Зачем нужен коллайдер: Кварки, бозоны и звёздный разрушитель. Для чего нужен Большой адронный коллайдер?

Содержание

Большой адронный коллайдер: зачем нужен и стоит ли его бояться

Большой адронный коллайдер — самый мощный ускоритель частиц в мире. Многие думают, что он способен уничтожить планету, создав черные дыры или опасную материю. Разбираемся, возможно ли это и зачем на самом деле нужен БАК

Что такое адронный коллайдер

Адронный коллайдер — это ускоритель, разгоняющий частицы высокой энергии почти до скорости света с помощью воздействия электромагнитных полей. Такое название устройство получило потому, что работает с определенным классом частиц — адронами (составными частицами, подверженными сильному ядерному взаимодействию) — и в процессе сталкивает их (англ. collider — сталкиватель).

Первый в мире адронный коллайдер ISR был запущен в 1971 году Европейской организацией по ядерным исследованиям (ЦЕРН). Устройство было небольшим — 943 м в длину, а максимальная энергия частиц, до которой оно могло их разогнать, — 28 ГэВ.

В 1980-х годах работу ISR остановили и направили финансовые средства, которые уходили на его содержание, на строительство более мощного электрон-позитронного коллайдера. Последний проработал до 2001 года, пока его не сменил Большой адронный коллайдер — на сегодняшний день самый мощный ускоритель адронов в мире.

БАК находится на границе между Францией и Швейцарией, возле города Женевы, в тоннеле глубиной 100 м. Длина ускорителя — почти 27 км, а максимальная энергия частиц, до которой он может их разогнать, — 7 ТэВ, что почти в 230 раз больше, чем у первого адронного коллайдера.

Большой адронный коллайдер является самой крупной экспериментальной установкой в мире — в строительстве, которое длилось почти 10 лет, принимало участие более 10 000 ученых и инженеров из 100 стран. Затраты на создание БАК оцениваются в €4,6 млрд.

Сотрудники ЦЕРН создали онлайн-карту Большого адронного коллайдера, с помощью которой можно увидеть туннель, в котором он находится, и часть ускорительного кольца.

Виртуальный тур по БАК

Для чего нужен Большой адронный коллайдер

В физике элементарных частиц есть важный постулат — Стандартная модель. Это теория, описывающая, как взаимодействуют элементарные частицы нашего мира: кварки, бозоны, лептоны, барионы. Ученым интересны эти отношения, потому что в результате них могут появиться новые или очень редкие элементы, которые плохо или вообще не изучены. Это, в свою очередь, позволит узнать больше о мире и его материи.

Чтобы открывать новые частицы, нужно проводить эксперименты. В этом ученым и помогают коллайдеры. Установки воспроизводят процессы, которые в действительности происходят в природе, то есть сталкивают друг с другом заряженные частицы материи — протоны с протонами или электроны с позитронами. После этого собранные данные фиксируются и передаются на компьютер. У ученых есть возможность детально изучить результаты взаимодействия заряженных частиц: обнаружить следы распада мюонов, пи- и К-мезонов и другие события, возникшие в коллайдере.

Анатолий Сидорин, заместитель начальника ускорительного отделения Лаборатории физики высоких энергий имени В. И. Векслера и А. М. Балдина в Дубне, один из ведущих экспертов по кольцевым ускорителям и коллайдерам:

«Строительство Большого адронного коллайдера в ЦЕРН вызвало закрытие нескольких небольших ускорительных лабораторий почти по всей Европе: в Голландии, в Швеции, во Франции. Но Национальное научное сообщество на это пошло, потому что это был общеевропейский проект — с ним Европа становилась лидером в области физики высоких энергий.

В первую очередь от Большого адронного коллайдера ожидали обнаружение бозона Хиггса (элементарная частица с нулевым моментом импульса и нулевым зарядом, которая играет важную роль в Стандартной модели, и чье существование было предсказано задолго до обнаружения. — РБК Тренды). Но, конечно, ради одной частицы его строить не стоило. Основные серьезные надежды физики связывали с тем, что БАК откроет что-то неожиданное. Так, помимо изучения хиггсовского механизма, одной из задач был поиск микроскопических черных дыр. К сожалению, пока их не нашли».

Помимо поиска черных дыр и обнаружения бозона Хиггса, перед адронным коллайдером стоит еще несколько задач:

  • Поиск суперсимметрии, то есть подтверждение теории о том, что у каждой элементарной частицы Вселенной есть суперсимметричный партнер. Если БАК сможет доказать это явление, то подтвердится, что Стандартная модель — не единственная теория устройства элементарных частиц, а лишь часть большой системы микромира.
  • Изучение топ-кварков — самых тяжелых элементарных частиц. Их свойства недостаточно изучены и потому интересны физикам.
  • Изучение кварк-глюонной плазмы, которая возникает при столкновении ядер свинца. Исследование этого явления поможет ученым построить более совершенные теории сильных взаимодействий частиц.

Один из секторов туннеля, в котором находится БАК (Фото: wikimedia. org)

Как работает Большой адронный коллайдер

Большой адронный коллайдер — это ускорительное кольцо окружностью 27 км, оборудованное огромным количеством установок, каждая из которых выполняет свою функцию. Ускорительное кольцо можно условно разделить на восемь секторов, через которые проходят пучки частиц.

Пучки частиц поступают в Большой адронный коллайдер из предварительного ускорителя SPS — протонного суперсинхротрона, который их формирует, а затем впрыскивает в специальный отсек БАК. Внутри коллайдера протоны начинают циркулировать в противоположных направлениях по двум вакуумным трубам. По мере своего движения они пролетают через следующие установки ускорительного кольца:

  • Ускорительная секция. Протонные пучки впрыскиваются в БАК на энергии 0,45 ТэВ и ускоряются до 7 ТэВ уже внутри коллайдера.
    С каждым новым оборотом через ускорительную секцию протоны получают дополнительную энергию.
  • Система сброса пучка. Эта установка останавливает и выводит из БАК протонный пучок, если он отклоняется от заданной траектории.
  • Чистка пучка. По мере движения протонного пучка по вакуумной трубе некоторые его частицы могут отклониться. Система очистки пучка отсекает их, не задевая основную часть пучка.
  • Детекторы. Основная задача этих установок — зафиксировать результат взаимодействия частиц и передать соответствующую информацию в цифровом виде в центр управления ЦЕРН.

Устройство БАК (на схеме обозначен как LHC — Large Hadron Collider

Анатолий Сидорин:

«Детектор — это огромное количество электроники, по сигналам которой можно отследить сорта частиц, образованные при столкновении пучков протонов, а также их параметры: энергию, направление движения и так далее.

Все данные получаются в виде потока информации — около 20 Гб в секунду. Такой объем информации просто так сохранить невозможно, поэтому есть дополнительная сортировка. Из всего объема информации, которая идет от электроники детектора, отбираются только те сигналы, по которым можно реконструировать события — возникновение частиц.

Дальше вся информация записывается на диск. Полный объем данных, поступающий с Большого адронного коллайдера, хранится в вычислительном центре ЦЕРН. Есть еще 12 центров более низкого уровня, на которых размещены резервные фрагменты этих данных, например у нас, в Дубне. То есть данные распределяются по всему миру».

Для того чтобы удерживать протонные пучки внутри ускорителя, на них необходимо воздействовать магнитным полем. Для этого на Большом адронном коллайдере установлено несколько тысяч мощных магнитов.

Один из поворотных магнитов спускают в шахту для установки на БАК (Фото: home.

cern)

Кто обслуживает Большой адронный коллайдер

Все органы управления БАК находятся в центре управления ЦЕРН. В постоянном штате примерно 1,5 тыс. человек: инженерный научный персонал, который обеспечивает работу ускорительного комплекса, сотрудники, занимающиеся развитием, ремонтом и модернизацией установки и так далее.

Другая категория сотрудников на БАК — приглашенные группы ученых, которые проводят эксперименты. Они приезжают на определенное время и изучают данные, полученные с детектора. Помимо этого, физики из других стран помогают контролировать работу БАК: выходят на смены и следят за его приборами и системами.

Большой адронный коллайдер работает круглосуточно — выключать его нельзя. Это связано с тем, что он постоянно потребляет большое количество энергии, в основном на поддержание низкой температуры. Наблюдать за коллайдером тоже нужно постоянно, поэтому сутки разделены минимум на три рабочие смены.

Что открыли на Большом адронном коллайдере

На сегодняшний день бозон Хиггса — единственное открытие, сделанное на Большом адронном коллайдере. Эта элементарная частица была необходима ученым, чтобы объяснить нарушение электрослабой симметрии, в результате которой другие частицы, которые изначально ничего не весили, приобрели массу.

Чтобы объяснить нарушение симметрии, в 1970-х годах Питер Хиггс и еще несколько ученых выдвинули теорию, согласно которой Вселенную пронизывает некое поле, при взаимодействии с которым частицы приобретают массу. Позже его назвали полем Хиггса. Для подтверждения теории ученым нужно было найти и доказать существование бозона Хиггса — основы материи поля Хиггса.

Несколько десятков лет Франсуа Энглерт и Питер Хиггс путем экспериментов пытались обнаружить бозон Хиггса, но все было безрезультатно. Эту частицу сложно увидеть, потому что она нестабильна, а появившись, сразу распадается — нужно было мощное оборудование, которое сможет запечатлеть следы ее распада. Однако с помощью экспериментов на электрон-позитронном коллайдере ученые смогли определить примерную массу бозона Хиггса, что значительно облегчило поиски.

Работы были продолжены на Большом адронном коллайдере, и в 2012 году экспериментаторы объявили, что каждый из них наблюдал новую частицу, которая своей массой и другими признаками похожа на бозон Хиггса. В 2013 году находку ученых официально признали, а Франсуа Энглерт и Питер Хиггс получили Нобелевскую премию за свои открытия.

Почему люди боятся Большого адронного коллайдера

БАК и микроскопические черные дыры

Согласно одной из теорий, во время столкновения протонов на Большом адронном коллайдере могут появиться черные дыры. Если они окажутся стабильными и не распадутся, то попадут в центр Земли, поглотят ее материю и разрушат планету. Начало этим предположениям положил гаваец Уолтер Вагнер — он подал иск с требованием остановить строительство БАК и провести дополнительные тесты, чтобы доказать безопасность установки. После суда стали переживать и остальные. Так, группа неизвестных угрожала расправой ученым, которые работали над БАК.

Но устрашающий сценарий невозможен. То, что происходит в БАК, также происходит в природе, только в гораздо больших масштабах и на огромных мощностях. А значит, микроскопические черные дыры уже давно бы возникли. Кроме того, согласно теории относительности Эйнштейна, микроскопические черные дыры не могут возникнуть на БАК, потому что частицы, которые могли бы их образовывать, моментально распадаются.

Анатолий Сидорин:

«Если микроскопические черные дыры найдут на Большом адронном коллайдере, это будет революция в науке. Какова их судьба? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно вспомнить механизм Хокинга, описывающий принцип испарения черной дыры: чем меньше масса черной дыры, тем быстрее она исчезает. Микроскопическая черная дыра будет жить микроскопическое время — после появления она тут же испарится».

БАК и страпельки

Последователи другой теории предполагают, что во время работы БАК могут появиться страпельки — часть странной материи, которая состоит из странных кварков. Если эти частицы попадут в обычную материю, то начнется цепная реакция и вся планета превратится в комок странной материи, непригодный для жизни.

Осложняется все тем, что странная материя до сих пор плохо изучена и никто из ученых не может сказать, как она себя поведет (отсюда и ее название).

Однако многолетние эксперименты показали, что за все время работы БАК в нем не возникло ни одной страпельки. Найти эти части пытались и физики из Брукхейвенской национальной лаборатории в Нью-Йорке на другом коллайдере, но поиски, которые начались еще в 2000 году, на сегодняшний день не дали результатов.

БАК и магнитные монополи

Магнитные монополи — гипотетически существующие частицы с одним магнитным зарядом: либо северным, либо южным. Согласно некоторым теориям, если эти элементы действительно существуют, они могут вызвать распад протонов — одних из основных частиц материи — и, как следствие, разрушение материи и мира.

Люди опасаются, что в БАК могут производиться магнитные монополи. Но это не так: специалисты ЦЕРН доказали, что если монополи и существуют, они имеют слишком большую массу — даже для БАК. Но даже имея подходящий для ускорителя вес, они уже давно бы появились: космические лучи, попадающие в атмосферу Земли, произвели бы их намного раньше.

Анатолий Сидорин:

«Мифы о Большом адронном коллайдере возникают из-за гипертрофированного антропоцентризма. Многие думают, что человек — самая мощная сила на планете, и он может уничтожить планету. На самом деле это не так.

Все ускорители, которые работают на текущий момент, производят в тысячи, если не в миллионы раз меньше событий, чем космическое излучение, падающее на Землю. Все, что делают коллайдеры, происходит со значительно большей частотой в течение всего времени существования планеты в атмосфере и на поверхности земли.

Поэтому все мифы о том, что во время работы коллайдера может возникнуть что-то, что уничтожит землю, — это просто переоценка возможностей человечества, оно не обладает такими способностями».

Будущее Большого адронного коллайдера

Большой адронный коллайдер отработал на первоначальных настройках и в 2018 году был приостановлен. Сделано это для того, чтобы повысить его светимость, то есть увеличить производительность в 10 раз. Это поможет БАК обнаруживать больше эпизодов возникновения новых частиц.

В режиме повышенной светимости Большой адронный коллайдер отработает примерно до 2040 года — дата сдвигается из-за пандемии коронавируса и задержки реализации проекта. К этому времени ускоритель наберет достаточный объем данных по бозону Хиггса, а после еще минимум 50 лет ученые будут их обрабатывать.

После того как БАК соберет все данные, он будет приостановлен, а ЦЕРН начнет строить новый циклический коллайдер — Future Circular Collider. Предполагается, что эта экспериментальная установка будет длиной примерно 100 км, а по энергии столкновений частиц будет превосходить БАК минимум в 7 раз. А Большой адронный коллайдер, в свою очередь, начнет выполнять функцию инжектора и «впрыскивать» пучки частиц в новую экспериментальную установку.

Для чего нужен коллайдер? 2022

Коллайдер буквально переводится с английского языка, как «сталкиватель». Коллайдер представляет собой установку по ускорению и сталкиванию элементарных частиц с целью исследования продуктов их соударений и поиска новых частиц.

Коллайдеры представляют собой закольцованные установки, в которых при состоянии вакуума, длительное время, разгоняются до высоких скоростей, различные частицы: ионы свинца, андронны (тяжёлые частицы), протоны или электроны и затем ударяются. Удерживают пучки частиц сверхмощные токопроводящие магниты, которые охлаждаются до сверхнизких температур.

Самой известной такой установкой является большой андронный коллайдер, построенный в 2008 году в Швейцарии. Диаметр данной научной установки превышает 26,5 километра. Благодаря данному аппарату были сделаны важные открытия, изучен топ-кварк и открыта новая частица – бозон Хиггса.

Таким образом, коллайдеры служат для расширения научных горизонтов человечества. Ведь благодаря открытиям в фундаментальной физике стало возможным возможно создать сложную электротехнику.

В недалёком будущем ученные планируют в 2030-х годах приступить к созданию суперколлайдера диаметром в 100 километров, в котором можно будет разгонять элементарные частицы до скорости света.

Всего есть несколько типов ускорительных установок: с неподвижной мишенью и со встречными пучками, которые именуются еще, как коллайдеры. Но Для чего нужен коллайдер является интересным вопросом в этой области знаний.

Достаточное большое преимущество в использовании ускорителей второго типа, а именно коллайдеров является просто необходимым атрибутом в работе современных центров исследования физики элементарных частиц, поскольку эта тема узкоспециализированная, то вести разговор на такую тему просто не возможнобез использования специфической терминологической лексики, которая не всегда является понятной и вразумительной обыкновенному любознательному человеку, далекому от физики элементарных частиц, но такого, который интересуется назначением работы коллайдеров.

Существует только Две схемы реализации коллайдеров. В первом случае, встречные пучки являются состоящими из частиц, которые имеют равные массы, но противоположные заряды по знаку, иными словами – античастицы, например такие, как электрон-позитрон, протон-антипротон. Для таких пучков используют единственное кольцо магнита. В случае, когда встречные частицы обладают одинаковыми зарядами или же разными массами, например протон-протон, электрон-антипротон, тогда в таком случает использую несколько колец магнита.

Чтобы понять Зачем нужен коллайдер, стоит разобраться в том, что он из себя представляет. Коллайдер является ускорителем заряженных частиц, основанных на встречных пучках. Он имеет непосредственное свое предназначение – для разгона протонов и ионов свинца, чтобы можно было изучить продукты, которые появляются в процессе их столкновений.

Безусловно, что строительство коллайдера представляет собой новый шаг в развитии ядерной физики и что впоследствии, если его предназначение попадет в плохие руки, то может случиться мировая катастрофа, но мы будем надеяться, что то, Зачем нужен коллайдер современным ученым, никак не скажется на исчезновении всего живого с земли.

Местом строительства коллайдера выбран научно-исследовательский центр при Европейском совете ядерного исследования, который расположен в нескольких километрах от Женевы на границе Швейцарии и Франции. Именно коллайдер представляет собой одну из крупнейших ядерных установок в мире за всю историю человечества.

Свое название Большой адронный коллайдер получил из-за внушительный размеров ускорительного кольца, который равен 26 тысяч 659 метров. Свое название он получил он английского слова сталкивать – коллайдер, а адронным он является, поскольку ускоряет специальные частицы – адроны.

Зачем нужен коллайдер  Основная

Зачем нужен коллайдер

Основная задача — обнаружение бозона Хиггса. Также при столкновении протонов с энергиями, достижимыми на этом коллайдере, ученые надеются восстановить физические условия, которые существовали в первые секунды рождения нашей Вселенной после Большого Взрыва. Главные открытия планируется сделать в течение первых пяти лет работы.

Любопытство свойственно человеческой натуре. Не исключено, что это одно из тех чувств, которые сделали человека человеком. Гомо сапиенс любопытус. Любопытство простирается от подглядывания за тем, за чем подглядывать не принято до влезания туда, куда влезать не положено. Микромир был как раз тем местом, которое было труднодоступно для любопытного гомо, несмотря на то, что окружало его со всех сторон, и всегда было рядом с ним, куда бы он не шел. И до поры до времени человек даже не подозревал о том, насколько богат мир недоступный невооруженному глазу. Может быть, первые смутные подозрения зародились в его голове, когда он посмотрел на прожилки листка или голову муравья сквозь каплю дождевой воды. И понеслось. Сегодня самые мощные микроскопы в мире имеют размеры несколько километров, весят сотни тысяч тон, потребляют десятки мегаватт энергии и обслуживаются несколькими тысячами любопытных гомо сапиенс. Эти микроскопы называются ускорителями или коллайдерами элементарных частиц.
Чтобы понять, почему я назвал микроскопом прибор, предназначенный для разгона и сталкивания частиц, обратимся к физике. Обычный оптический микроскоп основан на изменении свойств света при его отражении от или прохождении сквозь исследуемый объект. Предположим, что мы хотим добиться большего увеличения. Мы будем использовать всё более и более сильные линзы, но на каком-то этапе мы заметим, что дальнейшее увеличение невозможно и изображение объекта не становится более резким. Причину, по которой невозможно добиться дальнейшего увеличения разрешения можно представить с помощью следующей аналогии. Исследуемая поверхность обстреливается маленькими шариками. Каждый шарик отражается от разных точек поверхности под разными углами и с разной скоростью, и, следовательно, несет уникальную информацию о месте удара, которая может быть считана при попадании в детектор. Но если на поверхности будет ямка размером меньше размера шарика-пробника, то тот просто не «заметит» её при соударении.
Но это ещё не все. Уменьшение размеров частиц-пробников увеличит разрешение только до определенного порога, когда законы квантовой механики начнут вступать в игру. Согласно квантовой механике, любая частица, включая квант света фотон, обладает волновыми свойствами и, следовательно, имеет определенную длину волны. Это означает, что если размер исследуемого объекта настолько мал, что становится соизмерим с длиной волны падающего света или частицы-пробника, то те будут отражаться по законам не геометрической, а волновой оптики, т.е. возникнут волновые эффекты (такие как дифракция и интерференция), искажающие картину. Чем больше отношение длины волны («размера») частицы-пробника к размеру исследуемого объекта, тем хуже разрешение. Таким образом, чтобы уменьшить величину этого соотношения, надо уменьшить его числитель, так как знаменатель мы контролировать не можем.

Как уменьшить длину волны частицы-пробника? Для начала, надо использовать частицы с длиной волны меньшей, чем у света. Так в 1933 году у немецких инженеров Руски (Ernst Ruska) и Кнолля (Max Knoll) появилась идея электронного микроскопа в котором бы использовались не лучи света, а электроны, чьи длины волн намного меньше длины квантов света. Кроме того, электроны хорошо взаимодействуют с большинством материалов, также состоящих из заряженных частиц. Фактически, трансмиссионный электронный микроскоп является частным случаем маломощного коллайдера с неподвижной мишенью: электроны излучаются катодом, попадают на мишень, изменяют свои свойства в зависимости от структуры мишени, и, наконец, улавливаются детектором-экраном.
Любопытно, что Кнолль и Руска не знали, что электрон обладает волновыми свойствами (хотя квантовой механике исполнилось уже почти 30 лет на тот момент), поэтому их микроскоп был неудачно сконструирован и давал увеличение не выше 400-кратного. Разрешение современного электронного микроскопа со всеми наворотами достигает десяти пикометров (10-11 м) по порядку величины. Учите квантовую механику!



 

Адронный коллайдер зачем он нужен простым языком. Зачем нужен адронный коллайдер

Наверняка почти каждый человек на Земле, хоть раз, да слышал о большом адронном коллайдере. Вот только, несмотря на то, что многие слышали о нем, мало кто понимает, что такое адронный колладейр, каково его предназначение, в чем суть адронного коллайдера. В нашей сегодняшней статье мы ответим на эти вопросы.

Что такое адронный коллайдер

По сути адронный коллайдер представляет собой сложный ускоритель элементарных частиц. С его помощью физикам удается разогнать протоны и тяжелые ионы. Изначально адронный коллайдер создавался для подтверждения существования , неуловимой элементарной частицы, которую физики порой в шутку называют «частичкой Бога». И да, существование этой частички было подтверждено экспериментально с помощью коллайдера, а сам ее первооткрыватель Питер Хиггс получил за это нобелевскую премию по физике в 2013 году.

Разумеется, одним лишь бозоном Хиггса дело не ограничилось, помимо него физиками были найдены и некоторые другие элементарные частицы. Теперь вы знаете ответ на вопрос, зачем нужен адронный коллайдер.

Что представляет собой большой адронный коллайдер

Прежде всего, необходимо заметить, что большой адронный колайдер не возник на пустом месте, а появился как эволюция своего предшественника – большого электрон-позитронного коллайдера, представляющего собой 27-ми километровый подземный туннель, строительство которого началось еще в 1983 году. В 1988 году кольцевой тоннель сомкнулся, притом интересно то, что строители подошли к делу очень тщательно, настолько, что расхождение между двумя концами туннеля составляет лишь 1 сантиметр.

Так выглядит схема адронного коллайдера.

Электрон-позитронный коллайдер проработал до 2000 года и за время его работы в физике был сделан с его помощью целый ряд открытий, среди которых открытие W и Z бозонов и их дальнейшее исследование.

С 2001 года на месте электрон-позитронного коллайдера началось уже строительство коллайдера адронного, которое закончилось в 2007 году.

Где находится адронный коллайдер

Большой адронный коллайдер находится на границе Швейцарии и Франции, в долине женевского озера, всего лишь в 15 км от самой Женевы. И располагается он на глубине 100 метров.

Место расположения адронного коллайдера.

В 2008 году начались его первые испытания под патронатом ЦЕРН – Европейской организации по ядерным исследованиям, которая на данный момент является крупнейшей лабораторией в мире в области физики высоких энергий.

Для чего нужен адронный коллайдер

С помощью этого гигантского ускорителя элементарных частиц физики могут проникать так глубоко внутрь материи, как никогда раньше. Все это помогает, как подтверждать старые научные гипотезы, так и создавать новые интересные теории. Детальное изучение физики элементарных частиц помогает нам приблизиться в поисках ответов на вопросы об устройстве Вселенной, о том, как она зародилась.

Глубокое погружение в микромир позволяет открыть революционно новые пространственно-временные теории, и как знать, может быть, даже удастся проникнуть в тайну времени, этого четвертого измерения нашего мира.

Как работает адронный коллайдер

Теперь давайте опишем, как собственно работает большой адронный коллайдер. О принципах его работы говорит название, так как само слово «коллайдер» с английского переводится как «тот, кто сталкивает». Главная его задача – устроить столкновение элементарных частиц. Причем частицы в коллайдере летают (и сталкиваются) на скоростях, близких к скоростям света. Результаты столкновений частиц фиксируют четыре основных больших детектора: ATLAS, CMS, ALICE и LHCb и множество вспомогательных детекторов.

Более детально принцип работы адронного коллайдера описан в этом интересно видео.

Опасность адронного коллайдера

В целом людям свойственно боятся вещей, которые они не понимают. Именно это иллюстрирует отношение к адроному коллайдеру и различные опасения, с ним связанные. Самые радикальные из них, высказывались, что в случае возможного взрыва адронного коллайдера может погибнуть, не много, не мало, а все человечество вместе с планетой Землей, которую поглотит образовавшаяся после взрыва . Разумеется, первые же опыты показали, что подобные опасения не более чем детская страшилка.

А вот некоторые серьезные опасения относительно работы коллайдера были высказаны недавно умершим английским ученым Стивеном Хокингом. Причем опасения Хокинга связаны не столько с самим коллайдером, сколько с полученным с его помощью бозоном Хиггса. По мнению ученого этот бозон является крайне не стабильным материалом и в результате определенного стечения обстоятельств может привести к распаду вакуума и полному исчезновению таких понятий как пространство и время. Но не все так страшно, так согласно Хокингу, для того, чтобы произошло нечто подобное необходим коллайдер величиной с целую планету.

