Térkép a Collider helyével

Az alapvető kölcsönhatások egy elméletben való további kombinálására különböző megközelítéseket alkalmaznak: a húrelméletet, amelyet az M-elméletben fejlesztettek ki (bránelmélet), a szupergravitációs elméletet, a hurokkvantumgravitációt stb. Némelyiküknek belső problémái vannak, és egyiküknek sincsenek. kísérleti megerősítés. A probléma az, hogy a megfelelő kísérletek elvégzéséhez olyan energiákra van szükség, amelyek a modern részecskegyorsítóknál elérhetetlenek.

Az LHC lehetővé teszi olyan kísérletek elvégzését, amelyeket korábban lehetetlen volt végrehajtani, és valószínűleg megerősít vagy cáfol ezen elméletek egy részét. Tehát a négynél nagyobb dimenziójú fizikai elméletek egész sora létezik, amelyek a „szuperszimmetria” létezésére utalnak – például a húrelmélet, amelyet néha szuperhúrelméletnek neveznek, éppen azért, mert szuperszimmetria nélkül elveszti fizikai értelmét. A szuperszimmetria létezésének megerősítése tehát ezen elméletek igazságának közvetett megerősítése lenne.

A csúcskvarkok tanulmányozása

Építéstörténet

27 km-es földalatti alagút, amelyet az LHC booster elhelyezésére terveztek

A Large Hadron Collider projekt ötlete 1984-ben született, és tíz évvel később hivatalosan is jóváhagyták. Építését 2001-ben kezdték meg, miután az előző gyorsító - a nagy elektron-pozitronütköztető - munkája befejeződött.

A gyorsítónak a beeső részecskék tömegközéppontjában 14 TeV (azaz 14 teraelektronvolt vagy 14 10 12 elektronvolt) összenergiájú protonokat, valamint 5,5 GeV energiájú ólommagokat kell ütköztetnie. 5,5 10 9 elektronvolt) minden egyes ütköző nukleonpárra. Így az LHC lesz a világ legnagyobb energiájú elemi részecskegyorsítója, amely energia terén nagyságrenddel felülmúlja legközelebbi versenytársait - a jelenleg a National Accelerator Laboratoryban üzemelő Tevatron proton-antiproton ütköztetőt. Enrico Fermi (USA) és a Brookhaven Laboratory (USA) RHIC relativisztikus nehézionütköztetője.

A gyorsító ugyanabban az alagútban található, ahol korábban a Nagy elektron-pozitronütköztető foglalt helyet. A 26,7 km kerületű alagutat mintegy száz méter mélységben fektették le Franciaországban és Svájcban. A protonnyalábok visszafogására és korrigálására 1624 szupravezető mágnest használnak, amelyek teljes hossza meghaladja a 22 km-t. Az utolsót 2006. november 27-én telepítették az alagútba. A mágnesek 1,9 K (-271°C) hőmérsékleten működnek. 2006. november 19-én fejeződött be a hűtőmágnesek speciális kriogén vonalának építése.

Tesztek

Műszaki adatok

A részecskék gyorsításának folyamata ütközőben

Az LHC-ben lévő részecskék sebessége az ütköző sugarakon közel van a vákuumban mért fénysebességhez. A részecskék ilyen nagy sebességre történő gyorsítása több lépésben történik. Az első szakaszban az alacsony energiájú Linac 2 és Linac 3 lineáris gyorsítók protonokat és ólomionokat fecskendeznek be a további gyorsítás érdekében. Ezután a részecskék bejutnak a PS boosterbe, majd magába a PS-be (proton szinkrotron), 28 GeV energiát szerezve. Ezt követően az SPS-ben (Proton Super Synchrotron) folytatódik a részecskegyorsulás, ahol a részecske energiája eléri a 450 GeV-ot. Ezután a sugár a fő 26,7 kilométeres gyűrűre irányul és az ütközési pontokon a detektorok rögzítik a zajló eseményeket.

Energiafogyasztás

Az ütköző üzeme során a becsült energiafogyasztás 180 MW lesz. Becsült energiaköltségek Genf teljes kantonjára vonatkozóan. A CERN maga nem termel áramot, csak készenléti dízelgenerátorokkal.

Elosztott számítástechnika

Az LHC gyorsítóból és detektorokból származó adatok vezérlésére, tárolására és feldolgozására egy elosztott számítástechnikai hálózatot hoznak létre LCG. L HC C omputing G RID ) grid technológia segítségével. Bizonyos számítási feladatokhoz egy elosztott számítási projekt is részt vesz [e-mail védett].

Ellenőrizetlen fizikai folyamatok

Egyes szakértők és a közvélemény aggodalmának ad hangot amiatt, hogy nullától eltérő valószínűséggel az ütközőben végzett kísérletek kikerülnek az irányítás alól, és láncreakció alakul ki, amely bizonyos feltételek mellett elméletileg az egész bolygót elpusztíthatja. Az LHC működéséhez kapcsolódó katasztrófa-forgatókönyvek támogatóinak álláspontja külön honlapon kerül bemutatásra. Ezen érzelmek miatt az LHC-t néha úgy fejtik meg Utolsó Hadronütköztető ( Utolsó Hadronütköztető).

Ezzel kapcsolatban leggyakrabban a mikroszkopikus fekete lyukak ütköztetőben való megjelenésének elméleti lehetőségét, valamint az antianyag-rögök és mágneses monopólusok kialakulásának elméleti lehetőségét emlegetik, amit a környező anyag befogásának láncreakciója követ.

