Žemėlapis su pavaizduota Collider vieta

Norint toliau sujungti esmines sąveikas vienoje teorijoje, naudojami įvairūs požiūriai: stygų teorija, kuri buvo sukurta M-teorijoje (brano teorija), supergravitacijos teorija, kilpos kvantinė gravitacija ir kt. Kai kurios iš jų turi vidinių problemų, o nė viena neturi. eksperimentinis patvirtinimas. Problema ta, kad atitinkamiems eksperimentams atlikti reikalingos energijos, kurių neįmanoma pasiekti šiuolaikiniuose dalelių greitintuvuose.

LHC leis atlikti eksperimentus, kurių anksčiau buvo neįmanoma atlikti, ir tikriausiai patvirtins arba paneigs kai kurias iš šių teorijų. Taigi, yra daugybė fizikinių teorijų, kurių matmenys yra didesni nei keturi, kurios leidžia manyti, kad egzistuoja „supersimetrija“ – pavyzdžiui, stygų teorija, kuri kartais vadinama superstygų teorija būtent todėl, kad be supersimetrijos praranda savo fizinę prasmę. Taigi supersimetrijos egzistavimo patvirtinimas būtų netiesioginis šių teorijų teisingumo patvirtinimas.

Viršutinių kvarkų tyrimas

Statybos istorija

27 km požeminis tunelis, skirtas LHC stiprintuvui patalpinti

Didžiojo hadronų greitintuvo projekto idėja gimė 1984 m., o oficialiai patvirtinta po dešimties metų. Jo statyba pradėta 2001 m., baigus ankstesnio greitintuvo – Didžiojo elektronų-pozitronų greitintuvo – darbą.

Greitintuvas turėtų susidurti su protonais, kurių bendra energija yra 14 TeV (ty 14 teraelektronvoltų arba 14 10 12 elektronvoltų) krintančių dalelių masės sistemos centre, taip pat švino branduolius, kurių energija yra 5,5 GeV ( 5.5 10 9 elektronvoltai) kiekvienai susiduriančių nukleonų porai. Taigi LHC bus daugiausiai energijos sunaudojantis elementariųjų dalelių greitintuvas pasaulyje, energetiniu dydžiu lenkiantis artimiausius konkurentus – protonų-antiprotonų greitintuvą Tevatron, kuris šiuo metu veikia Nacionalinėje greitintuvo laboratorijoje. Enrico Fermi (JAV) ir RHIC reliatyvistinis sunkiųjų jonų greitintuvas Brookhaven laboratorijoje (JAV).

Greitintuvas yra tame pačiame tunelyje, kurį anksčiau užėmė Didysis elektronų-pozitronų greitintuvas. 26,7 km ilgio tunelis buvo nutiestas maždaug šimto metrų gylyje po žeme Prancūzijoje ir Šveicarijoje. Protonų pluoštams sulaikyti ir koreguoti naudojami 1624 superlaidūs magnetai, kurių bendras ilgis viršija 22 km. Paskutinis tunelyje buvo įrengtas 2006 m. lapkričio 27 d. Magnetai veiks 1,9 K (-271 °C) temperatūroje. 2006 metų lapkričio 19 dieną baigta statyti speciali kriogeninė linija aušinimo magnetams.

Testai

Specifikacijos

Dalelių pagreitinimo greitintuve procesas

Dalelių greitis LHC ant susidūrusių spindulių yra artimas šviesos greičiui vakuume. Dalelių pagreitinimas iki tokio didelio greičio pasiekiamas keliais etapais. Pirmajame etape mažai energijos naudojantys linijiniai greitintuvai Linac 2 ir Linac 3 suleidžia protonus ir švino jonus tolesniam pagreitinimui. Tada dalelės patenka į PS stiprintuvą, o tada į patį PS (protonų sinchrotroną), įgydamos 28 GeV energiją. Po to dalelių pagreitis tęsiasi SPS (Proton Super Synchrotron), kur dalelių energija pasiekia 450 GeV. Tada spindulys nukreipiamas į pagrindinį 26,7 kilometro žiedą ir susidūrimo vietose detektoriai fiksuoja vykstančius įvykius.

Energijos sąnaudos

Koliderio veikimo metu numatomos energijos sąnaudos sieks 180 MW. Apskaičiuotos energijos sąnaudos visam Ženevos kantonui. CERN pats negamina energijos, naudodamas tik parengties dyzelinius generatorius.

Paskirstytasis kompiuteris

Duomenims, kurie bus gaunami iš LHC greitintuvo ir detektorių, valdyti, saugoti ir apdoroti kuriamas paskirstytasis skaičiavimo tinklas LCG. L HC C omputing G RID ) naudojant tinklelio technologiją. Tam tikroms skaičiavimo užduotims bus įtrauktas paskirstytojo skaičiavimo projektas [apsaugotas el. paštas].

Nekontroliuojami fiziniai procesai

Kai kurie ekspertai ir visuomenės atstovai reiškia susirūpinimą, kad yra ne nulinė tikimybė, kad greitintuve atlikti eksperimentai taps nekontroliuojami ir išsivystys grandininė reakcija, kuri tam tikromis sąlygomis teoriškai gali sunaikinti visą planetą. Katastrofinių scenarijų, susijusių su LHC veikla, šalininkų požiūris pateikiamas atskiroje svetainėje. Dėl šių jausmų LHC kartais iššifruojamas kaip Paskutinis Hadronų greitintuvas ( Paskutinis hadronų greitintuvas).

Šiuo atžvilgiu dažniausiai minima teorinė mikroskopinių juodųjų skylių atsiradimo greitintuve galimybė, taip pat teorinė antimedžiagų krešulių ir magnetinių monopolių susidarymo galimybė, o po to seka grandininė aplinkinės medžiagos fiksavimo reakcija.

