Что такое адронный коллайдер и для чего он создавался? — Пермский информационный портал – 59i.ru
Несколько лет назад умы многих будоражила мысль об опасности большого адронного коллайдера. Но многие до сих пор не знают что это за устройство и для чего было создано. Довольно много шума надело сообщение журналистов о том, что в устройстве может произойти взрыв, который может создать черную дыру и привести к гибели всего человечества. По другим слухам, планировалось создание антиматерии, которая была бы очень нестабильной и также могла бы привести к взрыву. Так зачем нужен адронный коллайдер и что он из себя представляет читайте ниже.
БАК или большой адронный коллайдер – это ускоритель заряженных частиц на встречных пучках, предназначенный для разгона протонов и тяжелых ионов и изучения продуктов их соударения. Устройство представляет собой кольцеобразный тоннель на подобие трубы для разгона частиц, только намного большего размера. Построили его в ЦЕРНе, европейском совете ядерных исследований, на территории Франции и Швейцарии.
Большой адронный коллайдер позволяет сталкивать пучки частиц на огромных скоростях и наблюдать их дальнейшее поведение и взаимодействие, которые фиксируются с помощью специальных устройств. Для того, чтобы удержать частицы внутри, используются сильнейшие магниты.
Изначально устройство предназначалось для того, чтобы найти бозон Хиггса- частицы, которые наделяют другие частицы массой. Второй целью было изучение кварков, частиц из которых состоят адроны.
Если ученым вполне хватало такого объяснения, то после того, как СМИ начали описывать этот проект огромное количество людей начали задумываться о дороговизне и опасности прибора. Все же ради нахождения кварка таких средств вкладывать бы не стали. Ученые заверяют, что открытие бозона Хиггса полностью окупит постройку коллайдера, так как это станет возможностью внести в технический прогресс уйму новшеств.
Но все таки зачем создавать адронный коллайдер? Бозон Хиггса, как одно из последующих открытий должен привести человечество к удивительному прогрессу. Всем известно, что масса- это энергия в состоянии покоя. А если при помощи новых открытий появится возможность преобразовывать массу в энергию, то энергетические проблемы канут в Лету, а следовательно начнется возможное освоение новых планет и таких уголков космоса, представления о которых мы ранее не имели.
Изучение же кварков позволило бы человечеству познать законы гравитации и подчинить их себе. Но это ожидается позднее, так как изучение гравитонов еще очень плохо развито. Ну а контролировать устройство изменяющее гравитацию пока еще невозможно.
Однако, есть еще и третья теория, согласно которой адронный коллайдер был создан для подробного изучения М-теории или “теории всего”. Она заключается в том, что мир состоит из 11 измерений. А поняв ее, возможно человечество сможет путешествовать между измерениями.
В целом, ученые сами не могут ответить на вопрос для чего еще нужен коллайдер. Хоть он и был создан не только для изучения уже упомянутых аспектов, но и для подтверждения или опровержения прочих экзотических теорий. Хотя неизвестно еще, чем все это грозит цивилизации.
Согласно новостям от 4 июля 2012 года, ученым удалось обнаружить бозон Хиггса. Хотя, его свойства несколько отличаются от теорий ученых. Но по крайней мере, теперь это не миф. В настоящее время коллайдер выключен и находится на модернизации. Но к концу этого года планируется очередной запуск уже обновленного устройства.
Подписывайтесь на 59i.ru в Google News, Яндекс.Новости и на наш паблик в соцсети Вконтакте, следите за актуальными новостями Перми и Пермского края.
Большой адронный коллайдер: модернизация близка к завершению
Идут ремонтные работы в туннеле Большого адронного коллайдера. Фото: Anna Pantelia. CERN.
Открыть в полном размере
‹
›
В середине июля 2014 года на ускорительном комплексе Большого адронного коллайдера (Large Hadron Collider, LHC) в Центре европейских ядерных исследований (ЦЕРН) после почти полуторагодового перерыва снова начались эксперименты.
Столь длительный перерыв связан с тем, что с 14 февраля 2013 года на комплексе идут работы по его модернизации и ремонту, которые должны завершиться в 2015 году. В ходе этих работ заменят почти 1000 км повреждённых радиацией кабелей, поменяют и модернизируют значительную часть узлов ускорителей (некоторые работают с 1959 года), детекторов и электроники, капитально отремонтируют систему вентиляции.
Главная задача работ — устранение конструктивных недостатков LHC, которые привели к аварии при его запуске в 2008 году и задержали на год ввод коллайдера в строй. Причинами аварии стали дефект электрического соединения, из-за которого возник дуговой разряд, и неудачно спроектированная система безопасности электропитания.
