Karta s ucrtanom lokacijom sudarača

Za dalje kombinovanje fundamentalnih interakcija u jednoj teoriji koriste se različiti pristupi: teorija struna, koja je razvijena u M-teoriji (teorija brane), teorija supergravitacije, kvantna gravitacija u petlji, itd. Neki od njih imaju unutrašnje probleme, a nijedan od njih nema eksperimentalna potvrda. Problem je u tome što su za izvođenje odgovarajućih eksperimenata potrebne energije koje su nedostižne na modernim akceleratorima čestica.

LHC će omogućiti izvođenje eksperimenata koje je ranije bilo nemoguće izvesti i vjerovatno će potvrditi ili opovrgnuti neke od ovih teorija. Dakle, postoji čitav niz fizičkih teorija s dimenzijama većim od četiri koje sugeriraju postojanje "supersimetrije" - na primjer, teorija struna, koja se ponekad naziva teorijom superstruna upravo zato što bez supersimetrije gubi svoje fizičko značenje. Potvrda postojanja supersimetrije bi stoga bila indirektna potvrda istinitosti ovih teorija.

Proučavanje vrhunskih kvarkova

Istorija izgradnje

27 km podzemni tunel dizajniran za smještaj LHC bustera

Ideja za projekat Velikog hadronskog sudarača rođena je 1984. godine i zvanično je odobrena deset godina kasnije. Njegova izgradnja počela je 2001. godine, nakon završetka rada prethodnog akceleratora - Velikog elektronsko-pozitronskog sudarača.

Akcelerator treba da sudara protone ukupne energije od 14 TeV (odnosno 14 teraelektronvolti ili 14 10 12 elektron volti) u sistemu centara mase upadnih čestica, kao i jezgra olova sa energijom od 5,5 GeV ( 5,5 10 9 elektron volti) za svaki par sudarajućih nukleona. Tako će LHC biti najvisokoenergetski akcelerator elementarnih čestica na svijetu, nadmašujući svoje najbliže konkurente po energiji za red veličine - proton-antiprotonski sudarač Tevatron, koji trenutno radi u Nacionalnoj akceleratorskoj laboratoriji. Enrico Fermi (SAD) i RHIC relativistički sudarač teških jona u laboratoriji Brookhaven (SAD).

Akcelerator se nalazi u istom tunelu koji je ranije bio okupiran velikim sudaračem elektrona i pozitrona. Tunel obima 26,7 km položen je na dubini od oko sto metara ispod zemlje u Francuskoj i Švicarskoj. Za zadržavanje i ispravljanje protonskih zraka koristi se 1624 supravodljivih magneta čija ukupna dužina prelazi 22 km. Posljednji je postavljen u tunel 27. novembra 2006. godine. Magneti će raditi na 1,9 K (-271°C). Izgradnja specijalne kriogene linije za rashladne magnete završena je 19. novembra 2006. godine.

Testovi

Specifikacije

Proces ubrzanja čestica u sudaraču

Brzina čestica u LHC-u na snopovima u sudaru je bliska brzini svjetlosti u vakuumu. Ubrzanje čestica do tako velikih brzina postiže se u nekoliko faza. U prvoj fazi, niskoenergetski linearni akceleratori Linac 2 i Linac 3 ubrizgavaju protone i ione olova za dalje ubrzanje. Zatim čestice ulaze u PS pojačivač, a zatim u sam PS (protonski sinhrotron), dobijajući energiju od 28 GeV. Nakon toga, ubrzanje čestica se nastavlja u SPS (Proton Super Synchrotron), gdje energija čestice dostiže 450 GeV. Zatim se snop usmjerava na glavni prsten od 26,7 kilometara i na mjestima sudara detektori bilježe događaje koji se dešavaju.

Potrošnja energije

Tokom rada sudarača, procijenjena potrošnja energije će biti 180 MW. Procijenjeni troškovi energije za cijeli kanton Ženeva. CERN ne proizvodi energiju sam, već samo sa rezervnim dizel generatorima.

Distributed Computing

Za kontrolu, skladištenje i obradu podataka koji će dolaziti od LHC akceleratora i detektora, kreira se distribuirana računarska mreža LCG. L HC C omputing G RID ) korištenjem grid tehnologije. Za određene računarske zadatke biće uključen projekat distribuiranog računarstva [email protected].

Nekontrolisani fizički procesi

Pojedini stručnjaci i predstavnici javnosti izražavaju zabrinutost da postoji vjerovatnoća različita od nule da će eksperimenti koji se izvode u sudaraču izmaknuti kontroli i razviti lančanu reakciju, koja bi, pod određenim uvjetima, teoretski mogla uništiti cijelu planetu. Tačka gledišta pristalica katastrofalnih scenarija povezanih s radom LHC-a predstavljena je na posebnoj web stranici. Zbog ovih osjećaja, LHC se ponekad dešifruje kao Last hadronski sudarač ( Last Hadron Collider).

S tim u vezi, najčešće se spominje teorijska mogućnost pojave mikroskopskih crnih rupa u sudaraču, kao i teorijska mogućnost nastanka ugrušaka antimaterije i magnetnih monopola, praćenih lančanom reakcijom hvatanja okolne materije.

