Karte ar uzzīmētu Collider atrašanās vietu

Lai tālāk apvienotu fundamentālās mijiedarbības vienā teorijā, tiek izmantotas dažādas pieejas: stīgu teorija, kas tika izstrādāta M-teorijā (brāna teorija), supergravitācijas teorija, cilpas kvantu gravitācija utt. Dažām no tām ir iekšējas problēmas, un nevienai no tām nav eksperimentāls apstiprinājums. Problēma ir tā, ka, lai veiktu atbilstošos eksperimentus, ir nepieciešamas enerģijas, kas nav sasniedzamas ar mūsdienu daļiņu paātrinātājiem.

LHC ļaus veikt eksperimentus, kurus iepriekš nebija iespējams veikt, un, iespējams, apstiprinās vai atspēkos dažas no šīm teorijām. Tātad ir vesela virkne fizikālu teoriju, kuru izmēri ir lielāki par četriem, kas liecina par "supersimetrijas" esamību – piemēram, stīgu teorija, ko dažkārt dēvē par superstīgu teoriju tieši tāpēc, ka bez supersimetrijas tā zaudē savu fizisko nozīmi. Tādējādi supersimetrijas esamības apstiprinājums būtu netiešs šo teoriju patiesuma apstiprinājums.

Top kvarku pētījums

Būvniecības vēsture

27 km garais pazemes tunelis, kas paredzēts LHC pastiprinātāja izvietošanai

Lielā hadronu paātrinātāja projekta ideja radās 1984. gadā un oficiāli tika apstiprināta desmit gadus vēlāk. Tā celtniecība tika uzsākta 2001. gadā pēc iepriekšējā paātrinātāja - Lielā elektronu-pozitronu paātrinātāja - darbu pabeigšanas.

Paātrinātājs paredz, ka krītošo daļiņu masas sistēmas centrā jāsaduras protoni ar kopējo enerģiju 14 TeV (tas ir, 14 teraelektronvolti vai 14 10 12 elektronvolti), kā arī svina kodoli ar enerģiju 5,5 GeV ( 5,5 10 9 elektronvolti) katram sadursmes nukleonu pārim. Tādējādi LHC būs vislielākās enerģijas elementārdaļiņu paātrinātājs pasaulē, kas enerģētikā par lielumu apsteidz savus tuvākos konkurentus - protonu-antiprotonu paātrinātāju Tevatron, kas šobrīd darbojas Nacionālajā paātrinātāju laboratorijā. Enriko Fermi (ASV) un RHIC relativistiskais smago jonu paātrinātājs Brūkhavenas laboratorijā (ASV).

Paātrinātājs atrodas tajā pašā tunelī, kuru agrāk aizņēma lielais elektronu-pozitronu paātrinātājs. Tunelis ar apkārtmēru 26,7 km tika ieklāts aptuveni simts metru dziļumā pazemē Francijā un Šveicē. Lai saturētu un koriģētu protonu starus, tiek izmantoti 1624 supravadošie magnēti, kuru kopējais garums pārsniedz 22 km. Pēdējais tunelī tika uzstādīts 2006. gada 27. novembrī. Magnēti darbosies 1,9 K (-271°C) temperatūrā. 2006. gada 19. novembrī tika pabeigta īpašas kriogēnās līnijas izbūve dzesēšanas magnētiem.

Pārbaudes

Specifikācijas

Daļiņu paātrināšanas process paātrinātājā

Daļiņu ātrums LHC uz sadursmes stariem ir tuvu gaismas ātrumam vakuumā. Daļiņu paātrināšana līdz tik lieliem ātrumiem tiek panākta vairākos posmos. Pirmajā posmā zemas enerģijas Linac 2 un Linac 3 lineārie paātrinātāji injicē protonus un svina jonus turpmākam paātrinājumam. Pēc tam daļiņas nonāk PS pastiprinātājā un pēc tam pašā PS (protonu sinhrotronā), iegūstot 28 GeV enerģiju. Pēc tam daļiņu paātrinājums turpinās SPS (Proton Super Synchrotron), kur daļiņu enerģija sasniedz 450 GeV. Pēc tam stars tiek novirzīts uz galveno 26,7 kilometru gredzenu un sadursmes vietās detektori fiksē notiekošos notikumus.

Elektrības patēriņš

Kolidera darbības laikā paredzamais enerģijas patēriņš būs 180 MW. Paredzamās enerģijas izmaksas visam Ženēvas kantonam. CERN pati neražo enerģiju, izmantojot tikai gaidstāves dīzeļģeneratorus.

Izkliedētā skaitļošana

Lai kontrolētu, uzglabātu un apstrādātu datus, kas nāks no LHC akseleratora un detektoriem, tiek izveidots sadalīts skaitļošanas tīkls LCG. L HC C omputing G RID ), izmantojot režģa tehnoloģiju. Dažiem skaitļošanas uzdevumiem tiks iesaistīts izplatīts skaitļošanas projekts [aizsargāts ar e-pastu].

Nekontrolēti fiziskie procesi

Daži eksperti un sabiedrības pārstāvji pauž bažas par to, ka pastāv nulles varbūtība, ka koliderā veiktie eksperimenti izkļūs nekontrolējami un attīstīsies ķēdes reakcija, kas noteiktos apstākļos teorētiski var iznīcināt visu planētu. Ar LHC darbību saistīto katastrofu scenāriju piekritēju viedoklis ir izklāstīts atsevišķā tīmekļa vietnē. Šo sajūtu dēļ LHC dažreiz tiek atšifrēts kā Pēdējais Hadronu paātrinātājs ( Pēdējais Hadronu paātrinātājs).

Šajā sakarā visbiežāk tiek pieminēta teorētiskā iespējamība, ka koliderā varētu rasties mikroskopiski melnie caurumi, kā arī teorētiskā iespēja veidoties antimateriāla recekļi un magnētiskie monopoli, kam sekos apkārtējās vielas uztveršanas ķēdes reakcija.