(или БАК) – на данный момент самый большой и мощный ускоритель частиц в мире. Эта махина была запущена в 2008 году, но долго работала на пониженных мощностях. Разберемся, что это такое и зачем нужен большой адронный коллайдер.

История, мифы и факты

Идея создания коллайдера была озвучена в 1984 году. А сам проект на строительство коллайдера был одобрен и принят аж в 1995 году. Разработка принадлежит Европейскому центру ядерных исследований (CERN). Вообще запуск коллайдера привлек к себе большое внимание не только ученых, но и простых людей со всего мира. Говорили о всевозможных страхах и ужасах, связанных с запуском коллайдера.

Впрочем, кто-то и сейчас, вполне возможно, ждет апокалипсиса, связанного с работой БАК и тресется от одной мысли о том, что будет, если ч взорвется большой адронный коллайдер. Хотя, в первую очередь все боялись черной дыры, которая, сначала будучи микроскопической, разрастется и благополучно поглотит сначала сам коллайдер, а за ним Швейцарию и весь остальной мир. Также большую панику вызывала аннигиляционная катастрофа. Группа ученых даже подала в суд, пытаясь остановить строительство. В заявлении говорилось, что сгустки антиматерии, которые могут быть получены в коллайдере, начнут аннигилировать с материей, начнется цепная реакция и вся Вселенная будет уничтожена. Как говорил известный персонаж из «Назад в Будущее»:

Вся Вселенная, конечно, в самом худшем случае. В лучшем – только наша галактика. Доктор Эмет Браун.

А теперь попытаемся понять, почему он адронный? Дело в том, что он работает с адронами, точнее разгоняет, ускоряет и сталкивает адроны.

Адроны – класс элементарных частиц, подверженных сильному взаимодействию. Адроны состоят из кварков.

Адроны делятся на барионы и мезоны. Чтобы было проще, скажем, что из барионов состоит почти все известное нам вещество. Упростим еще больше и скажем, что барионы – это нуклоны (протоны и нейтроны, составляющие атомное ядро).

Как работает большой адронный коллайдер

Масштаб очень впечатляет. Коллайдер представляет собой кольцевой туннель, залегающий под землей на глубине ста метров. Длина большого адронного коллайдера составялет 26 659 метров. Протоны, разогнанные до скоростей близких к скорости света, пролетают в подземном круге по территории Франции и Швейцарии. Если говорить точно, то глубина залегания туннеля лежит в пределах от 50 до 175 метров. Для фокусировки и удержания пучков летящих протонов используются сверхпроводящие магниты, их общая длина составляет около 22 километров, а работают они при температуре -271 градусов по Цельсию.

В составе коллайдера 4 гигантских детектора: ATLAS, CMS, ALICE и LHCb. Помимо основных больших детекторов, есть еще и вспомогательные. Детекторы предназначены для фиксации результатов столкновений частиц. То есть после того, как на околосветовых скоростях сталкиваются два протона, никто не знает чего ожидать. Чтобы «увидеть», что получилось, куда отскочило и как далеко улетело, и существуют детекторы, напичканные всевозможными датчиками.

Результаты работы большого адронного коллайдера.

Зачем нужен коллайдер? Ну уж точно не для того, чтобы уничтожить Землю. Казалось бы, какой смысл сталкивать частицы? Дело в том, что вопросов без ответов в современной физике очень много, и изучение мира с помощью разогнанных частиц может в буквальном смысле открыть новый пласт реальности, понять устройство мира, а может быть даже ответить на главный вопрос «смысла жизни, Вселенной и вообще».

Какие открытия уже совершили на БАК? Самое знаменитое – это открытие бозона Хиггса (ему мы посвятим отдельную статью). Помимо того были открыты 5 новых частиц , получены первые данные столкновений на рекордных энергиях , показано отсутствие асимметрии протонов и антипротонов , обнаружены необычные корреляции протонов . Список можно продолжать долго. А вот микроскопических черных дыр, которые наводили страх на домохозяек, обнаружить не удалось.

И это при том, что коллайдер еще не разогнали до его максимальной мощности. Сейчас максимальная энергия большого адронного коллайдера – 13 ТэВ (тера электрон-Вольт). Однако, после соответствующей подготовки протоны планируют разогнать до 14 ТэВ . Для сравнения, в ускорителях- предшественниках БАК максимально полученные энергии не превышали 1 ТэВ . Так разгонять частицы мог американский ускоритель Тэватрон из штата Иллинойс. Энергия, достигнутая в коллайдере – далеко не самая Большая в мире. Так, энергия космических лучей, зафиксированных на Земле, превышает энергию частицы, разогнанной в коллайдере в миллиард раз! Так что, опасность большого адронного коллайдера минимальна. Вполне вероятно, что после того, как все ответы будут получены с помощью БАК, человечеству придется строить еще один коллайдер по-мощнее.

Друзья, любите науку, и она обязательно полюбит Вас! А помочь Вам полюбить науку легко смогут . Обращайтесь за помощью, и пусть учеба приносит радость!

В 100 метрах под землей, на границе Франции и Швейцарии, расположено устройство, которое способно приоткрыть тайны мироздания. Или, по мнению некоторых, уничтожить всю жизнь на Земле.

Так или иначе, это самая большая машина в мире, и она используется для исследования мельчайших частиц во Вселенной. Это Большой адронный (не андроидный) коллайдер (LHC).

Краткое описание

LHC является частью проекта, который возглавляет Европейская организация ядерных исследований (ЦЕРН). Коллайдер включен в комплекс ускорителей ЦЕРН за пределами Женевы в Швейцарии и используется для разгона пучков протонов и ионов до скорости, приближающейся к скорости света, столкновения частиц друг с другом и записи результирующих событий. Ученые надеются, что это поможет больше узнать о возникновении Вселенной и о ее составе.

Что такое коллайдер (LHC)? Это самый амбициозный и мощный ускоритель частиц, построенный на сегодняшний день. Тысячи ученых из сотен стран сотрудничают и конкурируют друг с другом в поиске новых открытий. Для сбора данных экспериментов предусмотрены 6 участков, расположенные вдоль окружности коллайдера.

Сделанные с его помощью открытия могут стать полезными в будущем, но это не причина его постройки. Цель Большого адронного коллайдера – расширить наши знания о Вселенной. Учитывая, что LHC стоит миллиарды долларов и требует сотрудничества многих стран, отсутствие практического применения может быть неожиданным.

Для чего нужен Адронный коллайдер?

В попытке понять нашу Вселенную, ее функционирование и фактическую структуру, ученые предложили теорию, называемую стандартной моделью. В ней предпринята попытка определить и объяснить фундаментальные частицы, которые делают мир таким, каким он есть. Модель объединяет элементы теории относительности Эйнштейна с квантовой теорией. В ней также учтены 3 из 4 основных сил Вселенной: сильные и слабые ядерные взаимодействия и электромагнетизм. Теория не касается 4-й фундаментальной силы – силы тяжести.

Стандартная модель дала несколько предсказаний о Вселенной, которые согласуются с различными экспериментами. Но есть и другие ее аспекты, которые требовали подтверждения. Один из них – теоретическая частица, называемая бозоном Хиггса.

Его открытие дает ответ на вопросы о массе. Почему материя ею обладает? Ученые идентифицировали частицы, у которых нет массы, например, нейтрино. Почему у одних она есть, а у других – нет? Физики предложили много объяснений.

Самое простое из них – механизм Хиггса. Эта теория гласит, что существует частица и соответствующая ей сила, которая объясняет наличие массы. Ранее она никогда не наблюдалась, поэтому события, создаваемые LHC, должны были либо доказать существование бозона Хиггса, либо дать новую информацию.

Еще один вопрос, которым задаются ученые, связан с зарождением Вселенной. Тогда материя и энергия были одним целым. После их разделения частицы вещества и антиматерии уничтожили друг друга. Если бы количество их было равным, то ничего бы не осталось.

Но, к счастью для нас, во Вселенной материи было больше. Ученые надеются наблюдать антивещество во время работы LHC. Это могло бы помочь понять причину разницы в количестве материи и антиматерии, когда началась Вселенная.

Темная материя

Современное понимание Вселенной предполагает, что пока можно наблюдать лишь около 4% материи, которая должна существовать. Движение галактик и других небесных тел говорит о том, что существует гораздо больше видимого вещества.

Ученые назвали эту неопределенную материю темной. Наблюдаемая и темная материя составляют около 25%. Другие 3/4 исходят от гипотетической темной энергии, которая способствует расширению Вселенной.

Ученые надеются, что их эксперименты либо предоставят дополнительные доказательства существования темной материи и темной энергии, либо подтвердят альтернативную теорию.

Но это лишь верхушка айсберга физики элементарных частиц. Есть еще более экзотические и противоречивые вещи, которые необходимо выявить, для чего и нужен коллайдер.

Большой взрыв в микромасштабах

Сталкивая протоны с достаточно большой скоростью, LHC разбивает их на более мелкие атомные субчастицы. Они очень нестабильны, и до распада или рекомбинации существуют только долю секунды.

Согласно теории Большого взрыва, первоначально из них состояла все материя. По мере расширения и охлаждения Вселенной они объединились в более крупные частицы, такие как протоны и нейтроны.

Необычные теории

Если теоретические частицы, антиматерия и темная энергия, не являются достаточно экзотичными, некоторые ученые считают, что LHC может предоставить доказательства существования других измерений. Принято считать, что мир является четырехмерным (трехмерное пространство и время). Но физики предполагают, что могут существовать и другие измерения, которые люди не могут воспринимать. Например, одна версия теории струн требует наличия не менее 11 измерений.

Адепты этой теории надеются, что LHC предоставит доказательства предлагаемой ими модели Вселенной. По их мнению, фундаментальными строительными кирпичиками являются не частицы, а струны. Они могут быть открытыми или закрытыми, и вибрировать подобно гитарным. Различие в колебаниях делает струны разными. Одни проявляют себя в виде электронов, а другие реализуются как нейтрино.

Что такое коллайдер в цифрах?

LHC представляет собой массивную и мощную конструкцию. Он состоит из 8 секторов, каждый из которых является дугой, ограниченной на каждом конце секцией, называемой «вставкой». Длина окружности коллайдера равна 27 км.

Трубки ускорителя и камеры столкновений находятся на глубине 100 метров под землей. Доступ к ним обеспечивает сервисный туннель с лифтами и лестницами, расположенными в нескольких точках вдоль окружности LHC. ЦЕРН также построил наземные здания, в которых исследователи могут собирать и анализировать данные, генерируемые детекторами коллайдера.

Для управления пучками протонов, движущихся со скоростью равной 99,99% скорости света, используются магниты. Они огромны, весят несколько тонн. В LHC имеется около 9 600 магнитов. Они охлаждаются до 1,9К (-271,25 °C). Это ниже температуры космического пространства.

Протоны внутри коллайдера проходят по трубам со сверхвысоким вакуумом. Это необходимо, чтобы не было частиц, с которыми они могли бы столкнуться до достижения цели. Единственная молекула газа может привести к неудаче эксперимента.

На окружности большого коллайдера есть 6 участков, где инженеры смогут проводить свои эксперименты. Их можно сравнить с микроскопами с цифровой камерой. Некоторые из этих детекторов огромны – ATLAS представляет собой устройство длиной 45 м, высотой 25 м и весом 7 т.

В LHC задействовано около 150 млн датчиков, которые собирают данные и отправляют их в вычислительную сеть. Согласно ЦЕРН объем информации, получаемой во время экспериментов, составляет около 700 МБ/с.

Очевидно, что такому коллайдеру требуется много энергии. Его годовая потребляемая мощность составляет около 800 ГВт∙ч. Она могла быть намного больше, но объект не работает в зимние месяцы. По данным ЦЕРН стоимость энергии составляет порядка 19 млн евро.

Столкновение протонов

Принцип, лежащий в основе физики коллайдера, довольно прост. Сперва производится запуск двух пучков: одного – по часовой стрелке, а второго – против. Оба потока ускоряются до скорости света. Затем их направляют навстречу друг к другу и наблюдают результат.

Оборудование, необходимое для достижения этой цели, намного сложнее. LHC является частью комплекса ЦЕРН. Прежде, чем какие-либо частицы войдут в LHC, они уже проходят ряд шагов.

Во-первых, для получения протонов ученые должны лишить атомы водорода электронов. Затем частицы направляются в установку LINAC 2, которая запускает их в ускоритель PS Booster. Эти машины для ускорения частиц используют переменное электрическое поле. Удерживать пучки помогают поля, создаваемые гигантскими магнитами.

Когда луч достигает нужного энергетического уровня, PS Booster направляет его в суперсинхротрон SPS. Поток ускоряется еще больше и делится на 2808 пучков по 1,1 x 1011 протонов. SPS вводит лучи в LHC по часовой и против часовой стрелки.

Внутри Большого адронного коллайдера протоны продолжают ускоряться в течение 20 минут. На максимальной скорости они совершают 11245 оборотов вокруг LHC каждую секунду. Лучи сходятся на одном из 6 детекторов. При этом происходит 600 млн столкновений в секунду.

Когда сталкиваются 2 протона, они расщепляются на более мелкие частицы, в том числе кварки и глюоны. Кварки очень неустойчивы и распадаются за долю секунды. Детекторы собирают информацию, отслеживая путь субатомных частиц, и направляют ее в вычислительную сеть.

Не все протоны сталкиваются. Остальные продолжают движение до секции сброса луча, где поглощаются графитом.

Детекторы

Вдоль окружности коллайдера расположены 6 секций, в которых производится сбор данных и проводятся эксперименты. Из них 4 детектора основные и 2 меньшего размера.

Самым крупным является ATLAS. Его размеры – 46 х 25 х 25 м. Трекер обнаруживает и анализирует импульс частиц, проходящих через ATLAS. Его окружает калориметр, измеряющий энергию частиц, поглощая их. Ученые могут наблюдать траекторию их движения и экстраполировать информацию о них.

Детектор ATLAS также имеет мюонный спектрометр. Мюоны – это отрицательно заряженные частицы в 200 раз тяжелее электронов. Они единственные способны проходить через калориметр без остановки. Спектрометр измеряет импульс каждого мюона датчиками заряженных частиц. Эти сенсоры могут обнаруживать флуктуации в магнитном поле ATLAS.

Компактный мюонный соленоид (CMS) является детектором общего назначения, который обнаруживает и измеряет субчастицы, высвобождаемые во время столкновений. Прибор находится внутри гигантского соленоидного магнита, который может создать магнитное поле, почти в 100 тысяч раз превышающее магнитное поле Земли.

Детектор ALICE разработан для изучения столкновений ионов железа. Таким образом исследователи надеются воссоздать условия, подобные тем, которые произошли сразу после Большого взрыва. Они ожидают увидеть, как ионы превращаются в смесь кварков и глюонов. Основным компонентом ALICE является камера TPC, служащая для изучения и воссоздания траектории частиц.

LHC служит для поиска доказательств существования антивещества. Он делает это путем поиска частицы, называемой прелестным кварком. Ряд субдетекторов, окружающих точку столкновения, имеет 20 метров в длину. Они могут улавливать очень неустойчивые и быстро распадающиеся частицы прелестных кварков.

Эксперимент ТОТЕМ проводится на участке с одним из малых детекторов. Он измеряет размер протонов и яркость LHC, указывающей на точность создания столкновений.

Эксперимент LHC имитирует космические лучи в контролируемой среде. Его целью является помощь в разработке широкомасштабных исследований реальных космических лучей.

На каждом участке детектирования работает команда исследователей, насчитывающая от нескольких десятков до более тысячи ученых.

Обработка данных

Неудивительно, что такой коллайдер генерирует огромный поток данных. 15 000 000 ГБ, ежегодно получаемых детекторами LHC, ставят перед исследователями огромную задачу. Ее решением является вычислительная сеть, состоящая из компьютеров, каждый из которых способен самостоятельно анализировать фрагмент данных. Как только компьютер завершит анализ, он отправляет результаты на центральный компьютер и получает новую порцию.

Ученые из ЦЕРН решили сосредоточиться на использовании относительно недорогого оборудования для выполнения своих расчетов. Вместо приобретения передовых серверов и процессоров используется имеющееся оборудование, которое может хорошо работать в сети. При помощи специального ПО сеть компьютеров сможет хранить и анализировать данные каждого эксперимента.

Опасность для планеты?

Некоторые опасаются, что такой мощный коллайдер может представлять угрозу для жизни на Земле, в том числе участвовать в формировании черных дыр, «странной материи», магнитных монополий, радиации и т.д.

Ученые последовательно опровергают такие утверждения. Образование черной дыры невозможно, поскольку между протонами и звездами есть большая разница. «Странная материя» уже давно бы могла образоваться под действием космических лучей, и опасность этих гипотетических образований сильно преувеличена.

Коллайдер чрезвычайно безопасен: он отделен от поверхности 100-метровым слоем грунта, а персоналу запрещено находиться под землей во время проведения экспериментов.

БАК (Большой адронный коллайдер, LHC) – это самый крупный в мире ускоритель частиц, расположенный на франко-швейцарской границе в Женеве и принадлежащий концерну CERN. Основной задачей строительства Большого адронного коллайдера был поиск бозона Хиггса, неуловимой частицы, последнего элемента Стандартной модели. Задачу коллайдер выполнил: физики действительно обнаружили элементарную частицу на предсказанных энергиях. Далее БАК будет вести работу в этом диапазоне светимости и работать, как обычно функционируют спецобъекты: по желанию ученых. Вспомните, полуторамесячная миссия марсохода «Оппортьюнити» затянулась на 10 лет.

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

В ЦЕРНе – это крупнейший в мире ускоритель частиц. И его стоило строить хотя бы ради размаха экспериментов, которые теперь на нем проводятся. Впрочем, эксперименты достигли таких масштабов, что физики уже не могут строить их самостоятельно. В этом им помогают квалифицированные инженеры. Хотите узнать, как физики и инженеры работают над обновлением БАК и созданием преемника знаменитого ускорителя частиц?

Многие простые жители планеты задают себе вопрос о том, для чего нужен большой адронный коллайдер. Непонятные большинству научные исследования, на которые потрачено много миллиардов евро, вызывают настороженность и опаску.

Может, это и не исследования вовсе, а прототип машины времени или портал для телепортации инопланетных существ, способной изменить судьбу человечества? Слухи ходят самые фантастичные и страшные. В статье мы попытаемся разобраться, что такое адронный коллайдер и для чего он создавался.

Амбициозный проект человечества

Большой адронный коллайдер на сегодня является мощнейшим на планете ускорителем частиц. Он находится на границе Швейцарии и Франции. Точнее под нею: на глубине 100 метров залегает кольцевой тоннель ускорителя длиной почти 27 километров. Хозяином экспериментального полигона стоимостью, превышающей 10 миллиардов долларов, является Европейский центр ядерных исследований.

Огромное количество ресурсов и тысячи физиков-ядерщиков занимаются тем, что ускоряют протоны и тяжёлые ионы свинца до скорости, близкой к световой, в разных направлениях, после чего сталкивают их друг с другом. Результаты прямых взаимодействий тщательно изучаются.

Предложение создать новый ускоритель частиц поступило ещё в 1984 году. Десять лет велись различные дискуссии насчет того, что будет собой представлять адронный коллайдер, зачем нужен именно такой масштабный исследовательский проект. Только после обсуждения вопросов особенностей технического решения и требуемых параметров установки проект был утверждён. Строительство начали только в 2001 году, выделив для его размещения прежнего ускорителя элементарных частиц – большого электрон-позитронного коллайдера.

Зачем нужен большой адронный коллайдер

Взаимодействие элементарных частиц описывается по-разному. Теория относительности вступает в противоречия с квантовой теорией поля. Недостающим звеном в обретении единого подхода к строению элементарных частиц является невозможность создания теории квантовой гравитации. Вот зачем нужен адронный коллайдер повышенной мощности.

Общая энергия при столкновении частиц составляет 14 тераэлектронвольт, что делает устройство значительно более мощным ускорителем, чем все существующие сегодня в мире. Проведя эксперименты, ранее невозможные по техническим причинам, учёные с большой долей вероятности смогут документально подтвердить или опровергнуть существующие теории микромира.

Изучение кварк-глюонной плазмы, образующейся при столкновении ядер свинца, позволит построить более совершенную теорию сильных взаимодействий, которая сможет кардинально изменить ядерную физику и звёздного пространства.

Бозон Хиггса

В далёком 1960 году физик из Шотландии Питер Хиггс разработал теорию поля Хиггса, согласно которой частицы, попадающие в это поле, подвергаются квантовому воздействию, что в физическом мире можно наблюдать как массу объекта.

Если в ходе экспериментов удастся подтвердить теорию шотландского ядерного физика и найти бозон (квант) Хиггса, то это событие может стать новой отправной точкой для развития жителей Земли.

А открывшиеся управляющего гравитацией, многократно превысят все видимые перспективы развития технического прогресса. Тем более что передовых учёных больше интересует не само наличие бозона Хиггса, а процесс нарушения электрослабой симметрии.

Как он работает

Чтобы экспериментальные частицы достигли немыслимой для поверхности скорости, почти равной в вакууме, их разгоняют постепенно, каждый раз увеличивая энергию.

Сначала линейные ускорители делают инжекцию ионов и протонов свинца, которые после подвергают ступенчатому ускорению. Частицы через бустер попадают в протонный синхротрон, где получают заряд в 28 ГэВ.

На следующем этапе частицы попадают в супер-синхротрон, где энергия их заряда доводится до 450 ГэВ. Достигнув таких показателей, частицы попадают в главное многокилометровое кольцо, где в специально расположенных местах столкновения детекторы подробно фиксируют момент соударения.

Кроме детекторов, способных зафиксировать все процессы при столкновении, для удержания протонных сгустков в ускорителе используют 1625 магнитов, обладающих сверхпроводимостью. Общая их длина превышает 22 километра. Специальная для достижения поддерживает температуру −271 °C. Стоимость каждого такого магнита оценивается в один миллион евро.

Цель оправдывает средства

Для проведения таких амбициозных экспериментов и был построен самый мощный адронный коллайдер. Зачем нужен многомиллиардный научный проект, человечеству рассказывают с нескрываемым восторгом многие учёные. Правда, в случае новых научных открытий, скорее всего, они будут надёжно засекречены.

Даже можно сказать, наверняка. Подтверждением сему является вся история цивилизации. Когда придумали колесо, появились Освоило человечество металлургию – здравствуйте, пушки и ружья!

Все самые современные разработки сегодня становятся достоянием военно-промышленных комплексов развитых стран, но никак не всего человечества. Когда учёные научились расщеплять атом, что появилось первым? Атомные реакторы, дающие электроэнергию, правда, после сотен тысяч смертей в Японии. Жители Хиросимы однозначно были против научного прогресса, который забрал у них и их детей завтрашний день.

Техническое развитие выглядит насмешкой над людьми, потому что человек в нём скоро превратится в самое слабое звено. По теории эволюции, система развивается и крепнет, избавляясь от слабых мест. Может получиться в скором времени так, что нам не останется места в мире совершенствующейся техники. Поэтому вопрос “зачем нужен большой адронный коллайдер именно сейчас” на самом деле – не праздное любопытство, ибо вызван опасением за судьбу всего человечества.

Вопросы, на которые не отвечают

Зачем нам большой адронный коллайдер, если на планете миллионы умирают от голода и неизлечимых, а порой и поддающихся лечению болезней? Разве он поможет побороть это зло? Зачем нужен адронный коллайдер человечеству, которое при всём развитии техники вот уже как сто лет не может научиться успешно бороться с раковыми заболеваниями? А может, просто выгоднее оказывать дорогие медуслуги, чем найти способ исцелить? При существующем миропорядке и этическом развитии лишь горстке представителей человеческой расы весьма необходим большой адронный коллайдер. Зачем он нужен всему населению планеты, ведущему безостановочный бой за право жить в мире, свободном от посягательств на чью-либо жизнь и здоровье? История об этом умалчивает…

Опасения научных коллег

Есть другие представители научной среды, высказывающие серьёзные опасения по поводу безопасности проекта. Велика вероятность того, что научный мир в своих экспериментах, в силу своей ограниченности в знаниях, может утратить контроль над процессами, которые даже толком не изучены.

Такой подход напоминает лабораторные опыты юных химиков – всё смешать и посмотреть, что будет. Последний пример может закончиться взрывом в лаборатории. А если такой «успех» постигнет адронный коллайдер?

Зачем нужен неоправданный риск землянам, тем более что экспериментаторы не могут с полной уверенностью сказать, что процессы столкновений частиц, приводящие к образованию температур, превышающих в 100 тысяч раз температуру нашего светила, не вызовут цепной реакции всего вещества планеты?! Или просто вызовут способную фатально испортить отдых в горах Швейцарии или во французской Ривьере…

Информационная диктатура

Для чего нужен большой адронный коллайдер, когда человечество не может решить менее сложные задачи? Попытка замалчивания альтернативного мнения только подтверждает возможность непредсказуемости хода событий.

Наверное, там, где впервые появился человек, в него и была заложена эта двойственная особенность – делать благо и вредить себе одновременно. Быть может, нам ответ дадут открытия, которые подарит адронный коллайдер? Зачем нужен был этот рискованный эксперимент, будут решать уже наши потомки.

Техника: Наука и техника: Lenta.ru

Организация экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) представила предварительную версию доклада, в котором положительно оценила экономические и социальные последствия воздействия исследовательских инфраструктур Большого адронного коллайдера (БАК) в Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРНе). «Лента.ру» решила выяснить, за что ОЭСР похвалила ученых ЦЕРНа, а вместе с этим рассказать об открытиях европейских физиков в области элементарных частиц и интернета.

