Mappa con la posizione del Collider tracciata su di essa

Per combinare ulteriormente le interazioni fondamentali in una teoria, vengono utilizzati vari approcci: teoria delle stringhe, che è stata sviluppata nella teoria M (teoria delle brane), teoria della supergravità, gravità quantistica a loop, ecc. Alcuni di loro hanno problemi interni e nessuno di loro ha conferma sperimentale. Il problema è che per eseguire gli esperimenti corrispondenti sono necessarie energie irraggiungibili con i moderni acceleratori di particelle.

L'LHC consentirà di condurre esperimenti prima impossibili da condurre e probabilmente confermerà o smentirà alcune di queste teorie. Quindi, esiste un'intera gamma di teorie fisiche con dimensioni maggiori di quattro che suggeriscono l'esistenza della "supersimmetria" - ad esempio, la teoria delle stringhe, che a volte viene chiamata teoria delle superstringhe proprio perché senza supersimmetria perde il suo significato fisico. La conferma dell'esistenza della supersimmetria sarebbe quindi una conferma indiretta della verità di queste teorie.

Studio dei quark top

Storia della costruzione

Tunnel sotterraneo di 27 km progettato per ospitare il booster LHC

L'idea del progetto Large Hadron Collider è nata nel 1984 ed è stata ufficialmente approvata dieci anni dopo. La sua costruzione è iniziata nel 2001, dopo il completamento dei lavori del precedente acceleratore: il Large Electron-Positron Collider.

Si suppone che l'acceleratore faccia collidere protoni con un'energia totale di 14 TeV (ovvero 14 teraelettronvolt o 14 10 12 elettronvolt) nel sistema del centro di massa delle particelle incidenti, nonché nuclei di piombo con un'energia di 5,5 GeV ( 5,5 10 9 elettronvolt) per ogni coppia di nucleoni in collisione. Pertanto, l'LHC sarà l'acceleratore di particelle elementari più ad alta energia al mondo, superando di un ordine di grandezza i suoi concorrenti più vicini in termini di energia: il collisore protone-antiprotone Tevatron, che attualmente opera presso il National Accelerator Laboratory. Enrico Fermi (USA), e il RHIC Relativistic Heavy Ion Collider presso il Brookhaven Laboratory (USA).

L'acceleratore si trova nello stesso tunnel precedentemente occupato dal Large Electron-Positron Collider. Il tunnel con una circonferenza di 26,7 km è stato posato a una profondità di circa cento metri nel sottosuolo in Francia e Svizzera. Per contenere e correggere i fasci di protoni vengono utilizzati 1624 magneti superconduttori, la cui lunghezza totale supera i 22 km. L'ultimo è stato installato nel tunnel il 27 novembre 2006. I magneti funzioneranno a 1,9 K (-271°C). La costruzione di una speciale linea criogenica per il raffreddamento dei magneti è stata completata il 19 novembre 2006.

Test

Specifiche

Il processo di accelerazione delle particelle in un collisore

La velocità delle particelle nell'LHC sui raggi in collisione è vicina alla velocità della luce nel vuoto. L'accelerazione delle particelle a velocità così elevate si ottiene in più fasi. Nella prima fase, gli acceleratori lineari Linac 2 e Linac 3 a bassa energia iniettano protoni e ioni di piombo per un'ulteriore accelerazione. Quindi le particelle entrano nel booster PS e quindi nel PS (protone sincrotrone) stesso, acquisendo un'energia di 28 GeV. Successivamente, l'accelerazione delle particelle continua nell'SPS (Proton Super Synchrotron), dove l'energia delle particelle raggiunge i 450 GeV. Quindi il raggio viene diretto verso l'anello principale di 26,7 chilometri e nei punti di collisione i rilevatori registrano gli eventi in corso.

Consumo di energia

Durante il funzionamento del collisore, il consumo energetico stimato sarà di 180 MW. Costi energetici stimati per l'intero cantone di Ginevra. Il CERN non genera energia da solo, con solo generatori diesel di riserva.

Calcolo distribuito

Per controllare, archiviare ed elaborare i dati che proverranno dall'acceleratore e dai rivelatori di LHC, è stata creata una rete di calcolo distribuito LCG. l H.C C calcolo G SBARAZZARSI ) utilizzando la tecnologia di rete. Per alcune attività di calcolo, sarà coinvolto un progetto di calcolo distribuito [e-mail protetta].

Processi fisici incontrollati

Alcuni esperti e membri del pubblico esprimono preoccupazione per il fatto che esiste una probabilità diversa da zero che gli esperimenti condotti nel collisore vadano fuori controllo e sviluppino una reazione a catena che, in determinate condizioni, potrebbe teoricamente distruggere l'intero pianeta. Il punto di vista dei sostenitori degli scenari catastrofici associati al funzionamento dell'LHC è presentato su un sito Web separato. A causa di questi sentimenti, l'LHC a volte viene decifrato come Ultimo Collisore di adroni ( Ultimo collisore di adroni).

A questo proposito, viene spesso menzionata la possibilità teorica della comparsa di microscopici buchi neri nel collisore, nonché la possibilità teorica della formazione di grumi di antimateria e monopoli magnetici, seguiti da una reazione a catena di cattura della materia circostante.