Ove teorijske mogućnosti razmatrala je posebna grupa CERN-a, koja je pripremila odgovarajući izvještaj, u kojem su svi takvi strahovi prepoznati kao neosnovani. Engleski teoretski fizičar Adrian Kent objavio je naučni članak u kojem kritikuje sigurnosne standarde koje je usvojio CERN, jer je očekivana šteta, odnosno proizvod vjerovatnoće događaja na broj žrtava, prema njegovom mišljenju, neprihvatljiva. Međutim, maksimalna gornja procjena vjerovatnoće katastrofalnog scenarija na LHC-u je 10 -31 .

Kao glavni argumenti u prilog neosnovanosti katastrofalnih scenarija navode se činjenice da su Zemlja, Mjesec i druge planete konstantno bombardirane tokovima kosmičkih čestica mnogo većih energija. Spominje se i uspješan rad prethodno puštenih u rad akceleratora, uključujući Relativistički sudarač teških jona RHIC u Brookhavenu. Mogućnost nastanka mikroskopskih crnih rupa stručnjaci CERN-a ne poriču, međutim, navode da se u našem trodimenzionalnom prostoru takvi objekti mogu pojaviti samo pri energijama koje su 16 redova veličine veće od energije zraka u LHC-u. . Hipotetički, mikroskopske crne rupe mogu se pojaviti u eksperimentima na LHC-u u predviđanjima teorija s dodatnim prostornim dimenzijama. Takve teorije još nemaju nikakve eksperimentalne dokaze. Međutim, čak i ako su crne rupe stvorene sudarima čestica u LHC-u, očekuje se da će biti izuzetno nestabilne zbog Hawkingovog zračenja i da će skoro trenutno ispariti u obliku običnih čestica.

Walter Wagner je 21. marta 2008. godine podnio tužbu federalnom okružnom sudu Havaja (SAD). Walter L. Wagner) i Luis Sancho (eng. Luis Sancho), u kojem oni, optužujući CERN da pokušava urediti smak svijeta, traže da se zabrani lansiranje sudarača dok se ne garantuje njegova sigurnost.

Poređenje sa prirodnim brzinama i energijama

Akcelerator je dizajniran da sudara čestice kao što su hadroni i atomska jezgra. Međutim, postoje prirodni izvori čestica čija su brzina i energija mnogo veće nego u sudaraču (vidi: Zevatron). Takve prirodne čestice nalaze se u kosmičkim zracima. Površina planete Zemlje je djelimično zaštićena od ovih zraka, ali prolazeći kroz atmosferu, čestice kosmičkih zraka sudaraju se s atomima i molekulima zraka. Kao rezultat ovih prirodnih sudara, mnoge stabilne i nestabilne čestice nastaju u Zemljinoj atmosferi. Kao rezultat toga, prirodna radijaciona pozadina je prisutna na planeti mnogo miliona godina. Ista stvar (sudar elementarnih čestica i atoma) će se desiti i u LHC-u, ali sa manjim brzinama i energijama, iu mnogo manjim količinama.

mikroskopske crne rupe

Ako se crne rupe mogu stvoriti tokom sudara elementarnih čestica, one će se takođe raspasti na elementarne čestice, u skladu sa principom CPT invarijantnosti, koji je jedan od najosnovnijih principa kvantne mehanike.

Nadalje, ako je hipoteza o postojanju stabilnih crnih mikro rupa tačna, onda bi se one formirale u velikim količinama kao rezultat bombardiranja Zemlje kosmičkim elementarnim česticama. Ali većina visokoenergetskih elementarnih čestica koje dolaze iz svemira imaju električni naboj, tako da bi neke crne rupe bile električno nabijene. Ove naelektrisane crne rupe bi bile zarobljene Zemljinim magnetnim poljem i, da su zaista opasne, odavno bi uništile Zemlju. Schwimmerov mehanizam koji crne rupe čini električno neutralnim vrlo je sličan Hawkingovom efektu i ne može raditi ako Hawkingov efekat ne radi.

Osim toga, sve crne rupe, nabijene ili električno neutralne, bi bile zarobljene od strane bijelih patuljaka i neutronskih zvijezda (koje su, poput Zemlje, bombardirane kosmičkim zračenjem) i uništile bi ih. Kao rezultat toga, životni vijek bijelih patuljaka i neutronskih zvijezda bio bi mnogo kraći nego što se stvarno opaža. Osim toga, bijeli patuljci koji se mogu uništiti i neutronske zvijezde bi emitovali dodatno zračenje koje se zapravo ne opaža.

Konačno, teorije s dodatnim prostornim dimenzijama koje predviđaju pojavu mikroskopskih crnih rupa nisu u suprotnosti s eksperimentalnim podacima samo ako je broj dodatnih dimenzija najmanje tri. Ali sa toliko dodatnih dimenzija, milijarde godina moraju proći prije nego što crna rupa nanese bilo kakvu značajnu štetu Zemlji.

Strapelki

Eduard Boos, doktor fizičkih i matematičkih nauka sa Istraživačkog instituta za nuklearnu fiziku Moskovskog državnog univerziteta, ima suprotne stavove, poričući pojavu makroskopskih crnih rupa na LHC-u, a samim tim i "crvotočine" i putovanje kroz vrijeme.

