок заряженных частиц. Кстати, такие случаи в мировой практике бывали.

В отличие от реакторов, где сложно управлять ядерным процессом, в ускорителях заряженных частиц все устроено проще: вы выключили рубильник, отключили электричество — и у вас больше нет ни радиации, ни пучков элементарных частиц. Поэтому коллайдер — весьма безопасный прибор, но обращаться с ним нужно очень осторожно, как и с любым сложным инструментом.

Что же касается опасных природных явлений, которые якобы могут быть воспроизведены путем таких экспериментов, то это, конечно, полная глупость. Никакой угрозы эти опыты не несут, потому что все, что там происходит, это настолько микроскопические масштабы, что вы их даже не сможете увидеть ни под каким оптическим микроскопом.

Кстати, сам по себе детектор нашего коллайдера, MPD, и есть весьма сложный микроскоп, создаваемый для того, чтобы увидеть, распознать то, что происходит в масштабах порядка Ферми или нескольких Ферми, а Ферми — это 10-13 см.

– Есть такое необычное явление при фазовом переходе из одного состояния вещества в другое, скажем, из жидкости в пар, когда поведение физических величин становится универсальным. То есть кривая фазового перехода заканчивается некоей критической точкой, вблизи которой даже самые разные вещества (например, железо, вода) ведут себя совершенно одинаково, и это поистине удивительно! Планируется ли изучать это явление на уровне ядерной материи с помощью коллайдера NICA?

– Да, такое интересное явление действительно может существовать. Фазовая диаграмма ядерной материи наглядно показывает эти переходы. Скажем, если отложить по горизонтальной оси плотность барионов, а по вертикальной шкале — энергию или температуру (что фактически одно и то же), то при повышении температуры ожидается плавный фазовый переход в кварк-глюонное состояние в области минимальной плотности барионов; это уже было показано в экспериментах на БАК и на коллайдере RHIC в Брукхейвенской национальной лаборатории.

Ожидается, что в эксперименте на коллайдере NICA, в условиях большой барионной плотности, должен существовать фазовый переход первого рода, при котором характерные параметры состояния материи изменяются скачком. Так вот сам по себе фазовый переход первого рода, если он будет обнаружен, станет важным открытием. А если есть фазовый переход первого рода и есть в какой-то части диаграммы плавный переход, то между ними должна быть критическая точка. Это уже фазовый переход второго рода.

Такое открытие может стать сенсацией и позволит глубже понять свойства кварковой материи.

– Ожидается, что с помощью нового коллайдера удастся зафиксировать свободные кварки?

– Многие знают из научно-популярной литературы, что каждый протон и нейтрон состоит из трех кварков. Чтобы вырвать кварки оттуда, необходима огромная сила, поскольку кварки в нуклонах (нейтронах и протонах) связаны так называемым сильным взаимодействием, максимальной из известных сил природы. И кварки не могут существовать в природе самостоятельно. Если вырвать кварк из протона или нейтрона, то он мгновенно находит себе пару — антикварк — и образует частицу — мезон; или находит еще два кварка и образует опять же протон или нейтрон. Но если кварки сильно сблизить, то взаимодействие между ними ослабевает и кварки становятся квазисвободными.

– Но ранее их свободными ни разу не видели?

Верно. Свободными они могут быть лишь ничтожное мгновение и при определенных условиях. Чтобы получить свободные кварки, нужно невероятно плотно сжать материю, и вот в таком состоянии кварки становятся свободными и забывают своих «родителей»: кому они принадлежали, какому протону или нейтрону. Они перемешиваются, взаимодействуют и, объединяясь, воспроизводят новые частицы: новые протоны, нейтроны, более легкие частицы — мезоны, — словом, весь спектр элементарных частиц, который известен сегодня.

– Мы знаем, что кварки удерживаются между собой глюонами, справедливо получившими свое название от английского слова glue («клей»). Существует интересная гипотетическая частица глюбол, состоящая исключительно из этого клея. Как вы относитесь к подобной идее?

