Mapa z narysowaną na niej lokalizacją Zderzacza

Aby dalej połączyć fundamentalne interakcje w jednej teorii, stosuje się różne podejścia: teorię strun, która została rozwinięta w teorii M (teoria brany), teorię supergrawitacji, pętlową grawitację kwantową itp. Niektóre z nich mają problemy wewnętrzne, a żadne z nich nie ma potwierdzenie eksperymentalne. Problem w tym, że do przeprowadzenia odpowiednich eksperymentów potrzebne są energie nieosiągalne w nowoczesnych akceleratorach cząstek.

LHC umożliwi prowadzenie eksperymentów, które wcześniej były niemożliwe do przeprowadzenia i prawdopodobnie potwierdzą lub obalą niektóre z tych teorii. Tak więc istnieje cały szereg teorii fizycznych o wymiarach większych niż cztery, które sugerują istnienie „supersymetrii” – na przykład teoria strun, którą czasami nazywa się teorią superstrun właśnie dlatego, że bez supersymetrii traci swoje znaczenie fizyczne. Potwierdzenie istnienia supersymetrii byłoby więc pośrednim potwierdzeniem prawdziwości tych teorii.

Badanie kwarków górnych

Historia budowy

Podziemny tunel o długości 27 km przeznaczony do pomieszczenia dopalacza LHC

Pomysł na projekt Wielkiego Zderzacza Hadronów narodził się w 1984 roku i został oficjalnie zatwierdzony dziesięć lat później. Jego budowę rozpoczęto w 2001 roku, po zakończeniu prac poprzedniego akceleratora – Wielkiego Zderzacza Elektron-Pozytron.

Akcelerator ma zderzać protony o łącznej energii 14 TeV (czyli 14 teraelektronowoltów lub 14 10 12 elektronowoltów) w układzie środka masy padających cząstek, a także jądra ołowiu o energii 5,5 GeV ( 5,5 10 9 elektronowoltów) na każdą parę zderzających się nukleonów. Tym samym LHC będzie najbardziej wysokoenergetycznym akceleratorem cząstek elementarnych na świecie, przewyższającym o rząd wielkości swoich najbliższych konkurentów – zderzacz protonowo-antyprotonowy Tevatron, który obecnie pracuje w Narodowym Laboratorium Akceleratorowym. Enrico Fermi (USA) oraz Relatywistyczny Zderzacz Ciężkich Jonów RHIC w Brookhaven Laboratory (USA).

Akcelerator znajduje się w tym samym tunelu, w którym wcześniej znajdował się Wielki Zderzacz Elektron-Pozytron. Tunel o obwodzie 26,7 km został ułożony na głębokości około stu metrów pod ziemią we Francji i Szwajcarii. Do przechowywania i korygowania wiązek protonów wykorzystuje się 1624 magnesy nadprzewodzące, których łączna długość przekracza 22 km. Ten ostatni został zainstalowany w tunelu 27 listopada 2006 roku. Magnesy będą działać w temperaturze 1,9 K (-271°C). Budowa specjalnej linii kriogenicznej do chłodzenia magnesów została zakończona 19 listopada 2006 roku.

Testy

Specyfikacje

Proces przyspieszania cząstek w zderzaczu

Prędkość cząstek w LHC na zderzających się wiązkach jest zbliżona do prędkości światła w próżni. Przyspieszenie cząstek do tak dużych prędkości osiąga się w kilku etapach. W pierwszym etapie niskoenergetyczne akceleratory liniowe Linac 2 i Linac 3 wstrzykują protony i jony ołowiu w celu dalszego przyspieszenia. Następnie cząstki wchodzą do wzmacniacza PS, a następnie do samego PS (synchrotronu protonowego), uzyskując energię 28 GeV. Następnie przyspieszanie cząstek jest kontynuowane w SPS (Proton Super Synchrotron), gdzie energia cząstki osiąga 450 GeV. Następnie wiązka kierowana jest do głównego 26,7-kilometrowego pierścienia i w miejscach kolizji detektory rejestrują zachodzące zdarzenia.

Pobór energii

Podczas pracy zderzacza szacowane zużycie energii wyniesie 180 MW. Szacunkowe koszty energii dla całego kantonu Genewa. CERN sam nie wytwarza energii, ma tylko rezerwowe generatory diesla.

