Коллайдердің орналасқан жері көрсетілген карта

Іргелі өзара әрекеттесулерді бір теорияға одан әрі біріктіру үшін әртүрлі тәсілдер қолданылады: М-теориясында әзірленген жолдар теориясы (бран теориясы), асқын гравитация теориясы, циклдік кванттық гравитация және т.б. Олардың кейбіреулерінде ішкі мәселелер бар, ал олардың ешқайсысында жоқ. эксперименттік растау. Мәселе мынада, сәйкес эксперименттерді жүргізу үшін қазіргі бөлшектердің үдеткіштерінде қол жетпейтін энергия қажет.

LHC бұрын жүргізу мүмкін болмаған эксперименттерді жүргізуге мүмкіндік береді және осы теориялардың кейбірін растауы немесе жоққа шығаруы мүмкін. Сонымен, өлшемдері төрттен асатын физикалық теориялардың тұтас диапазоны бар, олар «суперсиметрияның» бар екендігін болжайды - мысалы, кейде суперсимметриясыз ол өзінің физикалық мағынасын жоғалтатындықтан, супержіп теориясы деп аталады. Суперсимметрияның бар екендігін растау осылайша бұл теориялардың ақиқаттығын жанама растау болар еді.

Жоғарғы кварктарды зерттеу

Құрылыс тарихы

LHC күшейткішін орналастыруға арналған 27 км жерасты туннелі

Үлкен адрон коллайдері жобасының идеясы 1984 жылы дүниеге келген және он жылдан кейін ресми түрде бекітілген. Оның құрылысы 2001 жылы алдыңғы үдеткіш – Үлкен электрон-позитрондық коллайдердің жұмысы аяқталғаннан кейін басталды.

Үдеткіш жалпы энергиясы 14 ТэВ (яғни, 14 тераэлектронвольт немесе 14 10 12 электрон вольт) протондарды түскен бөлшектердің массалар жүйесінің центрінде, сондай-ақ энергиясы 5,5 ГэВ қорғасын ядроларымен соқтығысуы керек. 5,5 10 9 электрон вольт) соқтығысатын нуклондардың әрбір жұбы үшін. Осылайша, LHC әлемдегі ең жоғары энергиялы элементар бөлшектердің үдеткіші болады, ол энергия бойынша ең жақын бәсекелестерінен магнитудасы бойынша - қазіргі уақытта Ұлттық үдеткіш зертханасында жұмыс істейтін протон-антипротондық коллайдер Теватроннан асып түседі. Энрико Ферми (АҚШ) және Брукхавен зертханасындағы (АҚШ) RHIC релятивистік ауыр иондық коллайдер.

Үдеткіш бұрын Үлкен электрон-позитрондық коллайдер алып жатқан туннельде орналасқан. Шеңбері 26,7 шақырым болатын туннель Франция мен Швейцарияда жер астынан шамамен жүз метр тереңдікте төселген. Протон сәулелерін ұстау және түзету үшін жалпы ұзындығы 22 км-ден асатын 1624 асқын өткізгіш магниттер қолданылады. Соңғысы туннельге 2006 жылы 27 қарашада орнатылды. Магниттер 1,9 К (-271°C) температурада жұмыс істейді. Магниттерді салқындату үшін арнайы криогендік желінің құрылысы 2006 жылдың 19 қарашасында аяқталды.

Тесттер

Техникалық сипаттама

Коллайдердегі бөлшектердің үдеу процесі

Соқтығысқан сәулелердегі LHC бөлшектерінің жылдамдығы вакуумдағы жарық жылдамдығына жақын. Бөлшектердің мұндай жоғары жылдамдыққа дейін үдеуі бірнеше кезеңде жүзеге асырылады. Бірінші кезеңде төмен энергиялы Linac 2 және Linac 3 сызықтық үдеткіштері одан әрі жеделдету үшін протондар мен қорғасын иондарын айдайды. Содан кейін бөлшектер PS күшейткішіне, содан кейін PS (протон синхротрон) өзіне еніп, 28 ГэВ энергия алады. Осыдан кейін бөлшектердің энергиясы 450 ГэВ-қа дейін жететін SPS (Proton Super Synchrotron) -да бөлшектердің үдеуі жалғасады. Содан кейін сәуле негізгі 26,7 километрлік сақинаға бағытталады және соқтығыс нүктелерінде детекторлар болып жатқан оқиғаларды тіркейді.

Қуатты тұтыну

Коллайдер жұмысы кезінде болжамды энергия тұтынуы 180 МВт құрайды. Женеваның бүкіл кантоны үшін есептелген энергия шығындары. CERN өзі қуат өндірмейді, тек күту режиміндегі дизель генераторлары бар.

Бөлінген есептеулер

LHC үдеткішінен және детекторларынан келетін деректерді басқару, сақтау және өңдеу үшін LCG бөлінген есептеу желісі құрылуда. Л HC C есептеуГ RID ) тор технологиясын қолдану. Белгілі бір есептеу тапсырмалары үшін бөлінген есептеу жобасы тартылады [электрондық пошта қорғалған].

Бақыланбайтын физикалық процестер

Кейбір сарапшылар мен қоғам өкілдері коллайдерде жүргізілген эксперименттер бақылаудан шығып, белгілі бір жағдайларда бүкіл планетаны теориялық тұрғыдан жойып жіберуі мүмкін тізбекті реакцияның нөлдік емес ықтималдығы бар деп алаңдаушылық білдіреді. LHC жұмысына байланысты апатты сценарийлерді жақтаушылардың көзқарасы бөлек веб-сайтта ұсынылған. Осы сезімдерге байланысты LHC кейде ретінде дешифрланады СоңғыАдрондық коллайдер ( СоңғыАдрон коллайдері).

Осыған байланысты коллайдерде микроскопиялық қара тесіктердің пайда болуының теориялық мүмкіндігі, сонымен қатар антиматерлік тромбтардың және магниттік монополдардың пайда болуының теориялық мүмкіндігі, содан кейін қоршаған заттарды басып алудың тізбекті реакциясы жиі айтылады.