Прообраз ОЭСР основан в 1948 году для независимого анализа проектов экономической и социальной реабилитации послевоенной Европы в рамках плана Маршалла. В настоящее время в организацию входят 34 государства, на которых приходится около 60 процентов мирового ВВП. Среди основных участников — США, Япония, страны Западной Европы, Австралия, Чили, Мексика и другие. Из стран БРИКС Бразилия, Индия, Китай и Южно-Африканская Республика активно сотрудничают с организацией, а с Россией ОЭСР 13 марта 2014 года приостановила сотрудничество.

Кроме фундаментальных и сопутствующих им прикладных исследований в ЦЕРНе Тим Бернерс-Ли с коллегами изобрели вместе с созданием идентификаторов URI (в том числе протокола http) и языка гипертекста HTML технологию всемирной паутины World Wide Web. В 1991 году Бернерс-Ли впервые ввел в работу веб-сервер, сайт и браузер WorldWideWeb.

Работа ученых из ЦЕРНа является иллюстрацией общей ситуации, как фундаментальная наука способствует прогрессу прикладных технологий и всего общества в целом, а ее результаты дают ответ на вопрос о целесообразности подобных исследований.

Соглашение о создании ЦЕРНа было подписано в Париже в 1953 году представителями 12 европейских стран. Сегодня число стран — участников проекта равняется 20, общее количество сотрудников равно примерно 2,5 тысячам человек, дополнительно в ЦЕРНе трудятся около восьми тысяч физиков из 85 стран мира. Россия в ЦЕРНе имеет статус наблюдателя.

Магниты и адронная терапия

Эксперты из ОЭСР особое внимание уделили двум проектам ЦЕРНа: созданию сверхпроводящих магнитов и адронной терапии для лечения раковых опухолей. По мнению экспертов, наработанные в ЦЕРНе технологии по созданию, монтажу и эксплуатации сверхпроводящих магнитов в скором времени найдут широкое применение в массовой промышленности.

Установка для ускорения ионов низких энергий

Фото: CERN

Медицинскими исследованиями ЦЕРН занимается с 1986 года. По словам специалистов ОЭСР, основной причиной успеха ученых в адронной терапии являются особенности иерархии в отношениях между учеными, студентами и младшими сотрудниками, позволяющие быстро и легко обмениваться идеями с руководителями лабораторий и административным персоналом.

Здание в Протвино, где размещена сборка установок для протонной терапии

Фото: ЗАО «ПРОТОМ»

Адронная терапия в ЦЕРНе основана на работе PIMMS (Proton Ion Medical Machine Study), который был спроектирован за три года — с 1996 по 1999-й. Ученые проекта сотрудничают с онкологическими центрами многих стран мира, например, Национальным центром онкологической адронной терапии в Павии (Италия) и центром MEDAUSTRON в Австрии. Технологии ЦЕРНа используются для создания центров протонной терапии в целом ряде стран. В России — в Институте теоретической и экспериментальной физики имени Алиханова в Москве, где с 1969 года прошли лечение более четырех тысяч человек, а также в Санкт-Петербурге и Дубне, а в Протвино тестируется терапия ионами углерода.

ЦЕРН: физика частиц

В ЦЕРНе был совершен ряд важных открытий в физике элементарных частиц, например, обнаружение нейтральных токов при помощи пузырьковой камеры в первой половине 1970-х годов и промежуточных векторных бозонов электрослабой теории в 1983-м.

Материалы по теме:

Нейтральные токи представляют собой проявление слабого взаимодействия, заключающееся в обмене виртуальными Z0-бозонами между кварками и лептонами без изменения заряда, в отличие от заряженного тока, в котором участвуют W±-бозоны. Существование токов следует из теории электрослабых взаимодействий Салама-Глешоу-Вайнберга, они были теоретически предсказаны авторами в 1973 году. Первоначально наличие таких процессов считалось недостатком электрослабой теории, однако эксперименты в ЦЕРНе изменили такую точку зрения.

Материалы по теме:

Сами частицы, W±– и Z0-бозоны, были открыты в первой половине 1980-х годов в ходе экспериментов на протонном суперсинхротоне (SPS, Super Proton Synchrotron). Коллайдер был рассчитан на энергии порядка 400 гигаэлектронвольт, длина его кольца достигала 6,9 километра. В настоящее время он используется как предускоритель протонов для Большого адронного коллайдера. Открытие бозонов позволило подтвердить правильность электрослабой теории и присудить ее авторам Нобелевскую премию

В 1989 году в ЦЕРНе было определено количество сортов нейтрино (три сорта — электронное, мюонное и таонное). В 1995-м учеными организации впервые получен атом антиводорода, а 2001 году совершено открытие прямого CP-нарушения в двухпионных распадах нейтральных каонов.

Диаграмма Фейнмана, дающая основной вклад в CP-нарушение

В результате обмена виртуальными промежуточными W±-бозонами каон осциллирует (меняет свою странность).. Изображение: Skaller & Maksim/ wikipedia.org

CP-сохранение — это инвариантность (неизменность) уравнений теории относительно одновременной замены ее частиц на античастицы (так называемое зарядовое сопряжение) и зеркального отображения положения (в трехмерном пространстве) частиц.

Туннель Большого электрон-позитронного коллайдера во время подготовки для переоборудования под нужды БАК

Фото: Juhanson/ wikipedia.org

В 2012 году В ЦЕРНе открыли частицу со свойствами бозона Хиггса. Ее масса оценивается в 125-126 гигаэлектронвольт, свойства частицы совпадают со свойствами бозона Хиггса Стандартной модели. Это открытие послужило заключительным этапом подтверждения правильности идей, положенных в основу Стандартной модели.

ЦЕРН: технология World Wide Web

Для нужд ЦЕРНа британский ученый Тим Бернерс-Ли и нидерландец Роберт Кайо изобрели технологию Всемирной паутины World Wide Web (WWW). Работая в 1980 году в ЦЕРНе, Бернерс-Ли написал программу Enquire, представляющую собой систему обмена документами, которая включала в себя гиперссылки, базу данных и возможность редактирования документов.

Тимоти Джон Бернерс-Ли

Фото: Paul Clarke/ wikipedia.org

В 1989-м, используя наработки от Enquire, ученые решили создать глобальную систему связанных гипертекстовых документов — современную WWW. Для этого программисты вместе с коллегами впервые создали идентификаторы URI, в том числе протокол HTTP и язык HTML.

В 1970 и 1980 году уже существовали компьютерные сети, в основном в крупных западных университетах и военных ведомствах некоторых стран. Однако работы Тима Бернерс-Ли и его коллег способствовали широкой унификации и популяризации таких технологий. Ученым удалось в первую очередь существенно улучшить гипертекстовое представление данных и реализовать набор прикладных протоколов, обеспечивающих взаимодействие удаленных серверов, содержащих необходимые данные.

Так, сеть ARPANET (Advanced Research Projects Agency Network), первоначально созданная по инициативе военных (для целей связи в случае войны) в США в 1969 году и считающаяся прототипом Интернета, прекратила свое существование в 1990-м. На момент своего создания она объединяла четыре университета: Калифорнийские университеты в Лос-Анджелесе и Санта-Барбаре, Стэнфордский университет и Университет Юты. В 1973 году к сети были подключены Норвегия и Великобритания. На смену ARPANET пришла NSFNet с увеличенной пропускной способностью, являвшаяся до середины 1990-х годов публичной сетью. В настоящее время на основе NSFNet развивается проект Internet2, предназначенный для высокоскоростной связи мощных серверов.

URI (Uniform Resource Identifier) — универсальный идентификатор ресурса, представляющий собой строку из символов, определяющую название и адрес какого-либо источника данных или документа. URI включает в себя два типа идентификаторов: URL и URN.

URL (Uniform Resource Locator) — единый указатель ресурсов, показывает адрес и название источника. Современные схемы URL включают в себя такие известные протоколы, как, например, ftp, http, https и протоколы skype для одноименной программы для видеосвязи и bitcoin для криптовалюты.

URN (Uniform Resource Name) — унифицированное название ресурса; протокол позволяет идентифицировать документ не по его местоположению, а по другим параметрам, например, по IP-адресу и имени, которое остается в случае использования такого протокола неизменным. Считается, что технология URN придет на смену URL.

HTML (HyperText Markup Language) — типизированный язык разметки гипертекста, используемый в Интернете. Язык создавался Бернерсом-Ли во второй половине 1980-х годов до начала 1990-х в ЦЕРНе и предназначался для облегчения доступа ученых к базам данных, содержащих информацию по физике частиц и технические материалы по устройствам ускорителей. Гипертекст позволяет извлекать информацию из документа нелинейным образом, не читая документ от начала до конца, а переходя по гиперссылкам с одного документа на другой.

В 1991 году Бернерс-Ли в рамках проекта WWW впервые ввел в работу веб-сервер, сайт и браузер WorldWideWeb (позже переименованный в Nexus).

Первый веб-браузер WorldWideWeb

Изображение: Tim Berners-Lee for CERN

Таким образом, к концу 1980-х годов ЦЕРН стал форпостом использования интернета в Европе. Будучи первоначально закрытой сетью, предназначенной к использованию внутри ЦЕРНа, 30 апреля 1993-го система стала открытой для всего мира.

Документ ЦЕРНа, опубликованный 30 апреля 1993 года, разрешающий свободное использование технологий WWW

Фото: CERN

Начиная с конца 1990-х годов в ЦЕРНе интенсивно развивается технология грид-вычислений (от английского grid — решетка, сеть). Эта система представляет собой объединение компьютеров, мощности которых используются совместным образом для проведения ресурсоемких вычислений. В ЦЕРНе для обеспечения обработки данных, поступающих с Большого адронного коллайдера, функционирует грид LCG (LHC Computing Grid), доступ к которому имеет 11 академических организаций мира, одновременно выступающих резервными хранилищами данных, к которым подключены остальные — примерно 150 — заведений второго уровня.

Считается, что объем данных, генерируемых коллайдером, увеличивается на порядка 10 петабайт (1015 байт) каждый год. Для сравнения, Google в сутки со всего мира обрабатывает данные в объеме немногим менее 30 петабайт.

результаты работы Большого адронного коллайдера

Где находится большой адронный коллайдер?

В 2008 году CERN (Европейский совет ядерных исследований) завершил строительство сверхмощного ускорителя частиц, названного Большой адронный коллайдер. По-английски: LHC – Large Hadron Collider. CERN – международная межправительственная научная организация, образованная в 1955 году. По сути, это главная лаборатория мира в областях высоких энергий, физики частиц и солнечной энергетики . Членами организации являются порядка 20 стран.

Зачем нужен большой адронный коллайдер?

В окрестностях Женевы в 27-километровом (26 659 м) круговом бетонном тоннеле создано кольцо сверхпроводящих магнитов для разгона протонов. Предполагается, что ускоритель поможет не только проникнуть в тайны микроструктуры материи, но и позволит продвинуться в поисках ответа на вопрос о новых источниках энергии в глубине материи.

С этой целью одновременно со строительством самого ускорителя (стоимостью свыше 2 млрд долларов) созданы четыре детектора частиц. Из них два больших универсальных (CMS и ATLAS) и два – более специализированных. Общая стоимость детекторов приближается также к 2 млрд долларов. В каждом из больших проектов CMS и ATLAS приняли участие свыше 150 институтов из 50 стран, в том числе российских и белорусских.

Охота за неуловимым бозоном Хиггса

Как работает адронный коллайдер ускоритель? Коллайдер – это крупнейший ускоритель протонов, работающий на встречных пучках. В результате ускорения каждый из пучков будет иметь энергию в лабораторной системе 7 тераэлектрон-вольт (ТэВ), то есть 7×1012 электрон-вольт. При столкновении протонов образуется множество новых частиц, которые будут регистрироваться детекторами. После анализа вторичных частиц полученные данные помогут ответить на фундаментальные вопросы, волнующие ученых, занимающихся физикой микромира и астрофизикой. В числе главных вопросов – экспериментальное обнаружение бозона Хиггса.

Ставший «знаменитым» бозон Хиггса – гипотетическая частица, являющаяся одним из главных компонентов так называемой стандартной, классической модели элементарных частиц. Назван по имени британского теоретика Питера Хиггса, предсказавшего его существование в 1964 году. Считается, что хиггсовские бозоны, будучи квантами поля Хиггса, имеют отношение к фундаментальным вопросам физики. В частности – к концепции происхождения масс элементарных частиц.

2-4 июля 2012 ряд экспериментов на коллайдере выявили некую частицу, которую можно соотнести с бозоном Хиггса. Причем, данные подтвердились при измерении и системой ATLAS, и системой CMS. До сих пор идут споры, действительно ли открыт пресловутый бозон Хиггса, или это другая частица. Факт в том, что обнаруженный бозон – самый тяжелый из ранее фиксировавшихся. Для решения фундаментального вопроса были приглашены ведущие физики мира: Джеральд Гуральник, Карл Хаген, Франсуа Энглер и сам Питер Хиггс, теоретически обосновавший в далеком 1964 году существование бозона, названного в его честь. После анализа массива данных, участники исследования склонны считать, что бозон Хиггса действительно обнаружен.

Многие физики надеялись, что при исследовании бозона Хиггса выявятся «аномалии», которые заставили бы говорить о так называемой «Новой физике». Однако к концу 2014 года обработан почти весь массив данных, накопленный за три предыдущих года в результате экспериментов на БАК, и интригующих отклонений (за исключением отдельных случаев) не выявлено. На поверку оказалось, что двухфотонный распад пресловутого бозона Хиггса оказался, по словам исследователей, «слишком стандартным». Впрочем, намеченные на весну 2015 года эксперименты могут удивить научный мир новыми открытиями.

Не бозоном единым

Поиск бозона Хиггса – не самоцель гигантского проекта. Для ученых также важен поиск новых видов частиц, позволяющих судить о едином взаимодействии природы на ранней стадии существования Вселенной. Сейчас ученые различают четыре фундаментальных взаимодействия природы: сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное. Теория предполагает, что на начальной стадии Вселенной, возможно, существовало единое взаимодействие. Если новые частицы будут открыты, то подтвердится эта версия.

Физиков также волнует вопрос о загадочном происхождении массы частиц. Почему частицы вообще имеют массу? И почему они имеют такие массы, а не другие? Попутно здесь всегда имеется в виду формула Е =mc ². В любом материальном объекте есть энергия. Вопрос в том, как ее высвободить. Как создать такие технологии, которые позволили бы высвобождать ее из вещества с максимальным коэффициентом полезного действия? На сегодня это основной вопрос энергетики.

Иными словами, проект Большого адронного коллайдера поможет ученым найти ответы на фундаментальные вопросы и расширить знания о микромире и, таким образом, – о происхождении и развитии Вселенной.

Вклад белорусских и российских ученых и инженеров в создание БАК

На этапе строительства европейские партнеры из CERN обратились к группе белорусских ученых, имеющих серьезные наработки в этой области, принять участие в создании детекторов для LHC с самого начала проекта. В свою очередь, белорусские ученые пригласили к сотрудничеству коллег Объединенного института ядерных исследований из наукограда Дубна и других российских институтов. Специалисты единой командой приступили к работе над так называемым детектором CMS – «Компактным мюонным соленоидом». Он состоит из многих сложнейших подсистем, каждая из которых сконструирована так, чтобы выполнялись специфические задачи, при этом совместно они обеспечивают идентификацию и точное измерение энергий и углов вылета всех частиц, рождающихся в момент протонных столкновений в БАК.

Белорусско-российские специалисты также участвовали в создании детектора ATLAS. Это установка высотой 20 м, способная измерить траектории частиц с высокой точностью: до 0,01 мм. Чувствительные датчики внутри детектора содержат около 10 млрд транзисторов. Приоритетная цель эксперимента ATLAS состоит в обнаружении бозона Хиггса, изучении его свойств.

Без преувеличения, наши ученые внесли существенный вклад в создание детекторов CMS и ATLAS. Некоторые важные компоненты были изготовлены на минском Машиностроительном заводе им. Октябрьской революции (МЗОР). В частности – торцевые адронные калориметры для эксперимента CMS. Кроме того, завод произвел весьма сложные элементы магнитной системы детектора ATLAS. Это крупногабаритные изделия, требующие владения специальными технологиями обработки металлов и сверхточной обработки. По оценке техников CERN, заказы были выполнены блестяще.

Нельзя недооценивать и «вклад личностей в историю». Например, инженер кандидат технических наук Роман Стефанович ответственен в проекте CMS за сверхточную механику. В шутку даже говорят, что без него CMS не был бы собран. Но если серьезно, то можно вполне определенно утверждать: без него сроки сборки и наладки при требуемом качестве не были бы выдержаны. Другой наш инженер-электронщик Владимир Чеховский, пройдя достаточно сложный конкурс, сегодня отлаживает электронику детектора CMS и его мюонных камер.

Наши ученые участвуют как в запуске детекторов, так и в лабораторной части, в их эксплуатации, поддержании и обновлении. Ученые из Дубны и их белорусские коллеги полноправно занимают свои места в международном физическом сообществе CERN, которое трудится ради получения новой информации о глубинных свойствах и строении материи.

Где находится большой адронный коллайдер?

В 2008 году CERN (Европейский совет ядерных исследований) завершил строительство сверхмощного ускорителя частиц, названного Большой адронный коллайдер. По-английски: LHC – Large Hadron Collider. CERN – международная межправительственная научная организация, образованная в 1955 году. По сути, это главная лаборатория мира в областях высоких энергий, физики частиц и солнечной энергетики . Членами организации являются порядка 20 стран.

Зачем нужен большой адронный коллайдер?

В окрестностях Женевы в 27-километровом (26 659 м) круговом бетонном тоннеле создано кольцо сверхпроводящих магнитов для разгона протонов. Предполагается, что ускоритель поможет не только проникнуть в тайны микроструктуры материи, но и позволит продвинуться в поисках ответа на вопрос о новых источниках энергии в глубине материи.

С этой целью одновременно со строительством самого ускорителя (стоимостью свыше 2 млрд долларов) созданы четыре детектора частиц. Из них два больших универсальных (CMS и ATLAS) и два – более специализированных. Общая стоимость детекторов приближается также к 2 млрд долларов. В каждом из больших проектов CMS и ATLAS приняли участие свыше 150 институтов из 50 стран, в том числе российских и белорусских.

Охота за неуловимым бозоном Хиггса

Как работает адронный коллайдер ускоритель? Коллайдер – это крупнейший ускоритель протонов, работающий на встречных пучках. В результате ускорения каждый из пучков будет иметь энергию в лабораторной системе 7 тераэлектрон-вольт (ТэВ), то есть 7×1012 электрон-вольт. При столкновении протонов образуется множество новых частиц, которые будут регистрироваться детекторами. После анализа вторичных частиц полученные данные помогут ответить на фундаментальные вопросы, волнующие ученых, занимающихся физикой микромира и астрофизикой. В числе главных вопросов – экспериментальное обнаружение бозона Хиггса.

Ставший «знаменитым» бозон Хиггса – гипотетическая частица, являющаяся одним из главных компонентов так называемой стандартной, классической модели элементарных частиц. Назван по имени британского теоретика Питера Хиггса, предсказавшего его существование в 1964 году. Считается, что хиггсовские бозоны, будучи квантами поля Хиггса, имеют отношение к фундаментальным вопросам физики. В частности – к концепции происхождения масс элементарных частиц.

2-4 июля 2012 ряд экспериментов на коллайдере выявили некую частицу, которую можно соотнести с бозоном Хиггса. Причем, данные подтвердились при измерении и системой ATLAS, и системой CMS. До сих пор идут споры, действительно ли открыт пресловутый бозон Хиггса, или это другая частица. Факт в том, что обнаруженный бозон – самый тяжелый из ранее фиксировавшихся. Для решения фундаментального вопроса были приглашены ведущие физики мира: Джеральд Гуральник, Карл Хаген, Франсуа Энглер и сам Питер Хиггс, теоретически обосновавший в далеком 1964 году существование бозона, названного в его честь. После анализа массива данных, участники исследования склонны считать, что бозон Хиггса действительно обнаружен.

Многие физики надеялись, что при исследовании бозона Хиггса выявятся «аномалии», которые заставили бы говорить о так называемой «Новой физике». Однако к концу 2014 года обработан почти весь массив данных, накопленный за три предыдущих года в результате экспериментов на БАК, и интригующих отклонений (за исключением отдельных случаев) не выявлено. На поверку оказалось, что двухфотонный распад пресловутого бозона Хиггса оказался, по словам исследователей, «слишком стандартным». Впрочем, намеченные на весну 2015 года эксперименты могут удивить научный мир новыми открытиями.

Не бозоном единым

Поиск бозона Хиггса – не самоцель гигантского проекта. Для ученых также важен поиск новых видов частиц, позволяющих судить о едином взаимодействии природы на ранней стадии существования Вселенной. Сейчас ученые различают четыре фундаментальных взаимодействия природы: сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное. Теория предполагает, что на начальной стадии Вселенной, возможно, существовало единое взаимодействие. Если новые частицы будут открыты, то подтвердится эта версия.

Физиков также волнует вопрос о загадочном происхождении массы частиц. Почему частицы вообще имеют массу? И почему они имеют такие массы, а не другие? Попутно здесь всегда имеется в виду формула Е =mc ². В любом материальном объекте есть энергия. Вопрос в том, как ее высвободить. Как создать такие технологии, которые позволили бы высвобождать ее из вещества с максимальным коэффициентом полезного действия? На сегодня это основной вопрос энергетики.

Иными словами, проект Большого адронного коллайдера поможет ученым найти ответы на фундаментальные вопросы и расширить знания о микромире и, таким образом, – о происхождении и развитии Вселенной.

Вклад белорусских и российских ученых и инженеров в создание БАК

На этапе строительства европейские партнеры из CERN обратились к группе белорусских ученых, имеющих серьезные наработки в этой области, принять участие в создании детекторов для LHC с самого начала проекта. В свою очередь, белорусские ученые пригласили к сотрудничеству коллег Объединенного института ядерных исследований из наукограда Дубна и других российских институтов. Специалисты единой командой приступили к работе над так называемым детектором CMS – «Компактным мюонным соленоидом». Он состоит из многих сложнейших подсистем, каждая из которых сконструирована так, чтобы выполнялись специфические задачи, при этом совместно они обеспечивают идентификацию и точное измерение энергий и углов вылета всех частиц, рождающихся в момент протонных столкновений в БАК.

Белорусско-российские специалисты также участвовали в создании детектора ATLAS. Это установка высотой 20 м, способная измерить траектории частиц с высокой точностью: до 0,01 мм. Чувствительные датчики внутри детектора содержат около 10 млрд транзисторов. Приоритетная цель эксперимента ATLAS состоит в обнаружении бозона Хиггса, изучении его свойств.

Без преувеличения, наши ученые внесли существенный вклад в создание детекторов CMS и ATLAS. Некоторые важные компоненты были изготовлены на минском Машиностроительном заводе им. Октябрьской революции (МЗОР). В частности – торцевые адронные калориметры для эксперимента CMS. Кроме того, завод произвел весьма сложные элементы магнитной системы детектора ATLAS. Это крупногабаритные изделия, требующие владения специальными технологиями обработки металлов и сверхточной обработки. По оценке техников CERN, заказы были выполнены блестяще.

Нельзя недооценивать и «вклад личностей в историю». Например, инженер кандидат технических наук Роман Стефанович ответственен в проекте CMS за сверхточную механику. В шутку даже говорят, что без него CMS не был бы собран. Но если серьезно, то можно вполне определенно утверждать: без него сроки сборки и наладки при требуемом качестве не были бы выдержаны. Другой наш инженер-электронщик Владимир Чеховский, пройдя достаточно сложный конкурс, сегодня отлаживает электронику детектора CMS и его мюонных камер.

Наши ученые участвуют как в запуске детекторов, так и в лабораторной части, в их эксплуатации, поддержании и обновлении. Ученые из Дубны и их белорусские коллеги полноправно занимают свои места в международном физическом сообществе CERN, которое трудится ради получения новой информации о глубинных свойствах и строении материи.

Об этом загадочном устройстве ходит множество слухов, многие утверждают что он уничтожит Землю, создав искусственную черную дыру и положив конец существованию человечества. В реальности же это устройство может вывести человечество на совершенно новый уровень, благодаря исследованиям, проведенным учеными. В этой теме я попытался собрать всю необходимую информацию для того, чтоб у вас сложилось впечатление о том, что такое Большой адронный коллайдер (БАК)

Итак, в этой теме собрано все, что вам нужно знать об адронном коллайдере. 30 марта 2010 года в CERN (европейская организация ядерных исследований) произошло историческое событие – после нескольких неудачных попыток и множества модернизаций создание самой большой в мире машины для разрушения атомов было окончено. Предварительные тесты, инициирующие столкновения протонов на относительно низкой скорости проводились в течение 2009 и при этом не возникло никаких существенных проблем. Готовилась почва для экстраординарного эксперимента, который будет проведен весной 2010. У основной экспериментальной модели БАК в основе заложено столкновение двух протонных лучей, которые сталкиваются на максимальной скорости. Это мощнейшее столкновение разрушает протоны, создавая экстраординарные энергии и новые элементарные частицы. Эти новые атомные частицы чрезвычайно непостоянны и могут существовать лишь в течение доли секунды. Аналитический аппарат, входящий в состав БАК, может сделать запись этих событий и детально проанализировать. Таким образом ученые пытаются смоделировать возникновение черных дыр.