Obliczenia rozproszone

Aby kontrolować, przechowywać i przetwarzać dane, które będą pochodzić z akceleratora i detektorów LHC, tworzona jest rozproszona sieć obliczeniowa LCG. L HC C komputery G ELIMINOWAĆ ) z wykorzystaniem technologii sieciowej. W przypadku niektórych zadań obliczeniowych zaangażowany będzie projekt przetwarzania rozproszonego [e-mail chroniony].

Niekontrolowane procesy fizyczne

Niektórzy eksperci i członkowie społeczeństwa wyrażają obawy, że istnieje niezerowe prawdopodobieństwo, że eksperymenty prowadzone w zderzaczu wymkną się spod kontroli i rozwiną reakcję łańcuchową, która w pewnych warunkach mogłaby teoretycznie zniszczyć całą planetę. Punkt widzenia zwolenników scenariuszy katastroficznych związanych z eksploatacją LHC prezentowany jest na osobnej stronie internetowej. Z powodu tych odczuć LHC jest czasami odszyfrowywany jako Ostatni Zderzacz Hadronów ( Ostatni Zderzacz Hadronów).

W związku z tym najczęściej wymienia się teoretyczną możliwość pojawienia się mikroskopijnych czarnych dziur w zderzaczu, a także teoretyczną możliwość powstawania skrzepów antymaterii i monopoli magnetycznych, po których następuje reakcja łańcuchowa wychwytywania otaczającej materii.

Te teoretyczne możliwości zostały rozważone przez specjalną grupę CERN, która przygotowała odpowiedni raport, w którym wszystkie takie obawy zostały uznane za bezpodstawne. Angielski fizyk teoretyczny Adrian Kent opublikował artykuł naukowy krytykujący standardy bezpieczeństwa przyjęte przez CERN, ponieważ spodziewana szkoda, czyli iloczyn prawdopodobieństwa zdarzenia przez liczbę ofiar, jest jego zdaniem nie do przyjęcia. Jednak maksymalne górne oszacowanie prawdopodobieństwa katastroficznego scenariusza w LHC wynosi 10-31 .

Jako główne argumenty przemawiające za bezpodstawnością scenariuszy katastroficznych przytacza się fakt, że Ziemia, Księżyc i inne planety są nieustannie bombardowane strumieniami kosmicznych cząstek o znacznie wyższych energiach. Wspomina się również o pomyślnym działaniu wcześniej oddanych do użytku akceleratorów, w tym Relativistic Heavy Ion Collider RHIC w Brookhaven. Możliwość powstania mikroskopijnych czarnych dziur nie jest negowana przez specjalistów CERN, jednak stwierdza się, że w naszej trójwymiarowej przestrzeni takie obiekty mogą pojawiać się tylko przy energiach o 16 rzędów wielkości większych niż energia wiązek w LHC . Hipotetycznie mikroskopijne czarne dziury mogą pojawić się w eksperymentach w LHC w przewidywaniach teorii o dodatkowych wymiarach przestrzennych. Takie teorie nie mają jeszcze żadnych dowodów eksperymentalnych. Jednak nawet jeśli czarne dziury powstają w wyniku zderzeń cząstek w LHC, oczekuje się, że będą one wyjątkowo niestabilne z powodu promieniowania Hawkinga i niemal natychmiast wyparują w postaci zwykłych cząstek.

W dniu 21 marca 2008 r. Walter Wagner złożył pozew w federalnym sądzie okręgowym na Hawajach (USA). Walter L. Wagner) i Luis Sancho (eng. Luis Sancho), w którym, oskarżając CERN o próbę zorganizowania końca świata, domagają się zakazu startu zderzacza do czasu zagwarantowania jego bezpieczeństwa.

Porównanie z naturalnymi prędkościami i energiami

Akcelerator przeznaczony jest do zderzeń takich cząstek jak hadrony i jądra atomowe. Istnieją jednak naturalne źródła cząstek, których prędkość i energia są znacznie większe niż w zderzaczu (patrz: Zevatron). Takie naturalne cząsteczki znajdują się w promieniach kosmicznych. Powierzchnia planety Ziemia jest częściowo chroniona przed tymi promieniami, ale przechodząc przez atmosferę cząstki promieni kosmicznych zderzają się z atomami i cząsteczkami powietrza. W wyniku tych naturalnych zderzeń w ziemskiej atmosferze powstaje wiele stabilnych i niestabilnych cząstek. W rezultacie naturalne tło promieniowania jest obecne na planecie od wielu milionów lat. To samo (zderzenie cząstek elementarnych i atomów) wystąpi również w LHC, ale z mniejszymi prędkościami i energiami oraz w znacznie mniejszych ilościach.

mikroskopijne czarne dziury

Jeśli podczas zderzenia cząstek elementarnych mogą powstać czarne dziury, to również rozpadną się one na cząstki elementarne, zgodnie z zasadą niezmienności CPT, która jest jedną z najbardziej fundamentalnych zasad mechaniki kwantowej.