Bilješke

  1. Ultimativni vodič za LHC (engleski) str. 30.
  2. LHC: ključne činjenice. "Elementi velike nauke". Pristupljeno 15. septembra 2008.
  3. Tevatron Electroweak radna grupa, vrhunska podgrupa
  4. Test LHC sinhronizacije je uspješan
  5. Drugi test sistema za ubrizgavanje bio je s prekidima, ali je cilj postignut. "Elementi velike nauke" (24. avgust 2008). Pristupljeno 6. septembra 2008.
  6. LHC dan prekretnice brzo počinje
  7. Prvi snop u LHC-u - ubrzanje nauke.
  8. Završena misija za LHC tim. physicsworld.com. Pristupljeno 12. septembra 2008.
  9. Stabilna cirkulirajuća zraka lansirana je na LHC. "Elementi velike nauke" (12.09.2008). Pristupljeno 12. septembra 2008.
  10. Incident na Velikom hadronskom sudaraču odgađa eksperimente na neodređeno vrijeme. "Elementi velike nauke" (19. septembar 2008). Pristupljeno 21. septembra 2008.
  11. Veliki hadronski sudarač neće nastaviti sa radom do proleća - CERN. RIA Novosti (23. septembar 2008). Pristupljeno 25. septembra 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. Popravka oštećenih magneta bit će opsežnija nego što se mislilo. "Elementi velike nauke" (09.11.2008). Pristupljeno 12. novembra 2008.
  16. Raspored za 2009. "Elementi velike nauke" (18. januar 2009). Pristupljeno 18. januara 2009.
  17. CERN saopštenje za javnost
  18. Odobren je plan rada Velikog hadronskog sudarača za 2009-2010. "Elementi velike nauke" (6. februar 2009). Pristupljeno 5. aprila 2009.
  19. LHC eksperimenti.
  20. Pandorina kutija se otvara. Vesti.ru (9. septembar 2008). Pristupljeno 12. septembra 2008.
  21. Potencijal opasnosti u eksperimentima sa sudaračem čestica
  22. Dimopoulos S., Landsberg G. Black Holes at the Large Hadron Collider Phys. Rev. Lett. 87 (2001)
  23. Blaizot J.-P. et al. Proučavanje potencijalno opasnih događaja tokom sudara teških jona na LHC-u.
  24. Pregled sigurnosti LHC sudara Grupa za procjenu sigurnosti LHC-a
  25. Kritički pregled rizika akceleratora. Proza.ru (23. maj 2008). Pristupljeno 17. septembra 2008.
  26. Kolika je vjerovatnoća katastrofe na LHC-u?
  27. Sudnji dan
  28. Tražiti od sudije da spasi svijet, a možda i puno više
  29. Objašnjenje zašto će LHC biti siguran
  30. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCafety/LSAGSummaryReport2008-es.pdf (španski)
  31. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCafety/LSAGSummaryReport2008-de.pdf (njemački)
  32. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCafety/LSAGSummaryReport2008-fr.pdf (fr)
  33. H. Heiselberg. Skrining u kapljicama kvarka // Physical Review D. - 1993. - T. 48. - Br. 3. - S. 1418-1423. DOI:10.1103/PhysRevD.48.1418
  34. M. Alford, K. Rajagopal, S. Reddy, A. Steiner. Stabilnost čudnih zvjezdanih kora i strangeleta // Američko fizičko društvo. Fizički pregled D. - 2006. - T. 73, 114016.
Datum objave: 17.09.2012

Šta je Veliki hadronski sudarač? Zašto je to potrebno? Može li to uzrokovati smak svijeta? Hajde da sve razbijemo.

Šta je BAK?

Ovo je ogroman prstenasti tunel, sličan cijevi za raspršivanje čestica. Nalazi se na dubini od oko 100 metara ispod teritorije Francuske i Švajcarske. U njegovoj izgradnji učestvovali su naučnici iz cijelog svijeta.

LHC je napravljen da pronađe Higsov bozon, mehanizam koji česticama daje masu. Sekundarni cilj je takođe proučavanje kvarkova - osnovnih čestica koje čine hadrone (otuda i naziv "hadronski" sudarač).

Mnogi ljudi naivno vjeruju da je LHC jedini akcelerator čestica na svijetu. Međutim, od 1950-ih je napravljeno više od deset sudarača širom svijeta. LHC se smatra najvećim - njegova dužina je 25,5 km. Osim toga, njegova struktura uključuje još jedan, manjeg promjera, akcelerator.

LHC i mediji

Od početka izgradnje pojavilo se mnogo članaka o visokoj cijeni i opasnosti akceleratora. Većina ljudi vjeruje da je novac bačen i ne razumije zašto je bilo potrebno potrošiti toliko novca i truda da bi se pronašla neka vrsta čestice.

Prvo, LHC nije najskuplji naučni projekat u istoriji. Na jugu Francuske nalazi se naučni centar Cadarache sa skupim termonuklearnim reaktorom. Cadarache je izgrađen uz podršku 6 zemalja (uključujući Rusiju); trenutno je u njega već uloženo oko 20 milijardi dolara. Drugo, otkriće Higgsovog bozona donijet će svijetu mnoge revolucionarne tehnologije. Osim toga, kada je izumljen prvi mobilni telefon, ljudi su negativno dočekali njegov izum...