– Идея вполне здравая. Есть ряд экспериментов, в которых ищут так называемые глюболы, но сегодня, насколько мне известно, нет явных доказательств их существования. Глюбол теоретически может существовать и имеет право на жизнь. Глюоны — это переносчики сильного взаимодействия, так же как фотоны — переносчики электромагнитного взаимодействия. Электроны, позитроны или любые заряженные частицы могут излучать фотоны. Тепло и свет, которые нас согревают и освещают, — это тоже фотоны. В сильных взаимодействиях роль фотонов играют глюоны, только они переносят не электромагнитные, а сильные взаимодействия. Они как раз и связывают кварки между собой.

– Считается, что кварк — это фундаментальная частица, мельче которой ничего нет. Но можно ли предположить, что у кварка все же есть структура, то есть более мелкие элементы? Поможет ли NICA ответить на этот вопрос?

– Какой-то коллайдер, возможно, и поможет, но уж точно не наш. Даже Большой адронный коллайдер не проникнет в структуру кварков. Если там и есть структура, то для ее обнаружения нужны гораздо большие энергии, чем у того же БАК. Дело в том, что чем глубже и тоньше внутренняя структура, чем она мельче, тем более высокие требуются энергии для ее распознавания. На сегодня, конечно, кварки считаются точечной, то есть бесструктурной частицей, хотя они имеют массу и даже определенный размер. Не исключено, что на самом деле кварки могут иметь структуру, но это — и новые теоретические идеи, и эксперименты далекого будущего, а не нашего поколения.

– То есть там нужны принципиально новые ускорители?

Следующий ускоритель, который, возможно, построят в CERN, будет иметь периметр не 27 км, как сейчас, а уже 100 км. Но и этого, скорее всего, будет недостаточно для разрушения кварка и обнаружения его внутренней структуры, если таковая имеется.

Кстати, попытки сделать ускорители, коллайдеры масштаба БАК предпринимались неоднократно. Первая попытка была у нас — это Ускорительно-накопительный комплекс (УНК) в Протвине, вторая — SSC в Техасе, третья, оказавшаяся самой удачной, — БАК в CERN. Но, видимо, в будущем останется лишь одна международная организация, обладающая установкой столь глобального масштаба, потому что слишком уж расточительно делать несколько мощнейших коллайдеров. И именно международное сотрудничество и глобализация позволяют оптимизировать ресурсы и усилия, чтобы создавать такие мощные ускорители.

– Чем больше диаметр ускорителя, тем сильнее можно разогнать частицы?

Да. В целом, чем длиннее ускорительная установка, тем до больших энергий можно разогнать – частицы. В этом плане кольцевой ускоритель — наиболее выгодная конструкция, потому что частицы многократно пробегают ускоряющий блок и каждый раз ускоряются все сильнее.

В этом кольце будущего ускорителя, бустера, которое вы сейчас видите перед собой, для того чтобы разогнать частицы до заданной энергии, нужно сделать около 1 млн оборотов. Кольцевой ускоритель в этом отношении выгоден, так как вы можете гонять частицы по кругу сколько угодно и каждый раз, подталкивая, разгонять их. Но для того чтобы обеспечить движение заряженных частиц по кругу, необходимы магниты, ведь известно, что в магнитном поле заряженная частица летит по траектории окружности. Чем выше энергия частицы, тем больше радиус траектории в одном и том же магнитном поле. Поэтому радиус любого кольцевого ускорителя определяется энергией ускоряемых частиц и величиной магнитного поля.

Сегодня максимальное магнитное поле, которое применяется в ускорителях, — 8 Тесла. Именно на восьмитесловых сверхпроводящих магнитах и был построен БАК. Такие магниты позволили достичь энергии 14 ТэВ в существующем туннеле. Если же мы хотим увеличить в два раза энергию, то при том же магнитном поле нам необходимо в два раза увеличить радиус кольца или в два раза усилить магнитное поле в том же кольце. Новый коллайдер, скорее всего, будет создаваться на магнитах 16 Тл, но надежное производство таких магнитов пока не налажено и понадобится лет десять для того, чтобы научиться создавать подобные магниты.

– А это в принципе возможно?

Да. Прототипы таких магнитов уже изготавливают в CERN. CERN поставил задачу в течение десяти лет доработать технологию подобных магнитов и обеспечить их серийное производство.