Queste possibilità teoriche sono state prese in considerazione da un gruppo speciale del CERN, che ha preparato un rapporto corrispondente, in cui tutti questi timori sono riconosciuti come infondati. Il fisico teorico inglese Adrian Kent ha pubblicato un articolo scientifico in cui critica gli standard di sicurezza adottati dal CERN, perché il danno atteso, cioè il prodotto della probabilità di un evento per il numero delle vittime, è, a suo avviso, inaccettabile. Tuttavia, la stima superiore massima della probabilità di uno scenario catastrofico all'LHC è 10 -31.

Come principali argomenti a favore dell'infondatezza di scenari catastrofici, si fa riferimento al fatto che la Terra, la Luna e altri pianeti sono costantemente bombardati da flussi di particelle cosmiche con energie molto più elevate. Viene anche menzionato il funzionamento di successo degli acceleratori precedentemente commissionati, incluso il Relativistic Heavy Ion Collider RHIC a Brookhaven. La possibilità della formazione di buchi neri microscopici non è negata dagli specialisti del CERN, tuttavia, si afferma che nel nostro spazio tridimensionale tali oggetti possono apparire solo a energie che sono 16 ordini di grandezza superiori all'energia dei raggi nell'LHC . Ipoteticamente, buchi neri microscopici possono apparire negli esperimenti all'LHC nelle previsioni di teorie con dimensioni spaziali extra. Tali teorie non hanno ancora alcuna prova sperimentale. Tuttavia, anche se i buchi neri vengono creati dalle collisioni di particelle nell'LHC, dovrebbero essere estremamente instabili a causa della radiazione di Hawking ed evaporeranno quasi istantaneamente sotto forma di particelle ordinarie.

Il 21 marzo 2008, Walter Wagner ha intentato una causa presso il tribunale distrettuale federale delle Hawaii (USA). Walter L.Wagner) e Luis Sancho (ing. Luis Sancio), in cui essi, accusando il CERN di tentare di organizzare la fine del mondo, chiedono che il lancio del collisore sia vietato fino a quando non sarà garantita la sua sicurezza.

Confronto con velocità ed energie naturali

L'acceleratore è progettato per far collidere particelle come adroni e nuclei atomici. Tuttavia, esistono fonti naturali di particelle, la cui velocità ed energia sono molto più elevate che nel collisore (vedi: Zevatron). Tali particelle naturali si trovano nei raggi cosmici. La superficie del pianeta Terra è parzialmente protetta da questi raggi, ma, attraversando l'atmosfera, le particelle dei raggi cosmici si scontrano con gli atomi e le molecole dell'aria. Come risultato di queste collisioni naturali, nell'atmosfera terrestre nascono molte particelle stabili e instabili. Di conseguenza, la radiazione di fondo naturale è presente sul pianeta da molti milioni di anni. La stessa cosa (collisione di particelle elementari e atomi) si verificherà anche nell'LHC, ma con velocità ed energie inferiori e in quantità molto minori.

microscopici buchi neri

Se i buchi neri possono essere creati durante la collisione di particelle elementari, anch'essi decadranno in particelle elementari, secondo il principio di invarianza CPT, che è uno dei principi fondamentali della meccanica quantistica.

Inoltre, se l'ipotesi dell'esistenza di microbuchi neri stabili fosse corretta, allora essi si sarebbero formati in grandi quantità a seguito del bombardamento della Terra da parte di particelle elementari cosmiche. Ma la maggior parte delle particelle elementari ad alta energia che arrivano dallo spazio hanno una carica elettrica, quindi alcuni buchi neri sarebbero elettricamente carichi. Questi buchi neri carichi verrebbero catturati dal campo magnetico terrestre e, se fossero davvero pericolosi, avrebbero distrutto la Terra molto tempo fa. Il meccanismo Schwimmer che rende i buchi neri elettricamente neutri è molto simile all'effetto Hawking e non può funzionare se l'effetto Hawking non funziona.

Inoltre, eventuali buchi neri, carichi o elettricamente neutri, verrebbero catturati da nane bianche e stelle di neutroni (che, come la Terra, sono bombardate da radiazioni cosmiche) e distrutti. Di conseguenza, la vita delle nane bianche e delle stelle di neutroni sarebbe molto più breve di quanto effettivamente osservato. Inoltre, le nane bianche e le stelle di neutroni distruttibili emetterebbero radiazioni aggiuntive che non vengono effettivamente osservate.

Infine, le teorie con dimensioni extra spaziali che prevedono l'emergere di buchi neri microscopici non contraddicono i dati sperimentali solo se il numero di dimensioni extra è almeno tre. Ma con così tante dimensioni extra, devono passare miliardi di anni prima che un buco nero causi danni significativi alla Terra.

Strapelki

Eduard Boos, dottore in scienze fisiche e matematiche presso l'Istituto di ricerca di fisica nucleare dell'Università statale di Mosca, ha opinioni opposte, negando la presenza di buchi neri macroscopici all'LHC e, di conseguenza, "wormhole" e viaggi nel tempo.