Šias teorines galimybes svarstė speciali CERN grupė, parengusi atitinkamą ataskaitą, kurioje visos tokios baimės pripažįstamos nepagrįstomis. Anglų fizikas teoretikas Adrianas Kentas paskelbė mokslinį straipsnį, kuriame kritikavo CERN priimtus saugos standartus, nes laukiama žala, tai yra įvykio tikimybės iš aukų skaičiaus sandauga, jo nuomone, yra nepriimtina. Tačiau didžiausias viršutinis katastrofos scenarijaus tikimybės įvertis LHC yra 10 -31 .

Kaip pagrindiniai argumentai už katastrofiškų scenarijų nepagrįstumą nurodomas faktas, kad Žemę, Mėnulį ir kitas planetas nuolat bombarduoja daug didesnės energijos kosminių dalelių srautai. Taip pat minimas sėkmingas anksčiau pradėtų eksploatuoti greitintuvų veikimas, įskaitant relativistinio sunkiųjų jonų greitintuvo RHIC Brookhaven mieste. Mikroskopinių juodųjų skylių susidarymo galimybės neneigia ir CERN specialistai, tačiau teigiama, kad mūsų trimatėje erdvėje tokie objektai gali atsirasti tik esant energijai, kuri yra 16 dydžių kategorijų didesnė už spindulių energiją LHC. . Hipotetiškai, mikroskopinės juodosios skylės gali atsirasti atliekant eksperimentus LHC, numatant teorijas, turinčias papildomų erdvinių matmenų. Tokios teorijos dar neturi jokių eksperimentinių įrodymų. Tačiau net jei juodosios skylės susidaro dėl dalelių susidūrimo LHC, jos turėtų būti itin nestabilios dėl Hokingo spinduliuotės ir beveik akimirksniu išgaruos įprastų dalelių pavidalu.

2008 m. kovo 21 d. Walteris Wagneris pateikė ieškinį Havajų (JAV) federaliniam apygardos teismui. Walteris L. Vagneris) ir Luisas Sancho (angl. Luisas Sancho), kuriame jie, kaltindami CERN bandymu surengti pasaulio pabaigą, reikalauja uždrausti paleisti greitintuvą, kol nebus garantuotas jo saugumas.

Palyginimas su natūraliais greičiais ir energija

Greitintuvas skirtas susidurti tokioms dalelėms kaip hadronai ir atomo branduoliai. Tačiau yra natūralių dalelių šaltinių, kurių greitis ir energija yra daug didesni nei greitintuve (žr.: Zevatron). Tokios natūralios dalelės randamos kosminiuose spinduliuose. Žemės planetos paviršius yra iš dalies apsaugotas nuo šių spindulių, tačiau, eidamos per atmosferą, kosminių spindulių dalelės susiduria su oro atomais ir molekulėmis. Dėl šių natūralių susidūrimų Žemės atmosferoje gimsta daug stabilių ir nestabilių dalelių. Dėl to natūralus radiacijos fonas planetoje egzistuoja jau daugelį milijonų metų. Tas pats (elementariųjų dalelių ir atomų susidūrimas) įvyks ir LHC, tačiau mažesniais greičiais ir energija, ir daug mažesniais kiekiais.

mikroskopinės juodosios skylės

Jei elementariųjų dalelių susidūrimo metu gali susidaryti juodosios skylės, jos taip pat suirs į elementarias daleles pagal CPT invariancijos principą, kuris yra vienas iš pagrindinių kvantinės mechanikos principų.

Be to, jei hipotezė apie stabilių juodųjų mikroskylių egzistavimą būtų teisinga, jų susidarytų dideli kiekiai, bombarduojant Žemę kosminėmis elementariomis dalelėmis. Tačiau dauguma iš kosmoso atskrendančių didelės energijos elementariųjų dalelių turi elektros krūvį, todėl kai kurios juodosios skylės būtų įkrautos elektra. Šios įkrautos juodosios skylės būtų užfiksuotos Žemės magnetinio lauko ir, jei jos būtų tikrai pavojingos, jau seniai būtų sunaikinusios Žemę. Schwimmer mechanizmas, kuris juodąsias skyles padaro elektrai neutralias, yra labai panašus į Hokingo efektą ir negali veikti, jei Hokingo efektas neveikia.

Be to, bet kokias juodąsias skyles, įkrautas ar elektra neutralias, užfiksuotų baltosios nykštukės ir neutroninės žvaigždės (kurias, kaip ir Žemę, bombarduoja kosminė spinduliuotė) ir jas sunaikintų. Dėl to baltųjų nykštukų ir neutroninių žvaigždžių gyvenimo trukmė būtų daug trumpesnė, nei iš tikrųjų buvo pastebėta. Be to, sunaikinamos baltosios nykštukės ir neutroninės žvaigždės skleistų papildomą spinduliuotę, kuri iš tikrųjų nėra stebima.

Galiausiai, teorijos su papildomais erdviniais matmenimis, kurios numato mikroskopinių juodųjų skylių atsiradimą, neprieštarauja eksperimentiniams duomenims tik tuo atveju, jei papildomų matmenų skaičius yra bent trys. Tačiau turint tiek daug papildomų matmenų, turi praeiti milijardai metų, kol juodoji skylė padarys kokią nors didelę žalą Žemei.

Strapelki

Eduardas Boosas, fizinių ir matematikos mokslų daktaras iš Maskvos valstybinio universiteto Branduolinės fizikos tyrimų instituto, laikosi priešingų požiūrių, neigia makroskopinių juodųjų skylių atsiradimą LHC, taigi ir „kirmgraužes“ bei keliones laiku.