Kako radi BAC?

LHC sudara snopove čestica pri velikim brzinama i prati njihovo naknadno ponašanje i interakciju. U pravilu se jedan snop čestica prvo ubrzava na pomoćnom prstenu, a zatim se šalje na glavni prsten.

Mnogi od najjačih magneta drže čestice unutar sudarača. A instrumenti visoke preciznosti bilježe kretanje čestica, budući da se sudar događa u djeliću sekunde.

Organizaciju rada sudarača vrši CERN (Organizacija za nuklearna istraživanja).

Kao rezultat toga, nakon ogromnih napora i finansijskih ulaganja, 4. jula 2012. CERN je službeno objavio da je Higsov bozon pronađen. Naravno, neka svojstva bozona pronađena u praksi razlikuju se od teorijskih aspekata, ali naučnici ne sumnjaju u „stvarnost“ Higsovog bozona.

Zašto vam treba BAC?

Koliko je LHC koristan za obične ljude? Naučna otkrića vezana za otkriće Higgsovog bozona i proučavanje kvarkova mogu u budućnosti dovesti do nove naučne i tehnološke revolucije.

Prvo, pošto je masa energija u mirovanju (grubo rečeno), moguće je u budućnosti materiju pretvoriti u energiju. Tada neće biti problema sa energijom, što znači da će se moći putovati na udaljene planete. A ovo je korak ka međuzvjezdanom putovanju...

Drugo, proučavanje kvantne gravitacije će omogućiti, u budućnosti, kontrolu gravitacije. Međutim, to se neće dogoditi uskoro, budući da gravitoni još nisu dobro shvaćeni, pa stoga uređaj koji kontroliše gravitaciju može biti nepredvidiv.

Treće, postoji mogućnost detaljnijeg razumijevanja M-teorije (derivacije teorije struna). Ova teorija kaže da se univerzum sastoji od 11 dimenzija. M-teorija tvrdi da je "teorija svega", što znači da će nam njeno proučavanje omogućiti bolje razumijevanje strukture svemira. Ko zna, možda će osoba u budućnosti naučiti da se kreće i utiče na druge dimenzije.

LHC i kraj svijeta

Mnogi ljudi tvrde da rad LHC-a može uništiti čovječanstvo. O tome po pravilu govore ljudi koji su slabo upućeni u fiziku. Puštanje u rad LHC-a je mnogo puta odlagano, ali je 10. septembra 2008. godine ipak pušteno u rad. Međutim, vrijedi napomenuti da LHC nikada nije bio ubrzan do pune snage. Naučnici planiraju pokrenuti LHC punim kapacitetom u decembru 2014. Pogledajmo moguće uzroke smaka svijeta i drugih glasina...

1. Stvaranje crne rupe

Crna rupa je zvijezda sa ogromnom gravitacijom, koja privlači ne samo materiju, već i svjetlost, pa čak i vrijeme. Crna rupa se ne može pojaviti niotkuda, zbog čega naučnici CERN-a vjeruju da su šanse da se pojavi stabilna crna rupa izuzetno male. Međutim, moguće je. Kada se čestice sudare, može se stvoriti mikroskopska crna rupa, čija je veličina dovoljna da uništi našu planetu za nekoliko godina (ili brže). Ali čovječanstvo se ne treba bojati, jer zahvaljujući Hawkingovom zračenju crne rupe brzo gube svoju masu i energiju. Iako među naučnicima ima pesimista koji smatraju da jako magnetno polje unutar sudarača neće dozvoliti da se crna rupa raspadne. Kao rezultat toga, šansa da se stvori crna rupa koja će uništiti planetu je vrlo mala, ali takva mogućnost postoji.

2. Formiranje "tamne materije"

Ona je takođe “čudna stvar”, strangelet (čudna kapljica), “strangelet”. To je materija koja je u sudaru sa drugom materijom pretvara u sličnu. One. kada se strangelet i obični atom sudare, formiraju se dvije strangelet, što dovodi do lančane reakcije. Ako se takva materija pojavi u sudaraču, onda će čovječanstvo biti uništeno za nekoliko minuta. Međutim, šansa da će se to dogoditi je mala kao i formiranje crne rupe.

3. Antimaterija

Verzija vezana za činjenicu da se tokom rada sudarača može pojaviti tolika količina antimaterije koja će uništiti planetu izgleda najzabludnije. A poenta nije čak ni u tome da su šanse za stvaranje antimaterije vrlo male, već da na zemlji već postoje uzorci antimaterije, pohranjeni u posebnim posudama gdje nema gravitacije. Malo je vjerovatno da će se na Zemlji pojaviti tolika količina antimaterije koja će biti sposobna uništiti planetu.

zaključci

Mnogi stanovnici Rusije čak ni ne znaju kako da pravilno napišu frazu "Veliki hadronski sudarač", a da ništa ne govore o njihovom znanju o njegovoj svrsi. A neki pseudo-proroci tvrde da u Univerzumu ne postoje inteligentne civilizacije jer svaka civilizacija, nakon što je postigla naučni napredak, stvara sudarač. Tada se formira crna rupa koja uništava civilizaciju. Odavde objašnjavaju veliki broj masivnih crnih rupa u centru galaksija.