Appunti

  1. La guida definitiva all'LHC (inglese) P. 30.
  2. LHC: fatti chiave. "Elementi di Big Science". Estratto il 15 settembre 2008.
  3. Gruppo di lavoro Tevatron Electroweak, sottogruppo superiore
  4. Test di sincronizzazione LHC riuscito
  5. Il secondo test del sistema di iniezione è stato intermittente, ma l'obiettivo è stato raggiunto. "Elementi di grande scienza" (24 agosto 2008). Estratto il 6 settembre 2008.
  6. Il giorno della pietra miliare di LHC inizia velocemente
  7. Primo raggio nella scienza che accelera l'LHC.
  8. Missione completata per il team LHC. physicsworld.com. Estratto il 12 settembre 2008.
  9. Un raggio circolante stabile viene lanciato all'LHC. "Elementi di grande scienza" (12 settembre 2008). Estratto il 12 settembre 2008.
  10. Un incidente al Large Hadron Collider ritarda indefinitamente gli esperimenti. "Elementi di Big Science" (19 settembre 2008). Estratto il 21 settembre 2008.
  11. Il Large Hadron Collider non riprenderà a funzionare prima della primavera - CERN. RIA Novosti (23 settembre 2008). Estratto il 25 settembre 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/inaugurazione/index.html
  15. La riparazione dei magneti danneggiati sarà più estesa di quanto si pensasse in precedenza. "Elementi di grande scienza" (09 novembre 2008). Estratto il 12 novembre 2008.
  16. Programma per il 2009. "Elementi di grande scienza" (18 gennaio 2009). Estratto il 18 gennaio 2009.
  17. Comunicato stampa CERN
  18. Approvato il piano di lavoro del Large Hadron Collider per il periodo 2009-2010. "Elementi di Big Science" (6 febbraio 2009). Estratto il 5 aprile 2009.
  19. Gli esperimenti di LHC.
  20. Si apre il vaso di Pandora. Vesti.ru (9 settembre 2008). Estratto il 12 settembre 2008.
  21. Il potenziale di pericolo negli esperimenti di Particle Collider
  22. Dimopoulos S., Landsberg G. Black Holes al Large Hadron Collider Phys. rev. Lett. 87 (2001)
  23. Blaizot J.-P. et al. Studio di eventi potenzialmente pericolosi durante le collisioni di ioni pesanti all'LHC.
  24. Revisione della sicurezza delle collisioni LHC LHC Safety Assessment Group
  25. Una revisione critica dei rischi degli acceleratori. Proza.ru (23 maggio 2008). Estratto il 17 settembre 2008.
  26. Qual è la probabilità di una catastrofe all'LHC?
  27. Giorno del giudizio
  28. Chiedere a un giudice di salvare il mondo, e forse molto di più
  29. Spiegazione del perché l'LHC sarà al sicuro
  30. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-es.pdf (spagnolo)
  31. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-de.pdf (tedesco)
  32. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-fr.pdf (fr)
  33. H.Heiselberg. Screening in goccioline di quark // Physical Review D. - 1993. - T. 48. - N. 3. - S. 1418-1423. DOI:10.1103/PhysRevD.48.1418
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Data di pubblicazione: 17/09/2012

Cos'è il Large Hadron Collider? Perché è necessario? Può causare la fine del mondo? Analizziamo tutto.

Cos'è BAK?

Questo è un enorme tunnel anulare, simile a un tubo di dispersione delle particelle. Si trova a una profondità di circa 100 metri sotto il territorio di Francia e Svizzera. Alla sua costruzione hanno partecipato scienziati di tutto il mondo.

L'LHC è stato costruito per trovare il bosone di Higgs, il meccanismo che dà massa alle particelle. Un obiettivo secondario è anche quello di studiare i quark, le particelle fondamentali che compongono gli adroni (da cui il nome collisore "adrone").

Molte persone credono ingenuamente che l'LHC sia l'unico acceleratore di particelle al mondo. Tuttavia, più di una dozzina di collider sono stati costruiti in tutto il mondo dagli anni '50. LHC è considerato il più grande: la sua lunghezza è di 25,5 km. Inoltre, la sua struttura include un altro acceleratore di diametro inferiore.

LHC e media

Dall'inizio della costruzione sono apparsi molti articoli sull'alto costo e il pericolo dell'acceleratore. La maggior parte delle persone crede che il denaro sia stato sprecato e non capisce perché sia ​​​​stato necessario spendere così tanti soldi e sforzi per trovare una sorta di particella.

Innanzitutto, l'LHC non è il progetto scientifico più costoso della storia. Nel sud della Francia si trova il centro scientifico di Cadarache con un costoso reattore termonucleare. Cadarache è stato costruito con il supporto di 6 paesi (inclusa la Russia); al momento sono già stati investiti circa 20 miliardi di dollari. In secondo luogo, la scoperta del bosone di Higgs porterà nel mondo molte tecnologie rivoluzionarie. Inoltre, quando è stato inventato il primo telefono cellulare, anche le persone hanno incontrato negativamente la sua invenzione ...

Come funziona il BAC?