30 марта 2010, два луча протонов были выпущены в 27-километровый тоннель Большого Адронного Коллайдера в противоположных направлениях. Они были ускорены до скорости света, на которой и произошло столкновение. Была зарегистрирована побивающая рекорды энергия 7 TeV (7 тераэлектронвольт). Величина этой энергии рекордная и имеет очень важные значения. Теперь давайте познакомимся с самыми важными составляющими БАК – датчиками и детекторами, которые регистрируют происходящее во фракциях за те доли секунд, в течение которых происходит столкновение протонных лучей. Есть три датчика, выполняющие центральные роли во время столкновения 30 марта 2010 – это одни из важнейших частей коллайдера, играющие ключевую роль во время сложных экспериментов CERN. На диаграмме показано расположение четырех основных экспериментов (ALICE, ATLAS, CMS и LHCb), которые являются ключевыми проектами БАК. На глубине от 50 до 150 метров под землей были выкопаны огромные пещеры специально для гигантских датчиков-детекторов


Начнем с проекта под названием ALICE (аббревиатура от Большой экспериментальный ионный коллайдер). Это одна из шести экспериментальных установок, построенных на БАК. ALICE настроена для исследования столкновений тяжёлых ионов. Температура и плотность энергии образованной при этом ядерной материи достаточной для рождения глюонной плазмы. На фотографии детектор ALICE и все его 18 модулей


Внутренняя система слежения (ITS) в ALICE состоит из шести цилиндрических слоев кремниевых датчиков, окружающих пункт столкновения и измеряющих свойства и точные положения появляющихся частиц. Таким образом могут быть легко обнаружены частицы, содержащие тяжелый кварк

Одним из основных экспериментов БАК является также ATLAS. Эксперимент проводится на специальном детекторе, предназначенном для исследования столкновений между протонами. Длина ATLAS – 44 метра, 25 метров в диаметре и вес приблизительно 7000 тонн. В центре тоннеля сталкиваются лучи протонов, это самый большой и самый сложный из когда либо построенных датчиков такого типа. Датчик фиксирует все, что происходит во время и после столкновения протонов. Целью проекта является обнаружение частиц, до этого не зарегистрированных и не обнаруженных в нашей вселенной.

Открытие и подтверждение Бозона Хиггса – важнейший приоритет Большого Адронного Коллайдера, потому что это открытие подтвердило бы Стандартную Модель возникновения элементарных атомных частиц и стандартной материи. Во время запуска коллайдера на полную мощность целостность Стандартной Модели будет разрушена. Элементарные частицы, свойства которых мы понимаем лишь частично, не будут в состоянии поддерживать свою структурную целостность. У Стандартной Модели есть верхняя граница энергии 1 TeV, при увеличении которой частица распадается. При энергии в 7 TeV могли бы быть созданы частицы с массами, в десять раз больше чем ныне известные. Правда они будут очень непостоянны, но ATLAS разработан, чтобы обнаружить их в те доли секунды, прежде чем они “исчезнут”

Это фото считается самым лучшим из всех фотографий Большого Адронного Коллайдера:

Компактный мюонный соленоид (Compact Muon Solenoid ) является одним из двух огромных универсальных детекторов элементарных частиц на БАК. Около 3600 ученых из 183 лабораторий и университетов 38 стран, поддерживают работу CMS, которая построила этот детектор и работает с ним. Соленоид расположен под землей в Цесси на территории Франции, близ границы со Швейцарией. На схеме показано устройство CMS, о котором мы и расскажем подробнее


Самый внутренний слой – основанный на кремнии трекер. Трекер – самый большой в мире кремниевый датчик. У этого есть 205 m2 кремниевых датчиков (приблизительно область теннисного корта), включающих 76 миллионов каналов. Трекер позволяет измерять следы заряженных частиц в электромагнитном поле

На втором уровне находиться Электромагнитный калориметр. Адронный Калориметр, находящийся на следующем уровне, измеряет энергию отдельных адронов, произведенных в каждом случае

Следующий слой CMS Большого Адронного Коллайдера – огромный магнит. Большой Соленоидный Магнит составляет 13 метров в длину и имеет 6-метровый диаметр. Состоит он из охлаждаемых катушек, сделанных из ниобия и титана. Этот огромный соленоидный магнит работает на полную силу, чтоб максимизировать время существования частиц


5 слой – Мюонные детекторы и ярмо возврата. CMS предназначен для исследования различных типов физики, которые могли бы быть обнаружены в энергичных столкновениях LHC. Некоторые из этих исследований заключаются в подтверждении или улучшенных измерениях параметров Стандартной Модели, в то время как многие другие – в поисках новой физики.


Очень немного информации доступно об эксперименте 30 марта 2010, Но один факт известен точно. CERN сообщила, что был зарегистрирован беспрецедентный выброс энергии на третьей попытке запуска коллайдера, когда лучи протонов мчались вокруг 27-километрового тоннеля и затем столкнулись на скорости света. Рекордный зарегистрированный уровень энергии был зафиксирован на максимуме, который может выдать в его текущей конфигурации – приблизительно 7 TeV. Именно такое количество энергии было характерно для первых секунд начала Большого Взрыва, давшего начало существованию нашей вселенной. Изначально такой уровень энергии не ожидался, но результат превзошел все ожидания

На схеме показано, как ALICE фиксирует рекордный выброс энергии в 7 TeV:

Этот эксперимент будет повторен сотни раз в течение 2010 года. Чтобы вы поняли, насколько сложен этот процесс, можно привести аналогию разгону частиц в коллайдере. По сложности это равнозначно например выстрелу иголками с острова Ньюфаундленд с такой идеальной точностью, чтобы эти иглы столкнулись где-нибудь в Атлантике, облетев весь Земной шар. Главная цель – обнаружение элементарной частицы – Бозона Хиггса, которая лежит в основе Стандартной Модели построения вселенной

При удачном исходе всех этих экспериментов мир самых тяжелых частиц в 400 ГэВ (так называемая Темная Материя)может наконец быть открыт и исследован.

8 февраля 2013 | Категории: Места , Технологии , Архитектура

Рейтинг:+9 Автор статьи: Bergman Просмотров:33492

Сокращённо БАК (англ. Large Hadron Collider, сокращённо LHC) – ускоритель заряженных частиц на встречных пучках, предназначенный для разгона протонов и тяжёлых ионов (ионов свинца) и изучения продуктов их соударений. Коллайдер построен в ЦЕРНе (Европейский совет ядерных исследований), находящемся около Женевы, на границе Швейцарии и Франции. БАК является самой крупной экспериментальной установкой в мире. В строительстве и исследованиях участвовали и участвуют более 10 тыс. учёных и инженеров из более чем 100 стран.

Большим назван из-за своих размеров: длина основного кольца ускорителя составляет 26 659 м; адронным – из-за того, что он ускоряет адроны, то есть тяжёлые частицы, состоящие из кварков; коллайдером (англ. collider – сталкиватель) – из-за того, что пучки частиц ускоряются в противоположных направлениях и сталкиваются в специальных точках столкновения.

Технические характеристики BAK

В ускорителе предполагается сталкивать протоны с суммарной энергией 14 ТэВ (то есть 14 тераэлектронвольт или 14·1012 электронвольт) в системе центра масс налетающих частиц, а также ядра свинца с энергией 5 ГэВ (5·109 электронвольт) на каждую пару сталкивающихся нуклонов. На начало 2010 года БАК уже несколько превзошел по энергии протонов предыдущего рекордсмена – протон-антипротонный коллайдер Тэватрон, который до конца 2011 года работал в Национальной ускорительной лаборатории им. Энрико Ферми (США). Несмотря на то, что наладка оборудования растягивается на годы и ещё не завершена, БАК уже стал самым высокоэнергичным ускорителем элементарных частиц в мире, на порядок превосходя по энергии остальные коллайдеры, в том числе и релятивистский коллайдер тяжёлых ионов RHIC, работающий в Брукхейвенской лаборатории (США).

Светимость БАК во время первых недель работы пробега была не более 1029 частиц/см 2 ·с, тем не менее она продолжает постоянно повышаться. Целью является достижение номинальной светимости в 1,7·1034 частиц/см 2 ·с, что по порядку величины соответствует светимостям BaBar (SLAC, США) и Belle (англ.) (KEK, Япония).

Ускоритель расположен в том же туннеле, который прежде занимал Большой электрон-позитронный коллайдер . Туннель с длиной окружности 26,7 км проложен под землёй на территории Франции и Швейцарии. Глубина залегания туннеля – от 50 до 175 метров, причём кольцо туннеля наклонено примерно на 1,4 % относительно поверхности земли. Для удержания, коррекции и фокусировки протонных пучков используются 1624 сверхпроводящих магнита, общая длина которых превышает 22 км. Магниты работают при температуре 1,9 K (-271 °C), что немного ниже температуры перехода гелия в сверхтекучее состояние.

Детекторы БАК

На БАК работают 4 основных и 3 вспомогательных детектора:

  • ALICE (A Large Ion Collider Experiment)
  • ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS)
  • CMS (Compact Muon Solenoid)
  • LHCb (The Large Hadron Collider beauty experiment)
  • TOTEM (TOTal Elastic and diffractive cross section Measurement)
  • LHCf (The Large Hadron Collider forward)
  • MoEDAL (Monopole and Exotics Detector At the LHC).

ATLAS, CMS, ALICE, LHCb – большие детекторы, расположенные вокруг точек столкновения пучков. Детекторы TOTEM и LHCf – вспомогательные, находятся на удалении в несколько десятков метров от точек пересечения пучков, занимаемых детекторами CMS и ATLAS соответственно, и будут использоваться попутно с основными.

Детекторы ATLAS и CMS – детекторы общего назначения, предназначены для поиска бозона Хиггса и «нестандартной физики», в частности тёмной материи, ALICE – для изучения кварк-глюонной плазмы в столкновениях тяжёлых ионов свинца, LHCb – для исследования физики b-кварков, что позволит лучше понять различия между материей и антиматерией, TOTEM – предназначен для изучения рассеяния частиц на малые углы, таких что происходит при близких пролётах без столкновений (так называемые несталкивающиеся частицы, forward particles), что позволяет точнее измерить размер протонов, а также контролировать светимость коллайдера, и, наконец, LHCf – для исследования космических лучей, моделируемых с помощью тех же несталкивающихся частиц.

С работой БАК связан также седьмой, совсем незначительный в плане бюджета и сложности, детектор (эксперимент) MoEDAL, предназначенный для поиска медленно движущихся тяжёлых частиц.

Во время работы коллайдера столкновения проводятся одновременно во всех четырёх точках пересечения пучков, независимо от типа ускоряемых частиц (протоны или ядра). При этом все детекторы одновременно набирают статистику.

Ускорение частиц в коллайдере

Скорость частиц в БАК на встречных пучках близка к скорости света в вакууме. Разгон частиц до таких больших энергий достигается в несколько этапов. На первом этапе низкоэнергетичные линейные ускорители Linac 2 и Linac 3 производят инжекцию протонов и ионов свинца для дальнейшего ускорения. Затем частицы попадают в PS-бустер и далее в сам PS (протонный синхротрон), приобретая энергию в 28 ГэВ. При этой энергии они уже движутся со скоростью близкой к световой. После этого ускорение частиц продолжается в SPS (протонный суперсинхротрон), где энергия частиц достигает 450 ГэВ. Затем сгусток протонов направляют в главное 26,7-километровое кольцо, доводя энергию протонов до максимальных 7 ТэВ, и в точках столкновения детекторы фиксируют происходящие события. Два встречных пучка протонов при полном заполнении могут содержать 2808 сгустков каждый. На начальных этапах отладки процесса ускорения циркулируют лишь по одному сгустку в пучке длиной несколько сантиметров и небольшого поперечного размера. Затем начинают увеличивать количество сгустков. Сгустки располагаются в фиксированных позициях относительно друг друга, которые синхронно движутся вдоль кольца. Сгустки в определённой последовательности могут сталкиваться в четырёх точках кольца, где расположены детекторы частиц.

Кинетическая энергия всех сгустков адронов в БАКе при полном его заполнении сравнима с кинетической энергией реактивного самолета, хотя масса всех частиц не превышает нанограмма и их даже нельзя увидеть невооружённым глазом. Такая энергия достигается за счёт скорости частиц, близкой к скорости света.

Сгустки проходят полный круг ускорителя быстрее, чем за 0,0001 сек, совершая, таким образом, свыше 10 тыс. оборотов в секунду

Цели и задачи БАК

Главная задача Большого адронного коллайдера – выяснить устройство нашего мира на расстояниях меньше 10 –19 м, “прощупав” его частицами с энергией несколько ТэВ. К настоящему времени уже накопилось много косвенных свидетельств того, что на этом масштабе физикам должен открыться некий «новый пласт реальности», изучение которого даст ответы на многие вопросы фундаментальной физики. Каким именно окажется этот пласт реальности – заранее не известно. Теоретики, конечно, предложили уже сотни разнообразных явлений, которые могли бы наблюдаться на энергиях столкновений в несколько ТэВ, но именно эксперимент покажет, что на самом деле реализуется в природе.

Поиск Новой физики Стандартную модель не может считаться окончательной теорией элементарных частиц. Она должна быть частью некоторой более глубокой теории строения микромира, той частью, которая видна в экспериментах на коллайдерах при энергиях ниже примерно 1 ТэВ. Такие теории коллективно называют «Новая физика» или «За пределами Стандартной модели». Главная задача Большого адронного коллайдера – получить хотя бы первые намеки на то, что это за более глубокая теория. Для дальнейшего объединения фундаментальных взаимодействий в одной теории используются различные подходы: теория струн, получившая своё развитие в М-теории (теории бран), теория супергравитации, петлевая квантовая гравитация и др. Некоторые из них имеют внутренние проблемы, и ни у одной из них нет экспериментального подтверждения. Проблема в том, что для проведения соответствующих экспериментов нужны энергии, недостижимые на современных ускорителях заряженных частиц. БАК позволит провести эксперименты, которые ранее были невозможны и, вероятно, подтвердит или опровергнет часть этих теорий. Так, существует целый спектр физических теорий с размерностями больше четырёх, которые предполагают существование «суперсимметрии» – например, теория струн, которую иногда называют теорией суперструн именно из-за того, что без суперсимметрии она утрачивает физический смысл. Подтверждение существования суперсимметрии, таким образом, будет косвенным подтверждением истинности этих теорий. Изучение топ-кварков Топ-кварк – самый тяжёлый кварк и, более того, это самая тяжёлая из открытых пока элементарных частиц. Согласно последним результатам Тэватрона, его масса составляет 173,1 ± 1,3 ГэВ/c 2 . Из-за своей большой массы топ-кварк до сих пор наблюдался пока лишь на одном ускорителе – Тэватроне, на других ускорителях просто не хватало энергии для его рождения. Кроме того, топ-кварки интересуют физиков не только сами по себе, но и как «рабочий инструмент» для изучения бозона Хиггса. Один из наиболее важных каналов рождения бозона Хиггса в БАК – ассоциативное рождение вместе с топ-кварк-антикварковой парой. Для того, чтобы надёжно отделять такие события от фона, предварительно необходимо изучение свойств самих топ-кварков. Изучение механизма электрослабой симметрии Одной из основных целей проекта является экспериментальное доказательство существования бозона Хиггса – частицы, предсказанной шотландским физиком Питером Хиггсом в 1964 году в рамках Стандартной модели. Бозон Хиггса является квантом так называемого поля Хиггса, при прохождении через которое частицы испытывают сопротивление, представляемое нами как поправки к массе. Сам бозон нестабилен и имеет большую массу (более 120 ГэВ/c 2). На самом деле, физиков интересует не столько сам бозон Хиггса, сколько хиггсовский механизм нарушения симметрии электрослабого взаимодействия. Изучение кварк-глюонной плазмы Ожидается, что примерно один месяц в год будет проходить в ускорителе в режиме ядерных столкновений. В течение этого месяца коллайдер будет разгонять и сталкивать в детекторах не протоны, а ядра свинца. При неупругом столкновении двух ядер на ультрарелятивистских скоростях на короткое время образуется и затем распадается плотный и очень горячий комок ядерного вещества. Понимание происходящих при этом явлений (переход вещества в состояние кварк-глюонной плазмы и её остывание) нужно для построения более совершенной теории сильных взаимодействий, которая окажется полезной как для ядерной физики, так и для астрофизики. Поиск суперсимметрии Первым значительным научным достижением экспериментов на БАК может стать доказательство или опровержение «суперсимметрии» – теории, гласящей, что любая элементарная частица имеет гораздо более тяжёлого партнера, или «суперчастицу». Изучение фотон-адронных и фотон-фотонных столкновений Электромагнитное взаимодействие частиц описывается как обмен (в ряде случаев виртуальными) фотонами. Другими словами, фотоны являются переносчиками электромагнитного поля. Протоны электрически заряжены и окружены электростатическим полем, соответственно это поле можно рассматривать как облако виртуальных фотонов. Всякий протон, особенно релятивистский протон, включает в себя облако виртуальных частиц как составную часть. При столкновении протонов между собой взаимодействуют и виртуальные частицы, окружающие каждый из протонов. Математически процесс взаимодействия частиц описывается длинным рядом поправок, каждая из которых описывает взаимодействие посредством виртуальных частиц определённого типа (см. : диаграммы Фейнмана). Таким образом, при исследовании столкновения протонов косвенно изучается и взаимодействие вещества с фотонами высоких энергий, представляющее большой интерес для теоретической физики. Также рассматривается особый класс реакций – непосредственное взаимодействие двух фотонов, которые могут столкнуться как со встречным протоном, порождая типичные фотон-адронные столкновения, так и друг с другом. В режиме ядерных столкновений, из-за большого электрического заряда ядра, влияние электромагнитных процессов имеет ещё большее значение. Проверка экзотических теорий Теоретики в конце XX века выдвинули огромное число необычных идей относительно устройства мира, которые все вместе называются «экзотическими моделями». Сюда относятся теории с сильной гравитацией на масштабе энергий порядка 1 ТэВ, модели с большим количеством пространственных измерений, преонные модели, в которых кварки и лептоны сами состоят из частиц, модели с новыми типами взаимодействия. Дело в том, что накопленных экспериментальных данных оказывается всё ещё недостаточно для создания одной-единственной теории. А сами все эти теории совместимы с имеющимися экспериментальными данными. Поскольку в этих теориях можно сделать конкретные предсказания для БАК, экспериментаторы планируют проверять предсказания и искать следы тех или иных теорий в своих данных. Ожидается, что результаты, полученные на ускорителе, смогут ограничить фантазию теоретиков, закрыв некоторые из предложенных построений. Другое Также ожидается обнаружение физических явлений вне рамок Стандартной Модели. Планируется исследование свойств W и Z-бозонов, ядерных взаимодействий при сверхвысоких энергиях, процессов рождения и распадов тяжёлых кварков (b и t).

Карта с нанесённым на неё расположением Коллайдера

Для дальнейшего объединения фундаментальных взаимодействий в одной теории используются различные подходы: теория струн , получившая своё развитие в М-теории (теории бран), теория супергравитации , петлевая квантовая гравитация и др. Некоторые из них имеют внутренние проблемы, и ни у одной из них нет экспериментального подтверждения. Проблема в том, что для проведения соответствующих экспериментов нужны энергии, недостижимые на современных ускорителях заряженных частиц.

БАК позволит провести эксперименты, которые ранее было невозможно провести и, вероятно, подтвердит или опровергнет часть этих теорий. Так, существует целый спектр физических теорий с размерностями больше четырёх, которые предполагают существование «суперсимметрии » – например, теория струн , которую иногда называют теорией суперструн именно из-за того, что без суперсимметрии она утрачивает физический смысл. Подтверждение существования суперсимметрии, таким образом, будет косвенным подтверждением истинности этих теорий.

Изучение топ-кварков

История строительства

27-километровый подземный туннель, предназначенный для размещения ускорителя LHC

Идея проекта Большого адронного коллайдера родилась в 1984 году и была официально одобрена десятью годами позже. Его строительство началось в 2001 году , после окончания работы предыдущего ускорителя – Большого электрон-позитронного коллайдера .

В ускорителе предполагается сталкивать протоны с суммарной энергией 14 ТэВ (то есть 14 тераэлектронвольт или 14·10 12 электронвольт) в системе центра масс налетающих частиц, а также ядра свинца с энергией 5,5 ГэВ (5,5·10 9 электронвольт) на каждую пару сталкивающихся нуклонов . Таким образом, БАК будет самым высокоэнергичным ускорителем элементарных частиц в мире, на порядок превосходя по энергии своих ближайших конкурентов – протон-антипротонный коллайдер Тэватрон , который в настоящее время работает в Национальной ускорительной лаборатории им. Энрико Ферми (США), и релятивистский коллайдер тяжёлых ионов RHIC, работающий в Брукхейвенской лаборатории (США).

Ускоритель расположен в том же туннеле, который прежде занимал Большой электрон-позитронный коллайдер . Туннель с длиной окружности 26,7 км проложен на глубине около ста метров под землёй на территории Франции и Швейцарии . Для удержания и коррекции протонных пучков используются 1624 сверхпроводящих магнита , общая длина которых превышает 22 км. Последний из них был установлен в туннеле 27 ноября 2006 года . Магниты будут работать при температуре 1,9 K (−271 °C). Строительство специальной криогенной линии для охлаждения магнитов закончено 19 ноября 2006 года.

Испытания

Технические характеристики

Процесс ускорения частиц в коллайдере

Скорость частиц в БАК на встречных пучках близка к скорости света в вакууме . Разгон частиц до таких больших скоростей достигается в несколько этапов. На первом этапе низкоэнергетичные линейные ускорители Linac 2 и Linac 3 производят инжекцию протонов и ионов свинца для дальнейшего ускорения. Затем частицы попадают в PS-бустер и далее в сам PS (протонный синхротрон), приобретая энергию в 28 ГэВ. После этого ускорение частиц продолжается в SPS (протонный суперсинхротрон), где энергия частиц достигает 450 ГэВ. Затем пучок направляют в главное 26,7-километровое кольцо и в точках столкновения детекторы фиксируют происходящие события.

Потребление энергии

Во время работы коллайдера расчётное потребление энергии составит 180 МВт . Предположительные энергозатраты всего кантона Женева. Сам CERN не производит энергию, имея лишь резервные дизельные генераторы .

Распределённые вычисления

Для управления, хранения и обработки данных, которые будут поступать с ускорителя БАК и детекторов, создаётся распределённая вычислительная сеть LCG (англ. LHC Computing GRID ), использующая технологию грид . Для определённых вычислительных задач будет задействован проект распределённых вычислений [email protected] .

Неконтролируемые физические процессы

Некоторые специалисты и представители общественности высказывают опасения, что имеется отличная от нуля вероятность выхода проводимых в коллайдере экспериментов из-под контроля и развития цепной реакции, которая при определённых условиях теоретически может уничтожить всю планету. Точка зрения сторонников катастрофических сценариев, связанных с работой БАК, изложена на отдельном сайте. Из-за подобных настроений БАК иногда расшифровывают как Last Hadron Collider (Последний Адронный Коллайдер).

В этой связи наиболее часто упоминается теоретическая возможность появления в коллайдере микроскопических чёрных дыр , а также теоретическая возможность образования сгустков антиматерии и магнитных монополей с последующей цепной реакцией захвата окружающей материи.

Указанные теоретические возможности были рассмотрены специальной группой CERN, подготовившей соответствующий доклад, в котором все подобные опасения признаются необоснованными. Английский физик-теоретик Эдриан Кент опубликовал научную статью с критикой норм безопасности, принятых CERN, поскольку ожидаемый ущерб, то есть произведение вероятности события на число жертв, является, по его мнению, неприемлемым. Тем не менее, максимальная верхняя оценка вероятности катастрофического сценария на БАК составляет 10 -31 .

В качестве основных аргументов в пользу необоснованности катастрофических сценариев приводятся ссылки на то, что Земля , Луна и другие планеты постоянно бомбардируются потоками космических частиц с гораздо более высокими энергиями. Упоминается также успешная работа ранее введённых в строй ускорителей, включая релятивистский коллайдер тяжёлых ионов RHIC в Брукхейвене . Возможность образования микроскопических чёрных дыр не отрицается специалистами CERN, однако при этом заявляется, что в нашем трёхмерном пространстве такие объекты могут возникать только при энергиях, на 16 порядков больших энергии пучков в БАК. Гипотетически микроскопические чёрные дыры могут появляться в экспериментах на БАК в предсказаниях теорий с дополнительными пространственными измерениями. Такие теории пока не имеют каких-либо экспериментальных подтверждений. Однако, даже если чёрные дыры будут возникать при столкновении частиц в БАК, предполагается, что они будут чрезвычайно неустойчивыми вследствие излучения Хокинга и будут практически мгновенно испаряться в виде обычных частиц.

21 марта 2008 года в федеральный окружной суд штата Гавайи (США) был подан иск Уолтера Вагнера (англ. Walter L. Wagner ) и Луиса Санчо (англ. Luis Sancho ), в котором они, обвиняя CERN в попытке устроить конец света, требуют запретить запуск коллайдера до тех пор, пока не будет гарантирована его безопасность.

Сравнение с природными скоростями и энергиями

Ускоритель предназначен для сталкивания таких частиц, как адроны и атомарные ядра. Однако, существуют природные источники частиц, скорость и энергия которых значительно выше, чем в коллайдере (см.: Зэватрон). Такие природные частицы обнаруживают в космических лучах . Поверхность планеты Земля частично защищена от этих лучей, но, проходя через атмосферу, частицы космических лучей сталкиваются с атомами и молекулами воздуха. В результате этих природных столкновений в атмосфере Земли рождается множество стабильных и нестабильных частиц. В результате, на планете уже в течение многих миллионов лет присутствует естественный радиационный фон. То же самое (сталкивание элементарных частиц и атомов) будет происходить и в БАК, однако с меньшими скоростями и энергиями, и в гораздо меньшем количестве.

Микроскопические чёрные дыры

Если чёрные дыры могут возникать в ходе столкновения элементарных частиц, они также будут и распадаться на элементарные частицы, в соответствии с принципом CPT-инвариантности , являющимся одним из самых фундаментальных принципов квантовой механики.

Далее, если бы гипотеза существования стабильных чёрных микро-дыр была верна, то они бы образовывались в больших количествах в результате бомбардировки Земли космическими элементарными частицами. Но бо́льшая часть прилетающих из космоса высокоэнергетических элементарных частиц обладают электрическим зарядом, поэтому часть чёрных дыр были бы электрически заряжены. Эти заряженные чёрные дыры захватывались бы магнитным полем Земли и, будь они в самом деле опасны, давно разрушили бы Землю. Механизм Швиммера, делающий чёрные дыры электрически нейтральными, очень похож на эффект Хокинга и не может работать, если эффект Хокинга не работает.