Бұл теориялық мүмкіндіктерді арнайы CERN тобы қарастырды, олар сәйкес баяндама дайындады, онда мұндай қорқыныштардың барлығы негізсіз деп танылды. Ағылшын теоретик физигі Адриан Кент CERN қабылдаған қауіпсіздік стандарттарын сынаған ғылыми мақаласын жариялады, өйткені күтілетін залал, яғни оқиғаның ықтималдығының құрбандар санына көбейтіндісі, оның пікірінше, қабылданбайды. Дегенмен, LHC-дегі апатты сценарийдің ықтималдығының максималды жоғарғы бағасы 10 -31 .

Апаттық сценарийлердің негізсіздігінің пайдасына негізгі дәлелдер ретінде Жердің, Айдың және басқа планеталардың энергиясы әлдеқайда жоғары ғарыштық бөлшектердің ағындары үнемі бомбалануы фактісіне сілтеме жасалады. Бұрын пайдалануға берілген үдеткіштердің сәтті жұмысы, соның ішінде Брукхавендегі RHIC салыстырмалы ауыр иондық коллайдер де айтылған. Микроскопиялық қара тесіктердің пайда болу мүмкіндігін CERN мамандары жоққа шығармайды, дегенмен біздің үш өлшемді кеңістігімізде мұндай нысандар тек LHC сәулелерінің энергиясынан 16 рет үлкен энергияларда ғана пайда болуы мүмкін екендігі айтылған. . Гипотетикалық түрде микроскопиялық қара тесіктер LHC эксперименттерінде қосымша кеңістіктік өлшемдері бар теориялардың болжамдарында пайда болуы мүмкін. Мұндай теорияларда әлі эксперименттік дәлелдер жоқ. Дегенмен, қара тесіктер LHC-де бөлшектердің соқтығысуы арқылы жасалса да, олар Хокинг сәулеленуіне байланысты өте тұрақсыз болады және кәдімгі бөлшектер түрінде дереу дерлік буланып кетеді деп күтілуде.

2008 жылдың 21 наурызында Уолтер Вагнер Гавайи федералды округтік сотына (АҚШ) шағым түсірді. Уолтер Л. Вагнер) және Луис Санчо (ағыл. Луис Санчо), онда олар CERN-ді ақырзаман ұйымдастыруға тырысты деп айыптап, оның қауіпсіздігіне кепілдік берілгенге дейін коллайдерді ұшыруға тыйым салуды талап етеді.

Табиғи жылдамдықтар мен энергиялармен салыстыру

Үдеткіш адрондар мен атом ядролары сияқты бөлшектермен соқтығысуға арналған. Дегенмен, бөлшектердің табиғи көздері бар, олардың жылдамдығы мен энергиясы коллайдермен салыстырғанда әлдеқайда жоғары (қараңыз: Зеватрон). Мұндай табиғи бөлшектер ғарыштық сәулелерде кездеседі. Жер планетасының беті бұл сәулелерден ішінара қорғалған, бірақ атмосфера арқылы өтетін ғарыштық сәулелердің бөлшектері ауаның атомдарымен және молекулаларымен соқтығысады. Осы табиғи соқтығыстардың нәтижесінде Жер атмосферасында көптеген тұрақты және тұрақсыз бөлшектер туады. Нәтижесінде табиғи радиациялық фон көптеген миллиондаған жылдар бойы планетада болды. Дәл сол нәрсе (элементар бөлшектер мен атомдардың соқтығысуы) LHC-де де болады, бірақ төмен жылдамдықпен және энергиямен және әлдеқайда аз мөлшерде.

микроскопиялық қара тесіктер

Қара тесіктерді қарапайым бөлшектердің соқтығысуы кезінде жасауға болатын болса, олар кванттық механиканың ең іргелі принциптерінің бірі болып табылатын CPT инварианттылық принципіне сәйкес элементар бөлшектерге де ыдырайды.

Әрі қарай, тұрақты қара микро тесіктердің болуы туралы гипотеза дұрыс болса, онда олар Жерді ғарыштық элементар бөлшектермен бомбалау нәтижесінде көп мөлшерде түзілетін еді. Бірақ ғарыштан келетін жоғары энергиялы элементар бөлшектердің көпшілігінің электр заряды бар, сондықтан кейбір қара тесіктер электрлік зарядталады. Бұл зарядталған қара тесіктерді Жердің магнит өрісі басып алып, егер олар шынымен қауіпті болса, Жерді әлдеқашан жойып жіберер еді. Қара тесіктерді электрлік бейтарап ететін Швиммер механизмі Хокинг эффектісіне өте ұқсас және Хокинг эффектісі жұмыс істемесе, жұмыс істей алмайды.

Сонымен қатар, зарядталған немесе электрлік бейтарап кез келген қара тесіктерді ақ ергежейлілер мен нейтрондық жұлдыздар (олар Жер сияқты ғарыштық сәулеленумен бомбалады) басып алып, оларды жойып жібереді. Нәтижесінде ақ ергежейлілер мен нейтрондық жұлдыздардың өмір сүру ұзақтығы іс жүзінде байқалғаннан әлдеқайда қысқа болады. Сонымен қатар, жойылатын ақ ергежейлі және нейтрондық жұлдыздар іс жүзінде байқалмайтын қосымша сәуле шығарады.

Ақырында, микроскопиялық қара тесіктердің пайда болуын болжайтын қосымша кеңістік өлшемдері бар теориялар қосымша өлшемдердің саны кем дегенде үш болған жағдайда ғана эксперименттік деректерге қайшы келмейді. Бірақ көптеген қосымша өлшемдермен қара тесік Жерге айтарлықтай зиян келтірмес бұрын миллиардтаған жылдар өтуі керек.

Страпелки

Мәскеу мемлекеттік университетінің Ядролық физика ғылыми-зерттеу институтының физика-математика ғылымдарының докторы Эдуард Бус қарама-қарсы көзқарастарды ұстанады, LHC-де макроскопиялық қара тесіктердің пайда болуын, демек, «құрт саңылаулары» мен уақыт саяхатын жоққа шығарады.