L'LHC fa scontrare fasci di particelle ad alta velocità e monitora il loro successivo comportamento e interazione. Di norma, un raggio di particelle viene prima accelerato sull'anello ausiliario e quindi inviato all'anello principale.

Molti dei magneti più potenti trattengono le particelle all'interno del collisore. E strumenti ad alta precisione registrano il movimento delle particelle, poiché la collisione avviene in una frazione di secondo.

L'organizzazione del lavoro del collisore è svolta dal CERN (Organizzazione per la ricerca nucleare).

Di conseguenza, dopo enormi sforzi e investimenti finanziari, il 4 luglio 2012, il CERN ha annunciato ufficialmente che il bosone di Higgs era stato trovato. Certo, alcune proprietà del bosone riscontrate nella pratica differiscono dagli aspetti teorici, ma gli scienziati non hanno dubbi sulla "realtà" del bosone di Higgs.

Perché hai bisogno di un BAC?

Quanto è utile l'LHC per la gente comune? Le scoperte scientifiche legate alla scoperta del bosone di Higgs e allo studio dei quark potrebbero in futuro portare a una nuova rivoluzione scientifica e tecnologica.

In primo luogo, poiché la massa è energia a riposo (in parole povere), è possibile in futuro convertire la materia in energia. Quindi non ci saranno problemi con l'energia, il che significa che sarà possibile viaggiare su pianeti lontani. E questo è un passo verso il viaggio interstellare ...

In secondo luogo, lo studio della gravità quantistica consentirà, in futuro, di controllare la gravità. Tuttavia, ciò non accadrà presto, poiché i gravitoni non sono ancora molto ben compresi, e quindi il dispositivo che controlla la gravità può essere imprevedibile.

In terzo luogo, c'è l'opportunità di comprendere la teoria M (un derivato della teoria delle stringhe) in modo più dettagliato. Questa teoria afferma che l'universo consiste di 11 dimensioni. La teoria M afferma di essere la "teoria del tutto", il che significa che il suo studio ci consentirà di comprendere meglio la struttura dell'universo. Chissà, forse in futuro una persona imparerà a muoversi e influenzare altre dimensioni.

LHC e la fine del mondo

Molte persone sostengono che il lavoro dell'LHC possa distruggere l'umanità. Di norma, le persone poco esperte di fisica ne parlano. Il lancio dell'LHC è stato posticipato molte volte, ma il 10 settembre 2008 è stato comunque lanciato. Tuttavia, vale la pena notare che l'LHC non è mai stato accelerato a piena potenza. Gli scienziati hanno in programma di lanciare l'LHC a piena capacità nel dicembre 2014. Diamo un'occhiata alle possibili cause della fine del mondo e ad altre voci ...

1. Creazione di un buco nero

Un buco nero è una stella con un'enorme gravità, che attrae non solo la materia, ma anche la luce e persino il tempo. Un buco nero non può apparire dal nulla, motivo per cui gli scienziati del CERN ritengono che le possibilità che appaia un buco nero stabile siano estremamente ridotte. Tuttavia, è possibile. Quando le particelle si scontrano, si può creare un microscopico buco nero, la cui dimensione è sufficiente per distruggere il nostro pianeta in un paio d'anni (o più velocemente). Ma l'umanità non dovrebbe avere paura, perché, grazie alla radiazione di Hawking, i buchi neri perdono rapidamente massa ed energia. Sebbene ci siano pessimisti tra gli scienziati che credono che un forte campo magnetico all'interno del collisore non consentirà la disintegrazione del buco nero. Di conseguenza, la possibilità che venga creato un buco nero che distruggerà il pianeta è molto piccola, ma esiste una tale possibilità.

2. Formazione della "materia oscura"

È anche una "strana materia", uno strangelet (una strana gocciolina), uno "strangelet". Questa è materia che, scontrandosi con un'altra materia, la trasforma in una simile. Quelli. quando uno strangelet e un normale atomo si scontrano, si formano due strangelet, dando luogo a una reazione a catena. Se tale materia appare nel collisore, l'umanità verrà distrutta in pochi minuti. Tuttavia, la possibilità che ciò accada è piccola quanto la formazione di un buco nero.

3. Antimateria

La versione relativa al fatto che durante il funzionamento del collisore potrebbe apparire una tale quantità di antimateria da distruggere il pianeta sembra la più delirante. E il punto non è nemmeno che le possibilità di formazione di antimateria siano molto ridotte, ma che ci sono già campioni di antimateria sulla terra, conservati in appositi contenitori dove non c'è gravità. È improbabile che sulla Terra appaia una tale quantità di antimateria che sarà in grado di distruggere il pianeta.

riscontri

Molti residenti in Russia non sanno nemmeno come si scrive correttamente la frase "Large Hadron Collider", per non parlare della loro conoscenza del suo scopo. E alcuni pseudo-profeti sostengono che non ci sono civiltà intelligenti nell'Universo perché ogni civiltà, avendo raggiunto il progresso scientifico, crea un collisore. Quindi si forma un buco nero, che distrugge la civiltà. Da qui spiegano il gran numero di massicci buchi neri al centro delle galassie.

Tuttavia, ci sono anche persone che credono che dovremmo lanciare l'LHC il prima possibile, altrimenti, al momento dell'arrivo degli alieni, ci cattureranno, poiché ci considerano selvaggi.