Поэтому если вы просто увеличите магнитное поле в два раза в том же кольце, вы в два раза можете увеличить и энергию разгоняемых частиц. А если хотите получить еще большую энергию, то вам нужно пропорционально увеличивать и радиус кольца. Посчитайте сами: 100 км — в четыре раза больше, чем периметр Большого адронного коллайдера, и магниты с еще более обширным полем (в два раза), поэтому и энергия будет почти на порядок выше.

– До какой скорости будут разгоняться частицы в коллайдере NICA?

– Это уже так называемые релятивистские скорости. При энергиях коллайдера NICA частицы летят практически со скоростью света.

– Ожидается, что с помощью нового коллайдера удастся заглянуть в прошлое Вселенной. О каком отрезке времени идет речь?

Чем выше энергия, тем ближе к началу Большого взрыва вы можете заглянуть. В этом отношении, конечно, БАК наиболее близок к тому, чтобы разглядеть или понять то, что происходило в первые мгновения Вселенной. То, что мы будем воссоздавать на коллайдере NICA, — это более поздний период, когда возникла ядерная материя большой барионной плотности, которая существует в природе только в нейтронных звездах. Других объектов, в которых она могла бы быть, мы на сегодня не знаем.

По времени это тот период, когда уже были звезды и при их столкновениях образовывались в частности нейтронные звезды. Это происходило спустя сотни миллионов лет после Большого взрыва.

– Мы много говорили о привычной для нас барионной материи, а занимается ли кто-либо всерьез поисками антивещества, антиматерии?

– Антивещество — вопрос очень интересный. Все мы знаем из научно-популярных книг, что в момент возникновения Вселенной был полный баланс вещества и антивещества. Но потом в силу разных причин, из-за нарушения СР-симметрии, несохранения барионного числа и нарушения теплового равновесия, стало доминировать вещество. Возникла небольшая разница превалирования вещества над антивеществом. Эта разница и есть Вселенная, которую мы сегодня знаем.

Поиск антивещества во Вселенной ведется, но оно до сих пор не найдено. Куда оно делось? Это одна из больших загадок. Проводится много экспериментов по поиску антиматерии. Кстати, искусственно синтезировать антивещество можно, и первые такие успехи уже были достигнуты в CERN, где на мгновение были синтезированы несколько атомов антиводорода. Они были удержаны в специальной ловушке. Но это всего лишь несколько атомов, притом на очень короткое время.

– Исследования на коллайдере NICA будут иметь сугубо фундаментальный характер или прикладная составляющая тоже присутствует?

В основном наши исследования нацелены на фундаментальные результаты, на получение новых знаний в той области, в которой их еще нет или они очень скудны. Пока никто не знает, какие открытия нас ждут. Но нашим приборам присущи большие масштабы и технологическая сложность, для их создания часто требуется решение новых инженерных задач, вот вам и первый практический аспект. В процессе таких решений возникают интересные инженерные и технологические результаты, которые можно будет применить в практических целях.

Кстати, хороший пример — интернет. Он не создавался в CERN целенаправленно, а понадобился для того, чтобы обмениваться большими объемами данных по специальному протоколу; он был создан для ученых, а впоследствии оказался неотъемлемой частью всей современной жизни. Таких примеров, когда инженерные сооружения, созданные для науки, нашли свое применение в народном хозяйстве, немало.

Кроме того, в рамках проекта NICA мы предусматриваем создание зоны для прикладных работ, где ученые и инженеры будут заниматься практическими исследованиями. Ускоритель — это уникальный инструмент, который позволяет не только проводить фундаментальные исследования, но и получать прикладные результаты.

Одно из наших традиционных направлений — изучение работы электроники в сложных радиационных условиях. Такие исследования необходимы не только для того, чтобы создавать электронику, работающую близко к реакторам, но и для космических полетов; ведь в космосе происходит интенсивное облучение всевозможными частицами, в том числе теми, которые будут доступны на нашем ускорителе. Поэтому для разработки радиационно стойкой электроники будет создана зона прикладных исследований.