Ескертпелер

  1. LHC (ағылшын тілі) бойынша соңғы нұсқаулық 30-бет.
  2. LHC: негізгі фактілер. «Үлкен ғылым элементтері». 2008 жылдың 15 қыркүйегінде алынды.
  3. Tevatron Electroweak жұмыс тобы, Жоғарғы кіші топ
  4. LHC синхрондау сынағы сәтті өтті
  5. Инъекциялық жүйенің екінші сынағы үзік-үзік болды, бірақ мақсатқа жетті. «Үлкен ғылым элементтері» (24 тамыз 2008 ж.). 2008 жылдың 6 қыркүйегінде алынды.
  6. LHC маңызды күні жылдам басталады
  7. LHC - жеделдететін ғылымдағы бірінші сәуле .
  8. LHC командасының миссиясы аяқталды. physicsworld.com. 2008 жылдың 12 қыркүйегінде алынды.
  9. LHC-де тұрақты циркуляциялық сәуле іске қосылды. «Үлкен ғылым элементтері» (12 қыркүйек 2008 ж.). 2008 жылдың 12 қыркүйегінде алынды.
  10. Үлкен адрон коллайдеріндегі оқиға эксперименттерді белгісіз уақытқа кешіктіреді. «Үлкен ғылым элементтері» (19 қыркүйек, 2008 ж.). 2008 жылдың 21 қыркүйегінде алынды.
  11. Үлкен адрондық коллайдер көктемге дейін жұмысын жалғастырмайды - CERN. РИА Новости (23 қыркүйек 2008 ж.). 2008 жылдың 25 қыркүйегінде алынды.
  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. Зақымдалған магниттерді жөндеу бұрын ойлағаннан да кеңірек болады. «Үлкен ғылым элементтері» (09 қараша 2008 ж.). 2008 жылдың 12 қарашасында алынды.
  16. 2009 жылға арналған кесте. «Үлкен ғылым элементтері» (18 қаңтар 2009 ж.). 2009 жылдың 18 қаңтарында алынды.
  17. CERN баспасөз хабарламасы
  18. Ірі адрон коллайдерінің 2009-2010 жылдарға арналған жұмыс жоспары бекітілді. «Үлкен ғылым элементтері» (6 ақпан, 2009 ж.). 2009 жылдың 5 сәуірінде алынды.
  19. LHC эксперименттері.
  20. Пандораның қорабы ашылады. Vesti.ru (2008 жылғы 9 қыркүйек). 2008 жылдың 12 қыркүйегінде алынды.
  21. Бөлшектердің коллайдерлері тәжірибелеріндегі қауіп потенциалы
  22. Димопулос С., Ландсберг Г. Үлкен адрон коллайдеріндегі қара тесіктер Физ. Аян. Летт. 87 (2001)
  23. Blaizot J.-P. т.б. LHC-де ауыр иондардың соқтығысуы кезіндегі ықтимал қауіпті оқиғаларды зерттеу.
  24. LHC соқтығыстарының қауіпсіздігіне шолу LHC қауіпсіздікті бағалау тобы
  25. Акселераторлардың тәуекелдеріне сыни шолу. Proza.ru (23 мамыр, 2008 жыл). 2008 жылдың 17 қыркүйегінде алынды.
  26. LHC-де апаттың болу ықтималдығы қандай?
  27. Сот күні
  28. Судьядан әлемді құтқаруды сұрау, мүмкін одан да көп
  29. LHC неге қауіпсіз болатынын түсіндіру
  30. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-es.pdf (испанша)
  31. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-de.pdf (неміс)
  32. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-fr.pdf (fr)
  33. Х.Гейзельберг.Кварк тамшыларындағы скрининг // Физикалық шолу D. - 1993. - Т. 48. - No 3. - С. 1418-1423. DOI:10.1103/PhysRevD.48.1418
  34. М.Алфорд, К.Раджагопал, С.Редди, А.Штайнер.Біртүрлі жұлдыз қыртысы мен странгелеттердің тұрақтылығы // Американдық физикалық қоғам.Физикалық шолу D. - 2006. - Т. 73, 114016.
Жарияланған күні: 17.09.2012

Үлкен адрондық коллайдер дегеніміз не? Ол не үшін қажет? Бұл дүниенің соңы болуы мүмкін бе? Барлығын бөліп алайық.

BAK дегеніміз не?

Бұл бөлшектерді тарату құбырына ұқсас үлкен сақиналы туннель. Ол Франция мен Швейцария территориясының астында шамамен 100 метр тереңдікте орналасқан. Оның құрылысына әлемнің түкпір-түкпірінен ғалымдар қатысты.

LHC бөлшектердің массасын беретін механизм Хиггс бозоны табу үшін жасалған. Қосымша мақсат – адрондарды құрайтын іргелі бөлшектерді – кварктарды зерттеу (осылайша «адрон» коллайдері деп аталады).

Көптеген адамдар LHC әлемдегі бөлшектердің жалғыз үдеткіші деп санайды. Дегенмен, 1950 жылдардан бері дүние жүзінде оннан астам коллайдер құрастырылды. LHC ең үлкен болып саналады - оның ұзындығы 25,5 км. Сонымен қатар, оның құрылымы басқа, диаметрі кішірек, үдеткішті қамтиды.

LHC және медиа

Құрылыс басталғаннан бері үдеткіштің қымбаттығы мен қауіптілігі туралы көптеген мақалалар пайда болды. Көптеген адамдар ақша босқа кетті деп есептейді және қандай да бір бөлшекті табу үшін сонша ақша мен күш жұмсаудың не үшін қажет екенін түсінбейді.

Біріншіден, LHC тарихтағы ең қымбат ғылыми жоба емес. Францияның оңтүстігінде қымбат термоядролық реакторы бар Кадараш ғылыми орталығы орналасқан. Кадараш 6 елдің (соның ішінде Ресей) қолдауымен салынды; қазіргі уақытта оған 20 миллиард долларға жуық инвестиция салынды. Екіншіден, Хиггс бозонының ашылуы әлемге көптеген революциялық технологиялар әкеледі. Сонымен қатар, бірінші ұялы телефон ойлап табылған кезде, адамдар оның өнертабысын теріс қабылдады ...