Модернизация должна довести энергию столкновений частиц практически до проектной. Работа на мощности 13 ТэВ позволит повысить точность измерений и, возможно, получить новые результаты. В два раза должна возрасти и так называемая светимость коллайдера — число столкновений частиц в единицу времени. Чем их больше, тем чаще происходят те редкие события, которые интересуют исследователей.
За полтора года, прошедшие со дня остановки LHC, вскрыли все сверхпроводящие магниты в 27-километровом туннеле коллайдера, проверили все 10 170 соединений и более половины их перепаяли, чтобы они надёжно проводили ток до 13 000 А. Установлено 27 000 шунтов, которые отведут часть тока, если какое-либо соединение потеряет сверхпроводящие свойства. Это позволит избежать повторения ситуации 2008 года.
В настоящее время первый из восьми секторов LHC уже охлаждают до рабочей температуры 1,9 К (–271оС). Запустить коллайдер планируют в январе 2015 года, в феврале — марте его протестируют на максимальной энергии пучков. Однако светимость будет наращиваться постепенно, так что полноценные эксперименты начнутся лишь во втором полугодии.
Помимо LHC в систему коллайдера входит так называемый инжекционный комплекс — несколько ускорителей меньшего размера, предназначенных для предварительного ускорения частиц перед их впрыскиванием («инжекцией») в кольцо LHC и для проведения самостоятельных экспериментов. Ускорители комплекса протестируют и запустят в 2014 году. На ускорителях Linac2 (линейном) и PS Booster (PSB, бустер протонного синхротрона) работы уже завершены, что позволило в июле ввести в строй протонный синхротрон (PS), который использует протоны, предварительно ускоренные Linac2 и PSB.
В конце июля возобновила работу установка ISOLDE на пучке протонов от PSB. В этом эксперименте получают и исследуют радиоактивные ядра в интересах широкого круга наук — от атомной и молекулярной физики до биофизики и астрофизики.
Протоны из PS направляются на мишень, где они производят вторичные частицы, например нейтроны, используемые в первую очередь в эксперименте nToF по изучению их взаимодействия с ядрами и в ряде других. Эти исследования важны для изучения свойств ядер, звёздного термоядерного синтеза, использования ускорителей для управления ядерными реакторами и применения вызванных нейтронами реакций в ядерных технологиях, включая трансмутацию ядерных отходов, реализацию вечной мечты алхимиков о превращении одного элемента в другой.
PS будет использован и для работ по проекту AIDA, в котором разрабатывают новые детекторы для ускорителей. Их будут проверять в условиях, аналогичных существующим внутри ускорителей. Для этого строят новые установки IRRAD и CHARM, которые войдут в строй в середине сентября.
Протоны от PS получает и второй по величине ускоритель комплекса — суперпротонный синхротрон (SPS), пуск которого ожидается в середине октября.
В конце августа начал работу замедлитель антипротонов (AD), на котором проводят эксперименты по изучению антиматерии. На сентябрь запланирован эксперимент CLOUD, исследующий связь космических лучей с образованием облачности. В нём физику ускорителей высоких энергий впервые используют для изучения атмосферы и климата.
До конца года должны закончиться и работы на всех четырёх основных детекторах LHC (ATLAS, CMS, ALICE и LHCb). Но уже сейчас проходит тестирование детекторов с помощью частиц космических лучей.
Пауза в работе LHC дала физикам возможность сосредоточиться на анализе накопленных данных. В день остановки коллайдера ЦЕРН объявил, что его центр обработки данных за последние двадцать лет зарегистрировал более 100 ПБ (1 петабайт = 1015
Более половины их принадлежит LHC, который производит до 25 ПБ информации в год.Новые результаты исследований все коллаборации LHC обнародовали на 37-й Международной конференции по физике высоких энергий (ICHEP), проходившей 2—9 июля в Валенсии (Испания). Были представлены наиболее полные, точные и всесторонние измерения массы топ-кварка, бозона Хиггса и короткоживущих адронов, их время жизни и схемы распада, результаты поисков суперсимметрии и тёмной материи, новые измерения сильных взаимодействий с участием W- и Z-бозонов (которые важны для поиска новых явлений), ряд новых результатов по исследованию кварк-глюонной плазмы, асимметрии материи — антиматерии.
Исследователи с энтузиазмом ожидают начала очередного трёхлетнего периода работы LHC, после которого планируется ещё одна его модернизация, чтобы к 2020 году увеличить светимость коллайдера в 10 раз. Они продолжат поиски частиц тёмной материи, дополнительных измерений пространства Минковского, явлений, выходящих за рамки Стандартной модели, экспериментально проверят различные теории, в первую очередь теорию суперсимметрии, попытаются узнать причину отсутствия антиматерии во Вселенной. Всё это позволит не только лучше понять, как устроен наш мир, но и, возможно, прояснить вопросы происхождения Вселенной.