К тому же, любые чёрные дыры, заряженные или электрически нейтральные, захватывались бы белыми карликами и нейтронными звёздами (которые, как и Земля, бомбардируются космическим излучением) и разрушали их. В результате время жизни белых карликов и нейтронных звёзд было бы гораздо короче, чем наблюдаемое в действительности. Кроме того, разрушаемые белые карлики и нейтронные звёзды испускали бы дополнительное излучение, которое в действительности не наблюдается.

Наконец, теории с дополнительными пространственными измерениями, предсказывающие возникновение микроскопических чёрных дыр, не противоречат экспериментальным данным, только если количество дополнительных измерений не меньше трёх. Но при таком количестве дополнительных измерений должны пройти миллиарды лет, прежде чем чёрная дыра причинит Земле сколько-нибудь существенный вред.

Страпельки

Противоположных взглядов придерживается доктор физико-математических наук из НИИ ядерной физики МГУ Эдуард Боос, отрицающий возникновение на БАК макроскопических чёрных дыр, а следовательно, «кротовых нор» и путешествий во времени .

Примечания

  1. The ultimate guide to the LHC (англ.) P. 30.
  2. LHC: ключевые факты . «Элементы большой науки». Проверено 15 сентября 2008.
  3. Tevatron Electroweak Working Group, Top Subgroup
  4. LHC synchronization test successful (англ.)
  5. Второй тест системы инжекции прошёл с перебоями, но цели достиг . «Элементы большой науки» (24 августа 2008). Проверено 6 сентября 2008.
  6. LHC milestone day gets off to fast start
  7. First beam in the LHC – accelerating science .
  8. Mission complete for LHC team . physicsworld.com. Проверено 12 сентября 2008.
  9. На LHC запущен стабильно циркулирующий пучок . «Элементы большой науки» (12 сентября 2008). Проверено 12 сентября 2008.
  10. Происшествие на Большом адронном коллайдере задерживает эксперименты на неопределённый срок . «Элементы большой науки» (19 сентября 2008). Проверено 21 сентября 2008.
  11. Большой адронный коллайдер возобновит работу не раньше весны – ЦЕРН . РИА «Новости» (23 сентября 2008). Проверено 25 сентября 2008.
  12. http://press.web.cern.ch/Press/PressReleases/Releases2008/PR14.08E.html
  13. https://edms.cern.ch/file/973073/1/Report_on_080919_incident_at_LHC__2_.pdf
  14. https://lhc2008.web.cern.ch/LHC2008/inauguration/index.html
  15. Ремонт поврежденных магнитов будет более объемным, чем казалось ранее . «Элементы большой науки» (09 ноября 2008). Проверено 12 ноября 2008.
  16. Расписание на 2009 год . «Элементы большой науки» (18 января 2009). Проверено 18 января 2009.
  17. Пресс-релиз ЦЕРН
  18. Утверждён план работы Большого адронного коллайдера на 2009-2010 годы . «Элементы большой науки» (6 февраля 2009). Проверено 5 апреля 2009.
  19. The LHC experiments .
  20. «Ящик Пандоры» открывается . Вести.ру (9 сентября 2008). Проверено 12 сентября 2008.
  21. The Potential for Danger in Particle Collider Experiments (англ.)
  22. Dimopoulos S., Landsberg G. Black Holes at the Large Hadron Collider (англ.) Phys. Rev. Lett. 87 (2001)
  23. Blaizot J.-P. et al. Study of Potentially Dangerous Events During Heavy-Ion Collisions at the LHC.
  24. Review of the Safety of LHC Collisions LHC Safety Assessment Group
  25. Критический обзор рисков ускорителей . Проза.ру (23 мая 2008). Проверено 17 сентября 2008.
  26. Какова вероятность катастрофы на LHC?
  27. Судный день
  28. Asking a Judge to Save the World, and Maybe a Whole Lot More (англ. )
  29. Объяснение того, почему БАК будет безопасным (англ.)
  30. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-es.pdf (исп.)
  31. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-de.pdf (нем.)
  32. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-fr.pdf (фр.)
  33. H. Heiselberg. Screening in quark droplets // Physical Review D. – 1993. – Т. 48. – № 3. – С. 1418-1423. DOI :10.1103/PhysRevD.48.1418
  34. M. Alford, K. Rajagopal, S. Reddy, A. Steiner. Stability of strange star crusts and strangelets // The American Physical Society. Physical Review D. – 2006. – Т. 73, 114016.

запуск. Большой адронный коллайдер зачем нужен и где находится? Участвуют ли в эксперименте наши учёные

Об этом загадочном устройстве ходит множество слухов, многие утверждают что он уничтожит Землю, создав искусственную черную дыру и положив конец существованию человечества. В реальности же это устройство может вывести человечество на совершенно новый уровень, благодаря исследованиям, проведенным учеными. В этой теме я попытался собрать всю необходимую информацию для того, чтоб у вас сложилось впечатление о том, что такое Большой адронный коллайдер (БАК)

Итак, в этой теме собрано все, что вам нужно знать об адронном коллайдере. 30 марта 2010 года в CERN (европейская организация ядерных исследований) произошло историческое событие – после нескольких неудачных попыток и множества модернизаций создание самой большой в мире машины для разрушения атомов было окончено. Предварительные тесты, инициирующие столкновения протонов на относительно низкой скорости проводились в течение 2009 и при этом не возникло никаких существенных проблем. Готовилась почва для экстраординарного эксперимента, который будет проведен весной 2010. У основной экспериментальной модели БАК в основе заложено столкновение двух протонных лучей, которые сталкиваются на максимальной скорости. Это мощнейшее столкновение разрушает протоны, создавая экстраординарные энергии и новые элементарные частицы. Эти новые атомные частицы чрезвычайно непостоянны и могут существовать лишь в течение доли секунды. Аналитический аппарат, входящий в состав БАК, может сделать запись этих событий и детально проанализировать. Таким образом ученые пытаются смоделировать возникновение черных дыр.

30 марта 2010, два луча протонов были выпущены в 27-километровый тоннель Большого Адронного Коллайдера в противоположных направлениях. Они были ускорены до скорости света, на которой и произошло столкновение. Была зарегистрирована побивающая рекорды энергия 7 TeV (7 тераэлектронвольт). Величина этой энергии рекордная и имеет очень важные значения. Теперь давайте познакомимся с самыми важными составляющими БАК – датчиками и детекторами, которые регистрируют происходящее во фракциях за те доли секунд, в течение которых происходит столкновение протонных лучей. Есть три датчика, выполняющие центральные роли во время столкновения 30 марта 2010 – это одни из важнейших частей коллайдера, играющие ключевую роль во время сложных экспериментов CERN. На диаграмме показано расположение четырех основных экспериментов (ALICE, ATLAS, CMS и LHCb), которые являются ключевыми проектами БАК. На глубине от 50 до 150 метров под землей были выкопаны огромные пещеры специально для гигантских датчиков-детекторов



Начнем с проекта под названием ALICE (аббревиатура от Большой экспериментальный ионный коллайдер). Это одна из шести экспериментальных установок, построенных на БАК. ALICE настроена для исследования столкновений тяжёлых ионов. Температура и плотность энергии образованной при этом ядерной материи достаточной для рождения глюонной плазмы. На фотографии детектор ALICE и все его 18 модулей


Внутренняя система слежения (ITS) в ALICE состоит из шести цилиндрических слоев кремниевых датчиков, окружающих пункт столкновения и измеряющих свойства и точные положения появляющихся частиц. Таким образом могут быть легко обнаружены частицы, содержащие тяжелый кварк

Одним из основных экспериментов БАК является также ATLAS. Эксперимент проводится на специальном детекторе, предназначенном для исследования столкновений между протонами. Длина ATLAS – 44 метра, 25 метров в диаметре и вес приблизительно 7000 тонн. В центре тоннеля сталкиваются лучи протонов, это самый большой и самый сложный из когда либо построенных датчиков такого типа. Датчик фиксирует все, что происходит во время и после столкновения протонов. Целью проекта является обнаружение частиц, до этого не зарегистрированных и не обнаруженных в нашей вселенной.

Открытие и подтверждение Бозона Хиггса – важнейший приоритет Большого Адронного Коллайдера, потому что это открытие подтвердило бы Стандартную Модель возникновения элементарных атомных частиц и стандартной материи. Во время запуска коллайдера на полную мощность целостность Стандартной Модели будет разрушена. Элементарные частицы, свойства которых мы понимаем лишь частично, не будут в состоянии поддерживать свою структурную целостность. У Стандартной Модели есть верхняя граница энергии 1 TeV, при увеличении которой частица распадается. При энергии в 7 TeV могли бы быть созданы частицы с массами, в десять раз больше чем ныне известные. Правда они будут очень непостоянны, но ATLAS разработан, чтобы обнаружить их в те доли секунды, прежде чем они “исчезнут”

Это фото считается самым лучшим из всех фотографий Большого Адронного Коллайдера:

Компактный мюонный соленоид (Compact Muon Solenoid ) является одним из двух огромных универсальных детекторов элементарных частиц на БАК. Около 3600 ученых из 183 лабораторий и университетов 38 стран, поддерживают работу CMS, которая построила этот детектор и работает с ним. Соленоид расположен под землей в Цесси на территории Франции, близ границы со Швейцарией. На схеме показано устройство CMS, о котором мы и расскажем подробнее

Самый внутренний слой – основанный на кремнии трекер. Трекер – самый большой в мире кремниевый датчик. У этого есть 205 m2 кремниевых датчиков (приблизительно область теннисного корта), включающих 76 миллионов каналов. Трекер позволяет измерять следы заряженных частиц в электромагнитном поле


На втором уровне находиться Электромагнитный калориметр. Адронный Калориметр, находящийся на следующем уровне, измеряет энергию отдельных адронов, произведенных в каждом случае

Следующий слой CMS Большого Адронного Коллайдера – огромный магнит. Большой Соленоидный Магнит составляет 13 метров в длину и имеет 6-метровый диаметр. Состоит он из охлаждаемых катушек, сделанных из ниобия и титана. Этот огромный соленоидный магнит работает на полную силу, чтоб максимизировать время существования частиц



5 слой – Мюонные детекторы и ярмо возврата. CMS предназначен для исследования различных типов физики, которые могли бы быть обнаружены в энергичных столкновениях LHC. Некоторые из этих исследований заключаются в подтверждении или улучшенных измерениях параметров Стандартной Модели, в то время как многие другие – в поисках новой физики.



Очень немного информации доступно об эксперименте 30 марта 2010, Но один факт известен точно. CERN сообщила, что был зарегистрирован беспрецедентный выброс энергии на третьей попытке запуска коллайдера, когда лучи протонов мчались вокруг 27-километрового тоннеля и затем столкнулись на скорости света. Рекордный зарегистрированный уровень энергии был зафиксирован на максимуме, который может выдать в его текущей конфигурации – приблизительно 7 TeV. Именно такое количество энергии было характерно для первых секунд начала Большого Взрыва, давшего начало существованию нашей вселенной. Изначально такой уровень энергии не ожидался, но результат превзошел все ожидания

На схеме показано, как ALICE фиксирует рекордный выброс энергии в 7 TeV:

Этот эксперимент будет повторен сотни раз в течение 2010 года. Чтобы вы поняли, насколько сложен этот процесс, можно привести аналогию разгону частиц в коллайдере. По сложности это равнозначно например выстрелу иголками с острова Ньюфаундленд с такой идеальной точностью, чтобы эти иглы столкнулись где-нибудь в Атлантике, облетев весь Земной шар. Главная цель – обнаружение элементарной частицы – Бозона Хиггса, которая лежит в основе Стандартной Модели построения вселенной

При удачном исходе всех этих экспериментов мир самых тяжелых частиц в 400 ГэВ (так называемая Темная Материя)может наконец быть открыт и исследован.

В 100 метрах под землей, на границе Франции и Швейцарии, расположено устройство, которое способно приоткрыть тайны мироздания. Или, по мнению некоторых, уничтожить всю жизнь на Земле.

Так или иначе, это самая большая машина в мире, и она используется для исследования мельчайших частиц во Вселенной. Это Большой адронный (не андроидный) коллайдер (LHC).

Краткое описание

LHC является частью проекта, который возглавляет Европейская организация ядерных исследований (ЦЕРН). Коллайдер включен в комплекс ускорителей ЦЕРН за пределами Женевы в Швейцарии и используется для разгона пучков протонов и ионов до скорости, приближающейся к скорости света, столкновения частиц друг с другом и записи результирующих событий. Ученые надеются, что это поможет больше узнать о возникновении Вселенной и о ее составе.

Что такое коллайдер (LHC)? Это самый амбициозный и мощный ускоритель частиц, построенный на сегодняшний день. Тысячи ученых из сотен стран сотрудничают и конкурируют друг с другом в поиске новых открытий. Для сбора данных экспериментов предусмотрены 6 участков, расположенные вдоль окружности коллайдера.

Сделанные с его помощью открытия могут стать полезными в будущем, но это не причина его постройки. Цель Большого адронного коллайдера – расширить наши знания о Вселенной. Учитывая, что LHC стоит миллиарды долларов и требует сотрудничества многих стран, отсутствие практического применения может быть неожиданным.

Для чего нужен Адронный коллайдер?

В попытке понять нашу Вселенную, ее функционирование и фактическую структуру, ученые предложили теорию, называемую стандартной моделью. В ней предпринята попытка определить и объяснить фундаментальные частицы, которые делают мир таким, каким он есть. Модель объединяет элементы теории относительности Эйнштейна с квантовой теорией. В ней также учтены 3 из 4 основных сил Вселенной: сильные и слабые ядерные взаимодействия и электромагнетизм. Теория не касается 4-й фундаментальной силы – силы тяжести.

Стандартная модель дала несколько предсказаний о Вселенной, которые согласуются с различными экспериментами. Но есть и другие ее аспекты, которые требовали подтверждения. Один из них – теоретическая частица, называемая бозоном Хиггса.

Его открытие дает ответ на вопросы о массе. Почему материя ею обладает? Ученые идентифицировали частицы, у которых нет массы, например, нейтрино. Почему у одних она есть, а у других – нет? Физики предложили много объяснений.

Самое простое из них – механизм Хиггса. Эта теория гласит, что существует частица и соответствующая ей сила, которая объясняет наличие массы. Ранее она никогда не наблюдалась, поэтому события, создаваемые LHC, должны были либо доказать существование бозона Хиггса, либо дать новую информацию.

Еще один вопрос, которым задаются ученые, связан с зарождением Вселенной. Тогда материя и энергия были одним целым. После их разделения частицы вещества и антиматерии уничтожили друг друга. Если бы количество их было равным, то ничего бы не осталось.

Но, к счастью для нас, во Вселенной материи было больше. Ученые надеются наблюдать антивещество во время работы LHC. Это могло бы помочь понять причину разницы в количестве материи и антиматерии, когда началась Вселенная.

Темная материя

Современное понимание Вселенной предполагает, что пока можно наблюдать лишь около 4% материи, которая должна существовать. Движение галактик и других небесных тел говорит о том, что существует гораздо больше видимого вещества.

Ученые назвали эту неопределенную материю темной. Наблюдаемая и темная материя составляют около 25%. Другие 3/4 исходят от гипотетической темной энергии, которая способствует расширению Вселенной.

Ученые надеются, что их эксперименты либо предоставят дополнительные доказательства существования темной материи и темной энергии, либо подтвердят альтернативную теорию.

Но это лишь верхушка айсберга физики элементарных частиц. Есть еще более экзотические и противоречивые вещи, которые необходимо выявить, для чего и нужен коллайдер.

Большой взрыв в микромасштабах

Сталкивая протоны с достаточно большой скоростью, LHC разбивает их на более мелкие атомные субчастицы. Они очень нестабильны, и до распада или рекомбинации существуют только долю секунды.

Согласно теории Большого взрыва, первоначально из них состояла все материя. По мере расширения и охлаждения Вселенной они объединились в более крупные частицы, такие как протоны и нейтроны.

Необычные теории

Если теоретические частицы, антиматерия и темная энергия, не являются достаточно экзотичными, некоторые ученые считают, что LHC может предоставить доказательства существования других измерений. Принято считать, что мир является четырехмерным (трехмерное пространство и время). Но физики предполагают, что могут существовать и другие измерения, которые люди не могут воспринимать. Например, одна версия теории струн требует наличия не менее 11 измерений.

Адепты этой теории надеются, что LHC предоставит доказательства предлагаемой ими модели Вселенной. По их мнению, фундаментальными строительными кирпичиками являются не частицы, а струны. Они могут быть открытыми или закрытыми, и вибрировать подобно гитарным. Различие в колебаниях делает струны разными. Одни проявляют себя в виде электронов, а другие реализуются как нейтрино.

Что такое коллайдер в цифрах?

LHC представляет собой массивную и мощную конструкцию. Он состоит из 8 секторов, каждый из которых является дугой, ограниченной на каждом конце секцией, называемой «вставкой». Длина окружности коллайдера равна 27 км.

Трубки ускорителя и камеры столкновений находятся на глубине 100 метров под землей. Доступ к ним обеспечивает сервисный туннель с лифтами и лестницами, расположенными в нескольких точках вдоль окружности LHC. ЦЕРН также построил наземные здания, в которых исследователи могут собирать и анализировать данные, генерируемые детекторами коллайдера.

Для управления пучками протонов, движущихся со скоростью равной 99,99% скорости света, используются магниты. Они огромны, весят несколько тонн. В LHC имеется около 9 600 магнитов. Они охлаждаются до 1,9К (-271,25 °C). Это ниже температуры космического пространства.

Протоны внутри коллайдера проходят по трубам со сверхвысоким вакуумом. Это необходимо, чтобы не было частиц, с которыми они могли бы столкнуться до достижения цели. Единственная молекула газа может привести к неудаче эксперимента.

На окружности большого коллайдера есть 6 участков, где инженеры смогут проводить свои эксперименты. Их можно сравнить с микроскопами с цифровой камерой. Некоторые из этих детекторов огромны – ATLAS представляет собой устройство длиной 45 м, высотой 25 м и весом 7 т.

В LHC задействовано около 150 млн датчиков, которые собирают данные и отправляют их в вычислительную сеть. Согласно ЦЕРН объем информации, получаемой во время экспериментов, составляет около 700 МБ/с.

Очевидно, что такому коллайдеру требуется много энергии. Его годовая потребляемая мощность составляет около 800 ГВт∙ч. Она могла быть намного больше, но объект не работает в зимние месяцы. По данным ЦЕРН стоимость энергии составляет порядка 19 млн евро.

Столкновение протонов

Принцип, лежащий в основе физики коллайдера, довольно прост. Сперва производится запуск двух пучков: одного – по часовой стрелке, а второго – против. Оба потока ускоряются до скорости света. Затем их направляют навстречу друг к другу и наблюдают результат.

Оборудование, необходимое для достижения этой цели, намного сложнее. LHC является частью комплекса ЦЕРН. Прежде, чем какие-либо частицы войдут в LHC, они уже проходят ряд шагов.

Во-первых, для получения протонов ученые должны лишить атомы водорода электронов. Затем частицы направляются в установку LINAC 2, которая запускает их в ускоритель PS Booster. Эти машины для ускорения частиц используют переменное электрическое поле. Удерживать пучки помогают поля, создаваемые гигантскими магнитами.

Когда луч достигает нужного энергетического уровня, PS Booster направляет его в суперсинхротрон SPS. Поток ускоряется еще больше и делится на 2808 пучков по 1,1 x 1011 протонов. SPS вводит лучи в LHC по часовой и против часовой стрелки.

Внутри Большого адронного коллайдера протоны продолжают ускоряться в течение 20 минут. На максимальной скорости они совершают 11245 оборотов вокруг LHC каждую секунду. Лучи сходятся на одном из 6 детекторов. При этом происходит 600 млн столкновений в секунду.

Когда сталкиваются 2 протона, они расщепляются на более мелкие частицы, в том числе кварки и глюоны. Кварки очень неустойчивы и распадаются за долю секунды. Детекторы собирают информацию, отслеживая путь субатомных частиц, и направляют ее в вычислительную сеть.

Не все протоны сталкиваются. Остальные продолжают движение до секции сброса луча, где поглощаются графитом.

Детекторы

Вдоль окружности коллайдера расположены 6 секций, в которых производится сбор данных и проводятся эксперименты. Из них 4 детектора основные и 2 меньшего размера.

Самым крупным является ATLAS. Его размеры – 46 х 25 х 25 м. Трекер обнаруживает и анализирует импульс частиц, проходящих через ATLAS. Его окружает калориметр, измеряющий энергию частиц, поглощая их. Ученые могут наблюдать траекторию их движения и экстраполировать информацию о них.

Детектор ATLAS также имеет мюонный спектрометр. Мюоны – это отрицательно заряженные частицы в 200 раз тяжелее электронов. Они единственные способны проходить через калориметр без остановки. Спектрометр измеряет импульс каждого мюона датчиками заряженных частиц. Эти сенсоры могут обнаруживать флуктуации в магнитном поле ATLAS.

Компактный мюонный соленоид (CMS) является детектором общего назначения, который обнаруживает и измеряет субчастицы, высвобождаемые во время столкновений. Прибор находится внутри гигантского соленоидного магнита, который может создать магнитное поле, почти в 100 тысяч раз превышающее магнитное поле Земли.

Детектор ALICE разработан для изучения столкновений ионов железа. Таким образом исследователи надеются воссоздать условия, подобные тем, которые произошли сразу после Большого взрыва. Они ожидают увидеть, как ионы превращаются в смесь кварков и глюонов. Основным компонентом ALICE является камера TPC, служащая для изучения и воссоздания траектории частиц.

LHC служит для поиска доказательств существования антивещества. Он делает это путем поиска частицы, называемой прелестным кварком. Ряд субдетекторов, окружающих точку столкновения, имеет 20 метров в длину. Они могут улавливать очень неустойчивые и быстро распадающиеся частицы прелестных кварков.

Эксперимент ТОТЕМ проводится на участке с одним из малых детекторов. Он измеряет размер протонов и яркость LHC, указывающей на точность создания столкновений.

Эксперимент LHC имитирует космические лучи в контролируемой среде. Его целью является помощь в разработке широкомасштабных исследований реальных космических лучей.

На каждом участке детектирования работает команда исследователей, насчитывающая от нескольких десятков до более тысячи ученых.

Обработка данных

Неудивительно, что такой коллайдер генерирует огромный поток данных. 15 000 000 ГБ, ежегодно получаемых детекторами LHC, ставят перед исследователями огромную задачу. Ее решением является вычислительная сеть, состоящая из компьютеров, каждый из которых способен самостоятельно анализировать фрагмент данных. Как только компьютер завершит анализ, он отправляет результаты на центральный компьютер и получает новую порцию.

Ученые из ЦЕРН решили сосредоточиться на использовании относительно недорогого оборудования для выполнения своих расчетов. Вместо приобретения передовых серверов и процессоров используется имеющееся оборудование, которое может хорошо работать в сети. При помощи специального ПО сеть компьютеров сможет хранить и анализировать данные каждого эксперимента.

Опасность для планеты?

Некоторые опасаются, что такой мощный коллайдер может представлять угрозу для жизни на Земле, в том числе участвовать в формировании черных дыр, «странной материи», магнитных монополий, радиации и т. д.

Ученые последовательно опровергают такие утверждения. Образование черной дыры невозможно, поскольку между протонами и звездами есть большая разница. «Странная материя» уже давно бы могла образоваться под действием космических лучей, и опасность этих гипотетических образований сильно преувеличена.

Коллайдер чрезвычайно безопасен: он отделен от поверхности 100-метровым слоем грунта, а персоналу запрещено находиться под землей во время проведения экспериментов.

Многие простые жители планеты задают себе вопрос о том, для чего нужен большой адронный коллайдер. Непонятные большинству научные исследования, на которые потрачено много миллиардов евро, вызывают настороженность и опаску.

Может, это и не исследования вовсе, а прототип машины времени или портал для телепортации инопланетных существ, способной изменить судьбу человечества? Слухи ходят самые фантастичные и страшные. В статье мы попытаемся разобраться, что такое адронный коллайдер и для чего он создавался.

Амбициозный проект человечества

Большой адронный коллайдер на сегодня является мощнейшим на планете ускорителем частиц. Он находится на границе Швейцарии и Франции. Точнее под нею: на глубине 100 метров залегает кольцевой тоннель ускорителя длиной почти 27 километров. Хозяином экспериментального полигона стоимостью, превышающей 10 миллиардов долларов, является Европейский центр ядерных исследований.

Огромное количество ресурсов и тысячи физиков-ядерщиков занимаются тем, что ускоряют протоны и тяжёлые ионы свинца до скорости, близкой к световой, в разных направлениях, после чего сталкивают их друг с другом. Результаты прямых взаимодействий тщательно изучаются.

Предложение создать новый ускоритель частиц поступило ещё в 1984 году. Десять лет велись различные дискуссии насчет того, что будет собой представлять адронный коллайдер, зачем нужен именно такой масштабный исследовательский проект. Только после обсуждения вопросов особенностей технического решения и требуемых параметров установки проект был утверждён. Строительство начали только в 2001 году, выделив для его размещения прежнего ускорителя элементарных частиц – большого электрон-позитронного коллайдера.

Зачем нужен большой адронный коллайдер

Взаимодействие элементарных частиц описывается по-разному. Теория относительности вступает в противоречия с квантовой теорией поля. Недостающим звеном в обретении единого подхода к строению элементарных частиц является невозможность создания теории квантовой гравитации. Вот зачем нужен адронный коллайдер повышенной мощности.

Общая энергия при столкновении частиц составляет 14 тераэлектронвольт, что делает устройство значительно более мощным ускорителем, чем все существующие сегодня в мире. Проведя эксперименты, ранее невозможные по техническим причинам, учёные с большой долей вероятности смогут документально подтвердить или опровергнуть существующие теории микромира.