BAC қалай жұмыс істейді?

LHC бөлшектердің шоқтарын жоғары жылдамдықпен соқтығысады және олардың кейінгі әрекеті мен өзара әрекеттесуін бақылайды. Әдетте, бөлшектердің бір шоғы алдымен көмекші сақинада жеделдетіледі, содан кейін ол негізгі сақинаға жіберіледі.

Ең күшті магниттердің көпшілігі коллайдер ішіндегі бөлшектерді ұстайды. Ал дәлдігі жоғары аспаптар бөлшектердің қозғалысын жазады, өйткені соқтығыс секундтың бір бөлігінде болады.

Коллайдер жұмысын ұйымдастыруды CERN (Ядролық зерттеулер ұйымы) жүзеге асырады.

Нәтижесінде орасан зор күш-жігер мен қаржылық инвестициялардан кейін 2012 жылдың 4 шілдесінде CERN Хиггс бозоны табылғанын ресми түрде жариялады. Әрине, тәжірибеде табылған бозонның кейбір қасиеттері теориялық аспектілерден ерекшеленеді, бірақ ғалымдар Хиггс бозонының «шындығына» күмән келтірмейді.

Сізге BAC не үшін қажет?

LHC қарапайым адамдар үшін қаншалықты пайдалы? Хиггс бозонының ашылуы мен кварктарды зерттеуге байланысты ғылыми жаңалықтар болашақта жаңа ғылыми-техникалық революцияға әкелуі мүмкін.

Біріншіден, масса тыныштықтағы энергия болғандықтан (шамамен айтқанда), болашақта материяны энергияға айналдыруға болады. Сонда энергиямен байланысты проблемалар болмайды, яғни алыс планеталарға саяхаттау мүмкін болады. Бұл жұлдызаралық саяхатқа жасалған қадам ...

Екіншіден, кванттық гравитацияны зерттеу болашақта гравитацияны бақылауға мүмкіндік береді. Дегенмен, бұл жақын арада болмайды, өйткені гравитондар әлі жақсы түсінілмеген, сондықтан гравитацияны басқаратын құрылғыны болжау мүмкін емес.

Үшіншіден, М-теориясын (жіп теориясының туындысы) толығырақ түсінуге мүмкіндік бар. Бұл теория Әлемнің 11 өлшемнен тұратынын айтады. М-теориясы өзін «барлығының теориясы» деп мәлімдейді, бұл оны зерттеу бізге ғаламның құрылымын жақсырақ түсінуге мүмкіндік береді дегенді білдіреді. Кім біледі, мүмкін болашақта адам қозғалып, басқа өлшемдерге әсер етуді үйренеді.

LHC және әлемнің ақыры

Көптеген адамдар LHC жұмысы адамзатты жоюы мүмкін деп санайды. Әдетте, бұл туралы физиканы нашар білетін адамдар айтады. LHC ұшыру бірнеше рет кейінге қалдырылды, бірақ 2008 жылдың 10 қыркүйегінде ол соған қарамастан іске қосылды. Дегенмен, LHC ешқашан толық қуатқа дейін жеделдетілмегенін атап өткен жөн. Ғалымдар 2014 жылдың желтоқсан айында LHC толық қуатында іске қосуды жоспарлап отыр. Ақырзаманның ықтимал себептерін және басқа да қауесеттерді қарастырайық ...

1. Қара дыры құру

Қара құрдым - материяны ғана емес, сонымен қатар жарықты, тіпті уақытты да өзіне тартатын үлкен тартылыс күші бар жұлдыз. Қара тесік күтпеген жерден пайда болуы мүмкін емес, сондықтан CERN ғалымдары тұрақты қара тесіктің пайда болу мүмкіндігі өте аз деп санайды. Дегенмен, бұл мүмкін. Бөлшектер соқтығысқан кезде микроскопиялық қара тесік жасалуы мүмкін, оның мөлшері біздің планетамызды бірнеше жыл ішінде (немесе тезірек) жоюға жеткілікті. Бірақ адамзат қорықпауы керек, өйткені Хокинг сәулеленуінің арқасында қара тесіктер тез массасы мен энергиясын жоғалтады. Коллайдер ішіндегі күшті магнит өрісі қара құрдымның ыдырауына жол бермейді деп есептейтін ғалымдар арасында пессимистер бар. Нәтижесінде планетаны жойып жіберетін қара тесіктің пайда болу мүмкіндігі өте аз, бірақ мұндай мүмкіндік бар.

2. «Қара материяның» түзілуі

Ол сондай-ақ «біртүрлі материя», странгелет (біртүрлі тамшы), «бөтен нәрсе». Бұл басқа затпен соқтығысқанда оны ұқсас затқа айналдыратын зат. Анау. странгелет пен кәдімгі атом соқтығысқанда екі странгелет түзіліп, тізбекті реакция пайда болады. Егер коллайдерде мұндай зат пайда болса, онда адамзат санаулы минуттарда жойылады. Дегенмен, мұның орын алу мүмкіндігі қара құрдымның пайда болуымен бірдей.

3. Антизат

Коллайдер жұмыс істеген кезде планетаны жойып жіберетін антиматерияның осындай мөлшері пайда болуы мүмкін деген нұсқа ең алдамшы болып көрінеді. Әңгіме антиматерияның пайда болу мүмкіндігінің өте аз екендігінде емес, жер бетінде гравитация жоқ арнайы ыдыстарда сақталған антиматерия үлгілерінің бұрыннан бар екендігінде. Жер бетінде планетаны жоюға қабілетті антиматерияның мұндай мөлшерінің пайда болуы екіталай.

тұжырымдар

Ресейдің көптеген тұрғындары «Үлкен адрондық коллайдер» тіркесін дұрыс жазуды білмейді, оның мақсаты туралы білімдері туралы ештеңе айтпайды. Ал кейбір жалған пайғамбарлар Әлемде интеллектуалды өркениеттер жоқ деп дәлелдейді, өйткені әрбір өркениет ғылыми прогреске қол жеткізіп, коллайдер жасайды. Содан кейін өркениетті жойып жіберетін қара құрдым пайда болады. Осы жерден олар галактикалардың орталығындағы массивтік қара тесіктердің көптігін түсіндіреді.