Ezeket az elméleti lehetőségeket egy speciális CERN-csoport mérlegelte, és elkészítette a megfelelő jelentést, amelyben minden ilyen félelmet alaptalannak ismer el. Adrian Kent angol elméleti fizikus tudományos cikkben kritizálta a CERN által elfogadott biztonsági előírásokat, mert szerinte elfogadhatatlan a várható kár, vagyis az esemény valószínűségének az áldozatok számával való szorzata. A katasztrófa forgatókönyvének valószínűségének maximális felső becslése azonban az LHC-nél 10 -31 .

A katasztrófaforgatókönyvek megalapozatlansága melletti fő érvekként arra hivatkoznak, hogy a Földet, a Holdat és más bolygókat folyamatosan bombázzák a sokkal nagyobb energiájú kozmikus részecskék. Szóba kerül a korábban üzembe helyezett gyorsítók sikeres működése is, köztük a brookhaveni Relativistic Heavy Ion Collider RHIC. A mikroszkopikus fekete lyukak kialakulásának lehetőségét a CERN szakemberei nem tagadják, ugyanakkor azt állítják, hogy a mi háromdimenziós terünkben ilyen objektumok csak olyan energiákkal jelenhetnek meg, amelyek 16 nagyságrenddel nagyobbak az LHC-ben lévő nyalábok energiájánál. . Hipotetikusan mikroszkopikus fekete lyukak jelenhetnek meg az LHC-n végzett kísérletekben az extra térbeli dimenziókkal rendelkező elméletek előrejelzésében. Az ilyen elméleteknek még nincs kísérleti bizonyítéka. Azonban még ha fekete lyukak keletkeznek is az LHC-ben történő részecskeütközések következtében, a Hawking-sugárzás miatt várhatóan rendkívül instabilak lesznek, és szinte azonnal elpárolognak közönséges részecskék formájában.

2008. március 21-én Walter Wagner keresetet nyújtott be Hawaii (USA) szövetségi kerületi bíróságán. Walter L. Wagner) és Luis Sancho (eng. Luis Sancho).

Összehasonlítás a természetes sebességekkel és energiákkal

A gyorsítót olyan részecskék ütköztetésére tervezték, mint a hadronok és az atommagok. Vannak azonban természetes részecskék források, amelyek sebessége és energiája sokkal nagyobb, mint az ütközőben (lásd: Zevatron). Ilyen természetes részecskék találhatók a kozmikus sugarakban. A Föld bolygó felszíne részben védett ezektől a sugaraktól, de a légkörön áthaladva a kozmikus sugarak részecskéi ütköznek a levegő atomjaival és molekuláival. E természetes ütközések következtében a Föld légkörében sok stabil és instabil részecske születik. Ennek eredményeként a természetes sugárzási háttér sok millió éve jelen van a bolygón. Ugyanez (elemi részecskék és atomok ütközése) az LHC-ben is megtörténik, de kisebb sebességgel és energiával, és sokkal kisebb mennyiségben.

mikroszkopikus fekete lyukak

Ha az elemi részecskék ütközése során létrejönnek fekete lyukak, akkor azok is elemi részecskévé bomlanak a CPT invariancia elvének megfelelően, amely a kvantummechanika egyik legalapvetőbb elve.

Továbbá, ha a stabil fekete mikrolyukak létezésére vonatkozó hipotézis helyes lenne, akkor ezek nagy mennyiségben keletkeznének a Föld kozmikus elemi részecskék általi bombázása következtében. Ám az űrből érkező nagyenergiájú elemi részecskék többsége elektromos töltéssel rendelkezik, így egyes fekete lyukak elektromos töltésűek lennének. Ezeket a töltött fekete lyukakat befogná a Föld mágneses tere, és ha valóban veszélyesek lennének, már régen elpusztították volna a Földet. A fekete lyukakat elektromosan semlegessé tevő Schwimmer-mechanizmus nagyon hasonlít a Hawking-effektushoz, és nem működik, ha a Hawking-effektus nem működik.

Ezenkívül a töltött vagy elektromosan semleges fekete lyukakat fehér törpék és neutroncsillagok (amelyeket a Földhöz hasonlóan kozmikus sugárzás bombáz) elfognának, és elpusztítanák őket. Ennek eredményeként a fehér törpék és a neutroncsillagok élettartama sokkal rövidebb lenne, mint a ténylegesen megfigyelt. Ezen túlmenően az elpusztítható fehér törpék és neutroncsillagok további olyan sugárzást bocsátanának ki, amelyet valójában nem észlelnek.

Végül, a mikroszkopikus fekete lyukak megjelenését előrejelző extra térbeli dimenziókkal rendelkező elméletek csak akkor mondanak ellent a kísérleti adatoknak, ha az extra dimenziók száma legalább három. De ennyi extra dimenzió mellett évmilliárdoknak kell eltelniük, mielőtt egy fekete lyuk jelentős károkat okozna a Földnek.

Strapelki

Eduard Boos, a fizikai és matematikai tudományok doktora, a Moszkvai Állami Egyetem Magfizikai Kutatóintézetének munkatársa ellentétes nézeteket vall, tagadva a makroszkopikus fekete lyukak előfordulását az LHC-ben, következésképpen a "féreglyukakat" és az időutazást.