Međutim, ima i ljudi koji smatraju da LHC treba što prije pokrenuti, inače će nas u vrijeme dolaska vanzemaljaca uhvatiti, jer nas smatraju divljacima.

Na kraju, jedina prilika da saznamo šta će nam donijeti LHC je samo čekanje. Prije ili kasnije, ipak saznamo šta nas čeka: uništenje ili napredak.


Najnoviji savjeti za nauku i tehnologiju:

Da li vam je ovaj savjet pomogao? Možete pomoći projektu tako što ćete donirati bilo koji iznos koji želite za njegov razvoj. Na primjer, 20 rubalja. Ili više:)

To je potraga za načinima da se kombinuju dve fundamentalne teorije - GR (o gravitaciji) i SM (standardni model koji kombinuje tri fundamentalne fizičke interakcije - elektromagnetsku, jaku i slabu). Pronalaženje rješenja prije stvaranja LHC-a ometale su poteškoće u stvaranju teorije kvantne gravitacije.

Konstrukcija ove hipoteze uključuje kombinaciju dvije fizičke teorije – kvantne mehanike i opšte teorije relativnosti.

Za to je istovremeno korišteno nekoliko popularnih i neophodnih pristupa u moderno doba - teorija struna, teorija brana, teorija supergravitacije, kao i teorija kvantne gravitacije. Prije izgradnje sudarača, glavni problem u izvođenju potrebnih eksperimenata bio je nedostatak energije, što se ne može postići drugim modernim akceleratorima čestica.

Ženevski LHC dao je naučnicima priliku da izvode ranije neizvodljive eksperimente. Vjeruje se da će u bliskoj budućnosti, uz pomoć aparata, mnoge fizičke teorije biti potvrđene ili opovrgnute. Jedna od najproblematičnijih je supersimetrija ili teorija struna, koja je dugo vremena dijelila fizičko na dva tabora - "stringere" i njihove rivale.

Drugi fundamentalni eksperimenti izvedeni u sklopu rada LHC-a

Zanimljiva su i istraživanja naučnika u oblasti proučavanja top kvarkova, koji imaju najviše kvarkova i najteži (173,1 ± 1,3 GeV/c²) od svih trenutno poznatih elementarnih čestica.

Zbog ovog svojstva, čak i prije stvaranja LHC-a, naučnici su mogli promatrati samo kvarkove na Tevatron akceleratoru, jer drugi uređaji jednostavno nisu imali dovoljno snage i energije. Zauzvrat, teorija kvarkova je važan element senzacionalne hipoteze Higsovog bozona.

Sva naučna istraživanja o stvaranju i proučavanju svojstava kvarkova sprovode naučnici u vrhunskoj kvark-antikvark parnoj sobi na LHC-u.

Važan cilj Ženevskog projekta je i proces proučavanja mehanizma elektroslabe simetrije, koji je takođe vezan za eksperimentalni dokaz postojanja Higsovog bozona. Ako preciznije definiramo problem, onda predmet proučavanja nije toliko sam bozon, već mehanizam narušavanja simetrije elektroslabe interakcije koji je predvidio Peter Higgs.

LHC također provodi eksperimente u potrazi za supersimetrijom - a željeni rezultat bit će i dokaz teorije da svaku elementarnu česticu uvijek prati teži partner i njeno pobijanje.

Nekoliko činjenica o Velikom hadronskom sudaraču, kako i zašto je nastao, čemu služi i kakve potencijalne opasnosti za čovječanstvo predstavlja.

1. Izgradnja LHC-a, odnosno Velikog hadronskog sudarača, zamišljena je davne 1984. godine, a počela je tek 2001. Pet godina kasnije, 2006. godine, zahvaljujući naporima više od 10 hiljada inženjera i naučnika iz različitih zemalja, počela je izgradnja Veliki hadronski sudarač je završen.

2. LHC je najveće eksperimentalno postrojenje na svijetu.

3. Zašto onda Veliki hadronski sudarač?
Nazvan je velikim zbog svoje solidne veličine: dužina glavnog prstena, duž kojeg se čestice voze, je oko 27 km.
Hadron - budući da instalacija ubrzava hadrone (čestice koje se sastoje od kvarkova).
Collider - zbog snopova čestica koje se ubrzavaju u suprotnom smjeru, koje se sudaraju jedna s drugom u posebnim tačkama.

4. Čemu služi Veliki hadronski sudarač? LHC je ultra-moderni istraživački centar u kojem naučnici sprovode eksperimente sa atomima, gurajući ione i protone zajedno velikom brzinom. Naučnici se nadaju da će uz pomoć istraživanja podići veo nad misterijama izgleda svemira.

5. Projekat je koštao naučnu zajednicu astronomsku sumu od 6 milijardi dolara. Inače, Rusija je delegirala 700 specijalista u LHC, koji i danas rade. Narudžbe za LHC donele su ruskim preduzećima oko 120 miliona dolara.

6. Bez sumnje, glavno otkriće napravljeno na LHC-u je otkriće 2012. godine Higsovog bozona, ili kako ga još nazivaju “Božje čestice”. Higsov bozon je posljednja karika u Standardnom modelu. Još jedan značajan događaj u Bak'eu je postizanje rekordne vrijednosti energije sudara od 2,36 teraelektronvolta.