Дегенмен, LHC-ті мүмкіндігінше тезірек іске қосуымыз керек деп санайтын адамдар да бар, әйтпесе, шетелдіктер келген уақытта олар бізді жабайы деп санайтындықтан, бізді басып алады.

Ақыр соңында, LHC бізге не әкелетінін білудің жалғыз мүмкіндігі - күту. Ерте ме, кеш пе, біз әлі де бізді не күтіп тұрғанын білеміз: жойылу немесе прогресс.


Ғылым мен техникаға қатысты соңғы кеңестер:

Бұл кеңес сізге көмектесті ме?Сіз жобаны дамыту үшін қалаған соманы беру арқылы оған көмектесе аласыз. Мысалы, 20 рубль. Немесе одан да көп :)

Бұл екі іргелі теорияны біріктіру жолдарын іздеу - GR (гравитациялық туралы) және SM (үш іргелі физикалық әрекеттесулерді біріктіретін стандартты модель - электромагниттік, күшті және әлсіз). LHC құруға дейін шешім табу кванттық гравитация теориясын құрудағы қиындықтарға байланысты болды.

Бұл гипотезаны құру екі физикалық теорияның – кванттық механиканың және жалпы салыстырмалық теориясының қосындысын қамтиды.

Ол үшін қазіргі уақытта бірден бірнеше танымал және қажетті тәсілдер қолданылды - жолдар теориясы, бран теориясы, супергравитация теориясы, сонымен қатар кванттық гравитация теориясы. Коллайдер құрастырылғанға дейін қажетті тәжірибелерді жүргізудегі басты мәселе басқа заманауи бөлшектердің үдеткіштерімен қол жеткізу мүмкін емес энергияның жетіспеушілігі болды.

Geneva LHC ғалымдарға бұрын орындалмайтын эксперименттер жүргізуге мүмкіндік берді. Жақын арада аппараттың көмегімен көптеген физикалық теориялар расталады немесе жоққа шығарылады деп есептеледі. Ең проблемалылардың бірі - суперсимметрия немесе жолдар теориясы, ол ұзақ уақыт бойы физикалық екі лагерьге - «стрингерлерге» және олардың қарсыластарына бөлінген.

Басқа іргелі эксперименттер LHC жұмысының бір бөлігі ретінде жүргізілді

Қазіргі кезде белгілі барлық элементар бөлшектердің ішіндегі ең кварктары және ең ауырлары (173,1 ± 1,3 ГэВ/с²) болып табылатын жоғарғы кварктарды зерттеу саласындағы ғалымдардың зерттеулері де қызықты.

Осы қасиетіне байланысты, тіпті LHC құрылмай тұрып, ғалымдар Tevatron үдеткішінде кварктарды ғана бақылай алды, өйткені басқа құрылғыларда қуат пен қуат жеткіліксіз болды. Өз кезегінде, кварктар теориясы сенсациялық Хиггс бозондық гипотезасының маңызды элементі болып табылады.

Кварктардың қасиеттерін құру және зерттеу бойынша барлық ғылыми зерттеулерді ЛХК жоғарғы кварк-антикварк бу бөлмесінде ғалымдар жүргізеді.

Женева жобасының маңызды мақсаты сонымен қатар Хиггс бозонының бар екендігін эксперименттік дәлелдеумен байланысты электроәлсіз симметрия механизмін зерттеу процесі болып табылады. Егер мәселені дәлірек анықтайтын болсақ, онда зерттеу пәні бозонның өзі емес, Питер Хиггс болжаған электр әлсіз әрекеттесу симметриясының бұзылу механизмі болып табылады.

LHC сонымен қатар суперсимметрияны іздеу бойынша эксперименттер жүргізеді - және қалаған нәтиже кез келген элементар бөлшек әрқашан ауыр серіктеспен бірге жүретін теорияның дәлелі және оны жоққа шығару болады.

Үлкен адрондық коллайдер туралы бірнеше фактілер, оның қалай және не үшін жасалғаны, оның қандай пайдасы бар және ол адамзат үшін қандай ықтимал қауіп төндіреді.

1. LHC немесе Үлкен адрон коллайдерінің құрылысы сонау 1984 жылы ойластырылып, тек 2001 жылы ғана басталды. Бес жылдан кейін, 2006 жылы әртүрлі елдерден 10 мыңнан астам инженерлер мен ғалымдардың күш-жігерінің арқасында Үлкен адрон коллайдері аяқталды.

2. LHC - әлемдегі ең үлкен тәжірибелік нысан.

3. Неліктен Үлкен адрон коллайдері?
Ол қатты өлшеміне байланысты үлкен аталды: бөлшектер қозғалатын негізгі сақинаның ұзындығы шамамен 27 км.
Адрон - өйткені қондырғы адрондарды (кварктардан тұратын бөлшектер) жеделдетеді.
Коллайдер – арнайы нүктелерде бір-бірімен соқтығысатын, қарама-қарсы бағытта үдеудегі бөлшектер шоқтары есебінен.

4. Үлкен адрон коллайдері не үшін қажет? LHC - ғалымдар атомдармен эксперименттер жүргізетін, иондар мен протондарды үлкен жылдамдықпен итермелейтін ультра заманауи зерттеу орталығы. Ғалымдар зерттеулердің көмегімен Ғаламның пайда болуының құпиясын жабуға үміттенеді.

5. Жоба ғылыми қауымдастыққа 6 миллиард доллар астрономиялық сома түсірді. Айтпақшы, Ресей ЛХК-ға 700 маманды тапсырды, олар бүгінде жұмыс істеп жатыр. LHC тапсырыстары ресейлік кәсіпорындарға шамамен 120 миллион доллар әкелді.

6. Сөзсіз, LHC-те жасалған басты жаңалық 2012 жылы Хиггс бозонының ашылуы немесе оны «Құдай бөлшектері» деп те атайды. Хиггс бозоны стандартты үлгідегі соңғы буын болып табылады. Бакедегі тағы бір маңызды оқиға - 2,36 тераэлектронвольтты құрайтын соқтығысу энергиясының рекордтық мәніне қол жеткізу.