Megjegyzések

  1. A végső útmutató az LHC-hez (angol) 30. o.
  2. LHC: legfontosabb tények. "A nagy tudomány elemei". Letöltve: 2008. szeptember 15.
  3. Tevatron Electroweak munkacsoport, felső alcsoport
  4. Az LHC szinkronizálási teszt sikeres volt
  5. A befecskendező rendszer második tesztje szaggatott volt, de a célt sikerült elérni. "A nagy tudomány elemei" (2008. augusztus 24.). Letöltve: 2008. szeptember 6.
  6. Az LHC mérföldkő napja gyorsan kezdődik
  7. Az első sugár az LHC - gyorsító tudományban .
  8. Az LHC csapat küldetése befejeződött. physicsworld.com. Letöltve: 2008. szeptember 12.
  9. Az LHC-nél stabil keringő sugár indul. "A nagy tudomány elemei" (2008. szeptember 12.). Letöltve: 2008. szeptember 12.
  10. A Nagy Hadronütköztetőnél történt incidens végtelenségig késlelteti a kísérleteket. "A nagy tudomány elemei" (2008. szeptember 19.). Letöltve: 2008. szeptember 21.
  11. A Nagy Hadronütköztető tavaszig nem indul újra – CERN. RIA Novosti (2008. szeptember 23.). Letöltve: 2008. szeptember 25.
  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. A sérült mágnesek javítása kiterjedtebb lesz, mint korábban gondolták. "A nagy tudomány elemei" (2008. november 09.). Letöltve: 2008. november 12.
  16. Menetrend 2009-re. "A nagy tudomány elemei" (2009. január 18.). Letöltve: 2009. január 18.
  17. CERN sajtóközlemény
  18. Elfogadták a Nagy Hadronütköztető 2009-2010 közötti munkatervét. "A nagy tudomány elemei" (2009. február 6.). Letöltve: 2009. április 5.
  19. LHC kísérletek.
  20. Kinyílik Pandora szelencéje. Vesti.ru (2008. szeptember 9.). Letöltve: 2008. szeptember 12.
  21. A veszély lehetősége a részecskeütköztetővel végzett kísérletekben
  22. Dimopoulos S., Landsberg G. Fekete lyukak a nagy hadronütköztetőnél Phys. Fordulat. Lett. 87 (2001)
  23. Blaizot J.-P. et al. Potenciálisan veszélyes események tanulmányozása nehézionos ütközések során az LHC-nél.
  24. Az LHC ütközések biztonságának áttekintése LHC Biztonsági Értékelő Csoport
  25. A gyorsítók kockázatainak kritikus áttekintése. Proza.ru (2008. május 23.). Letöltve: 2008. szeptember 17.
  26. Mennyi a katasztrófa valószínűsége az LHC-n?
  27. Ítéletnap
  28. Egy bíró felkérése a világ megmentésére, és talán még sok másra
  29. Magyarázat, miért lesz biztonságos az LHC
  30. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-es.pdf (spanyol)
  31. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-de.pdf (német)
  32. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-fr.pdf (fr)
  33. H. Heiselberg. Szűrés kvarkcseppekben // Fizikai Szemle D. - 1993. - T. 48. - 3. sz. - S. 1418-1423. DOI:10.1103/PhysRevD.48.1418
  34. M. Alford, K. Rajagopal, S. Reddy, A. Steiner. Különös csillagkéregek és furcsák stabilitása // Az Amerikai Fizikai Társaság. Fizikai Szemle D. - 2006. - T. 73, 114016.
Megjelenés dátuma: 2012.09.17

Mi az a nagy hadronütköztető? Miért van rá szükség? Okozhatja-e a világvégét? Bontsuk szét az egészet.

Mi az a BAK?

Ez egy hatalmas, gyűrű alakú alagút, hasonló a részecskeelosztó csőhöz. Körülbelül 100 méter mélységben található Franciaország és Svájc területe alatt. A világ minden tájáról tudósok vettek részt az építésében.

Az LHC-t azért építették, hogy megtalálják a Higgs-bozont, a részecskék tömegét adó mechanizmust. Másodlagos cél a kvarkok – a hadronokat alkotó alapvető részecskék (innen a „hadronütköztető” elnevezés) – tanulmányozása is.

Sokan naivan azt hiszik, hogy az LHC az egyetlen részecskegyorsító a világon. Az 1950-es évek óta azonban több mint egy tucat ütköztetőt építettek világszerte. Az LHC-t a legnagyobbnak tekintik - hossza 25,5 km. Ezen kívül szerkezete egy másik, kisebb átmérőjű gyorsítót is tartalmaz.

LHC és média

Az építkezés kezdete óta sok cikk jelent meg a gyorsító magas költségéről és veszélyeiről. A legtöbben úgy gondolják, hogy a pénzt elpazarolták, és nem értik, miért kellett ennyi pénzt és erőfeszítést költeni egyfajta részecskék megtalálásához.

Először is, az LHC nem a történelem legdrágább tudományos projektje. Dél-Franciaországban található Cadarache tudományos központja egy drága termonukleáris reaktorral. A Cadarache 6 ország (köztük Oroszország) támogatásával épült; pillanatnyilag már mintegy 20 milliárd dollárt fektettek bele. Másodszor, a Higgs-bozon felfedezése számos forradalmi technológiát hoz a világba. Ráadásul az első mobiltelefon feltalálásakor az emberek negatívan találkoztak a találmányával ...

Hogyan működik a BAC?

Az LHC nagy sebességgel ütközteti a részecskenyalábokat, és figyeli azok későbbi viselkedését és kölcsönhatásait. Általában az egyik részecskesugarat először a segédgyűrűn gyorsítják fel, majd a főgyűrűre küldik.

