К коллайдеру: . . , . . , . . , . , . . , . . , . . , . . , . . , . . , “ : NICA”, , 186:4 (2016), 405–424; Phys. Usp., 59:4 (2016), 383–402

Содержание

Как попасть на экскурсию к Большому Адронному Коллайдеру

Внезапно после цыганского гетто в Болгарии мы переносимся на юг Швейцарии. Попасть на экскурсию в ЦЕРН (Европейский центр ядерных исследований), чтобы послушать о том, как работает БАК (Большой Адронный Коллайдер), с одной стороны просто, т.к. бесплатно и со всеми удобствами, с другой – находится БАК в Швейцарии, в стороне от Женевы, т.е. туда нужно еще добраться, плюс ко всему места на частные экскурсии разлетаются как горячие пирожки.

У ЦЕРН есть собственный веб-сайт с формой, заполнив которую, вы получаете возможность зарегистрироваться на групповой тур, который проводит один из действующих сотрудников. Регистрация на 12 мест открывается за 15 дней до тура, еще 12 мест становятся доступными за 3 дня. Форма регистрации становится активной в 8:30 по центральноевропейскому времени и почти сразу становится недоступна, поэтому шевелитесь! Вот она: https://myvisits.cern.ch/myvisits/secure/request-form/individual-visit Впрочем, время от времени появляются свободные места от тех, кто от тура отказался или по какой-то причине не завершил регистрацию, на которую дается 48 часов. Так я и урвал одно место, т.к. ненадолго отвернулся, а в 8:40 все места уже были разобраны. Вероятно, нужно отдельно пояснить, что тур не включает в себя посещение самого коллайдера по понятным причинам.

Через дорогу от ресепшна располагается бесплатная парковка для посетителей. Прямо рядом с ней, в здании в виде шара, имеется постоянная выставка “Вселенная частиц”, которую может посетить каждый желающий без регистрации и смс:

Площадь перед главным входом ремонтировалась:

CERN это Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, Европейский совет по ядерным исследованиям, в котором учавствуют около 6,5 тысяч ученых из 80 стран:

На ресепшне вам выдают бейдж, который необходимо постоянно носить на видном месте – вы будете находиться в местах, доступ в которые есть только у сотрудников:

Экскурсия идет около двух часов и начинается с 15-минутного фильма, рассказывающего о пост-военных переживаниях физиков, возрождения науки и понимания того, что пришло время подтвердить теоретические выкладки на практике. В нашем случае экскурсию вел какой-то профессор из Канады, работающий здесь уже 20 лет. Жаль, не запомнил его имени! Подходим к центру ATLAS, под которым располагается один из детекторов частиц БАК, где идет получение и обработка данных от него. На стенах здания изображен детектор частиц ATLAS, располагаемый на глубине около 100 метров, а сам он в высоту раза в три выше здания:

Все это время идет повествование лектора, одновременно отвечающего на вопросы аудитории. Очень крутой дядька, живо и доступно объяснял сложные вещи. Школьных знаний физики будет достаточно для понимания. Я вообще считаю, что одним из талантов профессионала должно быть умение объяснить сложные вещи, касаемые твоей работы, обывателям:

Заходим внутрь:

Здесь работают студенты, обычно получающие PhD (аспиранты?), анализирующие логи БАК:

Упрощенный принцип работы БАК такой. Берется водород в виде газа, его избавляют от электронов, оставляя облако протонов. Затем пропускают сквозь череду ускорителей, которые разгоняют их до 0. 9 от скорости света, после чего пускают по большому кругу БАК длиной в 27 километров, так, чтобы они встречались в местах расположения детекторов. В результате их соударения детекторы получают информацию о рождающихся новых частицах. Так экспериментально было подтверждено существование Бозона Хиггса, постулированного Хиггсом в 1964 году. Вместо просмотра Дэдпул 2 советую лекцию по теме, подогревшую когда-то мой интерес к посещению ЦЕРН:

Результаты экспериментов визуализируются. Зеленый, красный, фиолетовый и т.д. круги – детекторы разного рода, а дуги, идущие от центра к ним – новые рождающиеся частицы, отклоняющиеся в электромагнитном поле:

Работают:

Летающие по кругу протоны удерживаются магнитным полем, образованным огромными электромагнитами, охлаждаемыми до 1° C. Вот один из них:

Т.к. вся эта конструкция жрет колоссальное количество электроэнергии, БАК работает с мая по ноябрь, когда цены на электричество самые низкие. В остальное время человечество анализирует полученные данные, которые распределены по разным университетам мира. Следующая часть экскурсии – самый первый коллайдер:

Внутри этого здания с 5-метровыми бетонными стенами видеоряд проецируется прямо на стену, под конец показывая проекцию на сам коллайдер с объяснением его конструкции. Гениально:

Экскурсия пролетает в один миг. В здании, в котором располагается респешн расположена еще одна выставка, где объясняется примерно то же, о чем говорил лектор. Сделан упор на интерактивное обучение, чтобы можно было потрогать приборы, поменять параметры и сразу понаблюдать изменения на мониторе. Также повсюду встроены огромные мониторы с тач-скрином, где записаны видео с реальными сотрудниками ЦЕРН, рассказывающими обо всем подряд, касаемо физики, БАК, жизни в ЦЕРН и т.д.:

Выставка “Вселенная частиц” похожа на выставку глазных яблок:

Помимо индивидуальных экскурсий в ЦЕРН приезжают группы не только со всех концов не только Европы, но и остального мира. Ничего, что в моем детстве такого не было, наверстываю сейчас 🙂 Короче говоря, было очень интересно, советую!

Попова Юлия.

Адронный коллайдер из Николы-Ленивца // Эксперт — «Эксперт» №17-18 (656) — 11 мая 2009

В Люксембурге Николай Полисский запустил Большой деревянный коллайдер. Европа узнала много нового об устройстве мира

Люксембург, в сущности, та же Швейцария, только меньше. Неудивительно, что и коллайдер у них меньших размеров. Правда, ко всему прочему он еще и деревянный. Его построил Николай Полисский вместе с одиннадцатью соавторами по просьбе музея Mudam. Музей спроектировал Йо Минг Пей, тот самый, который угнездил стеклянную пирамиду в Большом дворе Лувра. Так Люксембург на время стал выселками деревни Никола-Ленивец, где обычно работает Полисский, а ближайший родственник луврской пирамиды превратился в центр научных изысканий.

Большак на Люксембург

История двух коллайдеров развивалась почти синхронно. Пока под швейцарской и французской землей строили БАК, Полисский, прославившийся своими лэнд-артистскими объектами, созданными на высоком берегу Угры, размышлял о проекте, который мог бы органично существовать в закрытом архитектурном пространстве.

Пока в научно-исследовательском центре Европейского совета ядерных исследований (CERN) проходили предварительные испытания, Полисский изучал большой зал музея Mudam в Люксембурге, предложившего ему осуществить на своих площадях какой-нибудь проект. Когда в сентябре БАК официально запустили, Полисский решил, что проектом для Mudam станет его собственный, неподконтрольный CERN коллайдер, и будет он из того материала, с которым он и его никола-ленивецкие соавторы привыкли иметь дело, — из дерева.

Когда ближе к концу сентября на БАКе произошла авария и около шести тонн жидкого гелия, вытекшего из криогенной системы, плескались в тоннеле, Полисский уже рисовал узлы и соединения своего коллайдера. Пока в Женеве работала комиссия по выяснению причин инцидента, в Николе-Ленивце заготавливали дерево. Пока в швейцарском подземелье ковшом вычерпывали гелий и устраняли другие последствия аварии, в деревне резали из дерева дырчатые балки, зубчатые колеса, винтовые лопасти и другие детали будущего коллайдера.

Весной, то есть уже после того, как в Женеве директорат CERN одобрил план работы БАКа на 2009–2010 годы, а Угра из-за весеннего паводка вышла из берегов, из Николы-Ленивца в направлении Люксембурга выехали две фуры с узлами деревянного коллайдера. Кое-где их пришлось тащить трактором, но не слишком долго, только до большака, а там уж до Люксембурга рукой подать. Затем были монтаж и предварительные «испытания», и вот он в зале музея Mudam. Большой адронный коллайдер Полисского являет себя со всех сторон всем желающим — действительно большой и очень сложно устроенный, как и подобает серьезной научной суперустановке.

Небесная ось

Почему художники, сложившие когда-то зиккурат из сена, башню-маяк из лозы и вылепившие полчище снеговиков в память о великом стоянии на Угре, взялись вдруг за какой-то чуждый деревенскому ландшафту прибор, — вопрос, на который отвечаешь, едва успев его задать. Да потому, что тогда, в 2008 году, только и разговоров было, что о коллайдере — как сейчас о кризисе (теперь даже обобщающие анекдоты появились, что-то вроде «Коллайдер и кризис идут рука об руку на свет в конце тоннеля» или «Кризис случился потому, что все деньги засосало в черную дыру в коллайдере»).

Коллайдер давал такую пищу человеческому воображению, что не заметить его было просто невозможно. Тут и те самые черные дыры, которые непременно должны возникнуть при столкновении частиц, и неприятно тревожащая душу антиматерия, и техногенный конец света, и поворот времени вспять, и не пойми откуда взявшиеся белые карлики — видимо, как необходимое дополнение к черным дырам. В общем, как у Булгакова: «28 ноября 1925 года в день преподобного мученика Стефана земля налетит на небесную ось». И Полисский — как настоящий современный художник — тоже заговорил о самой актуальной проблеме современности на своем собственном языке. На языке деревяшек и фантастических форм.