С вводом комплекса NICA планируется продолжить испытание биологических объектов на их устойчивость к радиационному воздействию, потому что, если мы хотим летать к далеким звездам, да что там к звездам — даже к Марсу, необходимо рассчитать, какая доза радиации будет получена космонавтами. Подобные исследования ведутся давно. В ОИЯИ есть лаборатория радиационной биологии, где ученые используют пучки уже существующих ускорителей для таких работ. На комплексе NICA мы хотим создать специальную зону, где биологические объекты будут облучаться, благодаря чему можно будет понять, как они меняют свои свойства под воздействием радиации.

В далеком космосе существует опасность облучения ионами, вплоть до железа. Все эти ионы мы сможем воспроизводить на нашем комплексе, чтобы облучать биологические объекты тем спектром частиц, который будет присутствовать при космических полетах.

Если говорить об ожиданиях в целом, прежде всего в области фундаментальных исследований, то мы нацелены на изучение фазовых переходов в ядерной материи — поиск фазового перехода первого рода, поиск критической точки, о чем вы сегодня уже спрашивали; а на пути к этим целям мы, надеюсь, узнаем много нового и интересного. Однако и прикладные исследования принесут ряд практически применимых результатов.

– В ваших исследованиях будут использоваться технологии искусственного интеллекта?

– Искусственный интеллект — настолько широкое понятие, что даже сложно ответить. Конечно, многие процессы нужно автоматизировать. Ведь автоматизация — тоже в каком-то смысле искусственный интеллект, вопрос только в том. насколько он интегрирован и требует вмешательства обычного, естественного интеллекта.

Для управления многими блоками детекторов и коллайдера NICA будут разработаны программы и системы управления, которые не представляют собой ИИ в узком смысле этого термина, но имеют важные элементы автоматизации, такие как система обратной связи, чтобы корректировать свои действия в зависимости от характера внешних условий. Подобные системы уже существуют на всех крупных современных высокотехнологичных установках. Понятно, что проводить экспериментальные исследования будут ученые, а не искусственный интеллект, ведь мы имеем дело с поиском и изучением неизведанных явлений и свойств природы.

– Какая судьба ждет коллайдер после того, как он отслужил свое? Их обычно как-то утилизируют или разбирают на запчасти?

– В мировой истории коллайдеров было не так много, и первые из них. кстати, были отнюдь не плохи. Есть классический пример — коллайдер ISR в CERN. По ряду параметров он был совершенен. хоть и запущен в 1970-е гг. Прослужил совсем немного, до средины 1980-х гг., и был разобран. Только недавно, в 2004 г., на коллайдере Тэватрон (США) были достигнуты параметры, характерные для того пионера из 70-х гг. прошлого столетия.

Конечно, каждый коллайдер нацелен на решение определенных задач. Когда задачи решены и нет других, подходящих для его профиля, коллайдер или разбирают, или утилизируют, или он частично входит в состав другого, более сложного комплекса ускорителей.

Беседовала Янина Хужина, портал «Научная Россия»

Источник: http://indubnacity.ru/intervyu/kollayder-nica-dostat-do-neytronnyh-zvezd1

Мишустин осмотрел в Новосибирске коллайдер ВЭПП-2000 и узнал о поисках “новой физики” – Политика

НОВОСИБИРСК, 5 марта. /ТАСС/. Премьер-министр Михаил Мишустин посетил в пятницу Институт ядерной физики имени И. Г. Будкера Сибирского отделения (СО) РАН. Здесь главе правительства продемонстрировали электрон-позитронный коллайдер ВЭПП-2000, рассказали об эксперименте по поиску “новой физики”, а также о текущем статусе проекта ЦКП “СКИФ”.

Директор института, академик РАН Павел Логачев продемонстрировал Мишустину коллайдер. “Здесь получено в районе 20% всех числовых значений, которые входят в современную физику элементарных частиц. Здесь с лучшей точностью измерены массы около половины всех известных элементарных частиц”, – рассказал он. По словам Логачева, именно на этом коллайдере впервые был разработан сам метод встречных пучков, когда сталкивается материя и антиматерия, а также множество технических и физических находок, которые позволили осуществить этот уникальный метод.