Pastabos

  1. Galutinis LHC vadovas (anglų kalba) 30 psl.
  2. LHC: pagrindiniai faktai. „Didžiojo mokslo elementai“. Žiūrėta 2008 m. rugsėjo 15 d.
  3. „Tevatron Electroweak“ darbo grupė, aukščiausias pogrupis
  4. LHC sinchronizavimo testas sėkmingas
  5. Antrasis įpurškimo sistemos bandymas buvo su pertraukomis, tačiau tikslas buvo pasiektas. „Didžiojo mokslo elementai“ (2008 m. rugpjūčio 24 d.). Žiūrėta 2008 m. rugsėjo 6 d.
  6. LHC etapo diena greitai prasideda
  7. Pirmas spindulys LHC pagreitinančiame moksle.
  8. LHC komandos misija baigta. physicsworld.com. Žiūrėta 2008 m. rugsėjo 12 d.
  9. LHC paleidžiamas stabilus cirkuliuojantis spindulys. „Didžiojo mokslo elementai“ (2008 m. rugsėjo 12 d.). Žiūrėta 2008 m. rugsėjo 12 d.
  10. Incidentas prie didžiojo hadronų greitintuvo atideda eksperimentus neribotam laikui. „Didžiojo mokslo elementai“ (2008 m. rugsėjo 19 d.). Žiūrėta 2008 m. rugsėjo 21 d.
  11. Didysis hadronų greitintuvas pradės veikti tik pavasarį – CERN. RIA Novosti (2008 m. rugsėjo 23 d.). Žiūrėta 2008 m. rugsėjo 25 d.
  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. Sugadintų magnetų taisymas bus didesnis, nei manyta anksčiau. „Didžiojo mokslo elementai“ (2008 m. lapkričio 09 d.). Žiūrėta 2008 m. lapkričio 12 d.
  16. Tvarkaraštis 2009 m. „Didžiojo mokslo elementai“ (2009 m. sausio 18 d.). Gauta 2009 m. sausio 18 d.
  17. CERN pranešimas spaudai
  18. Patvirtintas Didžiojo hadronų greitintuvo darbų planas 2009-2010 metams. „Didžiojo mokslo elementai“ (2009 m. vasario 6 d.). Žiūrėta 2009 m. balandžio 5 d.
  19. LHC eksperimentai.
  20. Atsidaro Pandoros skrynia. Vesti.ru (2008 m. rugsėjo 9 d.). Žiūrėta 2008 m. rugsėjo 12 d.
  21. Galimi pavojai atliekant dalelių greitintuvo eksperimentus
  22. Dimopoulos S., Landsberg G. Juodosios skylės didžiajame hadronų greitintuve Phys. Rev. Lett. 87 (2001)
  23. Blaizot J.-P. ir kt. Potencialiai pavojingų įvykių sunkiųjų jonų susidūrimų LHC metu tyrimas.
  24. LHC susidūrimų saugos apžvalga LHC saugos vertinimo grupė
  25. Kritinė greitintuvų rizikos apžvalga. Proza.ru (2008 m. gegužės 23 d.). Žiūrėta 2008 m. rugsėjo 17 d.
  26. Kokia yra katastrofos LHC tikimybė?
  27. Teismo diena
  28. Prašyti teisėjo išgelbėti pasaulį, o gal ir dar daugiau
  29. Paaiškinimas, kodėl LHC bus saugus
  30. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-es.pdf (ispanų k.)
  31. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-de.pdf (vokiečių k.)
  32. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-fr.pdf (fr)
  33. H. Heiselbergas. Atranka kvarko lašeliuose // Fizinė apžvalga D. - 1993. - T. 48. - Nr. 3. - S. 1418-1423. DOI:10.1103/PhysRevD.48.1418
  34. M. Alford, K. Rajagopal, S. Reddy, A. Steiner. Keistų žvaigždžių plutų ir keistuolių stabilumas // Amerikos fizikos draugija. Fizinė apžvalga D. - 2006. - T. 73, 114016.
Paskelbimo data: 2012-09-17

Kas yra Didysis hadronų greitintuvas? Kodėl to reikia? Ar tai gali sukelti pasaulio pabaigą? Suskaidykime viską.

Kas yra BAK?

Tai didžiulis žiedinis tunelis, panašus į dalelių išsklaidymo vamzdį. Jis yra maždaug 100 metrų gylyje po Prancūzijos ir Šveicarijos teritorija. Jo statyboje dalyvavo mokslininkai iš viso pasaulio.

LHC buvo sukurtas siekiant rasti Higso bozoną – mechanizmą, suteikiantį dalelių masę. Antrinis tikslas taip pat yra ištirti kvarkus – pagrindines daleles, iš kurių susidaro hadronai (iš čia ir pavadintas „hadronų“ greitintuvas).

Daugelis žmonių naiviai tiki, kad LHC yra vienintelis dalelių greitintuvas pasaulyje. Tačiau nuo šeštojo dešimtmečio visame pasaulyje buvo pastatyta daugiau nei tuzinas greitintuvų. LHC laikomas didžiausiu – jo ilgis 25,5 km. Be to, jo struktūroje yra dar vienas, mažesnio skersmens, greitintuvas.

LHC ir žiniasklaida

Nuo statybos pradžios pasirodė daug straipsnių apie dideles akceleratoriaus kainas ir pavojų. Dauguma žmonių mano, kad pinigai buvo iššvaistyti, ir nesupranta, kodėl reikėjo išleisti tiek daug pinigų ir pastangų, norint rasti kokią nors dalelę.

Pirma, LHC nėra pats brangiausias mokslinis projektas istorijoje. Prancūzijos pietuose yra Kadarašo mokslinis centras su brangiu termobranduoliniu reaktoriumi. Kadarašas buvo pastatytas remiant 6 šalims (įskaitant Rusiją); šiuo metu į jį jau investuota apie 20 mlrd. Antra, Higso bozono atradimas pasauliui atneš daug revoliucinių technologijų. Be to, kai buvo išrastas pirmasis mobilusis telefonas, žmonės taip pat neigiamai įvertino jo išradimą ...