Казалось бы, для иронии и обобщения околоколлайдерного фольклора полный простор. К тому же «общинный», деревенский способ работы над проектом и, конечно, деревяшки как будто сами собой пародируют и обширность интернациональной бригады ученых-физиков, засевших в Женеве, и запредельно высокие технологии их детища. Не хватает только бабы-яги на помеле (наш аналог антиматерии) и какого-нибудь Кощеева сундука в роли черной дыры, готовой поглотить нас с потрохами.

Но нет. Полисского в столь плодотворную сторону не повело. Ничего из этой клюквы к коллайдеру Полисского отношения не имеет. Он, конечно, читал про разные так называемые катастрофические сценарии и слухи всякие слышал, но, говорит, верит в разум ученых. А об экспериментах, ради которых под Швейцарией-Францией соорудили такую орясину, Полисский отозвался, что «по-научному», конечно, не расскажет, но знает главное — «все, что там происходит, может изменить представление человечества о себе и о происхождении Вселенной». Одним словом, речь идет об основах основ и начале начал. В CERN считают так же.

Прибавочный продукт

И Николай Полисский, и его соавторы, равно как и все на свете, конечно, видели фотографии разных участков коллайдера, сделанные во время монтажа (благо их полно в интернете). Зрелище, во-первых, фрагментарное, во-вторых, неаппетитное — какая-то бесконечная, однообразная, местами пестрая утроба. У Полисского все наоборот — фрагменты его великой машины показывают себя не изнутри, а снаружи, со всех сторон. Они напоминают то ветряную мельницу, то элеватор, то шалаш, то лебедку, то вынутый из корпуса часовой механизм, то колодец-журавль. Но разве что только напоминают: в том же ветряке другой увидит самолет с пропеллером, а в «силосной башне» — авиадиспетчерскую вышку. Все эти фрагменты между собой разнообразно и хитро связаны, как они должны быть связаны в большой машине для научных экспериментов. В сущности, так вполне мог бы выглядеть и цернский коллайдер, если его отрыть из-под земли, и какой-нибудь синхрофазотрон. Ведь в тех научных машинах спрятана не только научная (для кого-то эсхатологическая) интрига, но и интрига пластическая. «Большим БАК назван из-за своих размеров», — говорится о Большом адронном в материале «Википедии». В этом-то и штука: такой большой, а гоняет какие-то заряженные крохи, настолько маленькие, что существование их в каком-то смысле вопрос чистой веры. Такой интригующий дисбаланс масс просто не может не провоцировать художника на пластические поиски.

Если тот, цернский, коллайдер, вместил в себя все абстрактное, теоретическое знание о физической стороне мира, то коллайдер Полисского вместил всю геометрию, все фактуры, все многообразие форм, которые только можно «нащупать» глазами и воспроизвести руками из дерева. И получается, что делали вроде бы коллайдер, а получилось что-то большее. Целый мир получился. Потому что мир — это тоже большая скульптура, где все части разные, прихотливо устроенные, где нет симметрии и единого модуля, но одни без других жить не могут, как атом без сильного взаимодействия, как адрон без кварка. И все части этой скульптуры связаны, как страны и города дорогами, как горы и моря — реками, а ельники и поляны — тропинками.

Топография мира

То, что в результате люксембургских испытаний возник «прибавочный продукт» смысла, вполне закономерно. В искусстве без этого продукта никуда. Называется картина, к примеру, «Девочка с персиками», и девочка на ней есть, и персики в наличии. А картина вовсе не про них, а про радость бытия, открывающуюся тому, кто способен смотреть на мир как художник. Как «Летатлин», близкий родственник деревянных девайсов Полисского, не про развитие авиации, а про красоту лучших человеческих идей. Вот и тут: инсталляция называется «Большой адронный коллайдер», а говорит про устройство мира, про бесконечное разнообразие, совершенство и согласие заключенных в нем форм.

Результат, по масштабу сопоставимый с тем, что ожидают от того БАКа, церновского.

Но пока там в подземельях весь жидкий гелий со стенок тряпочкой вытрут, пока все заработает, пока бозон Хиггса отловят, сколько еще времени пройдет! А наш, люксембургский, уже кое-что прояснил. Например, то, что Бог, создавший мир, — талантливый скульптор с прекрасным чувством формы и пространства, предпочитающий авангард и природные материалы.

Журнал Эксперт

Появилось фото Дмитрия Медведева внутри Большого адронного коллайдера — РБК

Дмитрий Медведев на лифте спустился в шахту крупнейшего ускорителя частиц в мире. Он осмотрел научное оборудование и пообщался с российскими учеными, работающими в ЦЕРН

Дмитрий Медведев и генеральный директор Европейского центра ядерных исследований Фабиола Джанотти (Фото: Дмитрий Астахов / ТАСС)

Премьер Дмитрий Медведев во время визита в Женеву спустился в одну из шахт Большого адронного коллайдера (БАК). Фотографии премьера, осматривающего детектор ATLAS, показала пресс-служба премьера.

Первый день визита премьера в Женеву был посвящен встрече с российскими учеными, работающими в ЦЕРН (Европейская организация ядерных исследований). Ранее пресс-служба уже анонсировала планы премьера посетить БАК. Как сообщает ТАСС, Медведеву провели экскурсию по научным объектам. Под землю, к коллайдеру, он спускался на лифте. Глубина залегания туннеля варьируется от 50 до 175 м. После осмотра он оставил в книге гостей запись: «Посещение ЦЕРН и Большого адронного коллайдера очень впечатляет. Это прекрасный пример сотрудничества! Успехов!».

Как отмечает «РИА Новости», Медведев высоко оценил работу ЦЕРН и ученых, работающих на БАК. «Без таких проектов, как ЦЕРН, движение современной науки просто невозможно, особенно с учетом перспектив и новой фазы развития Большого адронного коллайдера и тех возможностей, которые, вероятно, в результате этого возникнут», — сказал он. Премьер предложил продумать возможности сотрудничества с Европейской организацией ядерных исследований, отметив, что их перспективы «вдохновляют».

Как отмечает ТАСС, из 8 тыс. специалистов ЦЕРН 1 тыс. — россияне. При этом полноправным членом ЦЕРН Россия не является.

Путь к коллайдеру. Рязанцам рассказали о деятельности единственной в городе обсерватории — Новости — город Рязань на городском сайте RZN.info

Путь к коллайдеру. Рязанцам рассказали о деятельности единственной в городе обсерватории

Рязанцам рассказали о единственной в городе обсерватории, которая действует в РГУ. Ее директор Андрей Муртазов в субботу, 19 октября, стал лектором в рамках вузовского проекта «Университет выходного дня» Свое выступление член Международного метеоритного общества посвятил не только самой обсерватории, но и изучаемым ею проблемам экологии околоземного пространства.

Слушателями в основном оказались люди почтенного возраста, к которым присоединились ученики школы №16, заинтересованные историей космонавтики и отчасти астрономией. В общей сложности лекция длилась около двух часов. За это время пришедшие смогли не только познакомиться с заранее подготовленной теоритической частью, но и задать интересующие вопросы, касающиеся темы как прямо, так и косвенно. Наибольшую любознательность при этом проявляли представители старшего поколения.

Муртазов разделил свое выступление на две части. В первой он рассказал об истории обсерватории. По словам лектора, она трижды меняла свое место, но к 90-ым годам все же смогла значительно поднять уровень знаний молодых рязанцев по данной теме. Этому способствовало, к примеру, то, что в определенные годы каждый студент физико-математического факультета должен был хотя бы раз в год отдежурить в обсерватории. Учащиеся не только воочию видели то, что было описано на страницах учебников, но и с большим энтузиазмом передавали эту информацию школьникам, которых им предстояло учить в будущем. Благодаря заинтересованности молодежи и некоторым сопутствующим факторам в городе был не только поднят общий уровень знаний, но и проведена вторая по счету олимпиада по астрономии во всем Советском Союзе.

Во второй части речь пошла о современных достижениях и программах развития. Слушателям представили разработку фундаментальной научной проблемы «Экология околоземного космического пространства», в рамках которой изучается воздействие на человека и окружающую среду процессов, проходящих в космосе. Также Муртазов рассказал о программе «Преподавание астрономии и экологии космоса школьникам в системе интегрированного с наукой дополнительного образования». В частности, отметил лектор, для школьников на базе обсерватории действует Центр астрономического образования, где юные ученые проводят собственные исследования и публикуют результаты работы, в дальнейшем занимая призовые места на различных олимпиадах и конкурсах.

После столь обширной подготовки с раннего возраста большинство выпускников центра находят себе достойное занятие, в том числе за рубежом, рассказал директор обсерватории. К примеру, некоторые их исследования оказываются настолько сложны, что выполнить их можно только при работе с адронным коллайдером. Такая «участь» постигает не всех, но многие из бывших учеников, по словам Андрея Муртазова, продолжают работу за пределами нашей страны.

Обсерватория РГУ открыта для посещений, добавил лектор. Экскурсии проводятся бесплатно для групп из трех-десяти человек по предварительной договоренности по телефону 46-07-08 (доб. 2287).