Alla fine, l'unica possibilità per scoprire cosa ci porterà l'LHC è solo aspettare. Prima o poi, scopriamo ancora cosa ci aspetta: distruzione o progresso.


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È la ricerca di modi per combinare due teorie fondamentali: GR (sulla gravitazione) e SM (modello standard che combina tre interazioni fisiche fondamentali: elettromagnetica, forte e debole). Trovare una soluzione prima della creazione dell'LHC è stato ostacolato dalle difficoltà nel creare una teoria della gravità quantistica.

La costruzione di questa ipotesi implica la combinazione di due teorie fisiche: la meccanica quantistica e la relatività generale.

Per questo, sono stati utilizzati contemporaneamente diversi approcci popolari e necessari nei tempi moderni: teoria delle stringhe, teoria delle brane, teoria della supergravità e teoria della gravità quantistica. Prima della costruzione del collisore, il problema principale nel condurre gli esperimenti necessari era la mancanza di energia, che non può essere raggiunta con altri moderni acceleratori di particelle.

L'LHC di Ginevra ha dato agli scienziati l'opportunità di condurre esperimenti precedentemente irrealizzabili. Si ritiene che nel prossimo futuro, con l'aiuto dell'apparato, molte teorie fisiche saranno confermate o confutate. Uno dei più problematici è la supersimmetria o teoria delle stringhe, che per lungo tempo ha diviso il fisico in due campi: gli "stringers" ei loro rivali.

Altri esperimenti fondamentali svolti nell'ambito del lavoro dell'LHC

Interessante anche la ricerca degli scienziati nel campo dello studio dei quark top, che sono i più quark e i più pesanti (173,1 ± 1,3 GeV / c²) di tutte le particelle elementari attualmente conosciute.

A causa di questa proprietà, anche prima della creazione dell'LHC, gli scienziati potevano osservare i quark solo sull'acceleratore Tevatron, poiché altri dispositivi semplicemente non avevano abbastanza potenza ed energia. A sua volta, la teoria dei quark è un elemento importante della sensazionale ipotesi del bosone di Higgs.

Tutta la ricerca scientifica sulla creazione e lo studio delle proprietà dei quark è condotta dagli scienziati nel bagno turco quark-antiquark superiore dell'LHC.

Un obiettivo importante del progetto di Ginevra è anche il processo di studio del meccanismo della simmetria elettrodebole, che è anche legato alla prova sperimentale dell'esistenza del bosone di Higgs. Se definiamo il problema in modo più preciso, allora oggetto di studio non è tanto il bosone stesso, ma il meccanismo di violazione della simmetria dell'interazione elettrodebole prevista da Peter Higgs.

L'LHC conduce anche esperimenti per cercare la supersimmetria - e il risultato desiderato sarà sia la prova della teoria secondo cui ogni particella elementare è sempre accompagnata da un partner più pesante, sia la sua confutazione.

Alcuni fatti sul Large Hadron Collider, come e perché è stato creato, qual è il suo uso e quali potenziali pericoli per l'umanità rappresenta.

1. La costruzione dell'LHC, o Large Hadron Collider, è stata concepita nel lontano 1984 ed è iniziata solo nel 2001. Cinque anni dopo, nel 2006, grazie agli sforzi di oltre 10mila ingegneri e scienziati di diversi paesi, la costruzione di il Large Hadron Collider è stato completato.

2. L'LHC è il più grande impianto sperimentale al mondo.

3. Allora perché il Large Hadron Collider?
È stato chiamato grande per le sue dimensioni solide: la lunghezza dell'anello principale, lungo il quale sono guidate le particelle, è di circa 27 km.
Adrone - poiché l'installazione accelera gli adroni (particelle costituite da quark).
Collider - a causa di fasci di particelle che accelerano nella direzione opposta, che si scontrano tra loro in punti speciali.

4. A cosa serve il Large Hadron Collider? L'LHC è un centro di ricerca ultramoderno dove gli scienziati conducono esperimenti con gli atomi, spingendo insieme ioni e protoni a grande velocità. Gli scienziati sperano con l'aiuto della ricerca di sollevare il velo sui misteri dell'aspetto dell'Universo.

5. Il progetto è costato alla comunità scientifica una somma astronomica di 6 miliardi di dollari. A proposito, la Russia ha delegato all'LHC 700 specialisti, che lavorano ancora oggi. Gli ordini per LHC hanno fruttato alle imprese russe circa 120 milioni di dollari.

6. Senza dubbio, la principale scoperta fatta all'LHC è la scoperta nel 2012 del bosone di Higgs, o come viene anche chiamato “particelle di Dio”. Il bosone di Higgs è l'ultimo anello del Modello Standard. Un altro evento significativo in Bak'e è il raggiungimento di un valore record di energia di collisione di 2,36 teraelettronvolt.

7. Alcuni scienziati, compresi quelli in Russia, ritengono che grazie a esperimenti su larga scala al CERN (l'Organizzazione europea per la ricerca nucleare, dove, appunto, si trova il collisore), gli scienziati saranno in grado di costruire la prima macchina del tempo al mondo. Tuttavia, la maggior parte degli scienziati non condivide l'ottimismo dei colleghi.