7. Neki naučnici, uključujući i one iz Rusije, vjeruju da će zahvaljujući velikim eksperimentima u CERN-u (Evropska organizacija za nuklearna istraživanja, gdje se, zapravo, nalazi sudarač), naučnici moći da naprave prvu vremensku mašinu na svijetu. Međutim, većina naučnika ne dijeli optimizam kolega.

8. Glavni strahovi čovječanstva o najmoćnijem akceleratoru na planeti temelje se na opasnosti koja prijeti čovječanstvu kao rezultat formiranja mikroskopskih crnih rupa sposobnih da zarobe okolnu materiju. Postoji još jedna potencijalna i izuzetno opasna prijetnja - pojava strapela (proizvedenih od čudne kapljice), koje su, hipotetički, sposobne sudarati se s jezgrom atoma i formirati sve više i više novih strapela, transformirajući materiju cijelog Univerzuma. Međutim, većina najuglednijih naučnika kaže da je ovakav ishod malo verovatan. Ali teoretski je moguće

9. CERN su 2008. godine tužila dva stanovnika države Havaji. Optužili su CERN da pokušava okončati čovječanstvo nemarom, zahtijevajući sigurnosne garancije od naučnika.

10. Veliki hadronski sudarač nalazi se u Švicarskoj u blizini Ženeve. U CERN-u postoji muzej, gdje se posjetiteljima jasno objašnjavaju principi sudarača i zašto je napravljen.

11 . I za kraj, jedna zabavna činjenica. Sudeći po zahtjevima u Yandexu, mnogi ljudi koji traže informacije o Velikom hadronskom sudaraču ne znaju kako napisati ime akceleratora. Na primjer, pišu "andron" (i ne samo da pišu ono što vrijede izvještaji NTV-a sa njihovim andron sudaračem), ponekad pišu "android" (Imperija uzvraća udarac). U buržoaskoj mreži ni oni ne zaostaju i umjesto “hadrona” u tražilicu ubacuju “hardon” (na pravoslavnom engleskom hard-on je uspon). Zanimljiv pravopis na bjeloruskom je "Vyaliki hadronny paskaralnik", što se prevodi kao "veliki hadronski akcelerator".

Hadron Collider. Fotografija

Evropski centar za nuklearna istraživanja, ili jednostavno CERN, mjesto je gdje nobelovac za fiziku lako može večerati pored vas u trpezariji. U svijetu je poznat po najmoćnijem akceleratoru čestica, Velikom hadronskom sudaraču. Nakon skoro deset godina rada, vrijeme je da se sagledamo - da li je jedan od najambicioznijih naučnih projekata našeg vremena opravdao nade naučnika?

2008. godine sam bio deseti razred. Unatoč tome što me tih godina još uvijek nije zanimala fizika, talas uzbuđenja nije me mogao zaobići: iz svakog gvožđa trubili su da će „mašina sudnjeg dana“ biti pokrenuta. Čim Vrlo važan direktor podigne prekidač, stvoriće se crna rupa i svi ćemo biti gotovi. Na dan zvaničnog lansiranja Velikog hadronskog sudarača, neki nastavnici su čak dozvolili da gledaju izvještaj sa mjesta događaja na svojim časovima.

Najgore se nije desilo. Uglavnom, ništa se nije dogodilo - prekidač je podignut, brojke koje su običnom laiku nerazumljive skočile su na ekran kompjutera, a naučnici su počeli da slave. Uglavnom, zašto su pokrenuli nije bilo jasno.

Bez sumnje, bez Velikog hadronskog sudarača, naučnici ne bi bili u stanju da naprave neka značajna otkrića – uključujući otkriće Higsovog bozona. Ali hoće li biti moguće provesti sve planirano i ima li još izgleda za LHC - reći ćemo o tome.

DELPHI eksperiment na Velikom sudaraču elektrona i pozitrona

Veliki brat: Veliki sudarač elektrona i pozitrona

Krajem sedamdesetih godina XX veka, fizika elementarnih čestica se razvijala skokovima i granicama. Za testiranje predviđanja Standardnog modela 1976. godine u Evropskom centru za nuklearna istraživanja (CERN, iz francuskog CERN-a) predložen je projekat Velikog elektronsko-pozitronskog sudarača (BEP ili LEP - od engleskog Large Electron-Positron Collider). - Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) . Između mnogih različitih konfiguracija, odabrana je lokacija budućeg eksperimenta u podzemnom tunelu dugom 27 kilometara. On je trebao ubrzati elektrone i pozitrone do energije reda desetina i stotina gigaelektronvolti: sudarski snopovi su se ukrštali na četiri tačke, gdje su naknadno locirani eksperimenti ALEPH, DELPHI, OPAL i L3.

Sa stanovišta fizičara, energije nikada nije dovoljno: BEP opcija odabrana za implementaciju bila je kompromis između cijene i snage; Tuneli veće dužine, sposobni da jače ubrzavaju čestice, takođe su razmatrani. Rezultirajuća energija mogla se koristiti za testiranje Standardnog modela, ali je bila premala za traženje takozvane "nove fizike" - pojava koje nisu predviđene njegovim zakonima. Hadronski sudarači su mnogo prikladniji za takve svrhe - akceleratori složenih čestica poput protona, neutrona i atomskih jezgara. Još 1977. godine, u vrijeme rasprave o BEP-u, John Adams, tadašnji direktor CERN-a, predložio je da se tunel proširi i da se u njega smjeste oba akceleratora odjednom - i elektron-pozitron i hadronski akcelerator. Međutim, vijeće koje donosi konačne odluke odbacilo je ovu ideju, a 1981. je odobren projekat Velikog elektronsko-pozitronskog sudarača.