В планах CERN на смену Большому адронному коллайдеру пришла “фабрика бозонов Хиггса” – Наука

ТАСС, 19 июня. Наблюдательный совет Европейской организации по ядерным исследованиям (CERN) подготовил новую стратегию развития физики частиц в Европе. В ее рамках ученые планируют создать “фабрику бозонов Хиггса”. Об этом пишет пресс-служба организации.

“Постройка электрон–позитронной “фабрики бозонов Хиггса” станет самой приоритетной задачей CERN после того, как мы превратим БАК в коллайдер высокой светимости. Постройка следующей ускорительной установки может начаться менее чем через десять лет после того, как БАК реализует все свои научные возможности”, – говорится в сообщении.

Сегодня наблюдательный совет CERN единогласно одобрил обновленную версию Европейской стратегии по изучению физики частиц. Этот документ определяет все приоритеты CERN, в том числе и планы по сооружению новых ускорительных установок, а также перспективны международного сотрудничества организации.

Первый документ такого рода был создан в 2006 году, тогда страны-участницы CERN своим главным научным приоритетом назвали постройку и работу Большого адронного коллайдера. В 2013 году стратегию обовили, отразив те достижения, в том числе и открытие бозона Хиггса, которые были получены в рамках первого этапа работы БАК.

Будущее CERN

Новая стратегия, которую эксперты CERN разрабатывали на протяжении последних полутора лет, сфокусирована на двух целях – превращении БАК в ускорительную установку высокой светимости (HL-LHC), запуск которой намечен на 2027 год, а также на поисках “новой физики”.

Главным инструментом для этих исследований, как считают разработчики документа, станет проект, который они называют электрон-позитронной “фабрикой бозонов Хиггса”. По планам авторов программы эта установка должна достичь энергии столкновений в 100 ТэВ (тераэлектронвольт), что примерно в семь раз выше, чем удавалось достигнуть во время последней сессии работы БАК.

Помимо этого участники CERN хотят сфокусировать свои усилия на некоторых ключевых международных проектах, таких как постройка линейного коллайдера ILC в Японии, а также разработка сверхпроводников и новых технологий, с помощью которых можно разгонять частицы эффективнее, чем это делают современные ускорители.

“Мы подготовили очень амбициозную стратегию развития, при пошаговом исполнении которой Европу и CERN ожидает светлое будущее. Мы планируем продолжать вкладывать средства и ресурсы в программы сотрудничества между CERN и институтами стран-членов организации, а также с организациями в других странах. Международное сотрудничество – это ключ к постоянному научно-техническому прогрессу”, – заключила генеральный директор CERN Фабиола Джанотти.

На прогулку в CERN, или как попасть в самую известную лабораторию и не увидеть адронный коллайдер

Адронный коллайдер уже давно из научного объекта превратился в часть медийной культуры и своеобразным местом паломничества для людей, интересующихся наукой. Способствовали этому многочисленные научно-популярные и развлекательные фильмы, сериалы, книги, а также популяризаторы науки. Возможность попасть на экскурсию в одну из самых знаменитых лабораторий мира — CERN, — где и был построен коллайдер около шести лет назад, пользуется большой популярностью у студентов, научных сотрудников и просто туристов со всего мира.

В целом, попасть на экскурсию в ЦЕРН (CERN) — Европейскую организацию по ядерным исследованиям — не составляет большого труда. Лаборатория проводит организованные экскурсии для школьников, студентов и индивидуальных посетителей в группах. Свой визит можно забронировать на сайте организации, однако экскурсию придется ждать несколько месяцев: желающих увидеть своими глазами место, где создается наука и свершаются значительные научные открытия, достаточно много.

Итак, сегодня в работе ЦЕРН участвует более 20 стран, часть из которых страны-участницы, страны-наблюдатели, но при этом с возможностью участвовать в проектах лаборатории, и страны со статусом ассоциированного члена. Над проектами лаборатории трудится более 10 000 человек, из них 2500 работают постоянно, а 8000 физиков и инженеров из 580 университетов и институтов из 85 стран участвуют в международных экспериментах ЦЕРН и работают там временно. Это один из самых ярких примеров обширного международного сотрудничества в мире. Территория лаборатории занимает несколько километров на границе Швейцарии и Франции, поэтому для более быстрого передвижения между корпусами курсируют микроавтобусы. Это делает лабораторию ЦЕРН еще больше похожей на отдельный город: в преддверии праздников там можно найти рождественскую ярмарку, магазины, зоны отдыха и другие условия для того, чтобы чувствовать себя как дома. Многие ученые приезжают из своих родных стран для работы в лабораторию всего на несколько месяцев, но даже в это время они чувствуют себя здесь комфортно.

В декабре, по словам молодого ученого Стефана Зеллнера, здесь особенно пусто и тихо: на зимнее время большинство экспериментов приостанавливаются или вовсе завершаются, ученые готовят отчеты и разъезжаются по своим домам. «Затишье» в зимние месяцы также связано с высокой стоимостью электричества: большинство оборудования поглощает столько электричества в месяц, сколько половина небольшого города.

Схема работы адронного коллайдера на выставке в CERN

Стефан работает в лаборатории уже около полутора лет, он задействован в эксперименте под названием ELENA. Эта установка представляет из себя кольцо для охлаждения и дальнейшего замедления антипротонов, движущихся по антипротонному замедлителю (CERN’s Antiproton Decelerator). Работа над экспериментом продолжалась с 2000-х годов и завершилась только несколько месяцев назад. Полученные данные позволят провести точные сравнения между свойствами вещества и антивещества. Безусловно, во время эксперимента не обошлось и без курьезов. Так, например, в один момент в работе ELENA были замечены аномалии, задачей ученых было выяснить их причину. После нескольких проб оказалось, что виной странного поведения оборудования был всего лишь работающий кондиционер, который включил кто-то из сотрудников лаборатории. Но порой такие ошибки могут привести и к открытиям.

Установка для эксперимента ELENA

«Вообще, попасть к акселераторам не так просто, даже сотрудникам. Во-первых, нужно подписать контракт, согласно которому ты понимаешь опасность работы с установкой. Во-вторых, при себе у сотрудников должен быть специальный аппарат для измерения уровня радиации, в который также встроен бейдж для доступа к установке. Но он не будет работать, если не просканировать сетчатку глаз и если ваш вес не будет совпадать с тем, что был зарегистрирован в вашем профайле», — комментирует Стефан Зеллнер.

Бейдж допуска на территорию эксперимента

Даже после прохождения нескольких ступеней безопасности у каждого сотрудника есть доступ к ограниченному количеству оборудования. Особенно к такому важному объекту, как Большой адронный коллайдер (БАК), представляющий собой ускоритель заряженных частиц на встречных пучках, предназначенный для разгона протонов и тяжелых ионов (ионов свинца) и изучения продуктов их соударений. Это одна из самых масштабных установок лаборатории во многих аспектах: длина кольца коллайдера — 27 километров, а в работу с ним вовлечены 10 000 ученых из более чем 100 стран мира. Доступа к коллайдеру у обычных посетителей нет, поэтому если вы надеетесь хоть одним глазком посмотреть на него, спешим вас разочаровать — это невозможно. По крайней мере, в рамках экскурсии. Но если вам очень хочется погрузиться в работу ЦЕРН, то вы можете принять участие в летних школах, которые ориентированы на школьников старших классов, студентов, а также преподавателей вузов и ученых.

Перейти к содержанию

“Наш ответ адронному коллайдеру” готов к работе

28 дек
2009

Под Санкт-Петербургом завершается строительство уникального исследовательского комплекса – высокопоточного исследовательского реактора ПИК. На понедельник намечена его государственная приемка. Решение о строительстве установки было принято еще в 1975 году, но после аварии на Чернобыльской АЭС проект пришлось остановить, затем помешали финансовые трудности. Сейчас же реактор, не имеющий мировых аналогов по своим экспериментальным возможностям, практически готов к работе.

Бесконечная гладь из металла и бетона, никаких манящих огней и звуков, как в фильмах о будущем. Чрево реактора, похожее на водопровод, пока еще можно рассмотреть, но вскоре и оно будет скрыто десятиметровой толщей воды. Так выглядит пучковый исследовательский комплекс ПИК, тот самый, что в ближайшие годы составит конкуренцию швейцарскому Большому адронному коллайдеру (ФОТО).

Пока в Европе пытаются разгадать, из чего сотворен мир, российские физики задаются вопросом: “Почему он создан именно таким?” Доктор физико-математических наук, профессор Анатолий Серебров поясняет: “Это будет событие исключительно важное, показывающее, что существуют суперчастицы, и что есть новая физика. В зависимости от того, что на коллайдере найдут, это событие будет сравнимо с тем, что сейчас делают на коллайдере”.

Этот день – завершение более чем 30-летней эпопеи. Решение о создании исследовательского комплекса было принято в далеком 1975 году. Все это время российские ученые были вынуждены квартировать во французском Гренобле.

В Европе и поныне так называемый “нейтронный голод”: существующих реакторов вдвое меньше, чем требуется физикам, а ведь, помимо фундаментальных исследований, есть и сугубо практический интерес. Множество открытий питают не науку, не “оборонку” и космическую отрасль, а, к примеру, автопром и медицину, поскольку проводятся по заказу промышленных гигантов. Директор Петербургского института ядерной физики РАН Владимир Самсонов рассказал: “Естественно, программа [исследований], которая закладывается, во многом совпадает с той, что есть во Франции. И там, если посмотреть на то, кто пользователи, заказчики времени работы на реакторе, оказывается, что 50-60 процентов заказчиков – это фирмы, которые отрабатывают высокотехнологичную продукцию”.