8. Le principali paure dell'umanità sull'acceleratore più potente del pianeta si basano sul pericolo che minaccia l'umanità a causa della formazione di microscopici buchi neri in grado di catturare la materia circostante. Esiste un'altra minaccia potenziale ed estremamente pericolosa: l'emergere di strapel (prodotti da Strange droplet), che, ipoteticamente, sono in grado di entrare in collisione con il nucleo di un atomo per formare sempre più nuovi strapel, trasformando la materia dell'intero Universo. Tuttavia, la maggior parte degli scienziati più rispettati afferma che un simile risultato è improbabile. Ma è teoricamente possibile

9. Nel 2008, il CERN è stato citato in giudizio da due residenti dello stato delle Hawaii. Hanno accusato il CERN di aver tentato di porre fine all'umanità per negligenza, chiedendo garanzie di sicurezza agli scienziati.

10. Il Large Hadron Collider si trova in Svizzera vicino a Ginevra. C'è un museo al CERN, dove ai visitatori vengono chiaramente spiegati i principi del collisore e perché è stato costruito.

11 . E infine, un piccolo fatto divertente. A giudicare dalle richieste in Yandex, molte persone che cercano informazioni sul Large Hadron Collider non sanno come si scrive il nome dell'acceleratore. Ad esempio, scrivono "andron" (e non solo scrivono quanto valgono i rapporti di NTV con il loro andron collider), a volte scrivono "android" (l'Impero colpisce ancora). Nella rete borghese, inoltre, non restano indietro e invece di "hadron" spingono "hardon" nel motore di ricerca (nell'inglese ortodosso, hard-on è un riser). Un'ortografia interessante in bielorusso è "Vyaliki hadronny paskaralnik", che si traduce come "Big hadron accelerator".

Collisore di adroni. Foto

Il Centro europeo per la ricerca nucleare, o semplicemente CERN, è un luogo dove un premio Nobel per la fisica può facilmente cenare accanto a te nella sala da pranzo. È noto in tutto il mondo per il più potente acceleratore di particelle, il Large Hadron Collider. Dopo quasi dieci anni di lavoro, è tempo di fare il punto: uno dei progetti scientifici più ambiziosi del nostro tempo ha giustificato le speranze degli scienziati?

Nel 2008 ero in terza media. Nonostante in quegli anni ancora non fossi affatto interessato alla fisica, un'ondata di eccitazione non poteva aggirarmi: da ogni ferro strombazzavano che la “macchina del giorno del giudizio” stava per essere lanciata. Che non appena il Direttore Molto Importante alzerà l'interruttore, si formerà un buco nero e saremo tutti finiti. Il giorno del lancio ufficiale del Large Hadron Collider, alcuni insegnanti hanno persino permesso di guardare un reportage dalla scena durante le loro lezioni.

Il peggio non è successo. In generale, non è successo nulla: l'interruttore è stato alzato, numeri incomprensibili per un semplice profano sono saltati sullo schermo del computer e gli scienziati hanno iniziato a festeggiare. In generale, il motivo per cui l'hanno lanciato non era chiaro.

Indubbiamente, senza il Large Hadron Collider, gli scienziati non sarebbero stati in grado di fare alcune scoperte significative, inclusa la scoperta del bosone di Higgs. Ma sarà possibile attuare tutto il previsto e se ci sono ancora prospettive per l'LHC - ne parleremo.

Esperimento DELPHI al Large Electron-Positron Collider

Grande Fratello: grande collisore elettrone-positrone

Alla fine degli anni settanta del XX secolo, la fisica delle particelle elementari si sviluppò a passi da gigante. Per testare le previsioni del Modello Standard nel 1976, il progetto del Large Electron-Positron Collider (BEP o LEP - dall'inglese Large Electron-Positron Collider) fu proposto al Centro Europeo per la Ricerca Nucleare (CERN, dal CERN francese - Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire). Tra molte configurazioni diverse, è stata scelta la posizione del futuro esperimento in un tunnel sotterraneo lungo 27 chilometri. Avrebbe dovuto accelerare elettroni e positroni a energie dell'ordine di decine e centinaia di gigaelettronvolt: i fasci in collisione si sono incrociati in quattro punti, dove successivamente sono stati localizzati gli esperimenti ALEPH, DELPHI, OPAL e L3.

Dal punto di vista dei fisici l'energia non è mai abbastanza: l'opzione BEP scelta per l'implementazione era un compromesso tra costo e potenza; sono stati presi in considerazione anche tunnel di maggiore lunghezza, in grado di accelerare più fortemente le particelle. L'energia risultante poteva essere usata per testare il Modello Standard, ma era troppo piccola per cercare la cosiddetta "nuova fisica" - fenomeni che non sono previsti dalle sue leggi. I collisori di adroni sono molto più adatti a tali scopi: acceleratori di particelle composte come protoni, neutroni e nuclei atomici. Nel 1977, al momento della discussione del BEP, John Adams, allora direttore del CERN, propose di allargare il tunnel e di collocarvi entrambi gli acceleratori contemporaneamente: sia l'acceleratore di elettroni-positroni che l'acceleratore di adroni. Tuttavia, il consiglio che prende le decisioni finali ha respinto questa idea e nel 1981 è stato approvato il progetto del Large Electron-Positron Collider.