Šīs teorētiskās iespējas izskatīja īpaša CERN grupa, kas sagatavoja attiecīgu ziņojumu, kurā visas šādas bailes atzītas par nepamatotām. Angļu teorētiskais fiziķis Adrians Kents publicēja zinātnisku rakstu, kurā kritizēja CERN pieņemtos drošības standartus, jo sagaidāmais kaitējums, tas ir, notikuma varbūtības reizinājums ar upuru skaitu, viņaprāt, nav pieļaujams. Tomēr LHC katastrofas scenārija iespējamības maksimālais augšējais novērtējums ir 10 -31 .

Kā galvenie argumenti par labu katastrofu scenāriju nepamatotībai tiek minēti fakts, ka Zemi, Mēnesi un citas planētas pastāvīgi bombardē kosmisko daļiņu plūsmas ar daudz augstāku enerģiju. Tiek pieminēta arī iepriekš ekspluatācijā nodoto paātrinātāju veiksmīgā darbība, tostarp Relativistic Heavy Ion Collider RHIC Brukhavenā. Mikroskopisku melno caurumu veidošanās iespējamību CERN speciālisti nenoliedz, tomēr tiek norādīts, ka mūsu trīsdimensiju telpā šādi objekti var parādīties tikai pie enerģijām, kas ir par 16 kārtām lielākas par staru enerģiju LHC. . Hipotētiski, mikroskopiski melnie caurumi var parādīties eksperimentos LHC, prognozējot teorijas ar papildu telpiskajiem izmēriem. Šādām teorijām vēl nav nekādu eksperimentālu pierādījumu. Tomēr, pat ja melnie caurumi rodas daļiņu sadursmēs LHC, sagaidāms, ka tie būs ārkārtīgi nestabili Hokinga starojuma dēļ un gandrīz acumirklī iztvaikos parastu daļiņu veidā.

2008. gada 21. martā Valters Vāgners iesniedza prasību Havaju salu (ASV) federālajā apgabaltiesā. Valters L. Vāgners) un Luiss Sančo (inž. Luiss Sančo), kurā viņi, apsūdzot CERN mēģinājumā sarīkot pasaules galu, pieprasa aizliegt kolidera palaišanu, līdz tiks garantēta tā drošība.

Salīdzinājums ar dabiskajiem ātrumiem un enerģijām

Paātrinātājs ir paredzēts tādu daļiņu kā hadronu un atomu kodolu sadursmei. Tomēr ir dabiski daļiņu avoti, kuru ātrums un enerģija ir daudz lielāka nekā koliderā (sk.: Zevatron). Šādas dabiskās daļiņas ir atrodamas kosmiskajos staros. Planētas Zeme virsma ir daļēji aizsargāta no šiem stariem, bet, ejot cauri atmosfērai, kosmisko staru daļiņas saduras ar gaisa atomiem un molekulām. Šo dabisko sadursmju rezultātā Zemes atmosfērā dzimst daudzas stabilas un nestabilas daļiņas. Tā rezultātā dabiskais radiācijas fons uz planētas ir pastāvējis daudzus miljonus gadu. Tas pats (elementārdaļiņu un atomu sadursme) notiks arī LHC, bet ar mazāku ātrumu un enerģiju, un daudz mazākos daudzumos.

mikroskopiski melnie caurumi

Ja elementārdaļiņu sadursmes laikā var izveidoties melnie caurumi, tie arī sadalīsies elementārdaļiņās saskaņā ar CPT nemainīguma principu, kas ir viens no kvantu mehānikas pamatprincipiem.

Turklāt, ja hipotēze par stabilu melno mikrocaurumu esamību būtu pareiza, tad tie veidotos lielos daudzumos Zemes bombardēšanas rezultātā ar kosmiskām elementārdaļiņām. Bet lielākajai daļai augstas enerģijas elementārdaļiņu, kas ierodas no kosmosa, ir elektriskais lādiņš, tāpēc daži melnie caurumi būtu elektriski uzlādēti. Šos lādētos melnos caurumus notvertu Zemes magnētiskais lauks un, ja tie būtu patiešām bīstami, tie jau sen būtu iznīcinājuši Zemi. Schwimmer mehānisms, kas padara melnos caurumus elektriski neitrālus, ir ļoti līdzīgs Hokinga efektam un nevar darboties, ja Hokinga efekts nedarbojas.

Turklāt jebkurus melnos caurumus, lādētus vai elektriski neitrālus, notvertu baltie punduri un neitronu zvaigznes (kuras, tāpat kā Zemi, bombardē kosmiskais starojums) un tos iznīcina. Rezultātā balto punduru un neitronu zvaigžņu mūžs būtu daudz īsāks nekā faktiski novērots. Turklāt iznīcināmi baltie punduri un neitronu zvaigznes emitētu papildu starojumu, kas faktiski netiek novērots.

Visbeidzot, teorijas ar papildu telpiskajiem izmēriem, kas paredz mikroskopisku melno caurumu rašanos, nav pretrunā eksperimentālajiem datiem tikai tad, ja papildu dimensiju skaits ir vismaz trīs. Bet ar tik daudzām papildu dimensijām ir jāpaiet miljardiem gadu, pirms melnais caurums nodara būtisku kaitējumu Zemei.

Strapelki

Eduards Būs, fizikas un matemātikas zinātņu doktors no Maskavas Valsts universitātes Kodolfizikas pētniecības institūta, pauž pretējus uzskatus, noliedzot makroskopisku melno caurumu rašanos LHC un līdz ar to arī "tārpu caurumus" un ceļošanu laikā.