Впрочем, в Гатчине уже не первый год научные комплексы эксплуатируют самым нетривиальным образом. Так, здесь в нейтронных потоках получают редчайшей красоты и расцветки топазы. А в медицинской практике возможности изотопов и вовсе безграничны: за последние тридцать лет здесь спасли жизнь сотням пациентов. И все это отнюдь не предел. Главный инженер синхрофазотрона Петербургского института ядерной физики РАН Евгений Иванов уточняет: “Не считая офтальмологических и поверхностных онкологических заболеваний, таких, как рак кожи, можно будет лечить практически все онкологические заболевания, которые существуют, в том числе заболевания внутренних органов”.

Здесь всякий новый этап не означает устаревания прочих достижений. Многочисленные ускорители, циклотроны и прочие комплексы приспособлены к требованиям времени. Институт под Санкт-Петербургом и прежде был настоящей фабрикой мысли, а сегодня его возможности стали существенно шире.

Официальная сдача высокопоточного реактора день в день совпадет с другой не менее знаменательной датой – 50-летием запуска первого реактора на территории института. А сам институт с того момента обретет статус поистине уникального научного центра, не имеющего аналога во всем мире.

Хотя реактор в Гатчине и называют свой реактор “нашим ответом на адронный коллайдер”, это принципиально разные научно-исследовательские комплексы. Коллайдер – это ускоритель заряженных частиц, в котором изучаются результаты их столкновений. А в российском реакторе ничего сталкивать не будут. ПИК станет источником нейтронов постоянного действия, а энергия этих частиц даст возможность изучать структуру вещества и происходящие в нем процессы.

По материалам: Телеканал “Вести”, 28.12.09, http://www.vesti.ru/doc.html?id=333358&photo_id=396356&p=1&fr=0

Предварительный просмотр новостей 2022 года: Большой адронный коллайдер достигнет предела физики

Мэтью Спаркс

Большой адронный коллайдер остановлен для модернизации с 2018 года

ЦЕРН

Большой адронный коллайдер (БАК) в ЦЕРНе недалеко от Женевы, Швейцария, снова заработает после трехлетнего простоя и задержек из-за пандемии COVID-19. Коллайдер частиц, известный своей ролью в открытии бозона Хиггса, придающего массу всем другим фундаментальным частицам, вернется в 2022 году с обновлениями, которые дадут ему прирост мощности.

Ведутся работы по проведению испытаний коллайдера и калибровке нового оборудования. Теперь он готовится к экспериментам, которые могли бы дать физикам данные, необходимые для расширения стандартной модели, нашего лучшего описания того, как взаимодействуют частицы и силы.

Фил Олпорт из Бирмингемского университета в Великобритании говорит, что модернизация может позволить новые измерения, которые дадут нам представление о том, как распадается бозон Хиггса, что приведет к лучшему пониманию того, как он вписывается в стандартную модель.

«Эти измерения проливают свет на то, что происходит при самых высоких энергиях, которых мы можем достичь, что говорит нам о явлениях в очень ранней Вселенной», — говорит он. По его словам, они также позволят нам тестировать идеи, пытающиеся объяснить вещи, которые не полностью описываются стандартной моделью.

Это включает в себя загадки, которые десятилетиями мучили физиков, такие как так называемая проблема иерархии, которая имеет дело с огромным несоответствием между массой бозона Хиггса и другими фундаментальными частицами, плюс темная энергия и темная материя, необъяснимые явления, которые составляют большую часть Вселенной.

«Все эти вещи требуют расширения стандартной модели физики элементарных частиц, и все эти теории делают предсказания. И лучшее место для проверки этих предсказаний — это, как правило, самые высокие достижимые энергии», — говорит Олпорт. Он говорит, что модернизация LHC также прокладывает путь к совершенно новым наблюдениям, которые сигнализируют об отходе от стандартной модели.

Часть работы по модернизации заключалась в увеличении мощности инжекторов, которые подают высокоускоренные пучки частиц в коллайдер.До последнего отключения в 2018 году протоны могли достигать энергии 6,5 тераэлектронвольт, но модернизация означает, что теперь ее можно довести до 6,8 тераэлектронвольт.

Ренде Стеренберг из ЦЕРН говорит, что эти более мощные лучи будут вызывать столкновения при более высоких энергиях, чем когда-либо прежде, а другие усовершенствования в будущем также позволят одновременно сталкиваться большему количеству частиц.

Уже есть планы по дальнейшим улучшениям в 2024 году, которые сузят лучи БАК и резко увеличат количество происходящих столкновений.В 2018 году было зафиксировано около 40 столкновений каждый раз, когда импульс протонов проходил мимо друг друга, но обновления увеличат это число до 120–250. В этот момент БАК получит новое имя — Большой адронный коллайдер высокой светимости. должны начать эксперименты в 2028 году.

Предстоит еще много тестов, прежде чем новые компоненты смогут раскрыться. Ученые из ЦЕРН надеются завершить их к концу февраля, а затем постепенно увеличить количество столкновений на полной мощности в мае.Частота этих столкновений увеличится в июне, когда, по словам Стиренберга, начнется «осмысленная» физика.

Еще на эту тему:

Коллайдер, частица и теория судьбы

Возможно.

Д-р Нильсен и д-р Ниномия начали излагать свои доводы в пользу гибели весной 2008 года. Конечно, позже той осенью, после того, как коллайдер в ЦЕРНе был запущен, связь между двумя магнитами испарилась, отключив коллайдеру больше года.

Доктор Нильсен назвал это «забавной вещью, которая может заставить нас поверить в нашу теорию».

Он согласился, что скептицизм будет уместен. В конце концов, большинство крупных научных проектов, в том числе космический телескоп Хаббл, пережили период кажущегося сглаза. В ЦЕРНе продолжается битва: в прошлые выходные французская полиция арестовала физика элементарных частиц, который работает над одним из экспериментов на коллайдере, по подозрению в сговоре с североафриканским крылом Аль-Каиды.

Др.Нильсен и доктор Ниномия предложили своего рода тест: чтобы ЦЕРН участвовал в азартной игре, в упражнении по «вытягиванию карт» с использованием, возможно, генератора случайных чисел, чтобы отличить невезение от будущего. Если бы результат был достаточно маловероятным, скажем, вытащив одну пику из колоды со 100 миллионами червей, машина либо вообще не работала бы, либо работала бы только при низких энергиях, что вряд ли могло бы найти бозон Хиггса.

Конечно, это сумасшествие, и ЦЕРН не должен и не собирается закладывать свои инвестиции на подбрасывание монеты.В некоторых блогах эту теорию приветствовали сравнениями с Гарри Поттером. Но сумасшествие имеет прекрасную историю в физике, которая регулярно говорит о том, что кошки могут быть мертвыми и живыми одновременно, и об антигравитации, раздувающей вселенную.

Как сказал однажды своему коллеге Нильс Бор, покойный земляк доктора Нильсена и один из основоположников квантовой теории: «Мы все согласны с тем, что ваша теория безумна. Вопрос, который разделяет нас, заключается в том, достаточно ли это сумасшествие, чтобы иметь шанс быть правильным».

Др.Нильсен хорошо владеет этой традицией. В физике он известен как один из основоположников теории струн, глубокий и оригинальный мыслитель, «один из тех чрезвычайно умных людей, которые готовы довольно далеко гоняться за безумными идеями», по словам Шона Кэрролла, физика и писателя из Калифорнийского технологического института. грядущей книги о времени «Из вечности сюда».

Другой проект доктора Нильсена — это попытка показать, как вселенная, какой мы ее знаем, со всей ее кажущейся регулярностью, могла возникнуть из чистой случайности, предмета, который он называет «случайной динамикой».”

The Collider – CBS News

Следующий сценарий взят из сериала The Collider, который вышел в эфир 8 ноября 2015 года и был ретранслирован 4 сентября 2016 года. Лесли Шталь является корреспондентом. Энди Корт, Кит Шарман и Сара Фитцпатрик, продюсеры.

Большой адронный коллайдер — одно из чудес современного мира. Считается, что это самая большая и самая сложная машина, когда-либо созданная человечеством. Погребенный на сотни футов под Швейцарией и Францией, коллайдер сталкивает субатомные частицы вместе с огромной энергией.Изучая столкновения, ученые уже сделали крупное открытие: «бозон Хиггса», некоторые называют его «частицей Бога». Теперь они надеются узнать гораздо больше, потому что после двух лет ремонта и модернизации коллайдер разбивает частицы с почти вдвое большей мощностью. Как мы впервые сообщали прошлой осенью, вещи, которые он ищет сейчас, звучат так, будто они прямо из научной фантастики.

Безопасность на Большом адронном коллайдере усилена. Вам нужно сканирование радужной оболочки глаза, чтобы попасть внутрь.

[Машина: Спасибо, вас опознали.]

Лесли Стал и физик Грег Ракнесс Новости Си-Би-Эс

Весь комплекс спрятан глубоко под землей

[Грег Ракнесс: Вы видите питание, охлаждение…]

И это его сердцевина….

Лесли Стал: Здесь происходит столкновение?