Tunnel del Large Hadron Collider

Sostituito da LHC

BEP ha lavorato per più di dieci anni: dal 1989 al 2000. A questo periodo appartengono numerosi esperimenti significativi, come la conferma delle masse previste dei portatori dell'interazione debole - bosoni W e Z, nonché la misurazione di vari parametri del Modello standard con una precisione senza precedenti. E già nel 1984 si tenne il convegno "Large Hadron Collider in the LEP Tunnel", dedicato al tema della costruzione di un nuovo collisore dopo la cessazione dei lavori del suo predecessore.

Nel 1991 fu finalmente approvato il progetto del Large Hadron Collider (LHC o LHC - dall'inglese Large Hadron Collider), con l'aiuto del quale si prevedeva di raggiungere un'energia totale di particelle in collisione di 14 teraelettronvolt, ovvero un cento volte maggiore di quello sviluppato dal Large Electron-Positron Collider.

Nel 1992 si è tenuto un convegno sul programma scientifico del Large Hadron Collider: in totale sono state ricevute dodici domande per vari esperimenti che potevano essere costruiti nel sito di quattro punti di collisione del raggio. Negli anni successivi vengono approvati due esperimenti generali: ATLAS e CMS, l'esperimento ALICE per lo studio degli ioni pesanti e LHCb, dedicato alla fisica delle particelle contenenti i quark b. La costruzione del Large Hadron Collider è iniziata nel 2000, ei primi raggi sono stati ricevuti già nel 2008: da allora e fino ad oggi, oltre allo spegnimento programmato, l'LHC ha accelerato particelle e raccolto dati in modalità operativa.

La Russia al CERN

La Federazione Russa è un paese osservatore presso il CERN dal 1993, che dà ai suoi rappresentanti il ​​diritto di partecipare alle riunioni, ma non dà loro il diritto di voto quando prendono decisioni importanti. Nel 2012, a nome del governo della Federazione Russa, è stata rilasciata una dichiarazione sull'intenzione della Federazione Russa di diventare un membro associato del CERN, che non è stata ancora sostenuta.

In totale, circa 700 scienziati russi di dodici organizzazioni scientifiche, come l'Istituto congiunto per la ricerca nucleare, il Centro di ricerca russo Kurchatov Institute, l'Istituto per la ricerca nucleare dell'Accademia delle scienze russa e l'Università statale di Mosca intitolata a M.V. Lomonosov.

Circuito di iniezione del Large Hadron Collider

Qual è il vantaggio di accelerare le particelle?

Lo schema di lavoro del Large Hadron Collider consiste in molte fasi. Prima di entrare direttamente nell'LHC, le particelle attraversano una serie di stadi di pre-accelerazione: in questo modo acquistano velocità più velocemente e allo stesso tempo con meno energia. Innanzitutto, nell'acceleratore lineare LINAC2, i protoni o nuclei raggiungono un'energia di 50 megaelettronvolt; quindi entrano alternativamente nel Booster Synchrotron (PSB), nel Proton Synchrotron (PS) e nel Proton Super Synchrotron (SPS), e al momento dell'iniezione nel collisore, l'energia totale delle particelle è di 450 gigaelettronvolt.

Oltre ai quattro esperimenti principali nel tunnel del Large Hadron Collider, il sistema di pre-acceleratore è il sito per più di dieci esperimenti che non richiedono un'energia di particelle così grande. Tra questi, in particolare, l'esperimento NA61/SHINE, che indaga i parametri dell'interazione di ioni pesanti con un bersaglio fisso; l'esperimento ISOLDE, che studia le proprietà dei nuclei atomici, e AEGIS, che studia l'accelerazione gravitazionale della Terra usando l'anti-idrogeno.

La ricerca di una particella di Dio e la nuova fisica

Già all'inizio, in fase di sviluppo, è stato annunciato l'ambizioso programma scientifico del Large Hadron Collider. Innanzitutto, sulla base delle indicazioni ricevute al BEP, si prevedeva di ricercare il bosone di Higgs, componente allora ancora ipotetica del Modello Standard, responsabile della massa di tutte le particelle. Compresi i piani degli scienziati includevano la ricerca del bosone di Higgs supersimmetrico e dei suoi superpartner, che sono inclusi nell'estensione supersimmetrica minima del Modello standard.

In generale, come direzione separata, si prevedeva di cercare e testare modelli della "nuova fisica". Per testare la supersimmetria, in cui ogni bosone è associato a un fermione, e viceversa, si è supposto di cercare i partner corrispondenti per le particelle del Modello standard. Per testare teorie con dimensioni spaziali aggiuntive, come la teoria delle stringhe o la teoria M, è stata annunciata la possibilità di fissare limiti al numero di dimensioni nel nostro mondo. È la ricerca di deviazioni dal modello standard che è stata considerata ed è tuttora considerata uno dei compiti principali dell'LHC.