A legerősebb mágnesek közül sok tartja a részecskéket az ütközőben. A nagy pontosságú műszerek pedig rögzítik a részecskék mozgását, hiszen az ütközés a másodperc töredéke alatt következik be.

Az ütközőgép munkájának megszervezését a CERN (Organization for Nuclear Research) végzi.

Ennek eredményeként hatalmas erőfeszítések és pénzügyi befektetések után 2012. július 4-én a CERN hivatalosan bejelentette, hogy megtalálták a Higgs-bozont. Természetesen a gyakorlatban talált bozon egyes tulajdonságai eltérnek az elméleti szempontoktól, de a tudósoknak nincs kétsége a Higgs-bozon „valóságában”.

Miért van szükséged BAC-ra?

Mennyire hasznos az LHC a hétköznapi emberek számára? A Higgs-bozon felfedezésével és a kvarkok tanulmányozásával kapcsolatos tudományos felfedezések a jövőben új tudományos és technológiai forradalomhoz vezethetnek.

Először is, mivel a tömeg nyugalmi energia (nagyjából), a jövőben lehetséges az anyag energiává alakítása. Akkor nem lesz gond az energiával, ami azt jelenti, hogy távoli bolygókra is el lehet utazni. És ez egy lépés a csillagközi utazás felé...

Másodszor, a kvantumgravitáció tanulmányozása lehetővé teszi a jövőben a gravitáció szabályozását. Ez azonban nem fog megtörténni egyhamar, mivel a gravitonokat még nem nagyon ismerik, és ezért a gravitációt irányító eszköz kiszámíthatatlan lehet.

Harmadszor, lehetőség nyílik az M-elmélet (a húrelmélet származéka) részletesebb megértésére. Ez az elmélet azt állítja, hogy az univerzum 11 dimenzióból áll. Az M-elmélet a "minden elmélete"-nek vallja magát, ami azt jelenti, hogy tanulmányozása lehetővé teszi számunkra, hogy jobban megértsük az univerzum szerkezetét. Ki tudja, talán a jövőben az ember megtanul mozogni és más dimenziókat befolyásolni.

LHC és a világ vége

Sokan azzal érvelnek, hogy az LHC munkája elpusztíthatja az emberiséget. Általában a fizikában gyengén jártas emberek beszélnek erről. Az LHC indulását sokszor elhalasztották, de 2008. szeptember 10-én mégis elindult. Érdemes azonban megjegyezni, hogy az LHC-t soha nem gyorsították fel teljes teljesítményre. A tudósok azt tervezik, hogy 2014 decemberében teljes kapacitással elindítják az LHC-t. Nézzük a világvége lehetséges okait és egyéb pletykák...

1. Fekete lyuk létrehozása

A fekete lyuk egy hatalmas gravitációjú csillag, amely nemcsak az anyagot, hanem a fényt, sőt az időt is vonzza. Fekete lyuk nem bukkanhat fel a semmiből, ezért a CERN tudósai úgy vélik, hogy rendkívül kicsi az esélye egy stabil fekete lyuk megjelenésének. Ez azonban lehetséges. A részecskék ütközésekor mikroszkopikus fekete lyuk keletkezhet, aminek mérete elegendő ahhoz, hogy pár éven belül (vagy gyorsabban) elpusztítsa bolygónkat. De az emberiségnek nem kell félnie, mert a Hawking-sugárzásnak köszönhetően a fekete lyukak gyorsan elveszítik tömegüket és energiájukat. Bár a tudósok között vannak pesszimisták, akik úgy vélik, hogy az ütközőben lévő erős mágneses tér nem teszi lehetővé a fekete lyuk szétesését. Ennek eredményeként nagyon kicsi az esélye annak, hogy fekete lyuk keletkezzen, amely elpusztítja a bolygót, de van ilyen lehetőség.

2. "sötét anyag" képződése

Ő is egy „furcsa anyag”, „furcsa” (furcsa csepp), „furcsa”. Ez az az anyag, amely egy másik anyaggal való ütközéskor hasonlóvá változtatja. Azok. ha egy furcsa és egy közönséges atom összeütközik, két furcsaság keletkezik, ami láncreakciót vált ki. Ha ilyen anyag jelenik meg az ütközőben, akkor az emberiség percek alatt elpusztul. Ennek az esélye azonban olyan kicsi, mint egy fekete lyuk kialakulása.

3. Antianyag

Az a verzió, amely arra vonatkozott, hogy az ütközőgép működése során olyan mennyiségű antianyag jelenhet meg, amely elpusztítja a bolygót, a legtévképzetesebbnek tűnik. És nem is az a lényeg, hogy nagyon kicsi az esélye az antianyag kialakulásának, hanem az, hogy már vannak antianyag-minták a földön, speciális tartályokban tárolva, ahol nincs gravitáció. Nem valószínű, hogy olyan mennyiségű antianyag jelenik meg a Földön, amely képes lesz elpusztítani a bolygót.

megállapításait

Sok oroszországi lakos még azt sem tudja, hogyan kell helyesen írni a "Nagy hadronütköztető" kifejezést, nem is beszélve arról, hogy ismerik a célját. Egyes álpróféták pedig azzal érvelnek, hogy az Univerzumban nincsenek intelligens civilizációk, mert minden civilizáció, miután elérte a tudományos fejlődést, ütköztetőt hoz létre. Ekkor fekete lyuk keletkezik, ami elpusztítja a civilizációt. Innen magyarázzák a galaxisok központjában található hatalmas fekete lyukak nagy számát.