Tunel Velikog hadronskog sudarača

Zamijenjeno LHC-om

BEP je radio više od deset godina: od 1989. do 2000. godine. Ovom vremenu pripada niz značajnih eksperimenata, kao što je potvrda predviđenih masa nosilaca slabe interakcije - W- i Z-bozona, kao i mjerenje različitih parametara Standardnog modela sa neviđenom preciznošću. A već 1984. godine održana je konferencija "Veliki hadronski sudarač u LEP tunelu", posvećena pitanju izgradnje novog sudarača nakon prestanka rada njegovog prethodnika.

Godine 1991. konačno je odobren projekat Velikog hadronskog sudarača (LHC ili LHC - od engleskog Large Hadron Collider), uz pomoć kojeg je planirano da se postigne ukupna energija sudarajućih čestica od 14 teraelektronvolti, tj. stotinu puta veća od one koju je razvio Veliki sudarač elektrona i pozitrona.

Godine 1992. održan je sastanak o naučnom programu Velikog hadronskog sudarača: ukupno je primljeno dvanaest prijava za različite eksperimente koji bi se mogli izgraditi na mjestu četiri tačke sudara snopa. Tokom narednih godina odobrena su dva opća eksperimenta - ATLAS i CMS, ALICE eksperiment za proučavanje teških jona i LHCb, posvećen fizici čestica koje sadrže b-kvarkove. Izgradnja Velikog hadronskog sudarača počela je 2000. godine, a prvi snopovi su primljeni već 2008. godine: od tada pa do danas, pored zakazanog gašenja, LHC ubrzava čestice i prikuplja podatke u radnom režimu.

Rusija u CERN-u

Ruska Federacija je zemlja posmatrač u CERN-u od 1993. godine, što svojim predstavnicima daje pravo da prisustvuju sastancima, ali im ne daje pravo glasa prilikom donošenja važnih odluka. Godine 2012. u ime Vlade Ruske Federacije dato je saopštenje o namjeri Ruske Federacije da postane pridruženi član CERN-a, što još nije podržano.

Ukupno oko 700 ruskih naučnika iz dvanaest naučnih organizacija, kao što su Zajednički institut za nuklearna istraživanja, Ruski istraživački centar Institut Kurčatov, Institut za nuklearna istraživanja Ruske akademije nauka i Moskovski državni univerzitet po imenu M.V. Lomonosov.

Krug ubrizgavanja Velikog hadronskog sudarača

Koja je prednost ubrzanja čestica?

Šema rada Velikog hadronskog sudarača sastoji se od više faza. Prije nego što uđu direktno u LHC, čestice prolaze kroz niz faza pre-akceleracije: na taj način brže postižu brzinu i istovremeno s manje energije. Prvo, u linearnom akceleratoru LINAC2, protoni ili jezgra dostižu energiju od 50 megaelektronvolti; zatim naizmjenično ulaze u Booster Synchrotron (PSB), Proton Synchrotron (PS) i Proton Super Synchrotron (SPS), a u trenutku ubrizgavanja u sudarač ukupna energija čestice je 450 gigaelektronvolti.

Pored četiri glavna eksperimenta u tunelu Velikog hadronskog sudarača, predakceleratorski sistem je mjesto za više od deset eksperimenata koji ne zahtijevaju tako veliku energiju čestica. To uključuje, posebno, NA61/SHINE eksperiment, koji istražuje parametre interakcije teških jona sa fiksnom metom; eksperiment ISOLDE, koji proučava svojstva atomskih jezgri, i AEGIS, koji proučava Zemljino gravitacijsko ubrzanje koristeći antivodonik.

Potraga za česticom Boga i nova fizika

Još na samom početku, u fazi razvoja, najavljen je ambiciozni naučni program Velikog hadronskog sudarača. Prije svega, zbog indikacija dobijenih na BEP-u, planirano je da se traži Higgsov bozon, u to vrijeme još uvijek hipotetička komponenta Standardnog modela, odgovorna za masu svih čestica. Planovi naučnika uključivali su i potragu za supersimetričnim Higsovim bozonom i njegovim superpartnerima, koji su uključeni u minimalno supersimetrično proširenje Standardnog modela.

Generalno, kao poseban pravac, planirano je traženje i testiranje modela "nove fizike". Za testiranje supersimetrije, u kojoj je svaki bozon povezan sa fermionom, i obrnuto, trebalo je tražiti odgovarajuće partnere za čestice Standardnog modela. Za testiranje teorija sa dodatnim prostornim dimenzijama, poput teorije struna ili M-teorije, najavljena je mogućnost postavljanja ograničenja broja dimenzija u našem svijetu. Upravo se traženje odstupanja od Standardnog modela smatralo i smatra se jednim od glavnih zadataka LHC-a.