Kaip veikia BAC?

LHC dideliu greičiu susiduria su dalelių pluoštais ir stebi tolesnį jų elgesį bei sąveiką. Paprastai vienas dalelių pluoštas pirmiausia pagreitinamas ant pagalbinio žiedo, o tada siunčiamas į pagrindinį žiedą.

Daugelis stipriausių magnetų sulaiko daleles greitintuvo viduje. Ir didelio tikslumo prietaisai fiksuoja dalelių judėjimą, nes susidūrimas įvyksta per sekundės dalį.

Greitintuvo darbo organizavimą vykdo CERN (Organization for Nuclear Research).

Dėl to po didžiulių pastangų ir finansinių investicijų 2012 metų liepos 4 dieną CERN oficialiai paskelbė, kad buvo rastas Higso bozonas. Žinoma, kai kurios praktikoje rastos bozono savybės skiriasi nuo teorinių aspektų, tačiau mokslininkams nekyla abejonių dėl Higso bozono „tikroviškumo“.

Kodėl jums reikia BAC?

Kuo LHC naudingas paprastiems žmonėms? Moksliniai atradimai, susiję su Higso bozono atradimu ir kvarkų tyrimais, ateityje gali sukelti naują mokslo ir technologijų revoliuciją.

Pirma, kadangi masė yra ramybės būsenos energija (apytiksliai tariant), ateityje materiją galima paversti energija. Tada nekils problemų su energija, vadinasi, bus galima keliauti į tolimas planetas. Ir tai yra žingsnis tarpžvaigždinių kelionių link ...

Antra, kvantinės gravitacijos tyrimas leis ateityje kontroliuoti gravitaciją. Tačiau tai įvyks negreit, nes gravitonai dar nėra labai gerai suprantami, todėl gravitaciją valdantis prietaisas gali būti nenuspėjamas.

Trečia, atsiranda galimybė M-teoriją (stygų teorijos išvestinę) suprasti išsamiau. Ši teorija teigia, kad visata susideda iš 11 matmenų. M teorija teigia esanti „visko teorija“, o tai reiškia, kad jos tyrimas leis mums geriau suprasti visatos struktūrą. Kas žino, gal ateityje žmogus išmoks judėti ir daryti įtaką kitoms dimensijoms.

LHC ir pasaulio pabaiga

Daugelis žmonių teigia, kad LHC darbas gali sunaikinti žmoniją. Paprastai apie tai kalba žmonės, kurie menkai išmano fiziką. LHC paleidimas buvo daug kartų atidėtas, tačiau 2008 m. rugsėjo 10 d. jis vis dėlto buvo paleistas. Tačiau verta paminėti, kad LHC niekada nebuvo pagreitintas iki pilnos galios. Mokslininkai planuoja LHC visu pajėgumu paleisti 2014 m. gruodžio mėn. Pažvelkime į galimas pasaulio pabaigos priežastis ir kitus gandus...

1. Juodosios skylės kūrimas

Juodoji skylė yra didžiulė gravitacijos žvaigždė, kuri pritraukia ne tik materiją, bet ir šviesą, ir net laiką. Juodoji skylė negali atsirasti iš niekur, todėl CERN mokslininkai mano, kad tikimybė, kad atsiras stabili juodoji skylė, yra itin maža. Tačiau tai įmanoma. Dalelėms susidūrus gali susidaryti mikroskopinė juodoji skylė, kurios dydžio užtenka mūsų planetai sunaikinti per porą metų (ar greičiau). Tačiau žmonija neturėtų bijoti, nes dėl Hokingo spinduliuotės juodosios skylės greitai praranda savo masę ir energiją. Nors tarp mokslininkų yra pesimistų, manančių, kad greitintuvo viduje esantis stiprus magnetinis laukas neleis juodajai skylei suirti. Dėl to tikimybė, kad bus sukurta juodoji skylė, kuri sunaikins planetą, yra labai maža, tačiau tokia galimybė yra.

2. „tamsiosios materijos“ susidarymas

Ji taip pat yra „keista materija“, keistuolis (keistas lašelis), „keistas“. Tai materija, kuri, susidūrusi su kita materija, paverčia ją panašia. Tie. susidūrus keistuoliui ir paprastam atomui, susidaro du keistuoliai, kurie sukelia grandininę reakciją. Jei tokia medžiaga atsiras greitintuve, žmonija bus sunaikinta per kelias minutes. Tačiau tikimybė, kad taip nutiks, yra tokia pat maža, kaip juodosios skylės susidarymas.

3. Antimedžiaga

Versija, susijusi su tuo, kad veikiant greitintuvui, gali atsirasti toks antimedžiagos kiekis, kuris sunaikins planetą, atrodo kliedesiškiausiai. Ir esmė net ne ta, kad antimedžiagos susidarymo tikimybė labai maža, o tai, kad žemėje jau yra antimedžiagos mėginių, saugomų specialiuose konteineriuose, kur nėra gravitacijos. Mažai tikėtina, kad Žemėje atsiras toks antimedžiagos kiekis, kuris sugebės sunaikinti planetą.

išvadas

Daugelis Rusijos gyventojų net nežino, kaip taisyklingai parašyti frazę „Didysis hadronų greitintuvas“, jau nekalbant apie jų žinojimą apie jo paskirtį. O kai kurie pseudopranašai teigia, kad Visatoje nėra protingų civilizacijų, nes kiekviena civilizacija, pasiekusi mokslo pažangą, sukuria susidūrėją. Tada susidaro juodoji skylė, naikinanti civilizaciją. Iš čia jie paaiškina daugybę masyvių juodųjų skylių galaktikų centre.