Piezīmes

  1. Labākais ceļvedis LHC (angļu valodā) 30. lpp.
  2. LHC: galvenie fakti. "Lielās zinātnes elementi". Skatīts 2008. gada 15. septembrī.
  3. Tevatron Electroweak darba grupa, augstākā apakšgrupa
  4. LHC sinhronizācijas pārbaude ir veiksmīga
  5. Otrais iesmidzināšanas sistēmas tests bija ar pārtraukumiem, taču mērķis tika sasniegts. "Lielās zinātnes elementi" (2008. gada 24. augusts). Skatīts 2008. gada 6. septembrī.
  6. LHC pagrieziena diena ātri sākas
  7. Pirmais stars LHC paātrinošajā zinātnē.
  8. LHC komandas misija pabeigta. physicsworld.com. Skatīts 2008. gada 12. septembrī.
  9. LHC tiek palaists stabils cirkulējošs stars. "Lielās zinātnes elementi" (12.09.2008.). Skatīts 2008. gada 12. septembrī.
  10. Incidents Lielajā hadronu paātrinātājā uz nenoteiktu laiku aizkavē eksperimentus. "Lielās zinātnes elementi" (19.09.2008.). Skatīts 2008. gada 21. septembrī.
  11. Lielais hadronu paātrinātājs darbu atsāks tikai pavasarī - CERN. RIA Novosti (2008. gada 23. septembris). Skatīts 2008. gada 25. septembrī.
  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. Bojātu magnētu remonts būs plašāks, nekā tika uzskatīts iepriekš. "Lielās zinātnes elementi" (09.11.2008.). Skatīts 2008. gada 12. novembrī.
  16. Grafiks 2009. gadam. "Lielās zinātnes elementi" (18.01.2009.). Iegūts 2009. gada 18. janvārī.
  17. CERN paziņojums presei
  18. Apstiprināts Lielā hadronu paātrinātāja darba plāns 2009.-2010.gadam. "Lielās zinātnes elementi" (2009. gada 6. februāris). Iegūts 2009. gada 5. aprīlī.
  19. LHC eksperimenti.
  20. Atveras Pandoras lāde. Vesti.ru (2008. gada 9. septembris). Skatīts 2008. gada 12. septembrī.
  21. Bīstamības potenciāls daļiņu paātrinātāju eksperimentos
  22. Dimopuls S., Landsbergs G. Melnie caurumi lielajā hadronu paātrinātājā Phys. Rev. Lett. 87 (2001)
  23. Blaizots J.-P. un citi. Pētījums par potenciāli bīstamiem notikumiem smagu jonu sadursmju laikā LHC.
  24. LHC sadursmju drošības pārskats LHC drošības novērtēšanas grupa
  25. Kritisks paātrinātāju risku pārskats. Proza.ru (2008. gada 23. maijs). Skatīts 2008. gada 17. septembrī.
  26. Kāda ir katastrofas iespējamība LHC?
  27. Tiesas diena
  28. Lūdzam tiesnesim glābt pasauli un, iespējams, vēl daudz ko citu
  29. Paskaidrojums, kāpēc LHC būs drošs
  30. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-es.pdf (spāņu valodā)
  31. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-de.pdf (vācu valodā)
  32. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-fr.pdf (fr)
  33. H. Heiselbergs. Skrīnings kvarka pilienos // Fiziskais apskats D. - 1993. - T. 48. - Nr. 3. - S. 1418-1423. DOI:10.1103/PhysRevD.48.1418
  34. M. Alfords, K. Rajagopals, S. Redijs, A. Šteiners. Dīvainu zvaigžņu garozu un dīvainīšu stabilitāte // Amerikas Fizikas biedrība. Fiziskais apskats D. - 2006. - T. 73, 114016.
Publicēšanas datums: 17.09.2012

Kas ir lielais hadronu paātrinātājs? Kāpēc tas ir vajadzīgs? Vai tas var izraisīt pasaules galu? Sadalīsim to visu.

Kas ir BAK?

Šis ir milzīgs gredzenveida tunelis, līdzīgs daļiņu izkliedēšanas caurulei. Tas atrodas apmēram 100 metru dziļumā zem Francijas un Šveices teritorijas. Tās būvniecībā piedalījās zinātnieki no visas pasaules.

LHC tika uzbūvēts, lai atrastu Higsa bozonu, mehānismu, kas piešķir daļiņām masu. Sekundārais mērķis ir arī pētīt kvarkus - fundamentālās daļiņas, kas veido hadronus (tātad nosaukums "hadronu" sadursme).

Daudzi cilvēki naivi uzskata, ka LHC ir vienīgais daļiņu paātrinātājs pasaulē. Tomēr kopš pagājušā gadsimta piecdesmitajiem gadiem visā pasaulē ir uzbūvēti vairāk nekā desmiti sadursmju. LHC tiek uzskatīts par lielāko - tā garums ir 25,5 km. Turklāt tā struktūra ietver vēl vienu, mazāku diametru, paātrinātāju.

LHC un mediji

Kopš būvniecības sākuma ir parādījušies daudzi raksti par akseleratora augstajām izmaksām un bīstamību. Lielākā daļa cilvēku uzskata, ka nauda tika izšķiesta, un nesaprot, kāpēc bija nepieciešams tērēt tik daudz naudas un pūļu, lai atrastu kaut kādu daļiņu.

Pirmkārt, LHC nav visdārgākais zinātniskais projekts vēsturē. Francijas dienvidos atrodas Kadarašas zinātniskais centrs ar dārgu kodoltermisko reaktoru. Kadaraše tika uzcelta ar 6 valstu atbalstu (ieskaitot Krieviju); šobrīd tajā jau ir ieguldīti aptuveni 20 miljardi dolāru. Otrkārt, Higsa bozona atklāšana nesīs pasaulē daudzas revolucionāras tehnoloģijas. Turklāt, kad tika izgudrots pirmais mobilais tālrunis, cilvēki arī pret viņa izgudrojumu izturējās negatīvi ...

Kā darbojas BAC?