Грег Ракнесс: Протоны идут по этой трубе, по этой оранжевой трубе.

Американский физик Грег Ракнесс показал нам один из четырех детекторов, в которых субатомные частицы, называемые протонами, врезаются друг в друга почти со скоростью света, чтобы имитировать условия, которые, как считается, существовали, когда Вселенная зарождалась.

Лесли Шталь: Бум? Есть ли шум?

Грег Ракнесс: Шума нет, но есть вспышка света и частицы разлетаются. И вы смотрите на микроскопическую картину Большого Взрыва.

Так выглядит детектор внутри. Он напичкан магнитами, электроникой и датчиками. Создать миниатюрную версию Большого взрыва непросто. Прежде чем попасть сюда, частицы проходят через длинный туннель, в который Ракнесс завел нас во время перерыва на техническое обслуживание.

Лесли Стал: На 17 миль?

Грег Ракнесс: 17 миль.

Лесли Шталь: В большом цикле? Большой круг.

Грег Ракнесс: В большом цикле, верно.

Петля проходит под сельской местностью Швейцарии и Франции, недалеко от Женевы. Туннель настолько огромен, что рабочие мчатся на велосипедах. Частицы проносятся по этим трубам, направляемые переохлажденными магнитами.

Туннель в Большом адронном коллайдере Новости Си-Би-Эс

Лесли Шталь: Когда протоны проходят через туннель, там очень холодно. Насколько холодно на самом деле?

Грег Ракнесс: Где-то порядка минус 450 градусов по Фаренгейту.

Лесли Шталь: Там холоднее, чем в открытом космосе?

Грег Ракнесс: Здесь холоднее, чем в открытом космосе.

Лесли Шталь: О, это так. Теперь я слышу, когда происходит столкновение, температура резко повышается. Они идут высоко. Как высоко они идут?

Грег Ракнесс: Они могут быть в 10 000 раз горячее, чем центр Солнца.

Лесли Стал: Нет.

Грег Ракнесс: Да.

Лесли Шталь: Итак, от самого холодного до самого жаркого.

Грег Ракнесс: Ага. В [щелчок].

Лесли Стал: Вот так?

Грег Ракнесс: Ага.

Данные анализируются тысячами компьютеров здесь и по всему миру. Вот как выглядит изображение столкновений, когда частицы разлетаются во всех направлениях.

Грег Ракнесс: Каждый раз, когда здесь появляется маленькая точка…

Лесли: Да?

Грег Ракнесс: Столкновение двух протонов.

Тщательно проанализировав данные о столкновениях, ученые смогли найти Святой Грааль современной физики, частицу, известную как «бозон Хиггса» или просто «Хиггс». Хиггс дает массу всем остальным частицам. Без него не существовало бы молекул, не существовало бы деревьев, скал, гор. Мы бы не существовали.

Не называйте это “Частица Бога” 01:21

Грег Ракнесс: Коллизии происходят 40 миллионов раз в секунду.

Лесли Шталь: Боже мой.

«Хиггс», возможно, был найден здесь, на коллайдере в Швейцарии, но он был придуман в Шотландии человеком, найти которого почти так же трудно, как и саму частицу. Питер Хиггс не очень-то пользуется компьютерами, электронной почтой или мобильными телефонами, и у него нет телевизора. В 1964 году он был младшим профессором Эдинбургского университета, когда выдвинул свою теорию. В то время ему было 35, и его не воспринимали всерьез.

Питер Хиггс: В то время немногие обращали внимание на такого рода теории.Они занимались другими делами, вот почему это было предоставлено нескольким людям, нескольким чудакам.

Лесли Шталь: Вы использовали какие-либо машины или специальное оборудование?

Питер Хиггс: карандаш и бумага.

Лесли Шталь: А карандаш и бумагу?

Питер Хиггс: Ну…

Лесли Шталь: Это все, что ты использовал?

Питер Хиггс: Это все, что вам нужно для написания уравнений…

Питер Хиггс

Простое и элегантное уравнение Хиггса завоевало доверие с годами, но не было достаточно мощной машины, чтобы проверить его, пока Европейская организация ядерных исследований, известная как ЦЕРН, не построила Большой адронный коллайдер.

Лесли Шталь: Наконец, коллайдер действительно доказал, что вы были правы, и в 2012 году, я полагаю, вы были в ЦЕРНе.

Питер Хиггс: Я был там. Меня более-менее вызвали. В сообщении мне было сказано: «Скажи Питеру, если он не приедет в ЦЕРН 4 июля, он, вероятно, пожалеет об этом».

Он отправился в ЦЕРН. Вместе с сотнями других физиков, которые собрались, чтобы услышать, подтвердил ли коллайдер теорию Хиггса.

Грег Ракнесс: Это было похоже на Олимпиаду по физике элементарных частиц.Когда они показали денежный сюжет, изображение, которое ясно дало понять, что есть шишка, которая может быть бозоном Хиггса, публика ахнула. Где все говорили: «Ах». И это правда, потому что было совершенно ясно, что это должно быть что-то, чего мы раньше не видели.

Д-р Рольф-Дитер Хойер: Я думаю, у нас есть это [смех], вы согласны? [Аплодисменты]

В зале бывший эксцентрик расплакался. Это гарантировало Питеру Хиггсу место в истории.

Фабиола Джанотти: Это было… было… трудно сказать словами.

В январе итальянский физик Фабиола Джанотти стала первой женщиной-генеральным директором ЦЕРНа. Она наблюдает за коллайдером стоимостью 8 миллиардов долларов, над которым работают 10 000 ученых со всего мира в поисках новых прорывов, которые могут произвести революцию в обществе способами, которые трудно себе представить.

Опасность впереди? 01:29

Лесли Шталь: Возможно ли, что существует… и я читал об этом в научной фантастике, что существует целое измерение… измерение, о котором мы даже не знаем?

Фабиола Джанотти: Абсолютно.Отчасти есть теории — теория в физике элементарных частиц, которая предсказывает существование дополнительных измерений. Теории струн, например, требуют семи дополнительных измерений. Итак, как экспериментаторы, мы должны с нашими высокотехнологичными инструментами, такими как Большой адронный коллайдер, просто слушать природу и то, что она хочет нам сказать.

Одна из их самых больших целей – пролить свет на темную материю и темную энергию, которые являются одними из величайших оставшихся загадок современной науки и напоминанием о том, как мало мы знаем о Вселенной.

Фабиола Джанотти: Когда мы смотрим на Вселенную, то, что мы видим глазами или в наши телескопы, составляет лишь пять процентов Вселенной. Остальное, 95 процентов, темное. Темный смысл, прежде всего, не видимый нашему инструменту. Во-вторых, темный также указывает на наше невежество. Мы не знаем, каков состав этой части Вселенной.

Лесли Шталь: Если мы не знаем, что такое темная материя, откуда мы вообще знаем, что она существует?

Фабиола Джанотти: У нас есть некоторые косвенные, но очень убедительные экспериментальные доказательства этого.Например, когда мы смотрим на гравитационное движение галактик. Эти движения, как они наблюдаются, не могут быть объяснены количеством вещества, которое мы видим.

Лесли Шталь: Значит, если есть гравитация, должна быть и масса?

Фабиола Джанотти: Точно. И масса, которую мы видим, не способна объяснить движение галактик, как мы его наблюдаем.

Лесли Шталь: Здесь есть темная материя? Прямо здесь, рядом… вокруг нас? Все эти вещи, которые мы действительно не можем видеть?

Фабиола Джанотти: Ага.Темная материя повсюду. В этой комнате. Где угодно.

Ученые ищут признаки темной материи внутри коллайдера. Но они также разместили детекторы глубоко в шахтах и ​​в космосе. В нескольких минутах ходьбы от коллайдера нобелевский лауреат Сэм Тинг и группа ученых получают данные с детектора стоимостью 2 миллиарда долларов, который они разместили на Международной космической станции.

Сэм Тинг: Детектор виден здесь…

Лесли Шталь: Итак, теперь у нас есть детектор, который находится на нашей космической станции, чтобы проверить, можно ли увидеть темную материю? Это то, что вы надеетесь сделать?

Сэм Тинг: Чтобы увидеть…

Лесли Шталь: Видишь?

Сэм Тин: Обнаружить следы столкновений темной материи.

Астронавты помогают следить за ходом эксперимента.

Лесли Шталь: Это в реальном времени?

Сэм Тинг: В реальном времени, в реальном времени.

Спустя полвека после того, как он впервые предложил свою теорию, Питер Хиггс получил Нобелевскую премию по физике 2013 года вместе с бельгийским физиком Франсуа Энглером. Многие ученые, работавшие над коллайдером, сделали этот день возможным.

Среди них Стив Нан, Лаура Джинти и Стив Голдфарб, трое американских физиков, которые много лет работали над коллайдером.

[Стив Голдфарб: Это имело значение, это имело значение…]

Гольдфарб сказал нам, что был поражен тем, сколько людей вышло в интернет, чтобы посмотреть собрание, на котором было объявлено об открытии.

Стив Голдфарб: Вы знаете, к концу этой недели один миллиард человек посмотрел видео с этой веб-трансляции. Таким образом, значительная часть нашей планеты была достаточно заинтересована, чтобы посмотреть очень технический семинар.

Лесли Шталь: Как вы думаете, почему это вызвало такой общественный интерес?