Vannak azonban olyanok is, akik úgy gondolják, hogy mielőbb be kell indítani az LHC-t, különben az idegenek érkezésekor elfognak minket, hiszen vadembereknek tartanak minket.

Végül az egyetlen esély, hogy megtudjuk, mit hoz nekünk az LHC, csak várni kell. Előbb-utóbb mégis megtudjuk, mi vár ránk: pusztulás vagy haladás.


Legújabb tudományos és műszaki tippek:

Segített ez a tanács? Segítheti a projektet, ha tetszőleges összeget adományoz a fejlesztésére. Például 20 rubel. Vagy több:)

Ez a két alapvető elmélet - a GR (a gravitációról) és az SM (standard modell, amely három alapvető fizikai kölcsönhatást - elektromágneses, erős és gyenge) - kombinálásának módjait keresi. Az LHC létrehozása előtti megoldás megtalálását a kvantumgravitációs elmélet megalkotásának nehézségei nehezítették.

Ennek a hipotézisnek a felépítése két fizikai elmélet – a kvantummechanika és az általános relativitáselmélet – kombinációjából áll.

Ehhez a modern időkben több népszerű és szükséges megközelítést alkalmaztak egyszerre - a húrelméletet, a bránelméletet, a szupergravitációs elméletet, valamint a kvantumgravitáció elméletét. Az ütköztető megépítése előtt a szükséges kísérletek elvégzése során a fő probléma az energiahiány volt, amit más modern részecskegyorsítókkal nem lehet elérni.

A genfi ​​LHC lehetőséget adott a tudósoknak, hogy korábban megvalósíthatatlan kísérleteket végezzenek. Úgy gondolják, hogy a közeljövőben az apparátus segítségével számos fizikai elmélet megerősíteni vagy megcáfolni fog. Az egyik legproblémásabb a szuperszimmetria vagy a húrelmélet, amely hosszú ideig két táborra osztotta a fizikait - "húrosokra" és riválisaikra.

További alapvető kísérletek, amelyeket az LHC munkájának részeként végeztek

Szintén érdekes a tudósok kutatása a csúcskvarkok tanulmányozása terén, amelyek a legtöbb kvark és a legnehezebb (173,1 ± 1,3 GeV / c²) az összes jelenleg ismert elemi részecskék közül.

Emiatt a tulajdonság miatt a tudósok még az LHC létrehozása előtt is csak a Tevatron gyorsítónál figyelhettek meg kvarkokat, mivel más eszközöknek egyszerűen nem volt elegendő teljesítménye és energiája. A kvarkok elmélete viszont fontos eleme a szenzációs Higgs-bozon-hipotézisnek.

A kvarkok létrehozásával és tulajdonságainak tanulmányozásával kapcsolatos összes tudományos kutatást a tudósok az LHC felső kvark-antikvark gőzfürdőjében végzik.

A genfi ​​projekt fontos célja az elektrogyenge szimmetria mechanizmusának vizsgálata is, amely a Higgs-bozon létezésének kísérleti bizonyításához is kapcsolódik. Ha pontosabban definiáljuk a problémát, akkor a vizsgálat tárgya nem annyira maga a bozon, hanem az elektrogyenge kölcsönhatás szimmetriájának Peter Higgs által megjósolt mechanizmusa.

Az LHC kísérleteket is végez a szuperszimmetria felkutatására – és a kívánt eredmény egyrészt annak az elméletnek a bizonyítéka, hogy minden elemi részecskét mindig nehezebb partner kísér, másrészt pedig cáfolata.

Néhány tény a Nagy Hadronütköztetőről, hogyan és miért jött létre, mi a haszna, és milyen potenciális veszélyeket jelent az emberiségre nézve.

1. Az LHC, vagyis a Large Hadron Collider építése még 1984-ben fogant meg, és csak 2001-ben kezdődött el. Öt évvel később, 2006-ban, több mint 10 ezer, különböző országokból származó mérnök és tudós erőfeszítéseinek köszönhetően megépült a elkészült a Nagy Hadronütköztető.

2. Az LHC a világ legnagyobb kísérleti létesítménye.

3. Akkor miért a Nagy Hadronütköztető?
Szilárd mérete miatt nevezték nagynak: a főgyűrű hossza, amelyen a részecskéket hajtják, körülbelül 27 km.
Hadron - mivel a telepítés felgyorsítja a hadronokat (kvarkokból álló részecskéket).
Ütköztető - az ellenkező irányba gyorsuló részecskesugarak miatt, amelyek speciális pontokon ütköznek egymással.

4. Mire való a nagy hadronütköztető? Az LHC egy ultramodern kutatóközpont, ahol a tudósok atomokkal végeznek kísérleteket, nagy sebességgel tolják össze az ionokat és a protonokat. A tudósok azt remélik, hogy a kutatás segítségével fellebbentik a fátylat az Univerzum megjelenésének titkairól.

5. A projekt 6 milliárd dolláros csillagászati ​​költséget jelentett a tudományos közösségnek. Oroszország egyébként 700 szakembert delegált az LHC-hez, akik ma is dolgoznak. Az LHC megrendelései körülbelül 120 millió dollárt hoztak az orosz vállalatoknak.

6. Kétségtelen, hogy az LHC fő felfedezése a Higgs-bozon vagy más néven „Isten részecskék” 2012-es felfedezése. A Higgs-bozon az utolsó láncszem a Standard Modellben. Egy másik jelentős esemény Bak'e-ban a rekord, 2,36 teraelektronvoltos ütközési energia érték elérése.