LHC lielā ātrumā saduras ar daļiņu stariem un uzrauga to turpmāko uzvedību un mijiedarbību. Parasti viens daļiņu stars vispirms tiek paātrināts uz palīggredzena, un pēc tam tas tiek nosūtīts uz galveno gredzenu.

Daudzi no spēcīgākajiem magnētiem aiztur daļiņas koliderā. Un augstas precizitātes instrumenti fiksē daļiņu kustību, jo sadursme notiek sekundes daļā.

Kolidera darba organizēšanu veic CERN (Kodolpētniecības organizācija).

Rezultātā pēc milzīgām pūlēm un finanšu ieguldījumiem CERN 2012. gada 4. jūlijā oficiāli paziņoja, ka ir atrasts Higsa bozons. Protams, dažas praksē atrastās bozona īpašības atšķiras no teorētiskajiem aspektiem, taču zinātniekiem nav šaubu par Higsa bozona “realitāti”.

Kāpēc jums ir nepieciešams BAC?

Cik noderīgs LHC ir parastajiem cilvēkiem? Zinātniskie atklājumi, kas saistīti ar Higsa bozona atklāšanu un kvarku izpēti, nākotnē var novest pie jaunas zinātnes un tehnoloģijas revolūcijas.

Pirmkārt, tā kā masa ir enerģija miera stāvoklī (rupji runājot), nākotnē ir iespējams pārvērst vielu enerģijā. Tad nebūs problēmu ar enerģiju, kas nozīmē, ka būs iespējams ceļot uz tālām planētām. Un tas ir solis ceļā uz starpzvaigžņu ceļojumu ...

Otrkārt, kvantu gravitācijas izpēte ļaus nākotnē kontrolēt gravitāciju. Tomēr tas nenotiks drīz, jo gravitoni vēl nav ļoti labi izprotami, un tāpēc ierīce, kas kontrolē gravitāciju, var būt neparedzama.

Treškārt, ir iespēja sīkāk izprast M-teoriju (stīgu teorijas atvasinājumu). Šī teorija apgalvo, ka Visums sastāv no 11 dimensijām. M-teorija apgalvo, ka tā ir "teorija par visu", kas nozīmē, ka tās izpēte ļaus mums labāk izprast Visuma uzbūvi. Kas zina, varbūt nākotnē cilvēks iemācīsies kustēties un ietekmēt citas dimensijas.

LHC un pasaules gals

Daudzi cilvēki apgalvo, ka LHC darbs var iznīcināt cilvēci. Parasti par to runā cilvēki, kuri slikti pārzina fiziku. LHC palaišana tika daudzkārt atlikta, bet 2008. gada 10. septembrī tas tomēr tika palaists. Tomēr ir vērts atzīmēt, ka LHC nekad nav ticis paātrināts līdz pilnai jaudai. Zinātnieki plāno palaist LHC ar pilnu jaudu 2014. gada decembrī. Apskatīsim iespējamos pasaules gala cēloņus un citas baumas ...

1. Melnā cauruma izveidošana

Melnais caurums ir zvaigzne ar milzīgu gravitāciju, kas piesaista ne tikai matēriju, bet arī gaismu un pat laiku. Melnais caurums nevar parādīties no nekurienes, tāpēc CERN zinātnieki uzskata, ka stabila melnā cauruma parādīšanās iespēja ir ārkārtīgi maza. Tomēr tas ir iespējams. Daļiņām saduroties, var izveidoties mikroskopisks melnais caurums, kura izmērs ir pietiekams, lai pāris gadu laikā (vai ātrāk) iznīcinātu mūsu planētu. Taču cilvēcei nevajadzētu baidīties, jo, pateicoties Hokinga starojumam, melnie caurumi ātri zaudē savu masu un enerģiju. Lai gan zinātnieku vidū ir pesimisti, kuri uzskata, ka spēcīgs magnētiskais lauks kolidera iekšienē neļaus melnajam caurumam izjukt. Rezultātā iespēja, ka tiks izveidots melnais caurums, kas iznīcinās planētu, ir ļoti maza, taču tāda iespēja pastāv.

2. "tumšās matērijas" veidošanās

Viņa ir arī "dīvaina lieta", dīvaina (dīvaina pilīte), "dīvaina lieta". Šī ir matērija, kas, saduroties ar citu lietu, pārvērš to par līdzīgu. Tie. kad dīvains un parasts atoms saduras, veidojas divi dīvaini, izraisot ķēdes reakciju. Ja šāda matērija parādīsies koliderā, cilvēce tiks iznīcināta dažu minūšu laikā. Tomēr iespēja, ka tas notiks, ir tikpat maza kā melnā cauruma veidošanās.

3. Antimatērija

Vismaldīgāk izskatās versija, kas saistīta ar faktu, ka kolidera darbības laikā var parādīties tāds daudzums antimatērijas, kas iznīcinās planētu. Un runa pat nav par to, ka antimatērijas veidošanās iespējas ir ļoti mazas, bet gan par to, ka uz zemes jau ir antimatērijas paraugi, kas glabāti īpašos konteineros, kur nav gravitācijas. Maz ticams, ka uz Zemes parādīsies tik daudz antimatērijas, kas spēs iznīcināt planētu.

atklājumiem

Daudzi Krievijas iedzīvotāji pat nezina, kā pareizi uzrakstīt frāzi "Lielais hadronu paātrinātājs", nemaz nerunājot par zināšanām par tā mērķi. Un daži pseidopravieši apgalvo, ka Visumā nav saprātīgu civilizāciju, jo katra civilizācija, sasniegusi zinātnes progresu, rada sadursmi. Tad veidojas melnais caurums, kas iznīcina civilizāciju. No šejienes viņi izskaidro lielo masīvo melno caurumu skaitu galaktiku centrā.

Taču ir arī cilvēki, kas uzskata, ka mums pēc iespējas ātrāk jāpalaiž LHC, pretējā gadījumā citplanētiešu ierašanās brīdī viņi mūs sagūstīs, jo uzskata mūs par mežoņiem.