Лаура Джинти: Я думаю, что в конечном итоге то, что мы делаем, имеет много философских мотивов.Нам интересно понять, как все устроено, и я думаю, что все согласны с этой идеей. И всем интересно, когда наука раздвигает границы нашего понимания.

Лесли Шталь: Мы сейчас во втором сезоне с гораздо более мощным коллайдером. Что ты собираешься искать сейчас?

Стив Голдфарб: У нас большие вопросы, очень большие вопросы.

Например, смогут ли они найти что-то меньшее, чем кварк, одну из самых маленьких частиц, обнаруженных до сих пор?

Стив Голдфарб: Это кварк? Мы думали много-много раз…

Лесли Шталь: Вы имеете в виду: существует ли что-то еще меньше кварка?

Стив Голдфарб: Это очень важно.

Лесли Шталь: На данный момент мы думаем, что нет, но кто знает…

Стив Голдфарб: Мы все время ищем это.

Лаура Джинти: Мы искали черные дыры и не видели их.

Лесли Шталь: Ты хочешь сказать, что черных дыр не существует?

Лаура Джинти: Итак, мы искали микрочерные дыры, которые были бы, например, свидетельством существования дополнительных измерений, но, к сожалению, не похоже, чтобы мы произвели их при этих энергиях.

Лесли Шталь: Но значит ли это, что дополнительных измерений нет или что вы их просто не нашли?

Лаура Джинти: Мы их просто не нашли. Они все еще могут быть здесь.

Лесли Шталь: Если вы найдете совершенно другое измерение, позволит ли оно нам изменить время?

Лаура Джинти: Я думаю, что это сложный вопрос, потому что ученые не любят говорить, что что-то невозможно.

Стив Нан: Да.

Лаура Джинти: Даже если мы думаем, что это крайне маловероятно…

Стив Нан: Верно.Вы знаете, если бы вы спросили кого-нибудь в 1900 году: «Как вы думаете, мы могли бы вытащить устройство из нашего кармана, нажать одну или две кнопки и поговорить с вашим супругом на другом конце мира?»

Лесли Шталь: Это безумие…

Стив Нан: Они бы… они бы… сказали то же самое. Но мы можем сделать это сегодня, верно? Так кто скажет через 100 лет, что мы можем или не можем делать.

Лесли Стал

Лесли Шталь, один из самых известных и опытных тележурналистов Америки, работает корреспондентом программы «60 минут» с 1991 года.

Детектор

FASER на Большом адронном коллайдере для поиска подсказок о скрытой материи во Вселенной

Инжиниринг  | Пресс-релизы  | Исследования  | Наука

5 марта 2019 г.

Аэрофотоснимок 2008 г. площадки БАК, расположенной на границе между Францией и Швейцарией, с контурами и маркировкой основных установок БАК и ЦЕРН. ЦЕРН

Исследовательский совет ЦЕРН, Европейской организации ядерных исследований, 5 марта одобрил новый эксперимент на Большом адронном коллайдере в Женеве, крупнейшем в мире ускорителе частиц, по поиску свидетельств фундаментальных частиц темной материи.Эксперимент прямого поиска — или FASER — пытается ответить на один из нерешенных вопросов физики элементарных частиц: из чего состоит темная материя?

«Есть убедительные доказательства того, что большая часть материи во Вселенной — около 85 процентов — это темная материя, и что темная материя состоит из неизвестного класса фундаментальных частиц», — сказал Ши-Чие Сюй, доцент физики. в Вашингтонском университете и член команды FASER. «Идентичность частиц темной материи — большая загадка в физике элементарных частиц, и мы думаем, что FASER может помочь решить ее, идентифицируя класс частиц, связанных с темной материей.

FASER — это партнерство 16 учреждений по всему миру, включая UW, под совместным руководством ученых из Калифорнийского университета в Ирвине и ЦЕРН, управляющего Большим адронным коллайдером или БАК. Пятилетний проект FASER финансируется за счет грантов в размере 1 миллиона долларов каждый от Фонда Хейзинга-Саймонса в Калифорнии и Фонда Саймонса в Нью-Йорке при дополнительной поддержке ЦЕРН.

FASER пытается найти косвенные доказательства того, что легкие слабо взаимодействующие частицы могут взаимодействовать с темной материей.До сих пор эти частицы ускользали от ученых. Но команда FASER попытается обнаружить следы этих частиц по мере их распада от протонных пучков БАК.

«Семь лет назад ученые открыли бозон Хиггса на Большом адронном коллайдере, завершив одну главу в наших поисках фундаментальных строительных блоков Вселенной, но теперь мы ищем новые частицы», — сказал Джонатан Фенг, сопредседатель FASER. и профессор физики и астрономии Калифорнийского университета в Ирвине. «Проблема темной материи показывает, что мы не знаем, из чего состоит большая часть Вселенной, поэтому мы уверены, что там есть новые частицы.

Прибор FASER спроектирован таким образом, чтобы быть компактным, его размеры составляют около 1 метра в диаметре и 5 метров в длину. Он будет размещен в определенной точке на 16-мильной петле БАК, примерно в 480 метрах или 1574 футах от громадного шестиэтажного инструмента, используемого коллаборацией ATLAS для обнаружения бозона Хиггса.

На этом компьютерном рисунке показан прибор FASER в туннеле Большого адронного коллайдера ЦЕРН в Женеве, Швейцария. Детектор будет точно совмещен с осью столкновения в приборе ATLAS на расстоянии 480 метров.FASER будет отслеживать и измерять распад произведенных частиц. FASER/CERN

Поскольку пучки протонов проходят через точку взаимодействия в приборе ATLAS, некоторые теории указывают на то, что они могут распасться на частицу-кандидата, взаимодействующую с темной материей, темный фотон, который, в свою очередь, может распасться на пару частиц — электрон и позитрон — при прохождении через бетон в туннеле БАК, а затем в прибор FASER. Прибор сможет измерять ход распада частиц и собирать данные, когда работает ATLAS.

«Большое количество частиц на БАК дает нам непреодолимый шанс попытаться обнаружить новые легкие частицы — и даже проследить их движение на сотни метров от источника до детектора», — сказал Сюй.

В UW группа Хсу изучает моделирование событий обнаружения с помощью прибора FASER, разрабатывая параметры прибора и инструменты анализа данных, необходимые для точного отслеживания любых обнаруженных частиц до их источников. Эти инструменты помогут отделить реальные сигналы частиц, связанных с темной материей, от фоновых событий.

«Одним из преимуществ нашей разработки является то, что мы смогли позаимствовать многие компоненты FASER — кремниевые детекторы, калориметры и электронику — у коллабораций ATLAS и LHCb, — сказал Джейми Бойд, научный сотрудник ЦЕРН и соавтор. представитель FASER. «Это позволяет нам собрать инструмент, который стоит в сотни раз меньше, чем самые большие эксперименты на БАК».

Опорная платформа детектора, которая будет удерживать на месте сложные магниты и детекторы, будет спроектирована и изготовлена ​​группой UW под руководством инженера-лаборанта Билла Кайкендалла из Департамента машиностроения при участии профессора физики UW Генри Лубатти.

Детектор FASER, который будет одним из восьми исследовательских инструментов на БАК, строится и устанавливается во время нынешнего перерыва в работе коллайдера и будет собирать данные с 2021 по 2023 год. БАК снова будет закрыт с 2024 по 2026 год. на этот раз команда надеется установить более крупный детектор FASER 2, который сможет обнаружить еще более широкий спектр таинственных скрытых частиц.

Команда FASER будет состоять из 30-40 человек, что относительно мало по сравнению с другими группами, проводящими исследования на LHC.Помимо ЦЕРН, Калифорнийского университета в Ирвине и Университета Вашингтона, в проекте FASER участвуют Орегонский университет, Университет Рутгерса, Женевский университет в Швейцарии, Бернский университет в Швейцарии, Итальянский национальный институт ядерной физики в Генуе, Китайский университет Цинхуа, Технион – Израильский технологический институт, Израильский научный институт Вейцмана, Майнцский университет имени Иоганна Гутенберга в Германии, Университет Кюсю в Японии, Университет Нагоя в Японии, Исследовательская организация по ускорителям высоких энергий KEK в Японии и Университет Шеффилда в США. К.

###

Для получения дополнительной информации свяжитесь с Хсу по адресу [email protected] или по телефону 206-543-2760.

Адаптировано из выпуска Калифорнийского университета в Ирвине.

Теги: Билл Куйкендалл • Колледж искусств и наук • Инженерный колледж • Факультет машиностроения • Факультет физики • Большой адронный коллайдер • физика • Ши-Чие Хсу

Слушайте странные, похожие на китовые звуки Большого адронного коллайдера – Nautilus

Говорить о Большом адронном коллайдере просто как о самой большой в мире машине или самом мощном в мире ускорителе частиц было бы прозаическим преуменьшением — коллайдер — не что иное, как научное и инженерное чудо света.Номинально представляющий собой подземное кольцо окружностью 27 километров, коллайдер призван ускорять в противоположных направлениях сгустки протонов с точностью до одной миллионной доли процента от скорости света.

Я начал свою работу там в качестве физика-теоретика в 2012 году, предвкушая удовольствие от общения с коллегами-физиками-теоретиками, подобное тому, которое Алан Лайтман однажды описал более десяти лет назад в New York Times : «волнение видеть блестящих людей за работой». , наблюдая за их мыслями, скачущими прямо передо мной — не задумчивым умом писателей, а мгновенной ловкостью ума, прыжками с шестом, сальто и тройными акселями на льду.