7. Egyes tudósok, köztük az oroszok is, úgy vélik, hogy a CERN-ben (az Európai Nukleáris Kutatási Szervezetben, ahol valójában az ütköző található) nagyszabású kísérleteknek köszönhetően a tudósok képesek lesznek megépíteni a világ első időgépét. A legtöbb tudós azonban nem osztja a kollégák optimizmusát.

8. Az emberiség fő félelmei a bolygó legerősebb gyorsítójával kapcsolatban azon a veszélyen alapulnak, amely az emberiséget fenyegeti a környező anyag befogására képes mikroszkopikus fekete lyukak kialakulása következtében. Van egy másik potenciális és rendkívül veszélyes fenyegetés - a (Strange cseppből előállított) hevederek megjelenése, amelyek hipotetikusan képesek ütközni egy atom magjával, hogy egyre több új szalagot képezzenek, átalakítva az egész Univerzum anyagát. A legelismertebb tudósok többsége azonban azt állítja, hogy egy ilyen eredmény nem valószínű. De elméletileg lehetséges

9. 2008-ban Hawaii állam két lakosa beperelte a CERN-t. Azzal vádolták a CERN-t, hogy gondatlanságból próbál véget vetni az emberiségnek, és biztonsági garanciákat követelnek a tudósoktól.

10. A Nagy Hadronütköztető Svájcban található, Genf közelében. A CERN-ben van egy múzeum, ahol a látogatók világosan elmagyarázzák az ütközőgép alapelveit és azt, hogy miért épült.

11 . És végül egy kis szórakoztató tény. A Yandex kérései alapján sokan, akik információkat keresnek a Large Hadron Colliderről, nem tudják, hogyan kell leírni a gyorsító nevét. Például azt írják, hogy „andron” (és nem csak azt írják, hogy mit érnek az NTV riportjai az andronütköztetőjükkel), néha „android”-ot írnak (a Birodalom visszavág). A polgári hálóban szintén nem maradnak le és „hadron” helyett „hardont” hajtanak be a keresőbe (ortodox angolban a hard-on emelkedő). A fehérorosz nyelv egyik érdekes elírása a „Vyaliki hadronny paskaralnik”, ami „nagy hadrongyorsító”-nak felel meg.

Hadronütköztető. Fénykép

Az Európai Nukleáris Kutatási Központ, vagy egyszerűen a CERN egy olyan hely, ahol egy fizikai Nobel-díjas könnyedén étkezhet melletted az ebédlőben. Világszerte ismert a legerősebb részecskegyorsító, a Large Hadron Collider. Majdnem tíz év munka után itt az ideje, hogy mérleget készítsünk – igazolta-e korunk egyik legambiciózusabb tudományos projektje a tudósok reményeit?

2008-ban tizedik osztályos voltam. Annak ellenére, hogy azokban az években még egyáltalán nem érdekelt a fizika, az izgalom hulláma nem tudott megkerülni: minden vasból azt harsogták, hogy beindul a „végítéletgép”. Hogy amint a Very Important Director felemeli a kapcsolót, fekete lyuk keletkezik, és mindannyiunknak vége. A Nagy Hadronütköztető hivatalos elindításának napján néhány tanár még azt is megengedte, hogy óráikon egy riportot nézzenek meg a helyszínről.

A legrosszabb nem történt meg. Nagyjából semmi sem történt – a kapcsolót felemelték, egy egyszerű laikus számára felfoghatatlan számok ugrottak a számítógép képernyőjén, a tudósok pedig ünnepelni kezdtek. Általában nem volt világos, hogy miért indították el.

Kétségtelen, hogy a Nagy Hadronütköztető nélkül a tudósok nem tudtak volna jelentős felfedezéseket tenni – köztük a Higgs-bozon felfedezését sem. De vajon sikerül-e végrehajtani az összes tervezettet, és hogy vannak-e még kilátások az LHC-re - erről fogunk mondani.

DELPHI kísérlet a nagy elektron-pozitron ütköztetőben

Big Brother: Nagy elektron-pozitron ütköztető

A XX. század hetvenes éveinek végén az elemi részecskefizika ugrásszerűen fejlődött. A Standard Modell előrejelzéseinek tesztelésére 1976-ban a nagy elektron-pozitronütköztető (BEP vagy LEP - az angol nagy elektron-pozitronütköztetőből) projektjét javasolták az Európai Nukleáris Kutatási Központban (CERN, a francia CERN-től). - Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) . Számos különböző konfiguráció közül választották ki a jövőbeli kísérlet helyszínét egy 27 kilométer hosszú földalatti alagútban. Az elektronokat és a pozitronokat tíz és száz gigaelektronvolt nagyságrendű energiákra kellett volna felgyorsítania: az ütköző sugarak négy ponton keresztezték egymást, ahol később az ALEPH, DELPHI, OPAL és L3 kísérletek helyezkedtek el.

A fizikusok szemszögéből az energiából sosem elég: a megvalósításhoz választott BEP opció a költség és a teljesítmény közötti kompromisszum volt; A részecskék erősebb gyorsítására alkalmas, nagyobb hosszúságú alagutak is számításba kerültek. A kapott energiát fel lehetett használni a Standard Modell tesztelésére, de túl kicsi volt az úgynevezett "új fizika" kereséséhez - olyan jelenségek, amelyeket a törvényei nem jósolnak meg. A hadronütköztetők sokkal alkalmasabbak ilyen célokra – összetett részecskék, például protonok, neutronok és atommagok gyorsítói. Még 1977-ben, a BEP vitája idején John Adams, a CERN akkori igazgatója azt javasolta, hogy szélesítsék ki az alagutat, és helyezzék el egyszerre mindkét gyorsítót - az elektron-pozitront és a hadrongyorsítót is. A végső döntést hozó tanács azonban elvetette ezt az ötletet, és 1981-ben jóváhagyták a Nagy Elektron-Pozitronütköztető projektet.