Galu galā vienīgā iespēja uzzināt, ko LHC mums nesīs, ir tikai gaidīt. Agri vai vēlu mēs joprojām uzzinām, kas mūs sagaida: iznīcība vai progress.


Jaunākie zinātnes un tehnikas padomi:

Vai šis padoms jums palīdzēja? Jūs varat palīdzēt projektam, ziedojot jebkādu summu tā attīstībai. Piemēram, 20 rubļi. Vai vairāk:)

Tā ir divu fundamentālo teoriju – GR (par gravitāciju) un SM (standarta modelis, kas apvieno trīs fundamentālas fiziskās mijiedarbības – elektromagnētisko, spēcīgo un vājo) – apvienošanas veidu meklējumi. Risinājuma atrašanu pirms LHC izveides apgrūtināja grūtības izveidot kvantu gravitācijas teoriju.

Šīs hipotēzes konstruēšana ietver divu fizikālo teoriju - kvantu mehānikas un vispārējās relativitātes teoriju - apvienošanu.

Šim nolūkam tika izmantotas uzreiz vairākas mūsdienās populāras un nepieciešamas pieejas - stīgu teorija, branu teorija, supergravitācijas teorija, kā arī kvantu gravitācijas teorija. Pirms kolidera uzbūves galvenā problēma, veicot nepieciešamos eksperimentus, bija enerģijas trūkums, ko nevar panākt ar citiem mūsdienu daļiņu paātrinātājiem.

Ženēvas LHC deva zinātniekiem iespēju veikt iepriekš neiespējamus eksperimentus. Tiek uzskatīts, ka tuvākajā nākotnē ar aparāta palīdzību tiks apstiprinātas vai atspēkotas daudzas fizikālās teorijas. Viena no problemātiskākajām ir supersimetrijas jeb stīgu teorija, kas ilgu laiku dalīja fizisko divās nometnēs – "stringeros" un viņu sāncenšos.

Citi fundamentālie eksperimenti, kas veikti kā daļa no LHC darba

Interesanti ir arī zinātnieku pētījumi top kvarku izpētes jomā, kas ir visvairāk kvarku un smagākie (173,1 ± 1,3 GeV / c²) no visām šobrīd zināmajām elementārdaļiņām.

Šīs īpašības dēļ zinātnieki pat pirms LHC izveides varēja novērot kvarkus tikai pie Tevatron akseleratora, jo citām ierīcēm vienkārši nebija pietiekami daudz jaudas un enerģijas. Savukārt kvarku teorija ir svarīgs sensacionālās Higsa bozona hipotēzes elements.

Visus zinātniskos pētījumus par kvarku radīšanu un īpašību izpēti veic zinātnieki LHC augstākajā kvarku-antikvarku tvaika telpā.

Svarīgs Ženēvas projekta mērķis ir arī elektrovājās simetrijas mehānisma izpētes process, kas saistīts arī ar eksperimentālu Higsa bozona esamības pierādījumu. Ja problēmu definējam precīzāk, tad pētījuma priekšmets ir ne tik daudz pats bozons, bet gan Pītera Higsa prognozētais elektrovājās mijiedarbības simetrijas pārkāpuma mehānisms.

LHC arī veic eksperimentus, lai meklētu supersimetriju – un vēlamais rezultāts būs gan teorijas pierādījums, ka jebkurai elementārdaļiņai vienmēr līdzi ir kāds smagāks partneris, gan tās atspēkojums.

Daži fakti par lielo hadronu paātrinātāju, kā un kāpēc tas tika izveidots, kāda ir tā izmantošana un kādas iespējamās briesmas tas rada cilvēcei.

1. LHC jeb Lielā hadronu paātrinātāja celtniecība tika iecerēta tālajā 1984. gadā un sākās tikai 2001. gadā. Pēc pieciem gadiem, 2006. gadā, pateicoties vairāk nekā 10 tūkstošu dažādu valstu inženieru un zinātnieku pūlēm, tika uzbūvēta tika pabeigts lielais hadronu paātrinātājs.

2. LHC ir lielākā eksperimentālā iekārta pasaulē.

3. Tātad, kāpēc lielais hadronu paātrinātājs?
Tas tika nosaukts par lielu tā cietā izmēra dēļ: galvenā gredzena garums, pa kuru tiek virzītas daļiņas, ir aptuveni 27 km.
Hadrons - tā kā instalācija paātrina hadronus (daļiņas, kas sastāv no kvarkiem).
Collider - sakarā ar daļiņu stariem, kas paātrinās pretējā virzienā, kas saduras viens ar otru īpašos punktos.

4. Kam paredzēts lielais hadronu paātrinātājs? LHC ir ultramoderns pētniecības centrs, kurā zinātnieki veic eksperimentus ar atomiem, lielā ātrumā saspiežot jonus un protonus. Zinātnieki cer ar pētījumu palīdzību pacelt plīvuru pār Visuma parādīšanās noslēpumiem.

5. Projekts zinātnieku aprindām izmaksāja astronomisku summu 6 miljardu dolāru apmērā. Starp citu, Krievija LHC ir deleģējusi 700 speciālistus, kuri strādā vēl šodien. LHC pasūtījumi Krievijas uzņēmumiem atnesa aptuveni 120 miljonus dolāru.

6. Bez šaubām, galvenais LHC atklājums ir Higsa bozona jeb, kā to dēvē arī par “Dieva daļiņām”, atklāšana 2012. gadā. Higsa bozons ir pēdējā saite standarta modelī. Vēl viens nozīmīgs notikums Bakē ir rekordlielas sadursmes enerģijas vērtības 2,36 teraelektronvoltu sasniegšana.