Tačiau yra ir manančių, kad LHC turėtume paleisti kuo greičiau, antraip ateivių atvykimo metu jie mus sugaus, nes laiko laukiniais.

Galų gale vienintelė galimybė sužinoti, ką mums atneš LHC, yra tiesiog laukti. Anksčiau ar vėliau vis tiek sužinome, kas mūsų laukia: destrukcija ar progresas.


Naujausi mokslo ir technikos patarimai:

Ar šis patarimas jums padėjo? Padėti projektui galite paaukodami bet kokią norimą sumą jo plėtrai. Pavyzdžiui, 20 rublių. Arba daugiau:)

Tai ieškoma būdų, kaip sujungti dvi pagrindines teorijas – GR (apie gravitaciją) ir SM (standartinį modelį, jungiantį tris pagrindines fizines sąveikas – elektromagnetinę, stipriąją ir silpnąją). Rasti sprendimą prieš sukuriant LHC trukdė sunkumai kuriant kvantinės gravitacijos teoriją.

Šios hipotezės konstravimas apima dviejų fizikinių teorijų – kvantinės mechanikos ir bendrosios reliatyvumo teorijos – derinį.

Tam vienu metu buvo naudojami keli populiarūs ir būtini metodai šiais laikais - stygų teorija, brano teorija, supergravitacijos teorija, taip pat kvantinės gravitacijos teorija. Prieš statant greitintuvą, pagrindinė problema atliekant reikiamus eksperimentus buvo energijos trūkumas, kurio neįmanoma pasiekti naudojant kitus šiuolaikinius dalelių greitintuvus.

Ženevos LHC suteikė mokslininkams galimybę atlikti anksčiau neįmanomus eksperimentus. Manoma, kad artimiausiu metu aparato pagalba bus patvirtinta arba paneigta daugybė fizikinių teorijų. Viena problemiškiausių yra supersimetrijos arba stygų teorija, kuri ilgą laiką fizinius dalijo į dvi stovyklas – „styginius“ ir jų varžovus.

Kiti pagrindiniai eksperimentai, atlikti kaip LHC darbo dalis

Taip pat įdomūs mokslininkų tyrimai, tiriantys viršutinius kvarkus, kurie yra daugiausiai kvarkų ir sunkiausi (173,1 ± 1,3 GeV / c²) iš visų šiuo metu žinomų elementariųjų dalelių.

Dėl šios savybės dar prieš LHC sukūrimą mokslininkai galėjo stebėti kvarkus tik prie Tevatron greitintuvo, nes kitiems įrenginiams tiesiog nepakako galios ir energijos. Savo ruožtu kvarkų teorija yra svarbus sensacingos Higgso bozono hipotezės elementas.

Visus mokslinius kvarkų kūrimo ir savybių tyrimus mokslininkai atlieka aukščiausioje LHC kvarkų-antikvarko garų pirtyje.

Svarbus Ženevos projekto tikslas taip pat yra elektrosilpnosios simetrijos mechanizmo tyrimo procesas, kuris taip pat susijęs su eksperimentiniu Higso bozono egzistavimo įrodymu. Jei problemą apibrėžtume tiksliau, tai tyrimo objektas yra ne tiek pats bozonas, kiek Peterio Higgso numatytas elektrosilpnos sąveikos simetrijos pažeidimo mechanizmas.

LHC taip pat atlieka eksperimentus, ieškodamas supersimetrijos – ir norimas rezultatas bus ir teorijos, kad bet kurią elementariąją dalelę visada lydi sunkesnis partneris, įrodymas, ir jos paneigimas.

Keletas faktų apie Didįjį hadronų greitintuvą, kaip ir kodėl jis buvo sukurtas, kam jis naudingas ir kokį potencialų pavojų žmonijai kelia.

1. LHC, arba Didysis hadronų greitintuvas, buvo sumanytas statyti dar 1984 m., o pradėtas tik 2001 m. Po penkerių metų, 2006 m., daugiau nei 10 tūkstančių inžinierių ir mokslininkų iš įvairių šalių pastangomis buvo pastatyta buvo baigtas statyti Didysis hadronų greitintuvas.

2. LHC yra didžiausias eksperimentinis objektas pasaulyje.

3. Taigi kodėl didelis hadronų greitintuvas?
Dideliu jis buvo pavadintas dėl solidaus dydžio: pagrindinio žiedo, kuriuo varomos dalelės, ilgis siekia apie 27 km.
Hadronas – kadangi diegimas pagreitina hadronus (daleles, susidedančias iš kvarkų).
Collider – dėl priešinga kryptimi greitėjančių dalelių pluoštų, kurie specialiuose taškuose susiduria vienas su kitu.

4. Kam skirtas Didysis hadronų greitintuvas? LHC yra itin modernus tyrimų centras, kuriame mokslininkai atlieka eksperimentus su atomais, dideliu greičiu sustumdami jonus ir protonus. Mokslininkai tikisi mokslinių tyrimų pagalba pakelti šydą nuo visatos atsiradimo paslapčių.

5. Šis projektas mokslo bendruomenei kainavo astronominę 6 milijardų dolerių sumą. Beje, Rusija į LHC delegavo 700 specialistų, kurie dirba iki šiol. LHC užsakymai Rusijos įmonėms atnešė apie 120 mln.

6. Be jokios abejonės, pagrindinis LHC atradimas yra 2012 m. atrastas Higso bozonas arba, kaip jis dar vadinamas „Dievo dalelėmis“. Higso bozonas yra paskutinė standartinio modelio grandis. Kitas reikšmingas įvykis Bake yra rekordinė susidūrimo energijos vertė – 2,36 teraelektronvoltai.