7. Кейбір ғалымдар, соның ішінде Ресей ғалымдары, CERN-де (Еуропалық ядролық зерттеулер ұйымы, шын мәнінде, коллайдер орналасқан) ауқымды эксперименттердің арқасында ғалымдар әлемдегі алғашқы уақыт машинасын жасай алады деп санайды. Дегенмен, ғалымдардың көпшілігі әріптестерінің оптимизмімен бөліспейді.

8. Ғаламшардағы ең қуатты үдеткіш туралы адамзаттың негізгі қорқыныштары қоршаған материяны басып алуға қабілетті микроскопиялық қара тесіктердің пайда болуы нәтижесінде адамзатқа қауіп төндіретін қауіпке негізделген. Тағы бір әлеуетті және өте қауіпті қауіп бар - гипотетикалық түрде атом ядросымен соқтығысуға қабілетті страпельдердің (Странж тамшыларынан алынған) пайда болуы, барған сайын жаңа страпельдерді қалыптастыру, бүкіл Әлемнің материясын түрлендіру. Алайда, ең беделді ғалымдардың көпшілігі мұндай нәтиже екіталай дейді. Бірақ бұл теориялық тұрғыдан мүмкін

9. 2008 жылы CERN-ді Гавайи штатының екі тұрғыны сотқа берді. Олар CERN-ді ғалымдардан қауіпсіздік кепілдігін талап етіп, адамзатты абайсыздықпен жоюға тырысты деп айыптады.

10. Үлкен адрон коллайдері Швейцарияда Женеваға жақын жерде орналасқан. CERN-де мұражай бар, мұнда келушілерге коллайдердің принциптері және оның не үшін салынғаны туралы нақты түсіндіріледі.

11 . Ақырында, кішкене қызықты факт. Яндекстегі сұраныстарға қарағанда, Үлкен адрон коллайдері туралы ақпарат іздейтін көптеген адамдар үдеткіштің атын қалай жазу керектігін білмейді. Мысалы, олар «андрон» деп жазады (және олардың андрон коллайдері бар НТВ хабарлауының мәнін жазып қана қоймайды), кейде олар «андроид» деп жазады (империя кері соққы береді). Буржуазиялық желіде олар да артта қалмайды және «адронның» орнына іздеу жүйесіне «хардон» енгізеді (православиелік ағылшын тілінде - бұл көтерілу). Беларусь тіліндегі қызықты емлесі - «Вялики адронный паскаральник», ол «Үлкен адрон үдеткіші» деп аударылады.

Адрондық коллайдер. Фото

Еуропалық ядролық зерттеулер орталығы немесе жай ғана CERN – физика бойынша Нобель сыйлығының лауреаты асханада қасыңызда оңай тамақтанатын орын. Ол бөлшектердің ең қуатты үдеткіші - Үлкен адрон коллайдерімен бүкіл әлемге танымал. Он жылға жуық еңбектен кейін түгендеу керек – заманымыздың ең бір өршіл ғылыми жобалары ғалымдардың үмітін ақтай алды ма?

2008 жылы мен оныншы сыныпта оқитынмын. Сол жылдары физикаға әлі мүлде қызықпағаныма қарамастан, толқу толқыны мені айналып өте алмады: олар әр темірден «ақырзаман машинасы» іске қосылғалы жатыр деп шуылдады. Өте маңызды директор қосқышты көтерген бойда қара тесік пайда болады және бәріміз аяқталады. Үлкен адрондық коллайдер ресми түрде іске қосылған күні кейбір мұғалімдер сабақтарында тіпті оқиға орнынан репортаж көруге рұқсат берді.

Ең жаманы болған жоқ. Жалпы, ештеңе болған жоқ - қосқыш көтерілді, қарапайым қарапайым адамға түсініксіз сандар компьютер экранына секіріп, ғалымдар тойлай бастады. Жалпы, олардың неліктен ұшырғаны белгісіз.

Сөзсіз, Үлкен адрон коллайдері болмаса, ғалымдар кейбір маңызды жаңалықтарды, соның ішінде Хиггс бозонының ашылуын жасай алмас еді. Бірақ жоспарланғанның барлығын жүзеге асыру мүмкін бе, және LHC үшін әлі перспективалар бар ма - бұл туралы біз айтып береміз.

Үлкен электрон-позитрон коллайдерінде DELPHI тәжірибесі

Үлкен аға: Үлкен электрон-позитронды коллайдер

ХХ ғасырдың жетпісінші жылдарының соңында элементар бөлшектер физикасы серпіліспен дамыды. Стандартты модельдің болжамдарын сынау үшін 1976 жылы Еуропалық ядролық зерттеулер орталығында (CERN, француздық CERN-ден) Үлкен электрон-позитрондық коллайдер жобасы (BEP немесе LEP - ағылшынның үлкен электрон-позитрондық коллайдерінен) ұсынылды. - Conseil Europeen pour la Recherche Nucléaire) . Көптеген әртүрлі конфигурациялардың арасында ұзындығы 27 шақырым болатын жерасты туннельіндегі болашақ эксперименттің орны таңдалды. Ол электрондар мен позитрондарды ондаған және жүздеген гигаэлектронвольттар тәртібіндегі энергияларға дейін жеделдету керек еді: соқтығысқан сәулелер ALEPH, DELPHI, OPAL және L3 тәжірибелері кейінірек орналасқан төрт нүктеде қиылысатын.

Физиктердің көзқарасы бойынша, энергия ешқашан жеткіліксіз: іске асыру үшін таңдалған BEP нұсқасы шығындар мен қуат арасындағы ымыра болды; бөлшектерді күштірек үдетуге қабілетті ұзынырақ туннельдер де қарастырылды. Алынған энергия Стандартты модельді сынау үшін пайдаланылуы мүмкін, бірақ «жаңа физика» деп аталатын құбылыстарды - оның заңдарымен болжалмаған құбылыстарды іздеу үшін тым аз болды. Адрондық коллайдерлер мұндай мақсаттарға әлдеқайда қолайлы - протондар, нейтрондар және атом ядролары сияқты күрделі бөлшектердің үдеткіштері. Сонау 1977 жылы, BEP талқылауы кезінде, сол кездегі CERN директоры Джон Адамс туннельді кеңірек етіп, екі үдеткішті де – электрон-позитронды да, адрон үдеткішін де орналастыруды ұсынды. Алайда түпкілікті шешім қабылдайтын кеңес бұл идеяны жоққа шығарып, 1981 жылы Үлкен электрон-позитрондық коллайдер жобасы бекітілді.