Однако вскоре после прибытия я был очарован совершенно другим зрелищем: артистизмом и коварством экспериментаторов, работающих с коллайдером, таких как Ральф Штайнхаген, которому было поручено обеспечить стабильность протонного пучка коллайдера. Именно он записал причудливую, пронзительную китовую песню того, что некоторые могут назвать величайшим экспериментом Земли.

Сам Штайнхаген имеет характерный для него звук. Головокружительное волнение иногда перемежает его речь, когда он обсуждает тонкости своей работы.Это может быть не так уж непохоже на то, чтобы слушать, скажем, мастера Лютье, подробно описывающего свое ремесло. Однако вместо того, чтобы соединять переплетенные срезы дерева в пропорциональный и точно сбалансированный инструмент, средой Штайнхагена является электромагнитное поле, точно откалиброванное во времени и пространстве, чтобы придать протонному лучу форму вокруг кольца, подобно тому, как невидимые руки бросают гончарный круг.

Перескакивая, как камни, через последовательность волн, падающих вперед, эти сгустки протонов в конечном итоге набирают достаточно энергии, чтобы мчаться по кольцу около 11 000 раз в секунду.

С момента своего скромного начала в канистре с газообразным водородом, очищенные от электронов-компаньонов и пропущенные через серию меньших ускорителей, группы протонов (около 30 сантиметров в длину и несколько сотен микрометров в толщину) постепенно набирают энергию до тех пор, пока не готов к вводу в кольцо коллайдера. Однако невозможно создать достаточно сильное постоянное электрическое поле на достаточном расстоянии, чтобы скорость этих заряженных частиц была хоть сколько-нибудь близкой к скорости, необходимой для экспериментов на коллайдере.Вместо этого в коллайдере используются так называемые радиочастотные резонаторы, по восемь из них для каждого луча, идущего в противоположных направлениях, равномерно расположенные по кольцу. Внутри них электрическое поле колеблется взад и вперед, резонируя на очень высоких (радио) частотах.

Туннель протонного луча: Радиочастотный резонатор для Большого адронного коллайдера. Øystein Alsaker / Flickr

Оказавшись внутри кольца, сгустки протонов проходят, жонглируя с точностью до наносекунды, через конкретную полость, точно так же, как электрические поле указывает в том же направлении, что и движение протонов.Это ускоряет их движение за счет приращения, точно откалиброванного таким образом, что они достигают следующей полости как раз в тот момент, когда переменное электрическое поле снова достигает пика. Перескакивая, как камни, через последовательность волн, падающих вперед, эти сгустки протонов в конечном итоге набирают достаточно энергии, чтобы мчаться по кольцу около 11 000 раз в секунду, направляемые по кругу одними из самых мощных дипольных магнитов, когда-либо созданных.

Каждый сгусток набирает энергию по мере того, как его неоднократно шлепают по кольцу, и начинает создавать свой собственный «след» — электрические и магнитные поля, которые могут дестабилизировать сгустки протонов, которые следуют сразу за ним. Это может привести к тому, что сгустки протонов, образующие пучок, будут дрейфовать и волнообразно двигаться в направлениях, перпендикулярных их траектории. Удерживая сгустки протонов сфокусированными на области шириной с человеческий волос, пока они вращаются вокруг кольца, Штейнхаген и его команда позаботились о том, чтобы этого не произошло. Если амплитуда этих поперечных волн превысит порог в несколько микрометров, это искусно рассчитанное жонглирование полностью развалится, протоны разлетятся повсюду и заставят их скатываться каскадом и разлетаться по коллайдеру, как песок в пылесосе, делая их бесполезными.

С помощью массивов специальных фокусирующих магнитов, известных как квадруполи и октуполи, поля которых точно фокусируются Штейнхагеном и его командой, протонные сгустки периодически возвращаются в форму.

Здесь внутри машины создается эфирная музыка. Штейнхаген однажды дерзко рассказал мне, как ему удалось убедить своего босса позволить ему сконструировать электронный аналог улитки с чрезвычайно высоким коэффициентом усиления для записи этих колебаний — их частоты попадают в диапазон человеческого слуха. После ультразвуковой обработки они звучат как звуки мутировавших водных млекопитающих, которые появляются в композиции Брайана Ино:

Приятно осознавать, что благодаря тому, что Штайнхаген называет этой «невероятной технологией», используемой для «открытия и лучшего понимания чудес Вселенная», что-то вроде очаровательного и забавного — и игривого — может появиться.

Субодх Патил — физик-теоретик, работающий над космологией ранней Вселенной в Женевском университете. Иногда он пишет твиты на @_subodhpatil.

Главная фотография предоставлена ​​Джейсоном Фарраром через Flickr.

  • Субодх Патил

    Опубликовано 2 июля 2016 г.

Получить информационный бюллетень Nautilus

Самые новые и самые популярные статьи доставляются прямо на ваш почтовый ящик!

Лунный ускоритель частиц | Крупнейшие коллайдеры частиц

Перенеситесь на 150 лет вперед и представьте себе поистине дикую инфраструктуру: коллайдер частиц, опоясывающий всю Луну, как пояс. Это может показаться диковинным, но физики, выдвинувшие эту идею прошлым летом, говорят, что гигантская структура может появиться в следующем столетии.

Коллайдеры частиц толкают заряженные частицы, такие как протоны и электроны, вместе на высоких скоростях. На Земле некоторые из них имеют круглую форму, например, Большой адронный коллайдер (БАК) в Женеве, Швейцария. Другие построены прямыми линиями. Обе конструкции помогают частицам достигать феноменальной скорости.

Энергия столкновений может создавать материю в виде новых частиц, в том числе самых больших из известных нам (таких как бозон Хиггса, фундаментальная частица, которая помогает придавать массу другим частицам).Таким образом, наличие дополнительного пространства для создания более крупного и мощного коллайдера частиц потенциально может привести ученых к открытию других новых частиц. Эти частицы помогают склеить воедино разрозненные физические идеи и продвигают нас к более полному пониманию Вселенной. Мегаструктура на Луне, со своей стороны, может обеспечить ускорение частиц, достигающее 14 квадриллионов электрон-вольт, или примерно в 1000 раз больше энергии, чем у БАК — самого мощного коллайдера частиц на Земле.

«У нас есть большие открытые вопросы в науке и физике элементарных частиц, и у нас больше нет теоретических намеков на то, куда мы должны пойти, чтобы решить их», — говорит Джеймс Бичем, физик элементарных частиц, работающий в Университете Дьюка, который помог теоретизировать лунный коллайдер.Построив огромный коллайдер, мы увеличиваем вероятность открытия следующего бозона Хиггса. Мы также можем продолжить изучение рождения Вселенной, «перемотав» еще на волосок в сторону Большого Взрыва.

Строительство такого масштаба инфраструктуры на Луне может показаться непреодолимой задачей. Но, по словам Бичема, шаги для этого и практичны, и возможны.

ШАГ 1:

Отправить рабочую силу на Луну для исследований. Во-первых, ученым нужно будет увидеть, какие материалы доступны на Луне и что им нужно будет привезти с Земли.Коллайдер может использовать обычные, переохлажденные магниты или магниты с более высокой температурой (примерно 100° по Кельвину или -173° по Цельсию), поэтому исследователям необходимо определить, достаточно ли на Луне природных материалов, чтобы сделать более высокотемпературные магниты. магниты. Если они есть, это может значительно сэкономить на транспортных расходах и инфраструктуре, потому что для охлаждения почти до 0° Кельвина требуется очень много энергии.

Транспортировка инструментов и строительных материалов в космосе также невероятно дорога.Одни только машины для бурения туннелей могут весить более 1200 тонн (около 240 000 фунтов), и, по оценкам НАСА, каждый фунт полезной нагрузки стоит 700 долларов для отправки на орбиту Земли, не говоря уже об орбите Луны. Для сравнения: стоимость программы «Аполлон» с поправкой на инфляцию составила 280 миллиардов долларов.

ШАГ 2:

Рассмотрим, как коллайдер будет вращаться вокруг Луны. Вы можете взять окружность сфероида в любой точке или месте, поэтому коллайдеру не нужно обходить самую широкую часть Луны.Ученые говорят, что, например, вокруг Луны есть большие круговые маршруты, которые позволяют избежать изменения высоты.

ШАГ 3:

Создание производственной инфраструктуры. Первоначально добыча материалов будет иметь наивысший приоритет. «Лучшим вариантом для коллайдера на Луне было бы использование высокотемпературных сверхпроводников на основе железа, потому что похоже, что Луна полна доступного железа», — говорит Бичем.

ШАГ 4:

Пробурить туннели для коллайдера. Бичем говорит, что колебания температуры поверхности Луны являются серьезной проблемой.Массив сверхпроводящих магнитов будет частично питать коллайдер частиц, поэтому вся конструкция должна иметь температурный контроль. «Изменения температуры дня и ночи на Луне настолько велики, что, по крайней мере, в половине случаев магниты могут работать слишком жарко», — говорит Бичем.

Бичем отмечает, что лучше всего закопать туннель как минимум на 100 метров под землю, где он все равно потребует некоторого охлаждения, но не настолько сильного. На этой глубине коллайдер также не зависит от лунного цикла день-ночь; что помогает поддерживать его температурное равновесие.