Изучение кварк-глюонной плазмы, образующейся при столкновении ядер свинца, позволит построить более совершенную теорию сильных взаимодействий, которая сможет кардинально изменить ядерную физику и звёздного пространства.

Бозон Хиггса

В далёком 1960 году физик из Шотландии Питер Хиггс разработал теорию поля Хиггса, согласно которой частицы, попадающие в это поле, подвергаются квантовому воздействию, что в физическом мире можно наблюдать как массу объекта.

Если в ходе экспериментов удастся подтвердить теорию шотландского ядерного физика и найти бозон (квант) Хиггса, то это событие может стать новой отправной точкой для развития жителей Земли.

А открывшиеся управляющего гравитацией, многократно превысят все видимые перспективы развития технического прогресса. Тем более что передовых учёных больше интересует не само наличие бозона Хиггса, а процесс нарушения электрослабой симметрии.

Как он работает

Чтобы экспериментальные частицы достигли немыслимой для поверхности скорости, почти равной в вакууме, их разгоняют постепенно, каждый раз увеличивая энергию.

Сначала линейные ускорители делают инжекцию ионов и протонов свинца, которые после подвергают ступенчатому ускорению. Частицы через бустер попадают в протонный синхротрон, где получают заряд в 28 ГэВ.

На следующем этапе частицы попадают в супер-синхротрон, где энергия их заряда доводится до 450 ГэВ. Достигнув таких показателей, частицы попадают в главное многокилометровое кольцо, где в специально расположенных местах столкновения детекторы подробно фиксируют момент соударения.

Кроме детекторов, способных зафиксировать все процессы при столкновении, для удержания протонных сгустков в ускорителе используют 1625 магнитов, обладающих сверхпроводимостью. Общая их длина превышает 22 километра. Специальная для достижения поддерживает температуру −271 °C. Стоимость каждого такого магнита оценивается в один миллион евро.

Цель оправдывает средства

Для проведения таких амбициозных экспериментов и был построен самый мощный адронный коллайдер. Зачем нужен многомиллиардный научный проект, человечеству рассказывают с нескрываемым восторгом многие учёные. Правда, в случае новых научных открытий, скорее всего, они будут надёжно засекречены.

Даже можно сказать, наверняка. Подтверждением сему является вся история цивилизации. Когда придумали колесо, появились Освоило человечество металлургию – здравствуйте, пушки и ружья!

Все самые современные разработки сегодня становятся достоянием военно-промышленных комплексов развитых стран, но никак не всего человечества. Когда учёные научились расщеплять атом, что появилось первым? Атомные реакторы, дающие электроэнергию, правда, после сотен тысяч смертей в Японии. Жители Хиросимы однозначно были против научного прогресса, который забрал у них и их детей завтрашний день.

Техническое развитие выглядит насмешкой над людьми, потому что человек в нём скоро превратится в самое слабое звено. По теории эволюции, система развивается и крепнет, избавляясь от слабых мест. Может получиться в скором времени так, что нам не останется места в мире совершенствующейся техники. Поэтому вопрос “зачем нужен большой адронный коллайдер именно сейчас” на самом деле – не праздное любопытство, ибо вызван опасением за судьбу всего человечества.

Вопросы, на которые не отвечают

Зачем нам большой адронный коллайдер, если на планете миллионы умирают от голода и неизлечимых, а порой и поддающихся лечению болезней? Разве он поможет побороть это зло? Зачем нужен адронный коллайдер человечеству, которое при всём развитии техники вот уже как сто лет не может научиться успешно бороться с раковыми заболеваниями? А может, просто выгоднее оказывать дорогие медуслуги, чем найти способ исцелить? При существующем миропорядке и этическом развитии лишь горстке представителей человеческой расы весьма необходим большой адронный коллайдер. Зачем он нужен всему населению планеты, ведущему безостановочный бой за право жить в мире, свободном от посягательств на чью-либо жизнь и здоровье? История об этом умалчивает…

Опасения научных коллег

Есть другие представители научной среды, высказывающие серьёзные опасения по поводу безопасности проекта. Велика вероятность того, что научный мир в своих экспериментах, в силу своей ограниченности в знаниях, может утратить контроль над процессами, которые даже толком не изучены.

Такой подход напоминает лабораторные опыты юных химиков – всё смешать и посмотреть, что будет. Последний пример может закончиться взрывом в лаборатории. А если такой «успех» постигнет адронный коллайдер?

Зачем нужен неоправданный риск землянам, тем более что экспериментаторы не могут с полной уверенностью сказать, что процессы столкновений частиц, приводящие к образованию температур, превышающих в 100 тысяч раз температуру нашего светила, не вызовут цепной реакции всего вещества планеты?! Или просто вызовут способную фатально испортить отдых в горах Швейцарии или во французской Ривьере. ..

Информационная диктатура

Для чего нужен большой адронный коллайдер, когда человечество не может решить менее сложные задачи? Попытка замалчивания альтернативного мнения только подтверждает возможность непредсказуемости хода событий.

Наверное, там, где впервые появился человек, в него и была заложена эта двойственная особенность – делать благо и вредить себе одновременно. Быть может, нам ответ дадут открытия, которые подарит адронный коллайдер? Зачем нужен был этот рискованный эксперимент, будут решать уже наши потомки.

В Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН) в канун его 60-летия побывала Наталия Демина. Она уверена, что после модернизации Большой адронный коллайдер будет готов к новым открытиям .

По туннелю Большого адронного коллайдера на велосипеде я так и не покаталась. Хотя два десятка велосипедов, подвешенных на специальной стойке или прислоненных к стене, явно ждали желающих. Мы как раз были внизу, как вдруг прозвучала сирена. Нашу группу тут же поторопили к лифту, который поднял нас на поверхность, на 90 м вверх. «Если в туннеле начнется пожар, то всё заполнится специальной пеной, в которой можно дышать» , — успокаивал нас сопровождающий, веселый афрошвейцарец Абдилла Абал (Abdillah Abal) . «А вы в ней дышать пробовали?» — спросила я. «Нет!» — ответил он, и все засмеялись.

К зданию, где проходит эксперимент ALICE , через несколько минут приехала пожарная команда. Поиски причины тревоги продолжались около часа — оказалось, что в туннеле сработал датчик уровня кислорода, но вниз нам спуститься уже не дали.


Сам ЦЕРН похож на город, на въезде вас встретит шлагбаум с охранником, который проверит пропуск или бронь в местной гостинице-общежитии. «Раньше было проще , — говорят старожилы. — Всё это появилось только после того, как случилось несколько неприятных инцидентов, в том числе и с зелеными» . Что еще за инциденты? ЦЕРН открыт миру, каждый день на его территорию и в музей («Сфера науки и инноваций») приезжают на экскурсии школьники, студенты и преподаватели, которым рассказывают о прошлом, настоящем и будущем одного из лучших физических центров мира. В ЦЕРНе, кажется, есть всё: и почта, и вкусный недорогой ресторан самообслуживания, и банк, и японская сакура, и русские березы. Почти рай — что для сотрудников, что для посетителей. Но существует и какое-то небольшое количество людей, которым «инциденты» нужны как воздух, и надо уметь этому как-то разумно противостоять.

Само 27-километровое кольцо находится на глубине 50-150 м на территории как Франции, так и Швейцарии. Из центра Женевы в ЦЕРН можно приехать на обычном городском трамвае всего 20-30 минут. Граница между двумя странами почти незаметна, и пока мне не сказали: «Смотри, вот граница» , я бы ее не заметила. Машины и пешеходы едут не останавливаясь. Я и сама ходила туда-сюда, от гостиницы в ЦЕРН, смеясь про себя, что иду на ужин из Франции в Швейцарию.

До приезда в ЦЕРН я не знала о той роли, которую сыграла в строительстве коллайдера российская оборонка, оставшаяся еще со времен СССР. Так, для адронного торцевого калориметра детектора CMS надо было сделать большой объем специальных пластин из латуни. Где взять латунь? Выяснилось, что на Севере, на наших военно-морских предприятиях, скопилось много стреляных гильз, вот их и переплавили.

«В свое время, когда американцы грозили СССР “звездными войнами”, академик Велихов предложил разместить на орбите лазерное оружие. Для лазеров нужны были специальные кристаллы , — рассказал мне Владимир Гаврилов, руководитель эксперимента CMS от Института теоретической и экспериментальной физики (ИТЭФ) . — Для этого проекта было построено несколько заводов. Но потом всё это обвалилось, заводам стало нечего делать. Оказалось, что завод в Богородицке Тульской области может делать кристаллы, которые нужны для CMS» .


ЭКСПЕРИМЕНТЫ ATLAS И CMS

На Большом адронном коллайдере проходит четыре больших эксперимента (ATLAS , CMS , ALICE и LHCb ) и три малых (LHCf , MoEDAL и TOTEM ). Поток данных с четырех больших экспериментов составляет 15 петабайт (15 млн Гбайт) в год, что потребовало бы для записи 20-километровую стопку CD-дисков. Честь открытия бозона Хиггса принадлежит совместно ATLAS и CMS , в составе этих коллабораций много ученых из России. Всего за 60 лет в ЦЕРНе поработало больше тысячи российских специалистов. Детектор ATLAS не может не поражать воображение : 35 м в высоту, 33 м в ширину и почти 50 м в длину. Николай Зимин, сотрудник Объединенного института ядерных исследований в Дубне и этого эксперимента, много лет работающий в ЦЕРНе, сравнил детектор с гигантской матрешкой. «Каждый из верхних слоев детекторов окружает предыдущий, стараясь максимально перекрыть телесный угол. В идеале нужно сделать так, чтобы все вылетающие частицы можно было поймать и чтобы в детекторе были минимизированы “мертвые зоны”» , — подчеркивает он. Каждая из детекторных подсистем, «слои детектора», регистрирует те или иные частицы, рождающиеся при столкновении протонных пучков.

Сколько всего «матрешек» в большой «матрешке-детекторе»? Четыре большие подсистемы, включая мюонную и систему калориметров. В итоге вылетающая частица пересекает около 50 «слоев регистрации» детектора, каждый из которых собирает ту или иную информацию. Ученые определяют траекторию движения этих частиц в пространстве, их заряды, скорости, массу и энергию.

Протонные пучки сталкиваются только в тех местах, которые окружены детекторами, в других же местах коллайдера они летят по параллельным трубам.

Ускоренные и запущенные в Большой адронный коллайдер пучки крутятся в течение 10 часов, за это время они проходят путь в 10 млрд км, что достаточно для путешествия до Нептуна и обратно. Путешествующие с почти световой скоростью протоны делают по 27-километровому кольцу 11 245 оборотов в секунду!

Выходящие из инжектора протоны пропускаются через целый каскад ускорителей, пока не попадут в большое кольцо. «ЦЕРНу, в отличие от российских центров, удалось каждый свой рекордный для своего времени ускоритель использовать как предускоритель для следующего» , — отмечает Николай Зимин . Началось всё с Протонного синхротрона (PS, 1959) , потом был Суперпротонный синхротрон (SPS, 1976) , потом Большой электрон-позитронный коллайдер (LEP, 1989) . Потом LEP «вырезали» из туннеля, чтобы сэкономить деньги, и на его месте построили Большой адронный коллайдер. «Потом LHC “вырежут”, построят суперLHC, уже есть такие идеи. А может, сразу начнут строить FCC (Future Circular Colliders), и появится уже 100-километровый коллайдер на 50 ТэВ» , — продолжает свой рассказ Зимин .

«Почему здесь всё так хорошо организовано с точки зрения безопасности? Потому что внизу много опасностей. Во-первых, само по себе подземелье на 100-метровой глубине. Во-вторых, там очень много криогенной техники, ATLAS работает с двумя магнитными полями. Одно из них образовано центральным сверхпроводящим соленоидом, который надо охлаждать. Второе — самыми крупными в мире магнитными тороидами. Это 25-метровые бублики в одном направлении и 6-метровые — в другом. В каждом из них циркулирует ток в 20 кА. И их тоже надо охлаждать жидким гелием. Запасенной энергии магнитного поля у нас 1,6 ГДж, так что если что-то случится, то последствия разрушения детектора могут быть катастрофическими. В пучковой камере детектора высокий вакуум, и если он нарушится, то может получиться взрыв» , — говорит Николай Зимин .

«Здесь одно из самых пустых (в смысле вакуума) мест в Солнечной системе и одно из самых холодных во Вселенной: 1,9 К (-271,3 °C). Одновременно — одно из самых горячих мест в Галактике» , — так любят говорить в ЦЕРНе, и всё это не преувеличение. На БАКе — крупнейшая система охлаждения в мире, она необходима для поддержания 27-километрового кольца в состоянии сверхпроводимости. В трубах, по которым летят пучки протонов, создан ультравысокий вакуум в 10-12 атмосферы, чтобы избежать столкновений с молекулами газа.



РЕСПУБЛИКИ КОЛЛАБОРАЦИЙ

Работа на Большом адронном коллайдере проходит в условиях постоянной научной конкуренции между коллаборациями. Но бозон Хиггса был открыт одновременно и группой ATLAS, и группой CMS . Владимир Гаврилов (CMS) подчеркивает важность того, что две независимые коллаборации работали над этой задачей одновременно. «Заявление о том, что нашли бозон Хиггса, прозвучало только после того, как обе коллаборации выдали результаты, полученные совершенно разными путями, но указывающие примерно на одни и те же параметры с возможной для двух детекторов точностью. Сейчас эта точность увеличивается, и согласие между результатами еще лучше» . «ЦЕРН и коллаборации — это разные вещи. ЦЕРН — это лаборатория, она дает вам ускоритель, а коллаборации — это отдельные государства ученых со своей конституцей, своими финансами, менеджментом. И люди, которые работают на детекторах, на 90% не сотрудники ЦЕРНа, а сотрудники институтов, их работу оплачивают государства-участники и институты, и ЦЕРН входит в коллаборацию на тех же основаниях, что и прочие институты» , — поясняет Олег Федин из Петербургского института ядерной физики .

БУДУЩЕЕ БОЛЬШОГО АДРОННОГО КОЛЛАЙДЕРА

Уже полтора года коллайдер не работает , инженеры и техники проверяют и заменяют оборудование. «Мы собираемся запустить первые пучки в январе 2015 года. Когда придут первые интересные результаты, я не знаю. Энергия коллайдера будет увеличена почти вдвое — от 7 до 13 ТэВ, — это, по сути, новая машина» , — сообщил нам генеральный директор ЦЕРНа Рольф-Дитер Хойер (Rolf-Dieter Heuer) .

Чего ждет Рольф Хойер от пуска БАКа после модернизации? «Я мечтаю о том, что здесь, на БАКе, нам удастся найти следы частиц темной материи. Это будет замечательно. Но это только мечта! Я не могу гарантировать, что мы это найдем. И, разумеется, мы можем открыть какие-то новые вещи. С одной стороны, есть Стандартная модель — она поразительно хорошо описывает мир. Но ничего не объясняет. Слишком много параметров введено вручную. Стандартная модель — это фантастика. Но вне Стандартной модели — еще большая фантастика» .

В канун 60-летия ЦЕРНа Рольф Хойер отмечает, что все эти годы научный центр жил под девизом: «60 лет науки для мира». По его словам, «ЦЕРН не то чтобы игнорировал, но старался держаться как можно дальше от любых политических вопросов. С самого основания ЦЕРНа, когда между Западом и Востоком было разделение, представители с обеих сторон могли работать здесь вместе. Сегодня у нас работают ученые из Израиля и Палестины, Индии и Пакистана… Мы стараемся держаться вне политики, мы стараемся работать как представители человечества, как нормальные люди» .

В статье использована брошюра LHC The guide. Электронная версия — на сайте

Новость о проводимом в Европе эксперименте сколыхнула общественное спокойствие, поднявшись на первые позиции списка обсуждаемых тем. Адронный коллайдер засветился всюду – на ТВ, в прессе и интернете. Что уж говорить, если жж-юзеры создают отдельные сообщества, где уже сотни неранодушных активно высказали свое мнения по поводу нового детища науки. «Дело» предлагает вам 10 фактов, которые нельзя не знать об адронном коллайдере .

Таинственное научное словосочетание перестает быть таковым, как только мы разберемся со значенем каждого из слов. Адрон – название класса элементарных частиц. Коллайдер – специальный ускоритель, с помощью которого возможно передать элементарным частицам вещества высокую энергию и, разогнав до высочайшей скорости, воспроизвести их столкновение друг с другом.

2. Почему о нем все говорят?

По мнению ученых Европейского центра ядерных исследований CERN, эксперимент позволит воспроизвести в миниатюре взрыв, в результате которого миллиарды лет назад образовалась Вселенная. Однако больше всего общественность волнует то, какими будут последствия мини-взрыва для планеты в случае неудачного исхода эксперимента. По мнению некоторых ученых, в результате сталкивания элементарных частиц, летящих с ультрарелятивистскими скоростями в противоположных направлениях, образуются микроскопические черные дыры, а также вылетят другие опасные частицы. Полагаться же на специальное излучение, приводящее к испарению черных дыр особо не стоит – экспериментальных подтверждений тому, что оно работает, нет. Потому-то к такой научной инновации и возникает недоверие, активно подогреваемое скептически настроенными учеными.

3. Как работает эта штуковина?

Элементарные частицы разгоняются на разных орбитах в противоположных направлениях, после чего помещаются на одну орбиту. Ценность замысловатого устройства в том, что благодаря ему ученые получают возможность исследовать продукты столкновения элементарных частиц, фиксируемые специальными детекторами в виде цифровых фотокамеры с разрешением в 150 мегапикселей, способных делать 600 миллионов кадров в секунду.

4. Когда появилась идея создать коллайдер?

Идея строительства машины родилась еще в 1984 году, однако строительство туннеля началось только в 2001 году. Ускоритель расположен в том же туннеле, где прежде находился предыдущий ускоритель – Большой электрон-позитронный коллайдер. 26,7 – километровое кольцо проложено на глубине около ста метров под землёй на территории Франции и Швейцарии. 10 сентября в ускорителе был запущен первый пучок протонов. В ближайшие несколько дней будет запущен второй пучок.

5. Во сколько обошлось строительство?

В разработке проекта участвовали сотни ученых всего мира, в том числе и российские. Его стоимость оценивается в 10 миллиардов долларов, из них 531 миллион в строительство адронного коллайдера вложили США.

6. Какой вклад внесла Украина в создание ускорителя?

Ученые украинского Института теоретической физики приняли непосредственное участие в построении андронного коллайдера. Специально для исследований ими была разработана внутренняя трековая система (ITS). Она является сердцем «Алисы» — части коллайдера , где должен произойти миниатюрный «большой взрыв». Очевидно, весьма не последняя по значимости деталь машины. Украина должна ежегодно выплачивать 200 тысяч гривен за право участия в проекте. Это в 500-1000 раз меньше взносов в проект других стран.

7. Когда ждать конца света?

Первый эксперимент по столкновению пучков элементарных частиц намечен на 21 октября. До этого времени ученые планируют разогнать частицы до скорости, приблеженной к скорости света. Согласно общей теории относительности Эйнштейна, черные дыры нам не грозят. Однако в случае, если теории с дополнительными пространственными измерениями окажутся верны, у нас осталось не очень много времени, чтоб успеть решить все свои вопросы на планете Земля.

8. Чем страшны черные дыры?

Чёрная дыра – область в пространстве-времени, сила гравитационного притяжения которой настолько сильна, что даже объекты, движущиеся со скоростью света, не могут ее покинуть. Существования черных дыр подтверждается решениями уравнений Эйнштейна. Не смотря на то, многие уже представляют себе, как образовавшаяся в Европе черная дыра, разрастаясь, поглотит всю планету, бить тревогу не стоит. Черные дыры , которые, согласно некоторым теориям, могут появиться при работе коллайдера , согласно все тем же теориям, будут существовать на протяжении настолько короткого отрезка времени, что просто не успеют начать процесс поглощения материи. По утверждениям некоторых ученых, они даже не успеют долететь до стенок коллайдера.

9. Чем могут быть полезны исследования?

Помимо того, что данные исследования – очередное невероятное достижения науки, которое позволит человечеству узнать состав элементарных частиц, это еще не весь выигрыш, ради которого человечество пошло на такой риск. Возможно, в скором будущем мы с вами сможем воочию увидеть динозавров и обсудить наиболее эффективные военные стратегии с Наполеоном. Российские ученые полагают, что в результате эксперимента человечеству станет посильным создание машины времени.

10. Как произвести впечатление научно подкованного человека с помощью адронного коллайдера?

Ну и наконец, если кто-либо, заранее вооружившись ответом, спросит у вас, что же это такое адронный коллайдер, предлагаем вам достойный вариант ответа, способного приятно удивить любого. Итак, пристегнули ремни! Адронный коллайдер – ускоритель заряженных частиц, предназначенный для разгона протонов и тяжёлых ионов на встречных пучках. Построен в научно-исследовательском центре Европейского совета ядерных исследований и представляет собой 27-километровый туннель, проложенный на глубине 100 метров. В связи с тем, что протоны электрически заряжены, ультрарелятивистский протон порождает облако почти реальных фотонов, летящих рядом с протоном. Этот поток фотонов становится ещё сильнее в режиме ядерных столкновений, из-за большого электрического заряда ядра. Они могут столкнуться как со встречным протоном, порождая типичные фотон-адронные столкновения, так и друг с другом. Ученые побаиваются, что в результате эксперимента могут образоваться пространственно-временны́е «туннели» в пространстве, которые являются типологической особенностью пространства-времени. В результате эксперимента также может быть доказано существование суперсимметрии, которая, таким образом, станет косвенным подтверждением истинности теории суперструн.

Простое объяснение того, почему физике нужен коллайдер частиц за пределами LHC

ЦЕРН

Есть проблема в области физики высоких энергий, и это самая большая проблема, которую только можно себе представить.С одной стороны, у нас есть Стандартная модель физики элементарных частиц: квантовая теория поля, описывающая частицы Вселенной и то, как они взаимодействуют. Стандартная модель, от ядерных реакторов до радиоактивного распада, космических частиц и ускорителей высоких энергий, прошла все когда-либо разработанные экспериментальные испытания.

С другой стороны, Стандартная модель не объясняет всего, что, как мы знаем, должно существовать. Темная материя, темная энергия, значения фундаментальных констант и происхождение того, почему наша Вселенная состоит из материи, а не из антиматерии, — все это нерешенные нерешенные загадки.Когда Большой адронный коллайдер (БАК) был запущен в 2008 году, он был разработан, чтобы найти последний оплот Стандартной модели: бозон Хиггса. Но ни одна другая загадка до сих пор не разгадана. Некоторые утверждают, что это означает, что еще один коллайдер того не стоит. На самом деле это означает, что сейчас он нужен нам больше, чем когда-либо.

Очень просто, есть несколько правил для создания и измерения свойств каждой известной нам частицы. Все, что вам нужно, это взаимодействие между любыми двумя уже существующими частицами, где:

  • имеется достаточно свободной энергии для создания новых частиц (и античастиц) по закону Эйнштейна E = mc 2 ,
  • все квантовые правила сохранения (электрический заряд, цветовой заряд, спин, угловой момент и т. д.) соблюдаются,
  • , и взаимодействие, посредством которого вы пытаетесь создать свои частицы (и античастицы), разрешено Стандартной моделью.

Придерживаясь этой формулы, нашим высокоэнергетическим коллайдерам, как в прошлом, так и в настоящем, удалось не только создать каждую отдельную частицу, существование которой предсказано как часть Стандартной модели, но и измерить их физические свойства.

Э. Сигел / За пределами Галактики

Когда вы думаете о физических свойствах, вы, вероятно, думаете о таких вещах, как масса, заряд, размер (если применимо), вращение и так далее. Это, безусловно, важные компоненты свойств частицы, но это не исчерпывающий список. Большинство частиц из-за взаимодействий, разрешенных (и запрещенных) Стандартной моделью, не стабильны бесконечно, а имеют конечное время жизни, после которого они распадаются.

Из-за правил квантовой физики не существует однозначного и однозначного ответа на вопрос «когда эта частица распадется и на что она распадется?» Вместо этого все, что у нас есть, — это набор вероятностей. Мы можем количественно определить среднее (среднее) время жизни частицы, ее возможные пути распада, вероятности, связанные с каждым из них, и т. д. Если у нас есть правильная физическая теория, наши предсказания этих свойств должны соответствовать экспериментальным результатам, которые мы получаем с помощью коллайдеров. эксперименты.

Образовательный проект по современной физике / DOE / NSF / LBNL

Только мы знаем, что Стандартная модель не может быть правильной в абсолютном смысле.Несомненно, это кажется приблизительно правильной версией более глубокой и фундаментальной теории, которую ни один эксперимент никогда не опровергал и не заставлял нас сомневаться. Но нельзя отрицать необходимость новых частиц, полей и/или взаимодействий для полного описания всей известной Вселенной.

Какой бы ни была окончательная истина нашей физической реальности, Стандартная модель не может быть ее полной полнотой. Там должно быть больше. Главный вопрос заключается в следующем: насколько верна Стандартная модель? Увидим ли мы новые частицы, если достигнем энергии в 10, 100 или 1000 раз больше, чем можем сейчас? Увидим ли мы отклонения от его предсказаний в 3-й, 5-й или 9-й значащей цифре распада частиц и времени жизни? Или это будет Стандартная модель, насколько наши возможности могут нас завести?

ЦЕРН/FCC исследование

БАК до сих пор был совершенно невероятным в плане экспериментов. В дополнение к обнаружению последнего препятствия в Стандартной модели элементарных частиц — бозона Хиггса — он также исследовал границу энергии до более высоких значений, чем когда-либо прежде. Самая тяжелая частица в Стандартной модели — топ-кварк с энергией примерно 175 ГэВ/c 2 ; LHC исследовал энергии почти в 100 раз выше.