Үлкен адрон коллайдерінің туннелі

LHC ауыстырды

BEP он жылдан астам жұмыс істеді: 1989 жылдан 2000 жылға дейін. Әлсіз әрекеттесу – W- және Z-бозондарды тасымалдаушылардың болжамды массаларын растау, сондай-ақ Стандартты модельдің әртүрлі параметрлерін бұрын-соңды болмаған дәлдікпен өлшеу сияқты бірқатар маңызды эксперименттер осы уақытқа жатады. Ал қазірдің өзінде 1984 жылы «LEP туннеліндегі үлкен адрондық коллайдер» конференциясы оның предшественінің жұмысын тоқтатқаннан кейін жаңа коллайдер құру мәселесіне арналған.

1991 жылы Үлкен адрондық коллайдер жобасы (LHC немесе LHC - ағылшынның Үлкен адрон коллайдерінен) түпкілікті мақұлданды, оның көмегімен 14 тераэлектронвольт соқтығысатын бөлшектердің жалпы энергиясына қол жеткізу жоспарланды, яғни Үлкен электрон-позитрондық коллайдер жасағаннан жүз есе артық.

1992 жылы Үлкен адрондық коллайдердің ғылыми бағдарламасы бойынша жиналыс өтті: барлығы төрт сәуленің соқтығысу нүктесінің орнында салынуы мүмкін әртүрлі эксперименттерге он екі өтінім алынды. Келесі жылдары екі жалпы эксперимент бекітілді - ATLAS және CMS, ауыр иондарды және LHCb зерттеуге арналған ALICE эксперименті, құрамында b-кварктары бар бөлшектердің физикасына арналған. Үлкен адрондық коллайдердің құрылысы 2000 жылы басталды, ал алғашқы сәулелер 2008 жылы алынды: содан бері және осы күнге дейін жоспарланған өшіруден басқа, LHC бөлшектерді жеделдетіп, жұмыс режимінде деректерді жинап келеді.

Ресей CERN-де

Ресей Федерациясы 1993 жылдан бері CERN-де бақылаушы ел болып табылады, ол өз өкілдеріне отырыстарға қатысу құқығын береді, бірақ маңызды шешімдер қабылдау кезінде дауыс беру құқығын бермейді. 2012 жылы Ресей Федерациясы Үкіметінің атынан Ресей Федерациясының CERN қауымдасқан мүшесі болу ниеті туралы мәлімдеме жасалды, ол әлі қолдау таппады.

Біріккен ядролық зерттеулер институты, Ресей ғылыми орталығы Курчатов институты, Ресей ғылым академиясының Ядролық зерттеулер институты және М.В. Ломоносов.

Үлкен адрон коллайдерінің инъекциялық тізбегі

Бөлшектерді үдетудің артықшылығы неде?

Үлкен адрондық коллайдердің жұмыс схемасы көптеген кезеңдерден тұрады. Тікелей LHC-ге түспес бұрын, бөлшектер алдын-ала жеделдету сатыларынан өтеді: осылайша олар жылдамырақ және сонымен бірге аз энергиямен жылдамдыққа ие болады. Біріншіден, LINAC2 сызықты үдеткішінде протондар немесе ядролар 50 мегаэлектронвольт энергияға жетеді; содан кейін олар кезекпен күшейткіш синхротронға (PSB), протон синхротронына (PS) және протон супер синхротронына (SPS) енеді және коллайдерге айдау сәтінде бөлшектердің жалпы энергиясы 450 гигаэлектронвольтты құрайды.

Үлкен адрон коллайдерінің туннельіндегі негізгі төрт тәжірибеден басқа, алдын ала үдеткіш жүйесі бөлшектердің мұндай үлкен энергиясын қажет етпейтін оннан астам эксперименттер үшін орын болып табылады. Оларға, атап айтқанда, ауыр иондардың бекітілген нысанамен әрекеттесуінің параметрлерін зерттейтін NA61/SHINE тәжірибесі; атом ядроларының қасиеттерін зерттейтін ISOLDE эксперименті және антисутегі арқылы Жердің гравитациялық үдеуін зерттейтін AEGIS.

Құдайдың бөлшегін іздеу және жаңа физика

Тіпті ең басында, даму сатысында Үлкен адрон коллайдерінің өршіл ғылыми бағдарламасы жарияланды. Ең алдымен, BEP-те алынған көрсеткіштерге байланысты, барлық бөлшектердің массасына жауап беретін сол кездегі Стандартты модельдің әлі де гипотетикалық құрамдас бөлігі болып табылатын Хиггс бозонын іздеу жоспарланды. Оның ішінде ғалымдардың жоспарлары стандартты модельдің минималды суперсимметриялық кеңейтіміне кіретін суперсимметриялық Хиггс бозоны және оның суперсеріктестерін іздеуді қамтиды.

Жалпы, жеке бағыт ретінде «жаңа физиканың» үлгілерін іздестіру және сынақтан өткізу көзделді. Әрбір бозон фермионмен және керісінше байланысты болатын суперсимметрияны тексеру үшін Стандартты үлгінің бөлшектері үшін сәйкес серіктестерді іздеу керек болды. Жолдар теориясы немесе М-теориясы сияқты қосымша кеңістік өлшемдері бар теорияларды сынау үшін біздің әлемде өлшемдер санына шектеу қою мүмкіндігі жарияланды. Бұл қарастырылған және әлі күнге дейін LHC негізгі міндеттерінің бірі болып саналатын Стандартты үлгіден ауытқуларды іздеу.