7. Kai kurie mokslininkai, įskaitant esančius Rusijoje, mano, kad dėl didelio masto eksperimentų CERN (Europos branduolinių tyrimų organizacijoje, kur iš tikrųjų yra susidūrimo įrenginys), mokslininkai galės sukurti pirmąją pasaulyje laiko mašiną. Tačiau dauguma mokslininkų nepritaria kolegų optimizmui.

8. Pagrindinės žmonijos baimės dėl galingiausio planetos greitintuvo yra pagrįstos pavojumi, gresiančiu žmonijai dėl mikroskopinių juodųjų skylių, galinčių užfiksuoti aplinkinę medžiagą, susidarymo. Yra dar viena potenciali ir itin pavojinga grėsmė – juostelių atsiradimas (pagamintas iš „Strange droplet“), kurios, hipotetiškai, gali susidurti su atomo branduoliu ir suformuoti vis daugiau naujų strypelių, transformuojančių visos Visatos materiją. Tačiau dauguma gerbiamų mokslininkų teigia, kad toks rezultatas mažai tikėtinas. Bet teoriškai tai įmanoma

9. 2008 metais CERN į teismą padavė du Havajų valstijos gyventojai. Jie apkaltino CERN bandymu padaryti galą žmonijai per aplaidumą, reikalaudami iš mokslininkų saugumo garantijų.

10. Didysis hadronų greitintuvas yra Šveicarijoje, netoli Ženevos. CERN yra muziejus, kuriame lankytojams aiškiai paaiškinami greitintuvo veikimo principai ir kodėl jis buvo pastatytas.

11 . Ir galiausiai, šiek tiek įdomus faktas. Sprendžiant iš „Yandex“ užklausų, daugelis žmonių, ieškančių informacijos apie Didįjį hadronų greitintuvą, nežino, kaip parašyti greitintuvo pavadinimą. Pavyzdžiui, jie rašo „andron“ (ir ne tik rašo, ko verti NTV reportažai su jų andronų greitintuvu), kartais rašo „android“ (imperija smogia atgal). Buržuaziniame tinkle jie taip pat neatsilieka ir vietoj „hadrono“ į paieškos sistemą įveda „hardon“ (stačiatikių kalboje hard-on yra pakilimas). Įdomi rašyba baltarusiškai yra „Vyaliki hadronny paskaralnik“, o tai reiškia „didelis hadrono greitintuvas“.

Hadronų greitintuvas. Nuotrauka

Europos branduolinių tyrimų centras arba tiesiog CERN – tai vieta, kur Nobelio fizikos premijos laureatas gali lengvai papietauti šalia jūsų valgomajame. Jis visame pasaulyje žinomas dėl galingiausio dalelių greitintuvo – didelio hadronų greitintuvo. Po beveik dešimties metų darbo laikas apžvelgti – ar vienas ambicingiausių mūsų laikų mokslo projektų pateisino mokslininkų viltis?

2008 metais mokiausi dešimtoje klasėje. Nepaisant to, kad tais metais dar visai nesidomėjau fizika, jaudulio banga manęs aplenkti negalėjo: iš kiekvienos geležies trimitavo, kad tuoj bus paleista „pasaulio pabaigos mašina“. Kad kai tik Labai svarbus direktorius pakels jungiklį, atsiras juodoji skylė ir mes visi baigsime. Oficialaus Didžiojo hadronų greitintuvo paleidimo dieną kai kurie mokytojai net leido per pamokas žiūrėti reportažą iš įvykio vietos.

Blogiausia neįvyko. Apskritai nieko neįvyko – pakeltas jungiklis, kompiuterio ekrane šokinėjo paprastam pasauliečiui nesuprantami skaičiai, o mokslininkai pradėjo švęsti. Apskritai, kodėl jie tai pradėjo, nebuvo aišku.

Be jokios abejonės, be Didžiojo hadronų greitintuvo mokslininkai nebūtų galėję padaryti kai kurių reikšmingų atradimų – įskaitant Higso bozono atradimą. Bet ar pavyks įgyvendinti viską, kas suplanuota, ir ar dar yra LHC perspektyvų - mes apie tai pasakysime.

DELPHI eksperimentas dideliame elektronų-pozitronų greitintuve

Didysis brolis: didelis elektronų-pozitronų greitintuvas

XX amžiaus aštuntojo dešimtmečio pabaigoje elementariųjų dalelių fizika vystėsi nepaprastai greitai. Norint patikrinti standartinio modelio prognozes 1976 m., Europos branduolinių tyrimų centre (CERN, prancūzų CERN) buvo pasiūlytas Didžiojo elektronų-pozitronų greitintuvo (BEP arba LEP – iš angliško didelio elektronų ir pozitronų greitintuvo) projektas. - Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) . Tarp daugybės skirtingų konfigūracijų buvo pasirinkta būsimo eksperimento vieta 27 kilometrų ilgio požeminiame tunelyje. Jis turėjo pagreitinti elektronus ir pozitronus iki dešimčių ir šimtų gigaelektronvoltų energijos: susidūrimo pluoštai susikirto keturiuose taškuose, kur vėliau buvo atlikti ALEPH, DELPHI, OPAL ir L3 eksperimentai.

Fizikų požiūriu, energijos niekada neužtenka: įgyvendinimui pasirinktas BEP variantas buvo kompromisas tarp sąnaudų ir galios; Taip pat buvo svarstomi didesnio ilgio tuneliai, galintys stipriau pagreitinti daleles. Gauta energija galėjo būti panaudota Standartiniam modeliui išbandyti, tačiau buvo per maža, kad būtų galima ieškoti vadinamosios „naujosios fizikos“ – reiškinių, kurių nenumato jo dėsniai. Tokiems tikslams kur kas geriau tinka hadronų greitintuvai – sudėtinių dalelių, tokių kaip protonai, neutronai ir atomų branduoliai, greitintuvai. Dar 1977 m., tuo metu, kai buvo svarstomas BEP, tuometinis CERN direktorius Johnas Adamsas pasiūlė tunelį padaryti platesnį ir jame vienu metu patalpinti abu greitintuvus – ir elektronų-pozitroną, ir hadroninį greitintuvą. Tačiau galutinius sprendimus priimanti taryba šią idėją atmetė, o 1981 metais buvo patvirtintas Didžiojo elektronų-pozitronų greitintuvo projektas.