Co więcej, gdyby hipoteza o istnieniu stabilnych czarnych mikrodziur była słuszna, to powstałyby one w dużych ilościach w wyniku bombardowania Ziemi przez kosmiczne cząstki elementarne. Jednak większość wysokoenergetycznych cząstek elementarnych przybywających z kosmosu ma ładunek elektryczny, więc niektóre czarne dziury byłyby naładowane elektrycznie. Te naładowane czarne dziury zostałyby wychwycone przez pole magnetyczne Ziemi i gdyby były naprawdę niebezpieczne, zniszczyłyby Ziemię dawno temu. Mechanizm Schwimmera, który sprawia, że ​​czarne dziury są elektrycznie obojętne, jest bardzo podobny do efektu Hawkinga i nie może działać, jeśli efekt Hawkinga nie działa.

Ponadto wszelkie czarne dziury, naładowane lub elektrycznie obojętne, zostałyby wychwycone przez białe karły i gwiazdy neutronowe (które podobnie jak Ziemia są bombardowane przez promieniowanie kosmiczne) i zniszczyłyby je. W rezultacie czas życia białych karłów i gwiazd neutronowych byłby znacznie krótszy niż faktycznie obserwowany. Ponadto zniszczalne białe karły i gwiazdy neutronowe emitowałyby dodatkowe promieniowanie, którego w rzeczywistości nie obserwujemy.

Wreszcie teorie z dodatkowymi wymiarami przestrzennymi, które przewidują pojawienie się mikroskopijnych czarnych dziur, nie są sprzeczne z danymi eksperymentalnymi tylko wtedy, gdy liczba dodatkowych wymiarów wynosi co najmniej trzy. Ale przy tak wielu dodatkowych wymiarach muszą upłynąć miliardy lat, zanim czarna dziura wyrządzi Ziemi jakiekolwiek znaczące szkody.

Strapelki

Eduard Boos, doktor nauk fizycznych i matematycznych z Instytutu Fizyki Jądrowej Moskiewskiego Uniwersytetu Państwowego, ma odmienne poglądy, zaprzeczając występowaniu makroskopowych czarnych dziur w LHC, a co za tym idzie, „dziur czasoprzestrzennych” i podróży w czasie.