Аз маңызды мәселелер: кварк-глюон плазмасын зерттеу және CP инварианттылығын бұзу

Стандартты үлгідегі алты кварктың ең ауыры болып табылатын жоғарғы кварк АҚШ-тағы Энрико Ферми ұлттық үдеткіш зертханасындағы Теватрон үдеткішіндегі Үлкен адрон коллайдеріне дейін оның өте үлкен массасы 173 гигаэлектронвольт болғандықтан ғана байқалды. LHC-тегі соқтығыстар кезінде оның қуатының арқасында ғалымдарды екі аспектіде қызықтыратын көптеген жоғарғы кварктардың тууы күтілді. Біріншісі бөлшектердің иерархиясын зерттеумен байланысты болды: қазіргі уақытта кварктардың үш ұрпағы бар (жоғарғы кварк үшіншісі аяқталды), бірақ олардың әлі де көп болуы мүмкін. Екінші жағынан, жоғарғы кварктың ыдырауы кезінде Хиггс бозонының алынуы оны тәжірибелік анықтаудың негізгі әдісі болып саналды.

1964 жылы біріктірілген CP инварианттылығының бұзылуы (ағылшын тілінен аударғанда «заряд» - заряд және «паритет» - паритет) анықталды, ол біздің әлемнің айнадағы бейнесіне сәйкес келеді, ол барлық бөлшектерді сәйкес антибөлшектермен толық алмастырады. Бұл факт біздің барлық материямыздың неліктен антиматериядан емес, материядан тұратынын түсіндіруге тырысатын Әлемнің пайда болу теорияларында маңызды рөл атқарады. Басқа нәрселермен қатар, CP-паритетінің бұзылуы В-мезондарының - бөлшектердің мінез-құлқында көрінеді, олардың белсенді өндірісі LHC-тегі соқтығыстар процесінде болжанған және олардың көмегімен ғалымдар оның себептерін ашады деп үміттенген. бұл құбылыс.

Үлкен адрондық коллайдердің ауыр ядролардың соқтығысуы режимінде жұмыс істеуі кварк-глюон плазмасының күйін қалпына келтіруге әкелуі керек еді, ол қазіргі заманғы тұжырымдамалар бойынша Үлкен жарылыстан кейін 10-5 секундтан кейін байқалады - күй. соншалықты «ыстық» кварктар мен глюондар бір-бірімен әрекеттеспейді, басқалары және қалыпты жағдайда болатындай бөлшектер мен ядролар түзбейді. Кварк-глюон плазмасының пайда болу және салқындату процестерін түсіну күшті өзара әрекеттесулерді сипаттауға жауапты физика саласының кванттық хромодинамика процестерін зерттеу үшін қажет.

ATLAS тәжірибесінде Хиггс бозонының ашылуының схемасы

LHC-те жаңа бөлшектердің ашылуы

Сонымен, Үлкен адрондық коллайдер өзінің онжылдық жұмысында немен мақтана алады?

Біріншіден, әрине, ашылулардың ішіндегі ең әйгілісі 2012 жылдың шілдесінде массасы 126 гигаэлектронвольт болатын Хиггс бозонының ашылуы. Бір жылдан кейін ғана Питер Хиггс пен Франсуа Энглерге ғаламдағы барлық материяның массасына жауап беретін «Құдай бөлшегі» бар екенін теориялық тұрғыдан болжағандары үшін физика бойынша Нобель сыйлығы берілді. Енді, алайда, физиктердің алдында жаңа міндет тұр - қалаған бозонның неге мұндай массасы бар екенін түсіну; Хиггс бозонының суперсимметриялық серіктестерін іздеу де жалғасуда.

2015 жылы LHCb тәжірибесі тұрақты пентакварктарды – бес кварктан тұратын бөлшектерді, ал бір жылдан кейін – тетракварк рөліне үміткерлерді – екі кварк пен екі антикварктан тұратын бөлшектерді тапты. Осы уақытқа дейін бақыланатын бөлшектер үш кварктан аспайды деп есептелді, ал физиктер мұндай күйлерді сипаттайтын теориялық модельді әлі нақтылаған жоқ.

Стандартты үлгіде әлі де

Физиктер LHC суперсимметрия мәселесін шеше алады деп үміттенді - оны толығымен жоққа шығарады немесе қай бағытта қозғалу керектігін нақтылайды, өйткені Стандартты модельді кеңейтудің көптеген нұсқалары бар. Осы уақытқа дейін біреуін де, екіншісін де орындау мүмкін болмады: ғалымдар суперсимметриялық модельдердің параметрлеріне әртүрлі шектеулер қойды, олар қарапайым нұсқаларды жоя алады, бірақ жаһандық мәселелерді шешпейді.

Сондай-ақ, ғалымдардың көпшілігі есептеген Стандартты модельден тыс физикалық процестердің айқын белгілері болған жоқ. Дегенмен, LHCb тәжірибесі сонымен қатар В-кварки бар ауыр бөлшек В-мезонының Стандартты модель болжағандай ыдырамайтынын көрсеткенін атап өткен жөн. Мұндай мінез-құлық өз алдына, мысалы, әлсіз әрекеттестіктің басқа бейтарап тасымалдаушысы Z' бозонының бар екендігінің көрсеткіші ретінде қызмет ете алады. Әзірге ғалымдар әртүрлі экзотикалық сценарийлерді шектейтін эксперименттік деректер жиынтығымен жұмыс істеуде.

Болашақ 100 шақырымдық коллайдердің ықтимал схемасы

Жаңа туннель қазуды бастау керек пе?

Үлкен адрон коллайдері оған жұмсалған күш пен қаражатты ақтай ала ма? Осы уақытқа дейін онжылдықта алға қойылған мақсаттардың барлығы орындалмағанымен, сөзсіз. Қазіргі уақытта жеделдеткіш жұмысының екінші кезеңі жүргізілуде, одан кейін жоспарланған орнату жұмыстары жүргізіліп, мәліметтерді жинаудың үшінші кезеңі басталады.

Ғалымдар келесі үлкен жаңалықтар жасауға үміттерін жоғалтпайды және қазірдің өзінде жаңа коллайдерлерді, мысалы, ұзындығы 100 километрге жететін туннельдерді жоспарлауда.