A nagy hadronütköztető alagútja

LHC váltotta fel

A BEP több mint tíz évig dolgozott: 1989-től 2000-ig. Számos jelentős kísérlet tartozik ebbe az időbe, mint például a gyenge kölcsönhatás hordozóinak - W- és Z-bozonok - előrejelzett tömegének megerősítése, valamint a Standard Modell különféle paramétereinek példátlan pontosságú mérése. És már 1984-ben megtartották a "Nagy hadronütköztető a LEP-alagútban" konferenciát, amelynek célja egy új ütköztető építésének kérdése volt az elődje munkájának leállítása után.

1991-ben végül jóváhagyták a Large Hadron Collider (LHC vagy LHC - az angol Large Hadron Colliderből) projektet, amelynek segítségével 14 teraelektronvoltos ütköző részecskék összenergiáját tervezték elérni, azaz százszor nagyobb, mint a nagy elektron-pozitronütköztető által kifejlesztett.

1992-ben értekezletet tartottak a Nagy Hadronütköztető tudományos programjáról: összesen tizenkét pályázat érkezett be négy nyaláb ütközési pont helyén megépíthető különböző kísérletekre. A következő években két általános kísérletet hagytak jóvá – az ATLAS-t és a CMS-t, az ALICE kísérletet a nehézionok és az LHCb tanulmányozására, a b-kvarkokat tartalmazó részecskék fizikájának szentelve. A Nagy Hadronütköztető építése 2000-ben kezdődött, és már 2008-ban megérkeztek az első nyalábok: azóta és a mai napig az LHC az ütemezett leállás mellett részecskéket gyorsít és üzemmódban gyűjti az adatokat.

Oroszország a CERN-ben

Az Orosz Föderáció 1993 óta megfigyelő ország a CERN-ben, amely képviselőinek részvételi jogot biztosít az üléseken, de nem ad szavazati jogot fontos döntések meghozatalakor. 2012-ben az Orosz Föderáció kormánya nevében nyilatkozatot tettek az Orosz Föderáció azon szándékáról, hogy a CERN társult tagjává kíván válni, amit még nem támogattak.

Összesen mintegy 700 orosz tudós tizenkét tudományos szervezettől, például a Közös Nukleáris Kutatási Intézettől, az Orosz Kutatóközpont Kurcsatov Intézetétől, az Orosz Tudományos Akadémia Nukleáris Kutatási Intézetétől és a Moszkvai Állami Egyetemtől, az M.V. Lomonoszov.

A nagy hadronütköztető befecskendező áramköre

Mi az előnye a részecskék gyorsításának?

A nagy hadronütköztető működési sémája több szakaszból áll. Mielőtt közvetlenül az LHC-be kerülnének, a részecskék egy sor előgyorsítási szakaszon mennek keresztül: így gyorsabban és ugyanakkor kevesebb energiával gyorsulnak fel. Először is, a LINAC2 lineáris gyorsítóban a protonok vagy atommagok 50 megaelektronvolt energiát érnek el; majd felváltva lépnek be a Booster Synchrotron (PSB), Proton Synchrotron (PS) és Proton Super Synchrotron (SPS) rendszerbe, és az ütközőbe való befecskendezés pillanatában a részecske teljes energiája 450 gigaelektronvolt.

A Nagy Hadronütköztető alagútjában végzett négy fő kísérlet mellett az előgyorsító rendszer több mint tíz olyan kísérlet helyszíne, amelyekhez nincs szükség ekkora részecskeenergiára. Ide tartozik különösen az NA61/SHINE kísérlet, amely a nehézionok fix célponttal való kölcsönhatásának paramétereit vizsgálja; az ISOLDE kísérlet, amely az atommagok tulajdonságait vizsgálja, és az AEGIS, amely a Föld gravitációs gyorsulását vizsgálja antihidrogén segítségével.

Isten részecskéjének keresése és új fizika

Már a legelején, a fejlesztési szakaszban bejelentették a Nagy Hadronütköztető ambiciózus tudományos programját. Mindenekelőtt a BEP-en kapott jelzések miatt a Higgs-bozon, a Standard Modell akkoriban még hipotetikus összetevőjének felkutatását tervezték, amely az összes részecske tömegéért felelős. A tudósok tervei között szerepelt a szuperszimmetrikus Higgs-bozon és szuperpartnereinek felkutatása is, amelyek a Standard Modell minimális szuperszimmetrikus kiterjesztésében szerepelnek.

Általánosságban elmondható, hogy külön irányként az "új fizika" modelljeinek felkutatását és tesztelését tervezték. A szuperszimmetria teszteléséhez, amelyben minden bozon egy fermionhoz kapcsolódik, és fordítva, meg kellett keresni a megfelelő partnereket a Standard Modell részecskéihez. A további térbeli dimenziókkal rendelkező elméletek tesztelésére, mint például a húrelmélet vagy az M-elmélet, bejelentették a világunkban előforduló dimenziók számának korlátozásának lehetőségét. A Standard Modelltől való eltérések keresését tartották és tartják az LHC egyik fő feladatának.