Uwagi

  1. Kompletny przewodnik po LHC (w języku angielskim) s. 30.
  2. LHC: kluczowe fakty. „Elementy Wielkiej Nauki”. Źródło 15 września 2008.
  3. Grupa robocza Tevatron Electroweak, górna podgrupa
  4. Pomyślny test synchronizacji LHC
  5. Drugi test układu wtryskowego był przerywany, ale cel został osiągnięty. „Elementy wielkiej nauki” (24 sierpnia 2008). Źródło 6 września 2008.
  6. Dzień z kamieniem milowym w LHC zaczyna się szybko
  7. Pierwsza wiązka w nauce przyspieszającej LHC.
  8. Misja zakończona dla zespołu LHC. fizykoświat.com. Źródło 12 września 2008.
  9. Stabilna wiązka obiegowa jest uruchamiana w LHC. „Elementy wielkiej nauki” (12 września 2008). Źródło 12 września 2008.
  10. Incydent w Wielkim Zderzaczu Hadronów opóźnia eksperymenty na czas nieokreślony. „Elementy Wielkiej Nauki” (19 września 2008). Źródło 21 września 2008.
  11. Wielki Zderzacz Hadronów nie wznowi działania do wiosny - CERN. RIA Nowosti (23 września 2008). Źródło 25 września 2008.
  12. http://press.web.cern.ch/Press/PressReleases/Releases2008/PR14.08E.html
  13. https://edms.cern.ch/file/973073/1/Report_on_080919_incident_at_LHC__2_.pdf
  14. https://lhc2008.web.cern.ch/LHC2008/inauguration/index.html
  15. Naprawa uszkodzonych magnesów będzie bardziej rozległa niż wcześniej sądzono. „Elementy wielkiej nauki” (09 listopada 2008). Źródło 12 listopada 2008.
  16. Harmonogram na rok 2009. „Elementy wielkiej nauki” (18 stycznia 2009). Źródło 18 stycznia 2009 .
  17. Komunikat prasowy CERN
  18. Zatwierdzono plan prac Wielkiego Zderzacza Hadronów na lata 2009-2010. „Elementy Wielkiej Nauki” (6 lutego 2009). Pobrano 5 kwietnia 2009.
  19. Eksperymenty LHC.
  20. Puszka Pandory otwiera się. Vesti.ru (9 września 2008). Źródło 12 września 2008.
  21. Potencjał zagrożenia w eksperymentach ze zderzaczem cząstek
  22. Dimopoulos S., Landsberg G. Czarne dziury w Wielkim Zderzaczu Hadronów Phys. Obrót silnika. Łotysz. 87 (2001)
  23. Blaizot J.-P. i in. Badanie potencjalnie niebezpiecznych zdarzeń podczas zderzeń ciężkich jonów w LHC.
  24. Przegląd bezpieczeństwa kolizji LHC Grupa ds. oceny bezpieczeństwa LHC
  25. Krytyczny przegląd zagrożeń związanych z akceleratorami. Proza.ru (23 maja 2008). Źródło 17 września 2008.
  26. Jakie jest prawdopodobieństwo katastrofy w LHC?
  27. Dzień sądu
  28. Proszenie sędziego o uratowanie świata, a może o wiele więcej
  29. Wyjaśnienie, dlaczego LHC będzie bezpieczny
  30. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-es.pdf (hiszpański)
  31. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-de.pdf (niemiecki)
  32. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-fr.pdf (fr)
  33. H. Heiselberga. Badanie przesiewowe w kropelkach twarogu // Przegląd fizyczny D. - 1993. - T. 48. - nr 3. - S. 1418-1423. DOI:10.1103/PhysRevD.48.1418
  34. M. Alford, K. Rajagopal, S. Reddy, A. Steiner. Stabilność dziwnych skorup gwiezdnych i dziwadełek // Amerykańskie Towarzystwo Fizyczne. Przegląd fizyczny D. - 2006. - T. 73, 114016.
Data publikacji: 17.09.2012

Czym jest Wielki Zderzacz Hadronów? Dlaczego jest to potrzebne? Czy może spowodować koniec świata? Rozbijmy to wszystko.

Co to jest BAK?

To ogromny tunel pierścieniowy, podobny do rury rozpraszającej cząstki. Znajduje się na głębokości około 100 metrów pod terytorium Francji i Szwajcarii. W jego budowie uczestniczyli naukowcy z całego świata.

LHC został zbudowany w celu znalezienia bozonu Higgsa, mechanizmu nadającego cząstkom masę. Drugim celem jest również badanie kwarków – fundamentalnych cząstek, które tworzą hadrony (stąd nazwa zderzacz „hadron”).

Wiele osób naiwnie wierzy, że LHC jest jedynym akceleratorem cząstek na świecie. Jednak od lat pięćdziesiątych na całym świecie zbudowano kilkanaście zderzaczy. LHC jest uważany za największy - jego długość wynosi 25,5 km. Ponadto w jego strukturze znajduje się jeszcze jeden akcelerator o mniejszej średnicy.

LHC i media

Od początku budowy pojawiło się wiele artykułów na temat wysokich kosztów i niebezpieczeństwa akceleratora. Większość ludzi wierzy, że pieniądze zostały zmarnowane i nie rozumie, dlaczego trzeba było wydać tyle pieniędzy i wysiłku, aby znaleźć jakąś cząstkę.

Po pierwsze, LHC nie jest najdroższym projektem naukowym w historii. Na południu Francji znajduje się centrum naukowe Cadarache z drogim reaktorem termojądrowym. Cadarache został zbudowany przy wsparciu 6 krajów (w tym Rosji); w tej chwili zainwestowano już w nią około 20 miliardów dolarów. Po drugie, odkrycie bozonu Higgsa przyniesie światu wiele rewolucyjnych technologii. Ponadto, gdy wynaleziono pierwszy telefon komórkowy, ludzie również negatywnie odnieśli się do jego wynalazku…

Jak działa BAC?