Problemi di meno alto profilo: lo studio del plasma di quark-gluoni e la violazione dell'invarianza di CP

Il quark superiore, il più pesante dei sei quark nel Modello standard, è stato osservato solo prima del Large Hadron Collider all'acceleratore Tevatron presso l'Enrico Fermi National Accelerator Laboratory negli Stati Uniti a causa della sua massa estremamente grande di 173 gigaelettronvolt. Durante le collisioni nell'LHC, a causa della sua potenza, era prevista la nascita di un gran numero di quark top, che interessava gli scienziati per due aspetti. Il primo era legato allo studio della gerarchia delle particelle: al momento ci sono tre generazioni di quark (il top quark ha completato la terza), ma è possibile che ce ne siano ancora di più. D'altra parte, la produzione del bosone di Higgs durante il decadimento del quark top era considerata il metodo principale per la sua rivelazione sperimentale.

Nel 1964 fu scoperta una violazione dell'invarianza CP combinata (dall'inglese "carica" ​​​​- carica e "parità" - parità), che corrisponde all'immagine speculare del nostro mondo con la completa sostituzione di tutte le particelle con le corrispondenti antiparticelle. Questo fatto gioca un ruolo importante nelle teorie sulla formazione dell'Universo, che cercano di spiegare perché tutta la nostra materia è costituita da materia e non da antimateria. Tra le altre cose, la violazione della parità CP si manifesta nel comportamento dei mesoni B - particelle, la cui produzione attiva è stata ipotizzata nel processo di collisione nell'LHC, e con il loro aiuto gli scienziati speravano di far luce sulle cause di questo fenomeno.

Il funzionamento del Large Hadron Collider nella modalità di collisione di nuclei pesanti avrebbe dovuto portare alla ricostruzione dello stato del plasma di quark-gluoni, che, secondo i concetti moderni, si osserva 10-5 secondi dopo il Big Bang - uno stato così "caldo" che quark e gluoni non interagiscono tra loro, e non formano particelle e nuclei, come avviene nello stato normale. Comprendere i processi di origine e raffreddamento del plasma di quark-gluoni è necessario per studiare i processi della cromodinamica quantistica, la branca della fisica responsabile della descrizione delle interazioni forti.

Schema della scoperta del bosone di Higgs nell'esperimento ATLAS

Scoperta di nuove particelle all'LHC

Quindi, di cosa può vantarsi il Large Hadron Collider per un intero decennio del suo lavoro?

La prima, ovviamente, la più famosa delle scoperte è la scoperta nel luglio 2012 del bosone di Higgs con una massa di 126 gigaelettronvolt. Solo un anno dopo, Peter Higgs e François Engler hanno ricevuto il Premio Nobel per la Fisica per aver predetto teoricamente l'esistenza di una "particella di Dio" responsabile della massa di tutta la materia nell'universo. Ora, tuttavia, i fisici devono affrontare un nuovo compito: capire perché il bosone desiderato ha una tale massa; continua anche la ricerca di partner supersimmetrici del bosone di Higgs.

Nel 2015, l'esperimento LHCb ha scoperto pentaquark stabili - particelle costituite da cinque quark, e un anno dopo - candidati per il ruolo di tetraquark - particelle costituite da due quark e due antiquark. Fino ad ora, si credeva che le particelle osservate fossero costituite da non più di tre quark, e i fisici devono ancora perfezionare il modello teorico che descriverebbe tali stati.

Sempre all'interno del Modello Standard

I fisici speravano che l'LHC sarebbe stato in grado di risolvere il problema della supersimmetria - o confutarlo completamente o chiarire in quale direzione vale la pena muoversi, poiché esiste un numero enorme di opzioni per una tale estensione del Modello standard. Finora non è stato possibile fare né l'uno né l'altro: gli scienziati pongono varie restrizioni sui parametri dei modelli supersimmetrici, che possono eliminare le opzioni più semplici, ma sicuramente non risolvono i problemi globali.

Inoltre, non c'erano indicazioni esplicite di processi fisici al di fuori del Modello standard, su cui, forse, la maggior parte degli scienziati contava. Tuttavia, vale la pena notare che l'esperimento LHCb ha mostrato anche che il mesone B, una particella pesante contenente un quark b, non decade nel modo previsto dal Modello Standard. Tale comportamento di per sé può servire, ad esempio, come indicazione dell'esistenza di un altro portatore neutro dell'interazione debole, il bosone Z'. Finora, gli scienziati stanno lavorando su una serie di dati sperimentali che limiteranno vari scenari esotici.

Possibile schema del futuro collisore di 100 chilometri

È ora di iniziare a scavare un nuovo tunnel?

Potrebbe il Large Hadron Collider giustificare gli sforzi e i fondi investiti in esso? Indubbiamente, anche se finora non tutti gli obiettivi prefissati per il decennio sono stati raggiunti. Al momento è in corso la seconda fase del funzionamento dell'acceleratore, dopodiché verrà eseguita l'installazione pianificata e inizierà la terza fase della raccolta dei dati.

Gli scienziati non perdono la speranza di fare le prossime grandi scoperte e stanno già pianificando nuovi collisori, ad esempio, con una lunghezza del tunnel fino a 100 chilometri.