ШАГ 5:

Определите источник питания. Коллайдеру потребуется так много энергии, что даже всей существующей ядерной энергии на Земле, которая обеспечивает около 10 процентов нашего общего производства энергии, будет недостаточно.

Подсчитано, что лунный коллайдер будет потреблять десятки тераватт энергии, что ближе к тому, что все человечество использует каждый день (это число составляет около 15 тераватт). Здесь ученые предлагают использовать Сферу Дайсона на солнечной энергии, воображаемую космическую «надстройку», которая может напрямую улавливать энергию ближайшей звезды (см. ниже).

ШАГ 6:

Постройте коллайдер и инфраструктуру для «работы из дома» на Луне. Большинство людей, которые изучают Большой адронный коллайдер, не находятся на месте, потому что они получают огромное количество данных, которые могут изучать из любого места. Бичем считает, что лунный коллайдер ничем не отличается. Но нам нужно найти лучший способ передать большие объемы данных с Луны на Землю. Что еще более важно, помимо небольшой бригады для технического обслуживания, люди на Земле должны будут иметь возможность управлять коллайдером. Это означает что-то вроде вашего удаленного виртуального рабочего стола для вашей работы, за исключением того, что ваша работа находится на Луне.

Естественно, есть много препятствий, которые могут возникнуть при планировании проекта мегаинфраструктуры в далеком будущем. Но пока Бичем доволен тем, что коллайдер, по крайней мере, может объединить некоторые из величайших умов в науке. «Давайте воспользуемся силой этих людей, которые действительно настроены вернуться на Луну, давайте заставим их [сосредоточиться на лунном коллайдере] проектов, которые принесут пользу человечеству», — говорит он.«Каждый может выиграть с таким проектом».


Что такое сфера Дайсона?

Фотоиллюстрация Алисы Маркел

Фриман Дайсон, плодовитый британско-американский физик, впервые представил свою одноименную концепцию сферы Дайсона в знаменательной статье 1960 года. В нем он описывает футуристическую структуру, поглощающую энергию, как «полый шар, построенный вокруг солнца». Теоретическое устройство, покрытое солнечными панелями и зеркалами, могло бы обернуться вокруг самой большой звезды солнечной системы и собирать ее энергию.Но поскольку хитроумное изобретение закроет солнце, это может иметь драматические последствия для экосистемы Земли.

Лучшей альтернативой является Рой Дайсона — версия Сферы Дайсона, состоящая из набора небольших отдельных комбайнов, которые вращаются вокруг Солнца, как спутники, и передают солнечную энергию на Луну по беспроводной связи. — Кортни Линдер

Кэролайн Делберт Кэролайн Делберт — писатель, редактор книг, исследователь и заядлый читатель.

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти дополнительную информацию об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

Что случилось с площадкой сверхпроводящего суперколлайдера возле Ваксахачи? Любопытный Техас исследует

Недалеко от Ваксахачи проводится самый амбициозный научный эксперимент страны, которого никогда не было.

Он назывался Сверхпроводящим суперколлайдером и должен был представлять собой подземную петлю протяженностью 53 мили, где частицы могли бы сталкиваться, и ученые могли бы изучать эти фрагменты, чтобы раскрыть секреты материи и открыть происхождение Вселенной.

Суперколлайдер принес бы в этот район миллиарды долларов и тысячи рабочих мест, и он был близок к тому, чтобы стать реальностью в 1980-х годах. Но после нескольких лет ошибок проект был закрыт, а финансирование прекращено.

Дж. Ричард Филдер, управляющий эксплуатацией Главного земельного управления Техаса, идет по туннелю заброшенного суперколлайдера в 2005 году. (Луи ДеЛука / 108249) здания, которое когда-то было наполнено мечтами о научных возможностях.

Вот почему читатель спросил Curious Texas: что было сделано со старой площадкой суперколлайдера возле Ваксахачи?

В настоящее время здесь располагается компания Univar Solutions, занимающаяся производством и упаковкой химических веществ. В 2012 году компания приобрела компанию Magnablend, расположенную в Ваксахачи, которая вновь открыла предприятие после разрушения своего завода в результате пожара 2011 года.

На тот момент склады пустовали почти два десятилетия. Но как Техас оказался местом проведения одного из крупнейших экспериментов в мире?

Вид с воздуха на суперколлайдер около FM1446 за пределами Ваксахачи.(NATALIE CAUDILL / 86063)

В 1970-х годах ученые обсуждали изучение атомных частиц, и для этого им требовалось пространство. Многолетний общенациональный поиск идеального места закончился в ноябре 1988 года недалеко от Ваксахачи. Это стало официальным в следующем январе, и к тому времени город арендовал место на рекламном щите у межштатной автомагистрали 35E, на котором было написано: «Ваксахачи, дом суперколлайдера».

Рой Швиттерс, почетный профессор физики Техасского университета в Остине, хорошо помнит этот проект.Его призвали руководить проектом в 1989 году, как раз во время разработки тоннелей.

Швиттерс специализируется на экспериментальной физике высоких энергий. Он оставил должность профессора в Гарвардском университете, чтобы работать над суперколлайдером, и до сих пор считает, что у этого проекта больше физического потенциала, чем у ЦЕРН, одной из крупнейших в мире лабораторий для физических исследований.

«ЦЕРН не обладает тем потенциалом, который был у нас, потому что для получения частиц действительно высоких энергий нужны большие ускорители», — сказал Швиттерс.«А в Техасе… было отличное место, идеальные подземные условия и все необходимое для создания этих ускорителей».

Магия суперколлайдера объединилась в импровизированном складе, превратившемся в офис к югу от Далласа, сказал Швиттерс. Он помнит, как сидел на коробках с командой, стремящейся воплотить проект в жизнь.

Сорняки росли вокруг вывески у входа в заброшенный проект суперколлайдера недалеко от Ваксахачи в 1997 году. (Луи ДеЛука / 108249) так выглядело бы кольцо коллайдера, а плакаты объясняли, как ученые будут сталкивать атомы почти со скоростью света.

Судья округа Эллис Тодд Литтл, первокурсник старшей школы, когда проект начался, сказал, что его семье принадлежало около 800 акров земли в соседнем Ред-Оуке, и — до разработки проекта — его отец продал около 150 участков под строительство домов. построен.

«Я буквально помню, как ко мне приезжали ученые из других частей мира, и они были там специально для работы на суперколлайдере», — сказал Литтл.

Литтл отсутствовал в школе на некоторых строительных работах, но когда он вернулся домой, разговоров было немного — большая часть здания находилась под землей, а все, что находилось на поверхности, было запрещено.

Согласно первоначальным сообщениям, Суперколлайдер будет стоить около 6 миллиардов долларов из федерального бюджета. В то время потенциал открытия стоил своей цены.

В начале 1993 года бригады шесть дней в неделю использовали бурильные машины для рытья туннелей. К июлю было проложено примерно 11 миль — около 20% петли, а предполагаемая стоимость выросла до 11 миллиардов долларов.

склада Univar Solutions на месте бывшего сверхпроводящего суперколлайдера, проекта, который был закрыт в 1993 году, в ноябре 2021 года.

Поскольку об ускорителях было известно немногое, Швиттерс сказал, что после начала строительства проект изменился в размерах и масштабах, и для адаптации к этим изменениям требовалось больше денег и материалов. По его словам, дополнительное здание офисного помещения также увеличило расходы.

«Наша позиция заключалась в том, что если правительство хочет построить это, вы не хотите строить хлам, который не работает», — сказал Швиттерс.

Он сказал, что отсутствие финансирования из других стран вынудило проект притормозить.

Согласно архивам The News ’, напряженность между Японией и США по поводу автомобильной промышленности помешала, и премьер-министр Японии Киити Миядзава решил подождать до президентских выборов в США 1992 года, чтобы принять решение о финансировании суперколлайдера. После выборов администрация Клинтона не оказала такой большой поддержки проекту.

«Для нас это была огромная потеря, — сказал Швиттерс.

Потратив на проект почти 2 миллиарда долларов, U.Тем летом Палата представителей Южной Америки проголосовала за прекращение проекта, и 21 октября 1993 года Конгресс официально запретил его реализацию. в одном из проектных зданий в 1997 году. (Louis DeLuca / 108249)

«Это было просто разрушительно для рискованных людей, которые пришли строить суперколлайдер», — сказал Швиттерс. «Это было… это было очень тяжело».

Мало кто помнит, что слышал о разочаровании от людей в сообществе.Он сказал, что для людей в округе Эллис, которые следили за проектом в течение многих лет, этот опыт был травмирующим, особенно для тех, кто работал над суперколлайдером.

«Многие из них перевезли свои семьи в Ваксахачи, и после того, как проект был отменен, некоторые из них так и не уехали — они сделали Ваксахачи своим домом», — сказал он. «Но те, кто помоложе, у которых впереди была карьера, ушли и перешли к следующему проекту».

В 2012 году в Швейцарии на Большом адронном коллайдере ЦЕРН был обнаружен бозон Хиггса, или «частица Бога».Это было революционное открытие, подтвердившее научные теории о том, как возникла Вселенная.

Суперколлайдер сделал бы это и даже больше, сказал Швиттерс.

После того, как проект был закрыт, Швиттерс занимал должность профессора в UT-Остин.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.