DOE объясняет… Ускорители частиц | Министерство энергетики
Офис Наука
Известный как STAR, соленоидальный трекер на ускорителе частиц RHIC (релятивистский коллайдер тяжелых ионов) обнаруживает частицы, образующиеся в результате столкновений. Это помогает ученым исследовать кварк-глюонную плазму и то, как материя ведет себя при высокой плотности энергии.
Изображение предоставлено Брукхейвенской национальной лабораторией
Ускорители частиц — это устройства, которые ускоряют частицы, из которых состоит вся материя во Вселенной, и сталкивают их друг с другом или в цель. Это позволяет ученым изучать эти частицы и силы, которые их формируют. В частности, ускорители частиц ускоряют заряженные частицы. Это частицы с положительным или отрицательным электрическим зарядом, такие как протоны, атомные ядра и электроны, вращающиеся вокруг атомных ядер. В некоторых случаях эти частицы достигают скоростей, близких к скорости света. Когда частицы затем сталкиваются с мишенями или другими частицами, возникающие в результате столкновения могут высвобождать энергию, вызывать ядерные реакции, рассеивать частицы и производить другие частицы, такие как нейтроны. Это дает ученым возможность взглянуть на то, что удерживает атомы, атомные ядра и нуклоны вместе, а также на мир частиц, таких как бозон Хиггса. Эти частицы и силы являются предметом Стандартной модели физики элементарных частиц. Ученые также получают представление о квантовой физике, которая определяет поведение мира в невероятно малых масштабах. В квантовой сфере классической ньютоновской физики, с которой мы живем каждый день, недостаточно для объяснения взаимодействия частиц.
Как эти машины ускоряют частицы? Они вводят частицы в «линию луча». Это труба, в которой поддерживается очень низкое давление воздуха, чтобы защитить окружающую среду от воздуха и пыли, которые могут мешать частицам, когда они проходят через ускоритель. Частицы, введенные в ускоритель, называются «пучком». Серия электромагнитов направляет и фокусирует пучок частиц. В линейном ускорителе или LINAC (произносится как line-ack или lin-ack) частицы летят прямо к фиксированной цели. В круговом ускорителе частицы движутся по кольцу, постоянно набирая скорость. Круговые ускорители могут ускорять частицы в меньшем общем пространстве, чем LINAC, но их, как правило, сложнее построить и эксплуатировать. Однако, поскольку частицы движутся по кругу, круговые ускорители создают гораздо больше возможностей для столкновения частиц. Частицы сталкиваются друг с другом или с целью в устройстве, называемом детектором частиц. Этот прибор измеряет скорость, массу и заряд частиц. Эта информация позволяет ученым определить, какие типы частиц возникают в результате столкновения.
Управление науки Министерства энергетики США: вклад в ускорители частиц
Управление науки Министерства энергетики поддерживает ускорители частиц и исследования, в которых используются эти устройства, главным образом через свои программы физики высоких энергий и ядерной физики. Эти программы финансируют ускорители частиц по всей стране. Аргоннский тандемный линейный ускоритель (ATLAS) в Аргоннской национальной лаборатории является первым сверхпроводящим линейным ускорителем для тяжелых ионов. Релятивистский коллайдер тяжелых ионов (RHIC) в Брукхейвенской национальной лаборатории — это первый в мире коллайдер тяжелых ионов, способный работать с такими частицами, как ионы золота и поляризованные протоны. Брукхейвен также является домом для испытательного центра ускорителей, который предоставляет оборудование, помогающее ученым изучать ускорение частиц и генерацию излучения. Национальная ускорительная лаборатория Ферми является основной лабораторией физики элементарных частиц в США. Ферми был домом для самого мощного в мире коллайдера, пока это устройство, Тэватрон, не было заменено Большим адронным коллайдером в 2009 году.. Ускоритель непрерывного электронного луча в Национальном ускорительном комплексе Томаса Джефферсона помогает ученым изучать структуру протонов и нейтронов. Установка для пучков редких изотопов в Университете штата Мичиган представляет собой линейный ускоритель для изучения экзотических ядер, особенно изотопов. Национальная ускорительная лаборатория SLAC начала эксплуатацию линейного ускорителя частиц в 1962 году. Сегодня SLAC поддерживает передовые исследования по проектированию ускорителей для объектов по всему миру.
Краткие факты
- Узнайте больше из публикации Министерства энергетики США «Как работают ускорители частиц»
- Основной инжектор Национальной ускорительной лаборатории имени Ферми ускоряет протоны до 99,997% скорости света.
- Крупнейший в мире ускоритель частиц, Большой адронный коллайдер в ЦЕРНе, имеет диаметр более 5 миль.