“Сегодня в этом месте проводится самый яркий и самый интересный эксперимент по поиску “новой физики”, той самой физики, которая выходит за рамки современной теории стандартной модели”, – сообщил Логачев. Половину эксперимента проводят новосибирские ученые-ядерщики, вторую половину – физики в лаборатории Фермилаб под Чикаго.

Мишустин осмотрел два зала, где находятся части коллайдера. Кратко ему описали схему формирования пучков электронов и позитронов, а также места их столкновения в коллайдере. Премьер также ознакомился с выставкой экспериментального опытного производства института. В частности, ему показали узлы высокочастотного резонатора для строящегося в Дубне коллайдера тяжелых ионов NICA, импульсный квадрупольный магнит, катодный узел.

Коллайдер и СКИФ

Рассказывая об эксперименте по поиску “новой физики”, Логачев отметил, что к его завершению и получению первого результата в текущем году ученые шли 15 лет. “В лаборатории имени Ферми под Чикаго сделана машина тоже с сильным нашим участием. Она в два раза больше, чем вот эта”, – указал он на коллайдер.

Ученый пояснил, что в США проводится прямое измерение магнитного момента мюона (позволяющего с очень высокой точностью проверить Стандартную модель), и добавил, что без коллайдера просто на компьютере невозможно совершить это измерение. “В этом году, в конце Года науки, мы выдадим результат: “новая физика” есть, размер ее в магнитном моменте мюона примерно два на десять, минус семь, и эта цифра даст нам направление, какие теории отбросить, а какие оставить”, – заявил Логачев. “Это и есть вклад российской науки в “новую физику”, – заметил в ответ Мишустин. Директор института подчеркнул, что это будет результат нобелевского уровня, “потому что никаких других в ближайшие десять лет экспериментов по обнаружению “новой физики” не видно”.

Мишустину также представили проект Центра коллективного пользования “Сибирский кольцевой источник фотонов” (СКИФ), который является уникальной научной установкой класса мегасайенс, ключевой момент которой – технологически сложное оборудование длительного цикла использования. Объект представляет собой единый комплекс зданий, инженерного и технологического оборудования, обеспечивающего выполнение международных научных исследований на пучках синхронного излучения.

“Замечательно, что такие проекты мы сегодня создаем. Очень важно только все это доделать до конца, чтобы мы ввели это в эксплуатацию”, – подчеркнул Мишустин. Ученые заверили, что к 2024 году объект начнет функционировать.

Глава правительства обратил внимание, что возможность создавать такие как СКИФ проекты – это результат труда талантливых ученых, работающих в России. “Мне кажется, очень важно соединить наши университеты, нашу науку непосредственно с промышленностью, с теми, кто будет производить и соответствующие результаты научных исследований внедрять во все элементы нашей жизни, потому что у нас есть замечательные НИОКР, есть талантливые люди, которые создают уникальные технологии, однако с внедрением в рутинную производственную цепочку есть проблемы”, – сказал премьер-министр, попросив коллег в правительстве уделить этому вопросу особое внимание.

На базе СПбГУ открывается центр управления Большого адронного коллайдера

Город 06 Апреля 2021

На базе СПбГУ открывается удаленный центр управления и мониторинга Большого адронного коллайдера.

ФОТО pixabay

Петербургские ученые работают на БАКе не просто с самого начала: коллайдера не было бы без петербургских разработок. В самой большой лаборатории на планете (она находится на территории Франции и Швейцарии под землей) работают 1300 ученых из 110 научных организаций 36 стран. Петербуржцы участвуют в двух крупных экспериментах ALICE и Shine: наблюдая столкновение частиц, получают понимание о Вселенной в первые мгновения после рождения.

Теперь работать на коллайдере можно и удаленно. По словам проректора по науке СПбГУ Сергея Микушева, необходимость создавать удаленные центры возникла из-за пандемии, петербургский вуз первым организовал у себя такую структуру.

По сути это компьютерный центр. Как говорит Микушев, сложности были не столько технические, сколько психологические. По его словам, физики «прогрессивны, но привержены традициям» – предпочитают непосредственное участие в процессе. «Надо было людям перестроиться и принять новую повседневную реальность». Проректор отмечает, что командировки на площадку и личное общение с коллегами важны, но удаленный центр даст возможность работать непрерывно, в том числе аспирантам и студентам.