7. Daži zinātnieki, tostarp Krievijas zinātnieki, uzskata, ka, pateicoties liela mēroga eksperimentiem CERN (Eiropas Kodolpētījumu organizācija, kur patiesībā atrodas arī aizturētājs), zinātnieki varēs uzbūvēt pasaulē pirmo laika mašīnu. Tomēr lielākā daļa zinātnieku nepiekrīt kolēģu optimismam.

8. Cilvēces galvenās bailes par jaudīgāko paātrinātāju uz planētas ir balstītas uz briesmām, kas draud cilvēcei mikroskopisku melno caurumu veidošanās rezultātā, kas spēj uztvert apkārtējo vielu. Pastāv vēl viens potenciāls un ārkārtīgi bīstams drauds - siksnu rašanās (izgatavotas no Strange pilieniņa), kas, hipotētiski, spēj sadurties ar atoma kodolu, veidojot arvien jaunas siksnas, pārveidojot visa Visuma matēriju. Tomēr lielākā daļa cienījamāko zinātnieku saka, ka šāds iznākums ir maz ticams. Bet teorētiski tas ir iespējams

9. 2008. gadā CERN iesūdzēja tiesā divi Havaju štata iedzīvotāji. Viņi apsūdzēja CERN mēģinājumā nolaidības dēļ izbeigt cilvēci, pieprasot no zinātniekiem drošības garantijas.

10. Lielais hadronu paātrinātājs atrodas Šveicē netālu no Ženēvas. CERN ir muzejs, kurā apmeklētājiem ir skaidri izskaidrots par kolidera darbības principiem un to, kāpēc tas tika uzbūvēts.

11 . Un visbeidzot, neliels jautrs fakts. Spriežot pēc Yandex pieprasījumiem, daudzi cilvēki, kuri meklē informāciju par lielo hadronu paātrinātāju, nezina, kā uzrakstīt akseleratora nosaukumu. Piemēram, viņi raksta “andron” (un ne tikai raksta, ko ir vērts NTV ziņojumos ar viņu andronu paātrinātāju), dažreiz viņi raksta “android” (impērija dod pretī). Buržuāziskajā tīklā viņi arī neatpaliek un “hadrona” vietā meklētājā iedzen “hardon” (pareizticīgo angļu valodā hard-on ir riser). Interesanta pareizrakstība baltkrievu valodā ir “Vyaliki hadronny paskaralnik”, kas tulkojumā nozīmē “Lielā hadrona paātrinātājs”.

Hadronu paātrinātājs. Fotoattēls

Eiropas Kodolpētījumu centrs jeb vienkārši CERN ir vieta, kur Nobela prēmijas laureāts fizikā var ērti pusdienot blakus ēdamistabā. Tas visā pasaulē ir pazīstams ar jaudīgāko daļiņu paātrinātāju - lielo hadronu paātrinātāju. Pēc gandrīz desmit gadu darba pienācis laiks izvērtēt – vai viens no mūsu laika vērienīgākajiem zinātniskajiem projektiem attaisnoja zinātnieku cerības?

2008. gadā es mācījos desmitajā klasē. Neskatoties uz to, ka tajos gados mani fizika vēl nemaz neinteresēja, sajūsmas vilnis mani nevarēja apiet: no katra gludekļa bazūnēja, ka drīzumā tiks palaists “pasaules gala mašīna”. Ka tiklīdz Ļoti svarīgais direktors pacels slēdzi, izveidosies melnais caurums un mēs visi būsim galā. Lielā hadronu paātrinātāja oficiālās palaišanas dienā daži skolotāji pat atļāva savās stundās noskatīties reportāžu no notikuma vietas.

Sliktākais nenotika. Kopumā nekas nenotika - slēdzis tika pacelts, datora ekrānā uzlēca vienkāršam lajam nesaprotami skaitļi, un zinātnieki sāka svinēt. Kopumā, kāpēc viņi to palaida, nebija skaidrs.

Bez šaubām, bez Lielā hadronu paātrinātāja zinātnieki nebūtu varējuši veikt dažus nozīmīgus atklājumus – tostarp Higsa bozona atklāšanu. Bet vai izdosies īstenot visu plānoto un vai LHC vēl ir perspektīvas - par to pastāstīsim.

DELPHI eksperiments lielajā elektronu-pozitronu paātrinātājā

Lielais brālis: liels elektronu-pozitronu paātrinātājs

XX gadsimta septiņdesmito gadu beigās elementārdaļiņu fizika attīstījās lēcieniem un robežām. Lai pārbaudītu standarta modeļa prognozes 1976. gadā, Eiropas Kodolpētījumu centrā (CERN, no Francijas CERN) tika ierosināts projekts par lielo elektronu-pozitronu paātrinātāju (BEP vai LEP - no angļu lielā elektronu-pozitronu paātrinātāja). - Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) . Starp daudzām dažādām konfigurācijām tika izvēlēta nākotnes eksperimenta vieta 27 kilometrus garā pazemes tunelī. Viņam vajadzēja paātrināt elektronus un pozitronus līdz desmitiem un simtiem gigaelektronvoltu enerģijām: sadursmes stari krustojās četros punktos, kur pēc tam atradās ALEPH, DELPHI, OPAL un L3 eksperimenti.

No fiziķu viedokļa enerģijas nekad nav pietiekami: ieviešanai izvēlētā BEP iespēja bija kompromiss starp izmaksām un jaudu; tika apsvērti arī garāki tuneļi, kas spēj spēcīgāk paātrināt daļiņas. Iegūto enerģiju varēja izmantot, lai pārbaudītu standarta modeli, taču tā bija pārāk maza, lai meklētu tā saukto "jauno fiziku" - parādības, kuras neparedz tās likumi. Hadronu paātrinātāji ir daudz labāk piemēroti šādiem mērķiem - saliktu daļiņu, piemēram, protonu, neitronu un atomu kodolu, paātrinātājiem. Vēl 1977. gadā, BEP apspriešanas laikā, toreizējais CERN direktors Džons Adamss ierosināja tuneli padarīt plašāku un tajā izvietot abus paātrinātājus - gan elektronu-pozitronu, gan hadronu paātrinātāju. Taču padome, kas pieņem galīgos lēmumus, šo ideju noraidīja, un 1981. gadā tika apstiprināts Lielā elektronu-pozitronu paātrinātāja projekts.