Problemi manjeg profila: proučavanje kvark-gluonske plazme i kršenje CP invarijantnosti

Vrhunski kvark, najteži od šest kvarkova u Standardnom modelu, uočen je samo prije Velikog hadronskog sudarača u Tevatron akceleratoru u Enrico Fermi National Accelerator Laboratory u Sjedinjenim Državama zbog njegove izuzetno velike mase od 173 gigaelektronvolta. Prilikom sudara u LHC-u, zbog njegove snage, očekivalo se rađanje velikog broja vrhunskih kvarkova, što je naučnike zainteresovalo sa dva aspekta. Prvi se odnosio na proučavanje hijerarhije čestica: u ovom trenutku postoje tri generacije kvarkova (gornji kvark je završio treću), ali je moguće da ih je još više. S druge strane, proizvodnja Higsovog bozona tokom raspada top kvarka smatrana je glavnom metodom za njegovu eksperimentalnu detekciju.

Godine 1964. otkriveno je kršenje kombinovane CP invarijantnosti (od engleskog "charge" - naboj i "parity" - paritet), što odgovara zrcalnoj slici našeg svijeta sa potpunom zamjenom svih čestica odgovarajućim antičesticama. Ova činjenica igra važnu ulogu u teorijama o formiranju Univerzuma, koje pokušavaju da objasne zašto se sva naša materija sastoji od materije, a ne od antimaterije. Između ostalog, kršenje CP-pariteta se manifestuje u ponašanju B-mezona - čestica, čija je aktivna proizvodnja pretpostavljena u procesu sudara u LHC-u, a uz njihovu pomoć naučnici su se nadali da će rasvetliti uzroke ovaj fenomen.

Rad Velikog hadronskog sudarača u načinu sudara teških jezgara trebao je dovesti do rekonstrukcije stanja kvark-gluonske plazme, koja se, prema modernim konceptima, opaža 10-5 sekundi nakon Velikog praska - stanje toliko "vruće" da kvarkovi i gluoni ne stupaju u interakciju jedni s drugima, i ne formiraju čestice i jezgre, kao što se dešava u normalnom stanju. Razumijevanje procesa nastanka i hlađenja kvark-gluonske plazme neophodno je za proučavanje procesa kvantne hromodinamike, grane fizike odgovorne za opisivanje jakih interakcija.

Šema otkrića Higgsovog bozona u eksperimentu ATLAS

Otkriće novih čestica na LHC-u

Dakle, čime se Veliki hadronski sudarač može pohvaliti za čitavu deceniju svog rada?

Prvo, naravno, najpoznatije otkriće je otkriće Higsovog bozona mase od 126 gigaelektronvolti u julu 2012. Samo godinu dana kasnije, Peter Higgs i François Engler dobili su Nobelovu nagradu za fiziku za teorijsko predviđanje postojanja "božije čestice" odgovorne za masu sve materije u svemiru. Sada su, međutim, fizičari suočeni s novim zadatkom - da shvate zašto željeni bozon ima takvu masu; nastavlja se i potraga za supersimetričnim partnerima Higsovog bozona.

U 2015. eksperiment LHCb otkrio je stabilne pentakvarkove – čestice koje se sastoje od pet kvarkova, a godinu dana kasnije – kandidate za ulogu tetrakvarka – čestice koje se sastoje od dva kvarka i dva antikvarka. Do sada se vjerovalo da se posmatrane čestice ne sastoje od više od tri kvarka, a fizičari tek treba da preciziraju teorijski model koji bi opisivao takva stanja.

Još uvijek unutar standardnog modela

Fizičari su se nadali da će LHC moći riješiti problem supersimetrije - ili ga potpuno opovrgnuti, ili razjasniti u kojem smjeru se vrijedi kretati, budući da postoji ogroman broj opcija za takvo proširenje Standardnog modela. Do sada nije bilo moguće učiniti ni jedno ni drugo: naučnici su postavili razna ograničenja na parametre supersimetričnih modela, koji mogu izbaciti najjednostavnije opcije, ali definitivno ne rješavaju globalne probleme.

Takođe nije bilo eksplicitnih naznaka fizičkih procesa izvan Standardnog modela, na koji je, možda, većina naučnika računala. Međutim, vrijedno je napomenuti da je eksperiment LHCb također pokazao da se B-mezon, teška čestica koja sadrži b-kvark, ne raspada na način koji predviđa standardni model. Takvo ponašanje samo po sebi može poslužiti, na primjer, kao indikacija postojanja još jednog neutralnog nosioca slabe interakcije, Z' bozona. Do sada naučnici rade na skupu eksperimentalnih podataka koji će ograničiti različite egzotične scenarije.

Moguća shema budućeg sudarača od 100 kilometara

Vrijeme je da počnete kopati novi tunel?

Može li Veliki hadronski sudarač opravdati napore i sredstva uložena u njega? Bez sumnje, iako do sada nisu ostvareni svi ciljevi zacrtani za deceniju. Trenutno je u toku druga faza rada akceleratora, nakon čega će se izvršiti planirana instalacija i početi treća faza prikupljanja podataka.

Naučnici ne gube nadu u sljedeća velika otkrića i već planiraju nove sudarače, na primjer, s dužinom tunela od čak 100 kilometara.