Ресурсы
- Программа Министерства энергетики США по физике высоких энергий
- Программа Министерства энергетики США по ядерной физике
- Аргоннский ускорительный комплекс Уэйкфилда в Аргоннской национальной лаборатории
- Ускорительная испытательная установка (ATF) в Брукхейвенской национальной лаборатории
- Релятивистский коллайдер тяжелых ионов (RHIC) в Брукхейвенской национальной лаборатории
- Национальная ускорительная лаборатория Ферми
- Ускоритель непрерывного электронного пучка (CEBAF) в Национальном ускорительном комплексе Томаса Джефферсона
- Отделение ускорительных технологий и прикладной физики Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли
- Установка для пучков редких изотопов (FRIB) в Университете штата Мичиган
- Национальная ускорительная лаборатория SLAC
- Центр экспериментальных испытаний усовершенствованных ускорителей (FACET) в SLAC
Научные термины могут сбивать с толку. DOE Explains предлагает простые объяснения ключевых слов и понятий в фундаментальной науке. В нем также описывается, как эти концепции применяются к работе, которую проводит Управление науки Министерства энергетики, помогая Соединенным Штатам преуспеть в исследованиях по всему научному спектру.
5 фактов, которые вам нужно знать о Большом адронном коллайдере
Крупнейший в мире ускоритель частиц, Большой адронный коллайдер (БАК), с апреля снова работает в третий раз после трехлетнего перерыва на модернизацию. Спустя почти десять лет после того, как ученые объявили об открытии бозона Хиггса, ускоритель частиц вот-вот начнет сталкивать частицы друг с другом на беспрецедентных уровнях энергии. Европейская организация ядерных исследований (ЦЕРН) объявила, что, начиная с сегодняшнего дня (5 июля), БАК будет работать 24 часа в сутки в течение почти четырех лет при рекордном уровне энергии около 13,6 трлн электронвольт, сообщает AFP.
Читайте также |НАСА разрабатывает плавающих роботов для поиска инопланетной жизни 27-километровое кольцо БАК. Ученые запишут и проанализируют столкновения частиц в двух лучах в рамках серии экспериментов, которые будут использованы для изучения темной материи, темной энергии и других тайн Вселенной.
Поскольку БАК готовится к работе на огромных уровнях энергии, вот 5 вещей, которые вам нужно знать об этом.
Самая большая и самая сложная машина из когда-либо построенных
БАК был построен для изучения мельчайших субатомных частиц, которые являются мельчайшими известными единицами материи и строительными блоками всех вещей. Но сам коллайдер — самая большая и сложная машина, когда-либо построенная человеком.
Истории только для подписчиков
Просмотреть все
Применить новогодний промокод SD25
Читайте также |Китайский орбитальный аппарат Tianwen-1 нанес на карту всю поверхность Марса
ЦЕРН построил LHC в период с 1998 по 2008 год в сотрудничестве с более чем 10 000 ученых из сотен университетов и лабораторий. Машина находится в туннеле глубиной более 100 метров и окружностью 27 километров.
1,6 миллиарда столкновений в секунду
На полной мощности триллионы протонов будут мчаться по кольцу ускорителя LHC более 11 245 раз в секунду, поскольку они движутся со скоростью 99999 процентов скорости света. Когда машина впервые начала работать, это означало, что она могла создавать около 600 миллионов столкновений каждую секунду.
Но на этот раз протонные пучки будут сужены до менее чем 10 микрон, что примерно соответствует ширине десяти бактериальных клеток, чтобы увеличить скорость столкновений, по словам главы ускорителей и технологий ЦЕРН Майка Ламонта, который говорил с AFP. . С помощью более тонкого луча ученые стремятся обеспечить 1,6 миллиарда столкновений в секунду.
Реклама
Во много раз горячее Солнца
Столкновение двух лучей создает температуру более чем в 100 000 раз более горячую, чем самая горячая часть Солнца, то есть ядро. Но это тепло будет сконцентрировано в очень маленьком пространстве. Несмотря на то, что создаются такие температуры, кольцо ускорителя машины будет поддерживаться при температуре минус 271,3 градуса по Цельсию с помощью сверхтекучего гелия.
Огромные объемы данных
Центр данных ЦЕРН ежегодно хранит более 30 петабайт данных, полученных в ходе экспериментов на LHC. Для сравнения: этих данных достаточно, чтобы заполнить 1,2 миллиона дисков Blu-ray или 250 лет HD-видео. В Центре обработки данных хранится более 100 петабайт этих данных, постоянно заархивированных на ленте.
Только первая глава
БАК — самая большая и самая сложная машина в мире, возможно, она проложила путь к некоторым из самых важных научных открытий последнего времени, включая бозон Хиггса. Но у ЦЕРН есть планы на будущую машину, которая затмит БАК, и она называется Future Circular Collider.
Рекламный номер
В 2018 году ЦЕРН опубликовал предложение по 100-километровому круговому коллайдеру будущего.