Didžiojo hadronų greitintuvo tunelis

Pakeistas LHC

BEP dirbo daugiau nei dešimt metų: nuo 1989 iki 2000 m. Tam laikui priklauso nemažai reikšmingų eksperimentų, tokių kaip prognozuojamų silpnosios sąveikos nešėjų – W ir Z bozonų – masių patvirtinimas, taip pat įvairių Standartinio modelio parametrų matavimas precedento neturinčiu tikslumu. O jau 1984 m. buvo surengta konferencija „Didysis hadronų greitintuvas LEP tunelyje“, skirta naujo greitintuvo pastatymui nutraukus jo pirmtako darbą.

1991 m. pagaliau buvo patvirtintas Didžiojo hadronų greitintuvo (LHC arba LHC - iš angliško Large Hadron Collider) projektas, kurio pagalba buvo planuojama pasiekti 14 teraelektronvoltų bendrą susidūrimo dalelių energiją, tai yra šimtą kartų didesnis nei sukurtas Didysis elektronų-pozitronų greitintuvas.

1992 metais buvo surengtas pasitarimas dėl Didžiojo hadronų greitintuvo mokslinės programos: iš viso gauta dvylika paraiškų įvairiems eksperimentams, kuriuos būtų galima statyti keturių spindulių susidūrimo taškų vietoje. Vėlesniais metais buvo patvirtinti du bendrieji eksperimentai – ATLAS ir CMS, ALICE eksperimentas sunkiųjų jonų ir LHCb tyrimams, skirtas dalelių, turinčių b-kvarkų, fizikai. Didysis hadronų greitintuvas pradėtas statyti 2000 m., o pirmieji spinduliai buvo gauti jau 2008 m.: nuo tada ir iki šių dienų, be numatyto išjungimo, LHC greitina daleles ir renka duomenis darbo režimu.

Rusija CERN

Rusijos Federacija nuo 1993 metų yra stebėtoja CERN, kuri suteikia savo atstovams teisę dalyvauti posėdžiuose, tačiau nesuteikia teisės balsuoti priimant svarbius sprendimus. 2012 metais Rusijos Federacijos Vyriausybės vardu buvo paskelbtas pareiškimas apie Rusijos Federacijos ketinimą tapti asocijuota CERN nare, kuriam kol kas nebuvo pritarta.

Iš viso apie 700 Rusijos mokslininkų iš dvylikos mokslinių organizacijų, tokių kaip Jungtinis branduolinių tyrimų institutas, Rusijos tyrimų centras Kurchatovo institutas, Rusijos mokslų akademijos Branduolinių tyrimų institutas ir Maskvos valstybinis universitetas, pavadintas M.V. Lomonosovas.

Didžiojo hadronų greitintuvo įpurškimo grandinė

Koks yra greitinančių dalelių pranašumas?

Didžiojo hadronų greitintuvo darbo schema susideda iš daugelio etapų. Prieš patekdamos tiesiai į LHC, dalelės pereina keletą išankstinių pagreičių etapų: tokiu būdu jos įgyja greitį greičiau ir tuo pačiu su mažiau energijos. Pirma, tiesiniame greitintuve LINAC2 protonai arba branduoliai pasiekia 50 megaelektronvoltų energiją; tada jie pakaitomis patenka į Booster Synchrotron (PSB), Proton Synchrotron (PS) ir Proton Super Synchrotron (SPS), o įpurškimo į greitintuvą momentu bendra dalelių energija yra 450 gigaelektronvoltų.

Be pagrindinių keturių eksperimentų Didžiojo hadronų greitintuvo tunelyje, išankstinio greitintuvo sistema yra vieta daugiau nei dešimčiai eksperimentų, kuriems nereikia tokios didelės dalelių energijos. Tai visų pirma NA61/SHINE eksperimentas, tiriantis sunkiųjų jonų sąveikos su fiksuotu taikiniu parametrus; ISOLDE eksperimentas, tiriantis atomų branduolių savybes, ir AEGIS, tiriantis Žemės gravitacinį pagreitį naudojant antivandenilį.

Dievo dalelės ir naujos fizikos paieškos

Dar pačioje pradžioje, kūrimo etape, buvo paskelbta ambicinga mokslinė Didžiojo hadronų greitintuvo programa. Visų pirma, dėl BEP gautų indikacijų buvo planuojama ieškoti Higso bozono – tuo metu dar hipotetinio Standartinio modelio komponento, atsakingo už visų dalelių masę. Į mokslininkų planus įtraukta supersimetrinio Higso bozono ir jo superpartnerių, įtrauktų į minimalų supersimetrinį standartinio modelio išplėtimą, paieška.

Apskritai, kaip atskira kryptis, buvo numatyta ieškoti ir išbandyti „naujosios fizikos“ modelius. Norint patikrinti supersimetriją, kurioje kiekvienas bozonas yra susietas su fermionu, ir atvirkščiai, reikėjo ieškoti atitinkamų partnerių standartinio modelio dalelėms. Norint išbandyti teorijas su papildomais erdviniais matmenimis, tokias kaip stygų teorija ar M teorija, buvo paskelbta galimybė nustatyti mūsų pasaulio matmenų skaičiaus ribas. Būtent nukrypimų nuo Standartinio modelio paieška buvo svarstoma ir iki šiol laikoma viena iš pagrindinių LHC užduočių.