Lielā hadronu paātrinātāja tunelis

Aizstāts ar LHC

BEP strādāja vairāk nekā desmit gadus: no 1989. līdz 2000. gadam. Šim laikam pieder vairāki nozīmīgi eksperimenti, piemēram, vājās mijiedarbības nesēju - W- un Z-bozonu prognozēto masu apstiprināšana, kā arī dažādu Standarta modeļa parametru mērīšana ar nepieredzētu precizitāti. Un jau 1984. gadā notika konference "Lielais hadronu paātrinātājs LEP tunelī", kas bija veltīta jautājumam par jauna paātrinātāja būvniecību pēc tā priekšgājēja darba pārtraukšanas.

1991. gadā beidzot tika apstiprināts Lielā hadronu paātrinātāja (LHC vai LHC - no angļu valodas Large Hadron Collider) projekts, ar kura palīdzību tika plānots sasniegt kopējo sadursmes daļiņu enerģiju 14 teraelektronvoltu apmērā, tas ir, simts reižu lielāks nekā lielais elektronu-pozitronu paātrinātājs.

1992. gadā notika sanāksme par Lielā hadronu paātrinātāja zinātnisko programmu: kopumā tika saņemti divpadsmit pieteikumi dažādiem eksperimentiem, kurus varētu uzbūvēt četru staru sadursmes punktu vietā. Turpmākajos gados tika apstiprināti divi vispārīgi eksperimenti - ATLAS un CMS, ALICE eksperiments smago jonu un LHCb izpētei, kas veltīts b-kvarkus saturošu daļiņu fizikas izpētei. Lielā hadronu paātrinātāja būvniecība tika sākta 2000. gadā, un pirmie stari tika saņemti jau 2008. gadā: kopš tā laika un līdz pat šai dienai papildus plānotajai izslēgšanai LHC ir veicis daļiņu paātrinājumu un datu vākšanu darba režīmā.

Krievija CERN

Krievijas Federācija ir novērotāja valsts CERN kopš 1993.gada, kas saviem pārstāvjiem dod tiesības apmeklēt sanāksmes, bet nedod tiesības balsot, pieņemot svarīgus lēmumus. 2012. gadā Krievijas Federācijas valdības vārdā tika izteikts paziņojums par Krievijas Federācijas nodomu kļūt par CERN asociēto dalībvalsti, kas vēl nav atbalstīts.

Kopumā aptuveni 700 Krievijas zinātnieku no divpadsmit zinātniskām organizācijām, piemēram, Apvienotā kodolpētniecības institūta, Krievijas pētniecības centra Kurčatova institūta, Krievijas Zinātņu akadēmijas Kodolpētniecības institūta un Maskavas Valsts universitātes M.V. Lomonosovs.

Lielā hadronu paātrinātāja iesmidzināšanas ķēde

Kādas ir daļiņu paātrināšanas priekšrocības?

Lielā hadronu paātrinātāja darba shēma sastāv no daudziem posmiem. Pirms nokļūšanas tieši LHC, daļiņas iziet virkni pirmspaātrinājuma stadiju: tādā veidā tās iegūst ātrumu ātrāk un tajā pašā laikā ar mazāku enerģiju. Pirmkārt, lineārajā paātrinātājā LINAC2 protoni vai kodoli sasniedz 50 megaelektronvoltu enerģiju; tad tie pārmaiņus ieiet Booster Synchrotron (PSB), Proton Synchrotron (PS) un Proton Super Synchrotron (SPS), un brīdī, kad tiek ievadīts koliderā, daļiņu kopējā enerģija ir 450 gigaelektronvolti.

Papildus galvenajiem četriem eksperimentiem Lielā hadronu paātrinātāja tunelī priekšpaātrinātāja sistēma ir vieta vairāk nekā desmit eksperimentiem, kuriem nav nepieciešama tik liela daļiņu enerģija. Tie jo īpaši ietver eksperimentu NA61/SHINE, kurā tiek pētīti smago jonu mijiedarbības parametri ar fiksētu mērķi; ISOLDE eksperiments, kas pēta atomu kodolu īpašības, un AEGIS, kas pēta Zemes gravitācijas paātrinājumu, izmantojot antiūdeņradi.

Dieva daļiņas un jaunas fizikas meklējumi

Pat pašā sākumā, izstrādes stadijā, tika izsludināta vērienīgā Lielā hadronu paātrinātāja zinātniskā programma. Pirmkārt, BEP saņemto norāžu dēļ bija plānots meklēt Higsa bozonu, tolaik vēl hipotētisku Standarta modeļa komponentu, kas atbild par visu daļiņu masu. Tostarp zinātnieku plānos bija arī supersimetriskā Higsa bozona un tā superpartneru meklēšana, kas iekļauti standarta modeļa minimālajā supersimetriskajā paplašinājumā.

Kopumā kā atsevišķs virziens bija paredzēts meklēt un pārbaudīt "jaunās fizikas" modeļus. Lai pārbaudītu supersimetriju, kurā katrs bozons ir saistīts ar fermionu, un otrādi, bija paredzēts meklēt atbilstošos partnerus Standarta modeļa daļiņām. Lai pārbaudītu teorijas ar papildu telpiskām dimensijām, piemēram, stīgu teoriju vai M-teoriju, tika paziņota iespēja noteikt ierobežojumus dimensiju skaitam mūsu pasaulē. Tieši noviržu no Standarta modeļa meklēšana tika uzskatīta un joprojām tiek uzskatīta par vienu no galvenajiem LHC uzdevumiem.