Kevésbé nagy horderejű problémák: a kvark-gluon plazma tanulmányozása és a CP invariancia megsértése

A csúcskvarkot, a Standard Modell hat kvarkja közül a legnehezebbet, rendkívül nagy, 173 gigaelektronvoltos tömege miatt csak a Large Hadron Collider előtt figyelték meg az Egyesült Államokban, az Enrico Fermi National Accelerator Laboratory Tevatron gyorsítójában. Az LHC-ben bekövetkezett ütközések során ereje miatt nagyszámú csúcskvark születése várható, ami két szempontból is érdekelte a tudósokat. Az első a részecskék hierarchiájának vizsgálatához kapcsolódott: jelenleg három kvarkgeneráció létezik (a felső kvark befejezte a harmadikat), de elképzelhető, hogy még mindig több van belőlük. Másrészt a Higgs-bozonnak a felső kvark bomlása során történő keletkezését tekintették a kísérleti kimutatás fő módszerének.

1964-ben felfedezték a kombinált CP invariancia (az angol "töltés" - töltés és "paritás" - paritás) megsértését, amely megfelel világunk tükörképének az összes részecske teljes helyettesítésével a megfelelő antirészecskékkel. Ez a tény fontos szerepet játszik az Univerzum kialakulására vonatkozó elméletekben, amelyek megpróbálják megmagyarázni, miért áll minden anyagunk anyagból, és nem antianyagból. A CP-paritás megsértése többek között a B-mezonok - részecskék - viselkedésében nyilvánul meg, amelyek aktív termelődését az LHC ütközéseinek folyamatában feltételezték, és segítségükkel a tudósok azt remélték, hogy fényt derítenek az okokra. ez a jelenség.

A Nagy Hadronütköztető nehéz atommagok ütközésének módjában a kvark-gluon plazma állapotának rekonstrukciójához kellett volna vezetnie, amelyet a modern elképzelések szerint az Ősrobbanás után 10-5 másodperccel figyelnek meg - egy állapot annyira "forró", hogy a kvarkok és a gluonok nem lépnek kölcsönhatásba egymással. másikat, és nem képeznek részecskéket és magokat, ahogy az normál állapotban előfordul. A kvark-gluon plazma keletkezési és hűtési folyamatainak megértése szükséges az erős kölcsönhatások leírásáért felelős fizikaág, a kvantumkromodinamika folyamatainak tanulmányozásához.

A Higgs-bozon felfedezésének vázlata az ATLAS kísérletben

Új részecskék felfedezése az LHC-ben

Tehát mivel büszkélkedhet a Nagy Hadronütköztető egy egész évtizedes munkája során?

Először természetesen a felfedezések közül a leghíresebb a 126 gigaelektronvolt tömegű Higgs-bozon 2012 júliusában történt felfedezése. Alig egy évvel később Peter Higgs és François Engler fizikai Nobel-díjat kapott, mert elméletileg megjósolták egy "Isten részecske" létezését, amely az univerzumban található összes anyag tömegéért felelős. Most azonban a fizikusok új feladat elé néznek – meg kell érteni, miért van a kívánt bozonnak ekkora tömege; a Higgs-bozon szuperszimmetrikus partnereinek keresése is folytatódik.

2015-ben az LHCb kísérlet stabil pentakvarkokat - öt kvarkból álló részecskéket, egy évvel később - a tetrakvark szerepére jelölt részecskéket - két kvarkból és két antikvarkból álló részecskéket fedezett fel. Eddig azt hitték, hogy a megfigyelt részecskék legfeljebb három kvarkból állnak, és a fizikusoknak még finomítaniuk kell az elméleti modellt, amely leírná az ilyen állapotokat.

Még mindig a standard modellen belül

A fizikusok azt remélték, hogy az LHC képes lesz megoldani a szuperszimmetria problémáját - vagy teljesen megcáfolja, vagy tisztázza, hogy melyik irányba érdemes elmozdulni, mivel a szabványos modell ilyen kiterjesztésére rengeteg lehetőség kínálkozik. Eddig sem az egyiket, sem a másikat nem sikerült megtenni: a tudósok különféle korlátozásokat támasztanak a szuperszimmetrikus modellek paramétereivel kapcsolatban, amelyek a legegyszerűbb lehetőségeket is kiszűrhetik, de a globális problémákat semmiképpen sem oldják meg.

A standard modellen kívüli fizikai folyamatokra sem voltak kifejezett utalások, amelyekre talán a legtöbb tudós számított. Érdemes azonban megjegyezni, hogy az LHCb kísérlet azt is kimutatta, hogy a B-mezon, egy b-kvarkot tartalmazó nehéz részecske nem bomlik el a Standard Modell által előre jelzett módon. Ez a viselkedés önmagában is szolgálhat például a gyenge kölcsönhatás másik semleges hordozójának, a Z'-bozonnak a létezésére. Eddig a tudósok olyan kísérleti adatokon dolgoznak, amelyek korlátozzák a különféle egzotikus forgatókönyveket.

A jövő 100 kilométeres ütközőjének lehetséges vázlata

Ideje elkezdeni egy új alagutat ásni?

Indokolhatja-e a Nagy Hadronütköztető a belefektetett erőfeszítéseket és pénzeszközöket? Kétségtelen, bár az évtizedre kitűzött célok közül eddig sem valósult meg minden. Jelen pillanatban a gyorsító üzem második szakasza zajlik, ezt követően kerül sor a tervezett telepítésre és megkezdődik az adatgyűjtés harmadik szakasza.

A tudósok nem veszítik el a reményt, hogy megtegyék a következő nagy felfedezéseket, és már új ütköztetőket terveznek, például akár 100 kilométeres alagúthosszúságban.