LHC zderza wiązki cząstek z dużą prędkością i monitoruje ich późniejsze zachowanie i interakcję. Z reguły jedna wiązka cząstek jest przyspieszana najpierw na pierścieniu pomocniczym, a następnie przesyłana jest do pierścienia głównego.

Wiele najsilniejszych magnesów utrzymuje cząsteczki wewnątrz zderzacza. A precyzyjne instrumenty rejestrują ruch cząstek, ponieważ zderzenie następuje w ułamku sekundy.

Organizacją pracy zderzacza zajmuje się CERN (Organizacja Badań Jądrowych).

W rezultacie, po ogromnych wysiłkach i inwestycjach finansowych, 4 lipca 2012 r. CERN oficjalnie ogłosił odkrycie bozonu Higgsa. Oczywiście niektóre właściwości bozonu występującego w praktyce różnią się od aspektów teoretycznych, ale naukowcy nie mają wątpliwości co do „rzeczywistości” bozonu Higgsa.

Dlaczego potrzebujesz BAC?

Jak przydatny jest LHC dla zwykłych ludzi? Odkrycia naukowe związane z odkryciem bozonu Higgsa i badaniami kwarków mogą w przyszłości doprowadzić do nowej rewolucji naukowej i technologicznej.

Po pierwsze, ponieważ masa jest energią w stanie spoczynku (z grubsza rzecz biorąc), możliwe jest w przyszłości przekształcenie materii w energię. Wtedy nie będzie problemów z energią, co oznacza, że ​​będzie można podróżować na odległe planety. A to krok w kierunku podróży międzygwiezdnych...

Po drugie, badanie grawitacji kwantowej pozwoli w przyszłości kontrolować grawitację. Jednak nie nastąpi to szybko, ponieważ grawitony nie są jeszcze zbyt dobrze poznane, a zatem urządzenie kontrolujące grawitację może być nieprzewidywalne.

Po trzecie, istnieje możliwość bardziej szczegółowego zrozumienia M-teorii (pochodnej teorii strun). Teoria ta mówi, że wszechświat składa się z 11 wymiarów. M-teoria twierdzi, że jest „teorią wszystkiego”, co oznacza, że ​​jej badanie pozwoli nam lepiej zrozumieć strukturę wszechświata. Kto wie, może w przyszłości człowiek nauczy się poruszać i wpływać na inne wymiary.

LHC i koniec świata

Wiele osób twierdzi, że praca LHC może zniszczyć ludzkość. Z reguły mówią o tym ludzie słabo zorientowani w fizyce. Start LHC był wielokrotnie przekładany, ale 10 września 2008 r. został jednak wystrzelony. Warto jednak zauważyć, że LHC nigdy nie został rozpędzony do pełnej mocy. Naukowcy planują uruchomić LHC z pełną wydajnością w grudniu 2014 roku. Przyjrzyjmy się możliwym przyczynom końca świata i innym plotkom…

1. Tworzenie czarnej dziury

Czarna dziura to gwiazda o ogromnej grawitacji, która przyciąga nie tylko materię, ale także światło, a nawet czas. Czarna dziura nie może pojawić się znikąd, dlatego naukowcy z CERN uważają, że szanse na pojawienie się stabilnej czarnej dziury są niezwykle małe. Jednak jest to możliwe. Kiedy cząstki zderzają się, może powstać mikroskopijna czarna dziura, której rozmiar wystarczy, aby zniszczyć naszą planetę w ciągu kilku lat (lub szybciej). Ale ludzkość nie powinna się bać, ponieważ dzięki promieniowaniu Hawkinga czarne dziury szybko tracą swoją masę i energię. Chociaż wśród naukowców są pesymiści, którzy uważają, że silne pole magnetyczne wewnątrz zderzacza nie pozwoli na rozpad czarnej dziury. W efekcie szansa na powstanie czarnej dziury, która zniszczy planetę jest bardzo mała, ale jest taka możliwość.

2. Powstawanie „ciemnej materii”

Jest też „dziwną materią”, dziwadełkiem (dziwną kropelką), “dziwniczkiem”. To materia, która zderzając się z inną materią zamienia ją w podobną. Tych. kiedy dziwadełko zderza się ze zwykłym atomem, tworzą się dwa dziwadełka, powodując reakcję łańcuchową. Jeśli taka materia pojawi się w zderzaczu, ludzkość zostanie zniszczona w ciągu kilku minut. Jednak prawdopodobieństwo, że tak się stanie, jest tak małe, jak powstanie czarnej dziury.