Mažiau aktualios problemos: kvarko-gliuono plazmos tyrimas ir CP invariancijos pažeidimas

Viršutinis kvarkas, sunkiausias iš šešių standartinio modelio kvarkų, dėl itin didelės 173 gigaelektronvoltų masės buvo pastebėtas tik prieš Didįjį hadronų greitintuvą Tevatron akceleratoriuje Enrico Fermi nacionalinėje greitintuvo laboratorijoje JAV. Per susidūrimus LHC dėl savo galios buvo tikimasi daugybės aukščiausių kvarkų gimimo, o tai mokslininkus domino dviem aspektais. Pirmasis buvo susijęs su dalelių hierarchijos tyrimu: šiuo metu yra trys kvarkų kartos (viršutinis kvarkas baigė trečią), tačiau gali būti, kad jų vis dar yra daugiau. Kita vertus, Higso bozono susidarymas viršutinio kvarko irimo metu buvo laikomas pagrindiniu jo eksperimentinio aptikimo metodu.

1964 metais buvo aptiktas kombinuoto CP invariancijos pažeidimas (iš anglų kalbos „charge“ – krūvis ir „parity“ – parity), kuris atitinka veidrodinį mūsų pasaulio vaizdą su visišku visų dalelių pakeitimu atitinkamomis antidalelėmis. Šis faktas vaidina svarbų vaidmenį Visatos formavimosi teorijose, kurios bando paaiškinti, kodėl visa mūsų materija susideda iš materijos, o ne iš antimedžiagos. Be kita ko, CP pariteto pažeidimas pasireiškia B-mezonų elgesiu - dalelėmis, kurių aktyvi gamyba buvo manoma susidūrimų LHC procese, o su jų pagalba mokslininkai tikėjosi išsiaiškinti jų priežastis. šis reiškinys.

Didžiojo hadronų greitintuvo veikimas sunkiųjų branduolių susidūrimo režimu turėjo lemti kvarko-gliuono plazmos būsenos rekonstrukciją, kuri, remiantis šiuolaikinėmis koncepcijomis, stebima praėjus 10–5 sekundėms po Didžiojo sprogimo – būsena. taip „karšta", kad kvarkai ir gliuonai nesąveikauja vienas su kitu. kitą ir nesudaro dalelių bei branduolių, kaip būna normalioje būsenoje. Kvarko-gliuono plazmos atsiradimo ir aušinimo procesų supratimas yra būtinas tiriant kvantinės chromodinamikos, fizikos šakos, atsakingos už stiprių sąveikų apibūdinimą, procesus.

Higso bozono atradimo ATLAS eksperimente schema

Naujų dalelių atradimas LHC

Taigi, kuo Didysis hadronų greitintuvas gali pasigirti visą dešimtmetį savo darbo?

Pirmiausia, žinoma, garsiausias iš atradimų yra 2012 m. liepos mėn. atrastas Higso bozonas, kurio masė siekia 126 gigaelektronvoltus. Vos po metų Peteris Higgsas ir François Engleris buvo apdovanoti Nobelio fizikos premija už teorinį „Dievo dalelės“, atsakingos už visos visatos materijos masę, egzistavimą. Tačiau dabar fizikų laukia nauja užduotis – suprasti, kodėl norimas bozonas turi tokią masę; taip pat tęsiasi supersimetrinių Higso bozono partnerių paieškos.

2015 metais LHCb eksperimentu buvo aptikti stabilūs pentakvarkai – dalelės, susidedančios iš penkių kvarkų, o po metų – kandidatės į tetrakvarkų vaidmenį – dalelės, susidedančios iš dviejų kvarkų ir dviejų antikvarkų. Iki šiol buvo manoma, kad stebimas daleles sudaro ne daugiau kaip trys kvarkai, o fizikai dar turi patobulinti teorinį modelį, kuris apibūdintų tokias būsenas.

Vis dar atitinka standartinį modelį

Fizikai tikėjosi, kad LHC sugebės išspręsti supersimetrijos problemą - arba visiškai ją paneigti, arba paaiškinti, kuria kryptimi verta judėti, nes tokiam standartinio modelio išplėtimui yra daugybė variantų. Iki šiol nepavyko padaryti nei vieno, nei kito: supersimetrinių modelių parametrams mokslininkai taiko įvairius apribojimus, kurie gali išravėti paprasčiausius variantus, tačiau globalių problemų tikrai neišsprendžia.

Taip pat nebuvo jokių aiškių fizikinių procesų už standartinio modelio ribų požymių, kuriais tikriausiai tikėjosi dauguma mokslininkų. Tačiau verta paminėti, kad LHCb eksperimentas taip pat parodė, kad B-mezonas, sunkioji dalelė, kurioje yra b-kvarkas, nesuyra taip, kaip numato standartinis modelis. Toks elgesys pats savaime gali pasitarnauti, pavyzdžiui, kaip kito neutralaus silpnosios sąveikos nešėjo – Z’ bozono – egzistavimo požymis. Kol kas mokslininkai rengia eksperimentinių duomenų rinkinį, kuris apribos įvairius egzotiškus scenarijus.

Galima būsimo 100 kilometrų greitintuvo schema

Laikas pradėti kasti naują tunelį?

Ar Didysis hadronų greitintuvas galėtų pateisinti į jį investuotas pastangas ir lėšas? Be jokios abejonės, nors iki šiol ne visi dešimtmečiui užsibrėžti tikslai pasiekti. Šiuo metu vyksta antrasis greitintuvo veikimo etapas, po kurio bus atliktas numatytas įrengimas ir prasidės trečiasis duomenų rinkimo etapas.

Mokslininkai nepraranda vilties padaryti kitus puikius atradimus ir jau planuoja naujus susidūrimus, pavyzdžiui, kurių tunelio ilgis siekia net 100 kilometrų.