Центр расположится на площадке физфака СПбГУ в Петергофе. Если будет необходимость, появится вторая точка – в василеостровском кампусе на Университетской набережной.

Материал опубликован в газете «Санкт-Петербургские ведомости» № 59 (6897) от 06.04.2021 под заголовком «Коллайдером поуправляют из СПбГУ».

Материалы рубрики

Большой адронный коллайдер столкнулся с новыми проблемами

Низкое качество электрических контактов в магнитах Большого адронного коллайдера может привести к тому, что энергия протонов не будет поднята выше 3,5 ТэВ

Низкое качество электрических контактов в магнитах Большого адронного коллайдера может привести к тому, что в течение 2010-11 годов энергия протонов не будет поднята выше 3,5 ТэВ по соображениям безопасности.

Большой адронный коллайдер – самый мощный в истории человечества ускоритель заряженных частиц. Считается, что пучки разгоняемых навстречу друг другу тяжелых протонов могут создать условия, близкие к тем, которые существовали в первые микросекунды после Большого Взрыва. Одной за главных задач коллайдера является получение бозона Хиггса – теоретически предсказанной элементарной частицы, которая отвечает за массу элементарных частиц.

Как сообщали ЮГА.ру, БАК был впервые включен в сентябре 2008 года, однако после пуска произошла авария, которая была вызвана повреждением одного из магнитных реле на клапане, регулирующем подачу жидкого гелия на сверхпроводящие магниты. 20 ноября 2009 года Большой адронный коллайдер был вновь успешно запущен после ремонта, который длился 14 месяцев.
В декабре 2009 года работа была вновь остановлена на “рождественские каникулы”. Незадолго до остановки на коллайдере были проведены столкновения на рекордных энергиях: 9 декабря пучки протонов столкнулись на энергии 1,18 тераэлектронвольта, а к 14 декабря ученые зафиксировали 50 тысяч столкновений на рекордной энергии 2,36 тераэлектронвольта.

В настоящее время ученые готовят БАК к возобновлению работы, которая планируется в середине февраля. Исследователи намерены превысить прошлогодние показатели, добившись энергии в 3,5 ТэВ.

Дальнейшие планы ЦЕРН относительно самого большого ускорителя заряженных частиц обсуждались на очередной конференции Chamonix-2010, на которой были зачитаны доклады, посвященные итогам работы коллайдера в 2009 году, текущей деятельности по запуску коллайдера на энергию протонов 3,5 ТэВ, а также перспективам на будущее.
По результатам директорату Европейского центра ядерных исследований будут представлены рекомендации относительно работы коллайдера в среднесрочной перспективе. Затем руководство ЦЕРН утвердит расписание работы LHC и примет решение, до какой энергии разгонять протоны в ближайшие годы.

Значение энергии, на которой будет работать коллайдер, является одним из ключевых параметров, напоминают “Элементы”. Считается, что увеличение мощности в 1,5 – 2 раза резко повышает научную эффективность исследований – чем выше энергия сталкивающихся протонов, тем чаще будут появляться умеренно тяжелые частицы (например, бозон Хиггза), и и тем более тяжелые частицы смогут родиться.

Проектная энергия протонов в Большом адронном коллайдере достигает 7 ТэВ. В настоящее время главным препятствием для его вывода на проектную энергию остается плохое качество электрических контактов в сверхпроводящих магнитах. Повышение энергии протонов требует усиления магнитного поля, удерживающего их в кольце ускорителя, и увеличения силы тока в обмотках магнитов. Жесткие требования на качество электрических соединений накладывает необходимость удерживать сильный ток в обмотках поворотных магнитов без потери сверхпроводимости.