Если будут обнаружены новые частицы с энергиями примерно до 7000 ГэВ/c 2 , БАК сможет их найти. Если в известных частицах обнаруживаются отклонения от ожидаемого поведения, предсказанного Стандартной моделью, БАК также может исследовать их. Тем не менее, с беспрецедентно большим количеством столкновений при энергиях, никогда ранее не достигавшихся в лаборатории, все согласуется только со старой доброй Стандартной моделью.

Андре Давид, через Твиттер

Это не катастрофа для физики элементарных частиц, но разочаровывает.В прошлом, когда мы расширяли энергетические границы на новую территорию, мы не только обнаруживали искомую частицу или явление, но и дополнительные сюрпризы или новшества, которые давали новое понимание фундаментальной природы реальности. Не так с LHC.

Бозон Хиггса, как и предсказывала Стандартная модель, кажется самым обычным вариантом, без каких-либо изменений в скорости распада, времени жизни, массе, ширине или коэффициенте ветвления. Другие частицы Стандартной модели тоже, будучи подвергнуты этому новому уровню тщательного изучения, по-видимому, иллюстрируют, насколько верна Стандартная модель, без каких-либо отклонений. Единственным намеком на новую физику были призраки, которые оказались простыми случайными колебаниями данных, согласующимися со Стандартной моделью.

Сотрудничество ЦЕРН/CMS

Большой экзистенциальный вопрос, стоящий перед полем: «Куда мы идем дальше?» Есть два основных пути:

  1. Путь грубой силы, где мы увеличиваем энергию столкновений, количество столкновений и количество каждого типа частиц Стандартной модели, которые мы можем создать, чтобы лучше наблюдать их распады, коэффициенты ветвления, время жизни и т. д.
  2. Тонкий подход, при котором проводятся специальные эксперименты для поиска явлений, которые могут привести к намекам на физику за пределами Стандартной модели где-либо еще, например, в нейтринных осцилляциях, условиях кварк-глюонной плазмы или других экзотических сценариях.

Изящный подход будет применен в любом случае; такие эксперименты, как LSND, MiniBOONE, DAMA/CoGENT и другие, уже делают именно это. Перед нами стоит вопрос, построим ли мы новый, будущий коллайдер, который выведет нас за пределы БАК.

Должны быть новые частицы, и их можно обнаружить, раздвинув границы экспериментальной физики элементарных частиц. Варианты включают в себя новую физику, новые силы, новые взаимодействия, новые соединения или множество экзотических сценариев, включая те, которые нам еще предстоит вообразить.

Когда мы откидываем завесу нашего космического невежества; когда мы исследуем границы энергии и точности; поскольку мы производим все больше и больше событий, мы начнем получать данные, как никогда раньше. Если в 7-м десятичном знаке хиггсовского распада есть новая физика, или если W + имеет немного другое отношение ветвления распада, чем W , новый коллайдер — единственный инструмент, который, вероятно, обнаружит это. Сигнатуры новых частиц могут проявляться как очень небольшая поправка к предсказаниям Стандартной модели, а создание огромного количества распадающихся частиц, таких как тяжелые бозоны или кварки, может выявить их.

Латам Бойл и Мардус из Wikimedia Commons

Но если мы решим не строить его, мы никогда не узнаем, будут ли обнаружены эти новые признаки физики за пределами Стандартной модели. Вполне вероятно, что для многих порядков энергии найти нечего. Хотя новые частицы, поля и/или взаимодействия, безусловно, присутствуют, они могут не проявляться в миллион (или более) раз сверх того, что может исследовать БАК.

Окончательный кошмарный сценарий в физике элементарных частиц заключается не в том, что БАК не найдет ничего, кроме бозона Хиггса; дело в том, что нет ничего, что человечество могло бы найти с помощью любого коллайдера, который мы можем разумно построить на Земле.Прямо сейчас, на данный момент времени, у нас есть люди, база знаний и инфраструктура, чтобы попытаться создать коллайдер следующего поколения. Если мы упустим открывающуюся перед нами возможность в ближайшие годы, мы, вероятно, никогда не создадим единственную машину, которая сможет вывести нас за пределы того, что известно в настоящее время.

Universe-review.ca

БАК, конечно, еще не вылизан. В настоящее время он подвергается модернизации как по энергии, так и по светимости, что позволит увеличить количество столкновений при немного более высоких энергиях, чем когда-либо. В целом, БАК собрал всего 2% данных, которые он когда-либо собирал за всю свою жизнь; есть 50-кратное улучшение, которое можно получить просто за счет большего количества времени и запланированного графика обновлений.Есть шанс, что с большим количеством и лучшими данными БАК сможет раскрыть великие тайны физики, которые выведут нас за пределы наших нынешних ограничений.

Так это или нет, но единственный способ узнать, какие тайны на самом деле хранит природа, это посмотреть. Если мы не зададим Вселенной самые фундаментальные вопросы о самой ее природе, мы уверяем себя, что никогда не узнаем ответов. Конечно, будущий коллайдер с новым туннелем, новыми детекторами, новыми магнитами и новым конвейером данных будет очень дорогим.

Пчарито / Wikimedia Commons

Но как можно сравнивать стоимость нового коллайдера с ценой для человечества даже без попытки понять великие неизвестные перед нами? Может наступить день, когда мы откажемся от того, чему нас может научить наука, но сегодня не тот день.До тех пор, пока существуют границы, которые можно раздвинуть с точки зрения энергии, точности или количества данных, которые мы можем собрать, наша обязанность как любопытного вида — раздвигать эти границы настолько далеко, насколько это возможно.

Подход грубой силы, конечно, не единственный, который мы должны использовать, точно так же, как астрономы не вкладывают все средства в создание единственного телескопа с максимально возможной светосилой. Но отказаться от него сейчас, после того как он завел нас так далеко, было бы самой большой ошибкой, которую мы могли бы совершить.

Низко висящие плоды могут исчезнуть, и мы не знаем, что может быть там, на верхушках деревьев. Мы можем построить сборщик вишен, достаточно хороший, чтобы доставить нас туда. Разве ты не хочешь попробовать самый сладкий фрукт из всех?

Collider — Amazon Sumerian

Компонент коллайдера добавляет объекту геометрию столкновения. При использовании вместе с жестким компонентом вы может создать динамическую конфликтующую сущность. Если коллайдер не имеет жесткого компонента тела, он становится статичным. геометрия столкновений в мире физики.Мы называем это статическим коллайдером .

Если объект с коллайдером или любой из его родителей имеет компонент динамического твердого тела, он превратится в динамический коллайдер . Если объект с коллайдером или любой из его родителей имеет кинематический жесткий компонент тела, он превратится в кинематический коллайдер .

Формы коллайдера визуализируются с помощью зеленого каркаса.

Свойства

  • Форма — Форма коллайдера.

    • Коробка

    • Сфера

    • Самолет

    • Бесконечный самолет

  • Триггер

    Если коллайдер не является триггером, он генерирует следующие события во время коллизий:

    • шумер. физика.началоКонтакт

    • шумерская.физика.во времяКонтакт

    • шумерская.физика.endКонтакт

    Если коллайдер является триггером, он будет а не сталкиваться с другими физическими объектами. Однако, он будет генерировать события, когда в него входит физический объект. Доступные события:

    • шумер.физика.триггерВведите

    • шумерская.физика.триггерStay

    • шумерская.физика.триггерВыход

  • Трение 0 Означает отсутствие трения. Окончательное трение (и restitution) значение, используемое при столкновении, вычисляется с помощью умножения. Например, сфера с трением = 0,5 который сталкивается с плоскостью с трением = 0.5 получит коэффициент трения 0,25.

  • Restitution — Сколько должен отскакивать коллайдер. 0 нет отскока а 1 — максимальный отскок. Если вы установите реституцию на число больше единицы, она будет увеличиваться все больше и больше. энергии на каждый отскок.

  • Половинные экстенты – Половинные экстенты коллайдера по осям X, Y и Z.

Использование кинематических твердых тел по сравнению сТолько для коллайдера: Unity3D

Я являюсь любителем Unity уже несколько лет и только сейчас обнаружил, что перемещение объектов только для коллайдера влияет на производительность по сравнению с объектами с твердым телом. Согласно учебнику Unity Physics Best-Practices:

Игровые объекты, не имеющие компонента RigidBody, считаются статическими коллайдерами. Это важно знать, потому что крайне неэффективно пытаться перемещать статические коллайдеры, поскольку это заставляет физический движок заново пересчитывать физический мир.

Это также повторяется в справочной статье о коллайдерах.

Я действительно хотел бы понять последствия этого. Означает ли это, что для каждого движения «статического коллайдера» необходимо пересчитывать физический мир? Или он объединит их всех в одном и том же Update и сделает пересчет в конце или в начале следующего FixedUpdate ?

Мне также очень трудно воспроизвести эти проблемы с производительностью. В моей сцене у меня есть движущиеся «корабли», по которым игрок может ходить, они имеют такую ​​иерархию:

  • Корень

    • ShipPart1 (с коллайдером сетки)

    • ShipPart2 (с коллайдером сетки)

    • ShipPart3 (с сетчатым коллайдером)

    • и т. д…

Судя по статье, я должен ожидать серьезных скачков производительности вместе с предупреждениями в профилировщике, но я их не вижу. У меня может быть сотня таких кораблей, движущихся одновременно, и они будут работать со скоростью более 60 кадров в секунду, при этом большая часть времени на кадр будет потрачена на другие вещи, помимо движения (навигация и т. д.). Кроме того, согласно профайлеру, присоединение Rigidbody к корневому объекту не оказывает никакого влияния на производительность. На самом деле удаление коллайдеров 2970 меш со всех кораблей почти не повлияло.

Даже если влияние на производительность невелико, я все же хотел бы избежать его, если это возможно. Может ли кто-нибудь пролить больше света на то, что происходит и как я должен настроить эти объекты? Нужно ли твердое тело для каждого дочернего объекта с коллайдером сетки в иерархии?

Кроме того, скажем, я использую кинематические твердые тела, я читал, что их движение (назначение transform.position ) действительно должно выполняться в FixedUpdate . В чем проблема с использованием Update , если физические силы не используются?

Кроме того, просто общие практические правила для работы с коллайдерами/кинематических твердых тел были бы превосходны!

Коллайдеры и триггеры в Unity3D

Многие игры имитируют физику реального мира, и столкновения также являются важной частью этих симуляций. Точно так же, когда мы разрабатываем игры, большую часть времени мы запускаем или останавливаем события на основе других событий. Для этих целей мы используем коллайдеры и/или триггеры.

В этой статье мы увидим…

  • разница между коллайдером и триггером.
  • как мы можем добавить коллайдер к объекту.
  • наиболее часто используемые типы коллайдеров.
  • Создание физического материала для добавления таких свойств, как упругость и трение.
  • обнаружение столкновений.
  • как мы можем запускать события с помощью триггеров.
  • как игнорировать столкновения между объектами, имеющими определенные слои.

В чем разница между коллайдерами и триггерами?

В Unity коллайдеры — это компоненты, которые позволяют физическому движку обрабатывать коллизии. Физический движок имитирует столкновения с помощью коллайдеров. Мы можем определить, какие объекты будут сталкиваться друг с другом или как объекты будут вести себя при столкновениях, используя коллайдеры.

С другой стороны, триггеры — это специальные настройки коллайдеров.Назначение триггеров — инициировать события, когда несколько объектов перекрываются. Если у объекта есть коллайдер, настроенный как триггер, этот объект не сталкивается с каким-либо другим объектом, а вместо этого перекрывается.

Добавление коллайдера

В Unity3D есть несколько типов коллайдеров. Вот некоторые из них: Box Collider, Capsule Collider, Sphere Collider, MeshCollider, Terrain Collider и Wheel Collider. Существуют также 2D-версии этих коллайдеров.

Mesh Collider создает коллайдер, который точно покрывает сложные сетки.Однако физические расчеты для меш-коллайдеров дороги, и, если возможно, вам следует избегать их использования. В большинстве случаев разработчики добавляют несколько примитивных коллайдеров, чтобы покрыть объект. Как правило, этого достаточно, чтобы покрыть большую часть объекта.

Примитивные объекты поставляются с прикрепленными коллайдерами. Если вы импортируете пользовательскую сетку в свою сцену, вам нужно добавить компонент коллайдера для этого объекта. Давайте посмотрим на некоторые из коллайдеров в деталях.

Коробчатый коллайдер

Box Collider — один из наиболее часто используемых коллайдеров.Используя его свойства, вы можете определить, является ли этот коллайдер триггером или нет (пока не беспокойтесь о триггерах, мы подробно рассмотрим это позже) или его центр и размер. Кроме того, вы можете прикрепить физический материал, определяющий коэффициент трения и упругость (через минуту мы увидим физические материалы). Вы можете управлять всеми этими свойствами как в инспекторе, так и в скрипте C#. Вот несколько примеров кода, управляющих этими свойствами:

 //Получить компонент boxcollider и назначить его переменной boxCollider
BoxCollider boxCollider = GetComponent();

//Устанавливаем центр коллайдера коробки
боксколлайдер.центр = новый Vector3 (0f, 0,5f, 0f);

//Устанавливаем размер коллайдера коробки
boxCollider. size = новый Vector3 (2f, 2f, 2f);

//Отключаем коллайдер коробки
boxCollider.enabled = ложь;
 
Сферический коллайдер

Второй коллайдер, который мы увидим, это сферический коллайдер. Вы можете управлять его IsTrigger, материалом, положением центра и свойствами радиуса. Вы также можете получить доступ к этим свойствам с помощью сценариев C#. Вот несколько примеров кода:

 //Получить компонент сферического коллайдера и присвоить его переменной сфераколлайдер
SphereCollidersphereCollider = GetComponent();

//Устанавливаем центр коллайдера сферы
сфераколлайдер.центр = новый Vector3 (0f, 0,5f, 0f);

//Устанавливаем размер сферического коллайдера
сфераКоллидер.радиус = 0,8f;

//Отключаем коллайдер сфер
сфераколлайдер.enabled = ложь;
 
Капсульный коллайдер

Другим важным коллайдером является капсульный коллайдер. Подобно коллайдеру коробок и коллайдеру сфер, вы можете управлять такими свойствами, как центр, радиус и высота. Вы можете назначить материал физики, а также изменить направление. Свойство Direction изменяет ориентацию коллайдера. Разработчики обычно используют капсульные коллайдеры для персонажей.Следующие примеры кода управляют некоторыми свойствами капсульного коллайдера:

 //Получите компонент коллайдера капсулы и назначьте его переменной капсулыCollider
CapsuleCollider capsuleCollider = GetComponent();

//Устанавливаем центр капсульного коллайдера
капсулаCollider.center = новый Vector3(0f, 0.5f, 0f);

//Устанавливаем направление капсульного коллайдера
капсулаCollider.direction = 0;
 
Сетчатый коллайдер

Mesh Collider — это тип коллайдера, который имеет ту же геометрию, что и связанная с ним сетка.Это позволяет физическому движку выполнять очень точные расчеты столкновений. Однако, как я упоминал выше, вы должны помнить, что использование меш-коллайдера стоит дорого, и вам следует избегать его использования, если это возможно. Вместо этого вам следует рассмотреть возможность использования комбинации примитивных коллайдеров.

Физические материалы

Если вы хотите добавить физические свойства, такие как отскок или трение, вам нужно создать физический материал и назначить его соответствующему коллайдеру. Чтобы создать физический материал, щелкните правой кнопкой мыши папку assets на вкладке проекта, затем перейдите в Create и, наконец, выберите Physics Material .Вам также необходимо назначить этот материал коллайдеру.

На следующем видео показано столкновение коллайдеров, не имеющих физического материала. (В этой сцене к белому шару также прикреплено твердое тело.)

На следующем изображении показано столкновение, когда оба объекта имеют один и тот же физический материал с отскоком 0,6.

Обнаружение столкновений

Мы можем выполнять фрагменты кода, когда начинается или заканчивается столкновение. Более того, мы можем получить информацию о столкновении в виде точек контакта или скорости удара.Давайте посмотрим, как мы можем обрабатывать коллизии.

OnCollisionEnter выполняется, когда коллайдер твердого тела касается другого коллайдера. Аналогично, OnCollisionStay и OnCollisionExit выполняются, пока коллайдер продолжает касаться или уходит. Следующий скрипт, прикрепленный к шару, выводит на консоль соответствующие сообщения.

 с использованием System.Collections;
используя System.Collections.Generic;
с помощью UnityEngine;

открытый класс CollisionDetection: MonoBehaviour
{
    private void OnCollisionEnter (столкновение столкновений)
    {
        Отлаживать.Журнал("Столкновение началось.");
    }

    private void OnCollisionStay (столкновение столкновений)
    {
        Debug.Log("Столкновение продолжается.");
    }

    private void OnCollisionExit (столкновение столкновений)
    {
        Debug.Log("Конфликт завершен.");
    }
}
 

Кроме того, вы можете получить свойства столкнувшегося объекта. Следующий скрипт, прикрепленный к мячу, даст вам сталкивающийся объект.

 открытый класс CollisionDetection: MonoBehaviour
{
    private void OnCollisionEnter (столкновение столкновений)
    {
        Отлаживать.Журнал(столкновение.коллайдер.имя);
    }
}
 

Теперь предположим, что вы хотите обнаруживать только столкновения с синим объектом. В этом случае вы можете проверить сталкивающийся объект, а также получить свойства столкновения. Например, следующий скрипт, прикрепленный к мячу, печатает импульс и относительную скорость столкновения, когда мяч сталкивается с синим объектом.

 открытый класс CollisionDetection: MonoBehaviour
{
    private void OnCollisionEnter (столкновение столкновений)
    {
        если (столкновение.collider.name=="СинийОбъект"){
            Debug.Log(collision.collider.name);
            Debug.Log("Импульс: " + столкновение.импульс);
            Debug.Log("Относительная скорость" + столкновение.relativeVelocity);
        }
    }
}
 

Триггеры

В играх вы запускаете события, когда что-то происходит. Например, вы можете открыть дверь, когда игрок подходит к определенной точке. В этих случаях мы используем триггеры для выполнения некоторых фрагментов кода.

Чтобы использовать триггеры, вы должны включить их, установив флажок IsTrigger в компоненте коллайдера.

Если вы установите коллайдер в качестве триггера, этот коллайдер не будет сталкиваться ни с каким другим коллайдером. Он может перекрываться с любым другим коллайдером (или триггером), и когда это происходит, мы можем запустить функцию.

Мы используем методы OnTriggerEnter , OnTriggerStay и OnTriggerExit для обнаружения перекрытия и запуска событий.

Вот пример, показывающий, как мы их используем:

 открытый класс TriggerExample: MonoBehaviour
{
    private void OnTriggerEnter (другой коллайдер)
    {
        Отлаживать.Журнал("Введен объект.");
    }
    private void OnTriggerStay (другой коллайдер)
    {
        Debug. Log("Объект все еще находится внутри триггера");
    }
    private void OnTriggerExit (другой коллайдер)
    {
        Debug.Log("Объект остался.");
    }
}
 

В приведенном выше сценарии методы OnTriggerEnter, OnTriggerStay и OnTriggerExit будут выполняться, когда объект с коллайдером входит, остается и выходит из объема триггера.

Обратите внимание, что методы Trigger принимают параметр типа коллайдера.Если вы хотите обнаружить имена, теги или любое другое свойство перекрывающегося объекта, вы можете получить их с помощью этого параметра. Вот пример этого. Далее будет напечатано имя объекта, который взаимодействует с триггером.

 private void OnTriggerEnter (другой коллайдер)
{
    Debug.Log("Имя объекта: " + other.gameObject.name);
}
 

В качестве примера создадим автоматическую дверь. Для этого создадим куб и отключим его компонент Mesh Renderer так как мы не хотим его видеть.Затем запустите коллайдер куба. Вы также должны создать объект для двери (синий объект, см. ниже). Ваша конфигурация должна выглядеть так:

Мы установим логическую переменную в true скрипте, прикрепленном к двери, когда объект входит в триггер для открытия двери. И когда объект покинул триггер, мы закроем дверь, установив эту же переменную в значение false. Вот скрипт, который нужно прикрепить к двери:

 с использованием системы.Коллекции;
используя System.Collections.Generic;
с помощью UnityEngine;

открытый класс DoorScript: MonoBehaviour
{
    частный логический открытый = ложный;
    частная начальная позиция Vector3;

    public bool Open {получить => открыть; установить => открыть = значение; }

    частная пустота Start ()
    {
        initalPosition = преобразование.позиция;
    }

    пустое обновление ()
    {
        если(открыть){
            transform.position = Vector3.Lerp(transform.position, initalPosition+new Vector3(0f, 2f, 0f), 5f*Time.deltaTime);
        }еще{
            трансформировать.position = Vector3.Lerp(transform.position, initalPosition, 5f*Time. deltaTime);
        }
    }
}
 

А это скрипт, который нужно прикрепить к триггеру:

 с использованием System.Collections;
используя System.Collections.Generic;
с помощью UnityEngine;

открытый класс DoorTriggerScript: MonoBehaviour
{
    общественная дверь DoorScript;

    private void OnTriggerEnter (другой коллайдер)
    {
        дверь.Открыть = истина;
    }

    private void OnTriggerExit (другой коллайдер)
    {
        дверь.Открыто = Ложь;
    }
}
 

Вы также должны назначить игровой объект двери для DoorTriggerScript.

И вот результат:

Матрица конфликтов слоев

Иногда в играх вы можете избегать столкновений между определенными объектами. Мы можем определить, какие объекты могут столкнуться с другим объектом на основе их слоев, используя матрицу столкновений слоев. Матрица столкновения слоев находится на вкладке Physics в настройках Player .

В матрице коллизии слоев отмеченные галочкой слои могут конфликтовать. Если вы хотите предотвратить столкновение двух слоев друг с другом, вы должны снять флажок. Давайте посмотрим, как это сделать.

Предположим, у вас есть синий и красный предметы и мяч. Если вы уберете галочку со слоев с шаром и красным объектом, объекты с этими слоями больше не смогут сталкиваться. Чтобы добавить слои, щелкните раскрывающееся меню слоев любого объекта и выберите Добавить слои .

Затем вы можете добавить новые слои в этот раздел.

Если вам понравилась эта статья, вы можете ознакомиться с другими нашими статьями или руководствами. Чтобы увидеть их, нажмите здесь.

Unity Collision Detection 2D что вам нужно знать

Вот и мы, я чувствую еще одну загадку, Unity Collision Detection 2D.

Что? На этот раз это слишком сложно!?

Не думаю.

Я знаю, это большое дело, но если мы хотим, чтобы создавал видеоигры, нам нужно до , смотрим правде в глаза:

Управление коллизиями .

Не волнуйтесь, мы найдем всю необходимую информацию, и на этот раз у нас будет еще один партнер, который поможет в нашем расследовании: Юнити.

Да, Unity поможет нам , тогда нам просто нужно начать анализ улик.

Шаг за шагом мы поймем, как управлять столкновениями в нашей игре, и этот чудовищный случай станет милым маленьким котенком.

Готов? Мяу!

Словарь столкновений Unity

Эй, партнер, вот что я уже обнаружил, есть некоторые важных понятий   , которые нужно знать , прежде чем продолжить и понять  Обнаружение столкновений Unity 2D :

Физический движок 2D

Для обнаружения столкновений и имитации физической системы реального мира Unity предоставляет встроенный физический движок, так что все математические расчеты ускорения, сил, гравитации, обнаружения столкновений и т. д. уже есть.

Кажется, другие отважные сыщики уже раскрыли дело физики! Спасибо, кто бы вы ни были!

Обнаружение столкновения

Это обнаружение пересечения двух или нескольких объектов . Часто это связано с симуляцией физического мира в нашей игре.

Позвольте мне перечислить для вас некоторые обнаружения, которые мы хотели бы обработать:

  • Один объект (или несколько объектов) касается или ударов другого объекта (или нескольких объектов)

  • Один объект (или несколько объектов) перекрывает другой объект (или несколько объектов)

Обнаружение означает, что каким-то образом мы должны быть предупреждены, когда произойдет столкновение !

Пожалуйста, посмотрите в Википедии подробное описание обнаружения столкновений в видеоиграх.

Коллайдер 2D

Это компонент для определения формы игрового объекта для физических целей .

Если спрайт Gameobject представляет собой сложный рисунок, для работы потребуется только приближение его формы , потому что Коллайдер 2D невидим и не различим во время игры!

Итак, спрайт — это рисунок, коллайдер — это форма, что это значит?

Спрайт есть что пользователь видит , коллайдер это что  двигатель считает 6 столкновений за 90 с.

Триггер 2D

Это особое поведение 2D-коллайдера , когда мы просто хотим определить, когда один коллайдер накладывается на другой без создания коллизии .

Итак, объект с таким поведением перестает быть твердым объектом и позволяет другим коллайдерам в проходить через .

Жесткое тело 2D

Это компонент, который позволяет физическому движку управлять объектом , это означает, что на него будут воздействовать гравитация , силы и столкновения !

Вы готовы играть с векторами ?

Верно, чтобы двигать наши объекты в разные стороны нам нужно управлять векторами ! Почему бы вам не взглянуть на эту статью для хорошего обновления: Вектор в разработке игр: понять основы векторной математики

В то время как физический движок 2D перемещает коллайдеры и заставляет их взаимодействовать друг с другом, компонент Rigidbody 2D отвечает за связь этих движений с компонентами Transform .

Таким образом, игровой объект будет меняться в зависимости от коллайдера!

Как…

Как мы можем добавить Collider 2D или Rigidbody 2D к игровому объекту?

1- Выберите игровой объект на сцене и нажмите «Добавить компонент».

2- Введите «collider 2D» или «rigidbody 2D» в поле поиска и выберите компонент (для Collider 2D мы увидим разные типы, мы просто поговорим об этом).

Как мы можем установить коллайдер в качестве триггера?

Просто включение нужного свойства флажка в компоненте Collider 2D.