Mazāk aktuālas problēmas: kvarka-gluona plazmas izpēte un CP invariances pārkāpums

Augšējais kvarks, smagākais no sešiem standarta modeļa kvarkiem, tika novērots tikai pirms Lielā hadronu paātrinātāja Tevatron akseleratorā Enriko Fermi Nacionālajā paātrinātāja laboratorijā ASV, pateicoties tā ārkārtīgi lielajai masai – 173 gigaelektronvoltiem. LHC sadursmju laikā tās jaudas dēļ bija gaidāma liela skaita top kvarku dzimšana, kas zinātniekus ieinteresēja divos aspektos. Pirmais bija saistīts ar daļiņu hierarhijas izpēti: šobrīd ir trīs kvarku paaudzes (augšējais kvarks pabeidza trešo), taču iespējams, ka to joprojām ir vairāk. No otras puses, Higsa bozona veidošanās augšējā kvarka sabrukšanas laikā tika uzskatīta par galveno metodi tā eksperimentālai noteikšanai.

1964. gadā tika atklāts kombinētās CP invariances pārkāpums (no angļu valodas "charge" - charge un "parity" - parity), kas atbilst mūsu pasaules spoguļattēlam ar visu daļiņu pilnīgu aizstāšanu ar atbilstošām antidaļiņām. Šim faktam ir svarīga loma Visuma veidošanās teorijās, kas mēģina izskaidrot, kāpēc visa mūsu matērija sastāv no matērijas, nevis no antimatērijas. Cita starpā CP-paritātes pārkāpums izpaužas B-mezonu - daļiņu - uzvedībā, kuru aktīva veidošanās tika pieņemta sadursmju procesā LHC, un ar to palīdzību zinātnieki cerēja izgaismot to cēloņus. šī parādība.

Lielā hadronu paātrinātāja darbībai smago kodolu sadursmes režīmā vajadzēja novest pie kvarka-gluona plazmas stāvokļa rekonstrukcijas, kas saskaņā ar mūsdienu koncepcijām tiek novērots 10-5 sekundes pēc Lielā sprādziena - stāvoklis. tik "karsts", ka kvarki un gluoni nesadarbojas viens ar otru. cits, un neveido daļiņas un kodolus, kā tas notiek normālā stāvoklī. Kvarka-gluona plazmas rašanās un atdzišanas procesu izpratne ir nepieciešama, lai pētītu kvantu hromodinamikas procesus, kas ir fizikas nozare, kas ir atbildīga par spēcīgu mijiedarbību aprakstu.

Higsa bozona atklāšanas shēma ATLAS eksperimentā

Jaunu daļiņu atklāšana LHC

Tātad, ar ko lielais hadronu paātrinātājs var lepoties veselu desmit gadu laikā?

Pirmkārt, protams, slavenākais no atklājumiem ir 2012. gada jūlijā atklātais Higsa bozons ar masu 126 gigaelektronvolti. Tikai gadu vēlāk Pīters Higss un Fransuā Englers saņēma Nobela prēmiju fizikā par to, ka teorētiski prognozēja "Dieva daļiņas", kas ir atbildīga par visu Visuma matērijas masu. Taču tagad fiziķu priekšā ir jauns uzdevums – saprast, kāpēc vēlamajam bozonam ir tāda masa; turpinās arī Higsa bozona supersimetrisko partneru meklēšana.

2015. gadā LHCb eksperimentā tika atklāti stabili pentakvarki - daļiņas, kas sastāv no pieciem kvarkiem, bet gadu vēlāk - tetrakvarku lomas kandidātes - daļiņas, kas sastāv no diviem kvarkiem un diviem antikvarkiem. Līdz šim tika uzskatīts, ka novērotās daļiņas sastāv ne vairāk kā no trim kvarkiem, un fiziķiem vēl ir jāprecizē teorētiskais modelis, kas aprakstītu šādus stāvokļus.

Joprojām standarta modeļa ietvaros

Fiziķi cerēja, ka LHC spēs atrisināt supersimetrijas problēmu - vai nu pilnībā to atspēkot, vai arī noskaidrot, kurā virzienā ir vērts virzīties, jo šādam standarta modeļa paplašinājumam ir ļoti daudz iespēju. Līdz šim nav izdevies ne vienu, ne otru: zinātnieki uzliek dažādus ierobežojumus supersimetrisko modeļu parametriem, kas var atsijāt vienkāršākos variantus, bet noteikti neatrisina globālas problēmas.

Nebija arī skaidru norādes uz fiziskiem procesiem ārpus standarta modeļa, ar ko, iespējams, paļāvās lielākā daļa zinātnieku. Tomēr ir vērts atzīmēt, ka LHCb eksperiments arī parādīja, ka B-mezons, smaga daļiņa, kas satur b-kvarku, nesadalās tā, kā paredz standarta modelis. Šāda uzvedība pati par sevi var kalpot, piemēram, kā norāde uz cita neitrāla vājās mijiedarbības nesēja - Z' bozona - esamību. Pagaidām zinātnieki strādā pie eksperimentālu datu kopuma, kas ierobežos dažādus eksotiskus scenārijus.

Iespējamā nākotnes 100 kilometru paātrinātāja shēma

Laiks sākt rakt jaunu tuneli?

Vai lielais hadronu paātrinātājs varētu attaisnot tajā ieguldītos centienus un līdzekļus? Neapšaubāmi, lai gan līdz šim nav sasniegti visi desmitgadei izvirzītie mērķi. Šobrīd norisinās akseleratora darbības otrais posms, pēc kura tiks veikta plānotā uzstādīšana un sāksies datu vākšanas trešais posms.

Zinātnieki nezaudē cerību veikt nākamos lielos atklājumus un jau plāno jaunus sadursmes aparātus, piemēram, ar tuneļa garumu pat 100 kilometrus.