Именно дефектный контакт в одном из магнитов стал причиной аварии 19 сентября 2008 года. В ходе последующего ремонта были заменены некоторые магниты, однако однако полностью проблему это не решило. Сейчас главным “узким местом” является плохое качество не самих контактов между сверхпроводящими кабелями, а медных шин, к которым в месте контакта припаяны сверхпроводящие кабели.
При нормальной работе весь ток течет через сверхпроводник практически без сопротивления. Однако в случае срыва сверхпроводимости, который неизбежно будет время от времени происходить в магнитах, именно эти шины берут на себя весь ток. От сопротивления этого “мостика” из шины и припоя зависит то, сможет ли система безопасно справиться с возникшей ситуацией.

У специалистов пока нет точных данных по сопротивлениям этих шин, т.к. измерения необходимо делать при высокой температуре, а прогревать все сектора ускорителя до комнатной температуры не стали, т.к. в 2009 году это отложило бы запуск LHC еще на несколько месяцев.
Измерения в некоторых секторах пришлось проводить при умеренно низких температурах, а затем экстраполировать эти данные на высокие температуры с некоторым запасом надежности. Эти результаты привели специалистов к выводу: поднимать энергию выше 3,5 ТэВ пока рискованно.

В настоящее время наиболее вероятным считается работа до конца 2011 года на энергии 3,5 ТэВ с постепенным увеличением интенсивности протонных пучков. Одновременно технические группы будут отрабатывать все технологии, необходимые для полноценного ремонта соединений, что позволит затем остановить коллайдер на длительный ремонт и запустить его на проектную энергию 7 ТэВ.

Тем временем, многие серьезные исследователи не исключают возможность того, что работе коллайдера пытаются помешать из будущего или другого измерения, чтобы не допустить возникновения черной дыры или появления портала в параллельную вселенную.

Большой адронный коллайдер | ЦЕРН

Большой адронный коллайдер (БАК) – крупнейший и самый мощный ускоритель элементарных частиц в мире. Он был впервые запущен 10 сентября 2008 года и остается последним дополнением к ускорительному комплексу ЦЕРНа. LHC состоит из 27-километрового кольца сверхпроводящих магнитов с рядом ускоряющих структур для увеличения энергии частиц по пути.

(Изображение: Анна Пантелия / ЦЕРН)

Внутри ускорителя два пучка частиц высокой энергии движутся со скоростью, близкой к скорости света, прежде чем они столкнутся.Лучи движутся в противоположных направлениях в отдельных лучевых трубках – двух трубках, в которых поддерживается сверхвысокий вакуум. Они направляются вокруг кольца ускорителя сильным магнитным полем, поддерживаемым сверхпроводящими электромагнитами. Электромагниты состоят из катушек специального электрического кабеля, который работает в сверхпроводящем состоянии, эффективно проводя электричество без сопротивления или потери энергии. Для этого необходимо охладить магниты до -271,3 ° C – температуры ниже, чем в космосе. По этой причине большая часть ускорителя подключена к системе распределения жидкого гелия, который охлаждает магниты, а также к другим службам снабжения.

Замена одного из дипольных магнитов LHC (Изображение: Максимилиан Брайс / ЦЕРН)

Тысячи магнитов различных типов и размеров используются для направления лучей вокруг ускорителя. В их число входят 1232 дипольных магнита длиной 15 метров, которые изгибают лучи, и 392 квадрупольных магнита, каждый длиной 5-7 метров, которые фокусируют лучи. Непосредственно перед столкновением используется другой тип магнита, чтобы «сжать» частицы ближе друг к другу, чтобы увеличить вероятность столкновения. Частицы настолько крошечные, что их столкновение сравнимо с запуском двух игл на расстоянии 10 километров друг от друга с такой точностью, что они встречаются на полпути.

Все элементы управления ускорителем, его услугами и технической инфраструктурой размещены под одной крышей в Центре управления ЦЕРН. Отсюда лучи внутри LHC сталкиваются в четырех точках вокруг кольца ускорителя, соответствующих положениям четырех детекторов частиц – ATLAS, CMS, ALICE и LHCb.

Изучите Центр управления ЦЕРН с помощью Google Street View (Изображение: Google Street View)

фотографий: Самый большой в мире атомный уничтожитель (LHC)

LHC Студенты в CERN

(Изображение предоставлено CERN)

Студенты, работающие над LHC, сидят возле Женевской Физической лаборатории CERN, где находится коллайдер частиц.