Какой 2D-коллайдер нам следует использовать?

Вы заметили, что существует более одного коллайдера 2D на выбор?

Да, Unity предоставляет нам список различных уже предустановленных 2D-объектов Collider .

Почему?

У Unity есть объяснение для каждого из них, нам просто нужно обогатить его несколькими полезными примерами.

Давайте тогда выстроим всех подозреваемых и посмотрим на каждого из них (слева спрайт, справа его коллайдер)

Коробчатый коллайдер 2D

Box Collider 2D предназначен для квадратных и прямоугольных областей столкновения.

Круговой коллайдер 2D

Круговой коллайдер 2D предназначен для круговых областей столкновения.

Капсульный коллайдер 2D

Capsule Collider 2D предназначен для круглых или ромбовидных областей столкновения.

Полигональный коллайдер 2D

Polygon Collider 2D предназначен для областей столкновений произвольной формы.

Краевой коллайдер 2D

Edge Collider 2D предназначен для областей столкновений произвольной формы и областей, которые не полностью закрыты (например, закругленные выпуклые углы).

Композитный коллайдер 2D

Composite Collider 2D предназначен для слияния Box Collider 2D и Polygon Collider 2D.

Мозаичный коллайдер 2D

Tilemap Collider 2D предназначен для каждого набора плиток в соответствующем компоненте Tilemap игрового объекта Tilemap. Мы поговорим об этом в расследовании Tilemap!

Типы 2D с жестким корпусом

Более одного твердого тела типа 2D ? Вы уверены? Я знал это! Некоторые свидетели что-то видели!

Попробуем узнать версию истории каждого Rigidbody 2D.

Динамический жесткий корпус 2D

Это самый распространенный и самый дорогой тип , потому что он взаимодействует со всем и предназначен для движения в симуляции. Взаимодействует со всеми типами телосложения .

 Если мы хотим, чтобы на обычный объект воздействовала физика, то это наше тело!

Мяч в этом примере имеет динамическое Rigidbody 2D, и его можно перемещать, применяя силы, и на него действует гравитация!

 

Статический жесткий корпус 2D

В отличие от динамического, он спроектирован так, чтобы не двигаться при симуляции , Действительно, он имеет бесконечную массу , тяжелый, верно? Он сталкивается только с динамическим Rigidbody 2D .

Это также наименее ресурсоемкий тип корпуса в использовании.

На самом деле вам не нужно устанавливать Rigidbody 2D для статических объектов просто коллайдер 2D необходим для обнаружения столкновений , но если статический объект нужно переместить 3 в 3 или реконфигурировал во время выполнения , это быстрее сделать это, когда у него есть собственное Rigidbody 2D и это будет наше тело!

Давайте добавим коробку со статическим Rigidbody2D, это будет препятствием для преодоления!

 

Кинематический жесткий корпус 2D

Как и динамика , предназначенная для движения под симуляцией , но только контролирующая ее , на нее не действуют гравитация и силы . Это быстрее  с точки зрения производительности и дороговизны . Он взаимодействует только с динамическими типами тела .

Если мы хотим двигать что-то, на что не действуют силы и гравитация, помните, что это природа взаимодействия только с динамическими типами тел, это наше тело!

Что если мы добавим к коробке кинематическое Rigidbody 2D вместо статического? Таким образом, мы можем контролировать его движение без влияния гравитации. Он станет идеальной ловушкой для платформера!

 

Обнаружение столкновений 2D в сценариях

Хорошо! Теперь мы многое знаем об обнаружении столкновений Unity в 2D, мы готовы понять , что мы можем сделать, когда произойдет столкновение .

Unity, наш партнер, предоставляет нам два разных способа обработки коллизий в зависимости от того, является ли коллайдер триггером или нет .

Нам просто нужно добавить приведенные ниже фрагменты в скрипт нашего игрового объекта с коллайдером, чтобы обрабатывать коллизии и делать то, что мы хотим после обнаружения.

Просто имейте в виду , если флажок триггера не отмечен нам нужны фрагменты « Collision 2D» , иначе, если нет «Trigger 2D» .

Столкновение 2D

 //Просто попал в другой коллайдер 2D
private void OnCollisionEnter2D (коллизия Collision2D)
{
//Сделай что-нибудь
}

// Столкновение с коллайдером 2D
private void OnCollisionStay2D (коллизия Collision2D)
{
//Сделай что-нибудь
}

//Просто прекратите сталкиваться с коллайдером 2D
private void OnCollisionExit2D (коллизия Collision2D)
{
//Сделай что-нибудь
} 

Триггер 2D

 //Только что перекрыл коллайдер 2D
private void OnTriggerEnter2D (коллизия Collider2D)
{
//Сделай что-нибудь
}

// Перекрытие коллайдера 2D
private void OnTriggerStay2D (коллизия Collider2D)
{
//Сделай что-нибудь
}

//Просто перестаньте перекрывать коллайдер 2D
private void OnTriggerExit2D (коллизия Collider2D)
{
//Сделай что-нибудь
} 

Имейте в виду.

.. Обратите внимание на пробел!

Эй, партнер! Обнаружение столкновений Unity в 2D больше не является для нас секретом, но мы не можем решить этот случай, не учитывая эти подсказки:

Коллайдеры 2D Свойства

Каждый тип коллайдера имеет свойства   по сравнению с триггерным. Пожалуйста, ознакомьтесь с документацией для каждого типа, чтобы понять, что делают эти свойства (в разделе «Какой коллайдер 2D мы должны использовать» вы можете найти ссылку для каждого типа коллайдера на его документацию).

Свойства жесткого тела 2D

Есть некоторые свойства, такие как масса и гравитация, которые нам нужно знать , я предлагаю взглянуть на официальную документацию для объяснения всех из них.

Статический коллайдер 2D

Это было «статическое твердое тело 2D», не так ли? Вы правы, но если нам нужно просто обнаружение столкновений без какой-либо реконфигурации или перемещения для размещения объекта в другом месте, мы можем не добавлять компонент Rigidbody 2D .

Поместите что-нибудь ниже или установите значение гравитации на 0, чтобы избежать падения предметов.

Распространенная ошибка, когда мы добавляем к объекту динамическое или статическое Rigidbody 2D, если мы запускаем игру объект выпадает с экрана . Чтобы избежать этого , мы можем либо разместить пол под ним с помощью коллайдера , , либо установить значение атрибута гравитации в компоненте твердого тела равным 0 .

2D НЕ 3D

Как вы уже заметили, Unity предоставляет многие из этих компонентов в двух версиях , например Box Collider 2D и Box Collider , ну разница в том, что второй для 3D .Поэтому имейте в виду, что используют только 2D-компоненты в 2D-играх , во-первых, для перфомансов, а во-вторых, чтобы избежать смешивания вещей , которые не будут работать, как 3D-компоненты и 2D-методы в скриптах (OnCollisionEnter2D НЕ OnCollisionEnter) .

OnCollisionEnter2D не будет работать, если триггер включен, и наоборот.

Помните, мой друг, для столкновений «OnCollisionEnter2D, OnCollisionStay2D, OnCollisionExit2D» , но если мы включим поведение триггера в коллайдере, они перестанут работать, и мы должны использовать «OnTriggerEnter2D, OnTriggerStay2D, OnTriggerExit2D»

Простые столкновения 2D-игра

Эй! Смотри что я нашел в секретные файлы блога , Старая запись ! Кто-то уже пытался раскрыть это дело.

Вот моя реконструкция записи:

W Ховер сможет воспроизвести его поможет решить проигранный случай столкновения 2D-игры.

Помимо этого они получат приз лучший детектив месяца !

Как вы думаете, вы сможете понять это?

Если нет, не волнуйтесь, вы можете найти полный проект на GitHub, но обещайте мне взглянуть на него только в крайнем случае! 😉

Заключение

Это была тяжелая работа, нам потребовалось много исследований, поэтому давайте подведем итоги:

  • Для обнаружения столкновений в Gameobject нам нужен Collider 2D , с правильным типом в соответствии с нашими потребностями.
  • Чтобы 2D-физика могла влиять на Gameobject , нам нужен RigidBody 2D .
  • Помните обо всех правилах, которые мы обсуждали, прежде чем правильно настроить игру, и вы избежите нежелательного поведения .

Больше не нужно бояться столкновений, мы раскрыли дело и получили знания, необходимые для создания замечательной видеоигры с обнаружением столкновений.

Мы готовы раскрыть следующее дело.

До свидания, партнер, скоро увидимся на следующем задании!

Вопросы и ответы: Доктор Джей Диттманн | Журнал искусств и наук

В период с января 2020 года по август 2021 года
д-р Джей Диттманн , профессор физики Бейлорского университета, жил в Женеве, Швейцария. Европейская организация ядерных исследований (ЦЕРН). В этом вопросе и ответе Рэнди Фидлер, директор по маркетингу и коммуникациям Колледжа искусств и наук, побеседовал с Диттманном, когда тот еще был в Женеве, о своей роли в ЦЕРНе и участии Бэйлора в этом важном исследовательском проекте.
Начнем с самого начала. Что такое коллайдер высокоэнергетических частиц и какова его цель?

Коллайдер частиц — это инструмент, используемый учеными для изучения фундаментальных свойств природы.Большой адронный коллайдер (БАК) в ЦЕРН ускоряет протоны в противоположных направлениях вокруг огромного кольца, создавая столкновения, которые мы можем наблюдать и изучать. Через эти столкновения мы узнаем о силах, которые заставляют различные типы субатомных частиц взаимодействовать.

Итак, вы в основном ищете то, что происходит в результате тех столкновений, которых вы раньше не видели?

Правильно. У нас уже есть теории, которые предсказывают, что происходит при столкновении протонов. С помощью коллайдера частиц мы производим миллиарды столкновений, анализируем данные о них, а затем сравниваем результат с тем, что предсказывают теории.

Доктор Джей Диттманн (в центре) и группа физиков HCAL в ЦЕРН (фото предоставлено ЦЕРН)

Каково это по сравнению с предыдущим?

В общем и целом, между теоретическими предсказаниями и нашими измерениями наблюдается впечатляющее совпадение. Но иногда есть незначительные различия, и обычно это признак того, что какой-то аспект теории не совсем верен или что теория в каком-то смысле неполна.

Есть ли что-то еще, что может рассказать вам столкновение субатомных частиц?

Да. Иногда мы видим доказательства того, что эти столкновения производят частицы, которые мы никогда раньше не наблюдали. Часто этот поиск новых частиц может привести к совершенно новому пониманию некоторых аспектов природы. Например, в Бейлоре нашей целью на протяжении многих лет был поиск суперсимметрии.

Что такое суперсимметрия?

Согласно нашему нынешнему пониманию Вселенной, существует набор частиц, которые являются строительными блоками для всего.По сути, суперсимметрия говорит, что у каждой из этих частиц есть партнер. Эти партнеры — частицы, доказательств существования которых мы еще не видели, но если бы количество частиц было удвоено в соответствии с суперсимметрией, то с математической точки зрения появились бы некоторые замечательные свойства, которые объяснили бы некоторые тайны Вселенной.

Что за тайны?

Одной из загадок является происхождение так называемой «темной материи». Кажется, что во Вселенной есть какая-то невидимая материя, которую мы не можем видеть, но никто до конца не понимает, что это такое.Если суперсимметрия действительно существует, она могла бы дать объяснение этой темной материи, и это было бы связано с происхождением Вселенной.

Итак, исследование, проведенное вами и вашими коллегами в Бэйлоре, было направлено на поиск доказательств суперсимметрии?

Да, и все идет очень хорошо. Наша группа участвовала в нескольких анализах данных, в которых мы искали доказательства суперсимметрии в различных формах. Конечно, было бы здорово, если бы мы действительно обнаружили явные доказательства этого, но даже без экстраординарных результатов каждое новое исследование, которое мы проводим, совершенствует инструменты, которые мы используем, поэтому мы применяем наш опыт к следующему новому циклу данных, которые мы собираем.

Насколько большими должны быть коллайдеры частиц, чтобы создавать такие виды столкновений и данные, которые могут помочь вам разобраться в таких вещах, как суперсимметрия?

Со временем количество коллайдеров частиц увеличилось, потому что больший размер дает нам больше энергии при столкновениях. У LHC самая высокая энергия из всех коллайдеров в мире, и он также является самым большим. Он имеет примерно круглую форму и около 27 километров (около 17 миль) в окружности.Чем выше энергия столкновения, тем больше шансов на новое открытие, такое как суперсимметрия.

Вы видите коллайдер частиц с земли?

Нет. Если бы вы посмотрели на город Женеву в Швейцарии с высоты птичьего полета, со всеми горами и озерами в этом районе, вы бы не увидели никаких признаков этого. Коллайдер частиц CERN находится под землей, он проходит прямо под зданиями, фермами и дорогами. Место, где я живу, на самом деле находится в середине круглого кольца.

Является ли коллайдер ЦЕРН похожим на коллайдер частиц, который они начали строить вокруг Ваксахачи (к северу от Уэйко) много лет назад, но затем прекратили его строительство?

Да, это так. Этот проект должен был стать коллайдером с самой высокой энергией своего времени, но он был отменен, а Большой адронный коллайдер в ЦЕРНе стал вместо этого коллайдером с самой высокой энергией.

Как долго вы живете в Женеве и работаете в ЦЕРНе?

В 2015 году я стал заместителем руководителя проекта адронного калориметра, который является частью детектора компактного мюонного соленоида (CMS) в ЦЕРН. Когда я стал менеджером этого проекта в январе 2020 года, я переехал в Женеву на полный рабочий день благодаря исследовательскому отпуску, предоставленному мне Бейлором. Однако за два месяца все в мире изменилось. Я рассчитывал, что в основном буду жить в Женеве и каждые три месяца возвращаться в Вако с визитами. Но из-за COVID я пробыл в ЦЕРН полтора года и вернулся в Бэйлор незадолго до начала осеннего семестра 2021 года.

Давайте отойдем на минутку.Как Бэйлор оказался связан с коллайдером частиц ЦЕРН?

Одиннадцать лет назад мы вообще не были связаны с ЦЕРН. Существуют определенные процедуры, которым должна следовать любая новая университетская группа, чтобы присоединиться к сотрудничеству CMS, одна из которых заключается в том, что от каждого университета к эксперименту должны присоединиться как минимум два преподавателя-исследователя. В течение многих лет я был единственным человеком в Бэйлоре, который занимался экспериментальными исследованиями в области физики высоких энергий, но когда в 2009 году доктор Кен Хатакеяма присоединился к физическому факультету, мы, наконец, смогли подать заявку. Мы так и сделали, и в 2010 году коллаборация CMS приняла нашу заявку, и Бэйлор стал сотрудничающим университетом. Сегодня мы являемся одним из примерно 200 сотрудничающих учреждений, включая университеты в Техасе, такие как Texas A&M, Rice и Texas Tech.

Над какой частью коллайдера CERN работала команда Бэйлора?

Участие Бэйлора в эксперименте CMS в ЦЕРНе значительно увеличилось, и мы вносим свой вклад в ряде различных областей.Одной из основных областей участия является проект адронного калориметра.

Что такое адронный калориметр и какую роль он играет в общей работе детектора CMS?

Адронный калориметр — одна из основных систем CMS, предназначенная для измерения энергии отдельных частиц, называемых адронами, возникающих в результате столкновений протонов. Трудно представить калориметр как отдельный элемент лабораторного прибора, потому что весь детектор имеет высоту около пяти этажей, а части калориметра разбросаны по всей конструкции. Чтобы дать вам представление о его размерах, представьте, что вы вошли в огромный атриум здания Baylor Sciences Building — детектор полностью заполнил бы пространство, вплоть до потолка. Команда Бэйлора построила и установила части этого огромного аппарата, и часть моей работы здесь заключается в том, чтобы обеспечить правильную работу адронного калориметра и его готовность принимать данные, когда мы возобновим столкновения частиц в ЦЕРН в феврале 2022 года.

Вы и доктор Хатакеяма по-прежнему единственные, кто работает над исследованиями в области физики высоких энергий и связан с ЦЕРН в Бэйлоре?

С тех пор, как Бэйлор присоединился к CMS, мы наняли третьего преподавателя, доктора Б.Эндрю Бринкерхофф. Он начал работать в Baylor пару лет назад и обладает опытом, который дополняет деятельность, над которой мы с Кеном уже работали. Это позволило нам перейти к новым областям исследования. На данный момент у нас также есть несколько исследователей с докторской степенью, а также несколько аспирантов — обычно около шести аспирантов одновременно на разных этапах своих исследовательских программ.

Как именно аспиранты Бейлора участвуют во всех этих исследованиях?

Мы стараемся дать нашим студентам наилучший физический опыт, проводя время в лаборатории CERN, тестируя и устанавливая значительную часть экспериментального оборудования.Ранее наша работа была сосредоточена в Fermilab, лаборатории физики высоких энергий, расположенной недалеко от Чикаго. Примерно с 2003 по 2010 год я посылал аспирантов жить туда на какое-то время. С 2010 года наши аспиранты уезжают в ЦЕРН от нескольких месяцев до года.

А как насчет студентов-физиков? Они как-то участвуют?

Определенно. Всего у нас было шесть студентов-физиков, которые проводили лето в ЦЕРН, участвуя в испытаниях пучков новой электроники детекторов.Работа в CERN — это потрясающий опыт, которым мы смогли поделиться.

Вы и двое ваших коллег берете то, что вы изучаете в ЦЕРН, и привносите это в классы, которые вы ведете в Бэйлоре?

Да, безусловно. Все трое из нас вели вводные курсы по физике, и хотя предмет этих курсов, как правило, довольно общий, можно привести множество примеров из наших исследований в ЦЕРНе. Студентам всегда очень интересно узнать об этих огромных коллайдерах и детекторах частиц.У нас также есть курс для старшеклассников под названием «Ядерная физика и физика элементарных частиц», в котором мы более подробно освещаем эту захватывающую область физики.

Есть ли какие-либо практические, непосредственные применения некоторых открытий, сделанных вами и вашими коллегами-физиками?

Физика высоких энергий является областью фундаментальной науки. Часто результаты очень специфичны. Но иногда то, что мы изучаем, затем берется за основу инженерами и находит более практическое применение.Например, когда в 1900-х годах были открыты определенные фундаментальные частицы, никто не понимал, что их можно использовать для медицинской визуализации, но затем эти методы развились. Наши детекторы крупных частиц используют те же технологии, что и устройства, используемые для проведения компьютерной томографии и магнитно-резонансной томографии.

Другие примеры?

Существуют аналогичные практические приложения, которые, вероятно, еще не полностью реализованы. Например, физика высоких энергий лидирует в науке о данных, где многие из наших анализов основаны на передовых приложениях машинного обучения.Это одна из областей, в которую Бэйлор, конечно же, стремится инвестировать ресурсы. Наша команда физиков также активно использует некоторые новые формы технологий, такие как использование графических процессоров для научных вычислений. Как вы, возможно, знаете, Всемирная паутина родилась в ЦЕРН, потому что ученые поняли: «Эй, нам нужен лучший способ общения друг с другом».

Это замечательные побочные продукты физических исследований.

Вот так.Сама наука может привести к интересным и полезным технологиям, но на это могут уйти десятилетия. Однако в процессе занятий наукой мы часто сталкиваемся с потребностью в определенных инструментах, которых еще не существует, поэтому мы просто изобретаем их. Первыми ими воспользуются физики, а затем приложения получат более широкое распространение.

Вы, конечно, хорошо знакомы с текущими усилиями Бейлора по повышению своего исследовательского профиля. Помогает ли нам участие Бэйлора в этой международной программе в ЦЕРН в глазах исследовательского сообщества в Соединенных Штатах и ​​во всем мире?

Наша область физики — физика высоких энергий — носит очень совместный характер.Для того, чтобы вообще заниматься такой физикой, вам нужны огромные, сложные устройства, которые требуют совместной работы многих университетов по всему миру. Занимаясь этой областью физики, Бэйлор сформировал сеть коллег в Соединенных Штатах и ​​во всем мире, которых мы хорошо знаем и тесно сотрудничаем. Я и мои коллеги знаем преподавателей физических факультетов по всей стране, и это делает очень полезным обмен студентами между школами. Например, наши студенты бакалавриата продолжат обучение по программам магистратуры в этих других университетах, и наоборот.

Так что, похоже, это был беспроигрышный вариант.

Я думаю, главное заключается в том, что за последние 10 лет Бэйлор заработал прочную репутацию в этом сообществе ученых со всего мира. Это было здорово для Бэйлора, поскольку мы стремимся получить финансирование исследовательского гранта. Природа этого типа науки также дает много научных публикаций в результате нашего сотрудничества с другими университетами. Все это помогает Бэйлору достичь статуса Tier 1.Нам очень приятно делиться этими исследованиями со студентами и обучать новое поколение ученых.

Доктор Джей Диттманн (в центре) и группа физиков HCAL в ЦЕРН (фото предоставлено ЦЕРН) Доктор Джей Диттманн (фото предоставлено ЦЕРН) Исследователи Бэйлора в ЦЕРН: (слева направо) физики доктор Джей Диттманн и доктор Кен Хатакеяма; доктор Калеб Смит, недавний выпускник факультета физики; и доктор Джо Пастика, научный сотрудник с докторской степенью в области физики. Группа HCAL в центре детектора CMS в ЦЕРН вместе с Анкушем Кануганти из Бэйлора, докторантом физики (крайний слева) и доктором Джеем Диттманном (крайний справа вверху) (фото предоставлено ЦЕРН)

коллайдеров | Децентралэнд

Чтобы включить коллизии между 3D-моделью и пользователями вашей сцены, вы должны создать новый объект, который будет служить коллайдером. Без коллайдера игроки могут проходить сквозь модели, как будто их там нет. Из соображений производительности коллайдеры обычно имеют гораздо более простую геометрию, чем сама модель.

Коллайдеры в настоящее время не влияют на то, как модели и сущности взаимодействуют друг с другом, они всегда могут перекрываться. Коллайдеры влияют только на то, как модель взаимодействует с аватаром игрока.

Чтобы объект был распознан сценой Decentraland как коллайдер, все, что ему нужно, это дать ему определенное имя. Имя объекта должно включать суффикс «_collider» в конце.

Например, чтобы создать коллайдер для дерева, вы можете создать простой объект-коробку, окружающий его ствол. Игроки в сцене не увидят этот ящик, но он заблокирует им путь.

В этом случае мы можем назвать коробку «Box Tree_collider» и экспортировать и дерево, и коробку как одну модель _gltf . Тег _collider предупреждает мировой движок Decentraland о том, что объект-коробка принадлежит набору коллайдеров, делая сетку _collider невидимой.

Всякий раз, когда игрок просматривает модель дерева в вашей сцене, он увидит сложную модель вашего дерева.Однако, когда они войдут в ваше дерево, они столкнутся с коробкой, а не с деревом.

Пространственные ограничения игрока

При разработке моделей, предназначенных для прогулок игроков, необходимо учитывать следующие контрольные размеры:

  • Игроки могут пройти по ступеньке высотой до 30 сантиметров, не прыгая
  • Игроки могут ходить по склонам под углом до 45 градусов, не прыгая
  • Игроки могут прыгать на высоту до 1,8 метра
  • Аватары размером около 1.9 метров в высоту, но учтите, что на голове у них могут быть шляпы или другие носимые устройства.

Добавление коллайдера на лестницу

Лестницы — очень распространенный вариант использования объектов-коллайдеров. Чтобы игроки могли подниматься по лестнице, должен существовать соответствующий объект _collider, на который игроки могут наступать.

Мы рекомендуем использовать объект пандуса для ваших коллайдеров лестницы, это обеспечивает гораздо лучший опыт при ходьбе вверх или вниз. Когда они поднимаются по вашей лестнице, это будет выглядеть как плавный подъем или спуск, вместо того, чтобы требовать от них «прыгать» по каждой отдельной ступеньке.

Использование объекта пандуса также позволяет избежать создания ненужной геометрии, сохраняя место для других более сложных моделей. Имейте в виду, что геометрия коллайдера также учитывается при расчете ограничений сцены

  1. Создайте новый объект в форме пандуса, который по размеру и пропорциям напоминает исходную лестницу.

  2. Назовите объект пандуса примерно так: steps_collider . Он должен заканчиваться на _ collider .

  3. Наложите объект пандуса на лестницу так, чтобы они занимали одинаковое пространство.

  4. Экспортируйте оба объекта вместе как одну модель glTF .

Теперь, когда игроки будут смотреть на лестницу в вашей сцене, они увидят более сложную модель лестницы, но когда они будут подниматься по ней, они столкнутся с пандусом.

Передовой опыт работы с коллайдерами

  • Всегда используйте наименьшее возможное количество треугольников при создании коллайдеров.Избегайте создания копии сложного объекта для использования в качестве коллайдера. Простые коллайдеры гарантируют хорошее взаимодействие с пользователем и удерживают вашу сцену в пределах ограничений треугольника.
  • Объекты коллайдера не должны иметь никакого материала, так как игроки вашей сцены никогда его не увидят. Коллайдеры невидимы для игроков.

    Примечание. Помните, что каждая сцена ограничена log2(n+1) x 10000 треугольников, где n — количество участков в вашей сцене.

  • Все имена объектов коллайдера должны заканчиваться на _ collider .Например, tree_collider .
  • Если вы используете плоскость в качестве коллайдера, он будет блокировать только в одном направлении. Если вы хотите, чтобы коллайдеры блокировали с обеих сторон, например, для стены, вам нужно создать две плоскости с их нормалями, обращенными в противоположные стороны.

  • При дублировании объектов коллайдера обращайте внимание на их имена. Некоторые программы добавляют _ 1 в конец имени файла, чтобы избежать дублирования, например, tree_collider_1 .Объекты с такими именами будут интерпретироваться Decentraland World Engine как обычные объекты, а не как коллайдеры.

  • Вы можете избежать добавления сетки коллайдера, если добавите в сцену невидимую примитивную форму, которая перекрывается с вашей 3D-моделью.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.