3. Antymateria

Najbardziej urojona jest wersja związana z faktem, że podczas pracy zderzacza może pojawić się taka ilość antymaterii, która zniszczy planetę. I nie chodzi nawet o to, że szanse na powstanie antymaterii są bardzo małe, ale o to, że na ziemi są już próbki antymaterii, przechowywane w specjalnych pojemnikach, w których nie ma grawitacji. Jest mało prawdopodobne, aby na Ziemi pojawiła się taka ilość antymaterii, która byłaby w stanie zniszczyć planetę.

wnioski

Wielu mieszkańców Rosji nie wie nawet, jak poprawnie przeliterować frazę „Wielki Zderzacz Hadronów”, aby nie mówić nic o swojej wiedzy na temat jego celu. A niektórzy pseudoprorocy twierdzą, że we Wszechświecie nie ma inteligentnych cywilizacji, ponieważ każda cywilizacja, osiągając postęp naukowy, tworzy zderzacz. Następnie powstaje czarna dziura niszcząca cywilizację. Stąd wyjaśniają dużą liczbę masywnych czarnych dziur w centrach galaktyk.

Jednak są też ludzie, którzy uważają, że powinniśmy jak najszybciej wystrzelić LHC, w przeciwnym razie w momencie przybycia kosmitów złapią nas, uznając nas za dzikusów.

W końcu jedyną szansą, aby dowiedzieć się, co przyniesie nam LHC, jest po prostu czekać. Prędzej czy później wciąż dowiadujemy się, co nas czeka: zniszczenie czy postęp.


Najnowsze wskazówki dotyczące nauki i techniki:

Czy ta rada ci pomogła? Możesz pomóc projektowi, przekazując dowolną kwotę na jego rozwój. Na przykład 20 rubli. Albo więcej:)

Jest to poszukiwanie sposobów na połączenie dwóch fundamentalnych teorii - GR (o grawitacji) i SM (model standardowy, który łączy w sobie trzy fundamentalne oddziaływania fizyczne - elektromagnetyczne, silne i słabe). Znalezienie rozwiązania przed stworzeniem LHC było utrudnione przez trudności w stworzeniu teorii grawitacji kwantowej.

Konstrukcja tej hipotezy obejmuje połączenie dwóch teorii fizycznych - mechaniki kwantowej i ogólnej teorii względności.

W tym celu zastosowano jednocześnie kilka popularnych i niezbędnych w czasach nowożytnych podejść - teorię strun, teorię bran, teorię supergrawitacji, a także teorię grawitacji kwantowej. Przed budową zderzacza głównym problemem w przeprowadzaniu niezbędnych eksperymentów był brak energii, którego nie można osiągnąć za pomocą innych nowoczesnych akceleratorów cząstek.

Genewa LHC dała naukowcom możliwość przeprowadzenia wcześniej niewykonalnych eksperymentów. Uważa się, że w niedalekiej przyszłości za pomocą aparatu wiele teorii fizycznych zostanie potwierdzonych lub obalonych. Jednym z najbardziej problematycznych jest supersymetria lub teoria strun, która przez długi czas dzieliła fizyczność na dwa obozy – „stringowców” i ich rywali.

Inne podstawowe eksperymenty przeprowadzone w ramach prac LHC

Interesujące są również badania naukowców w dziedzinie badania kwarków górnych, które są kwarkami najwięcej i są najcięższe (173,1 ± 1,3 GeV/c²) ze wszystkich obecnie znanych cząstek elementarnych.

Z powodu tej właściwości, jeszcze przed stworzeniem LHC, naukowcy mogli obserwować kwarki tylko w akceleratorze Tevatron, ponieważ inne urządzenia po prostu nie miały wystarczającej mocy i energii. Z kolei teoria kwarków jest ważnym elementem sensacyjnej hipotezy bozonu Higgsa.

Wszystkie badania naukowe nad tworzeniem i badaniem właściwości kwarków są prowadzone przez naukowców w łaźni parowej kwark-antykwark górny w LHC.

Ważnym celem projektu genewskiego jest również proces badania mechanizmu symetrii elektrosłabej, co również wiąże się z eksperymentalnym dowodem na istnienie bozonu Higgsa. Jeśli dokładniej zdefiniujemy problem, to przedmiotem badań jest nie tyle sam bozon, co przewidywany przez Petera Higgsa mechanizm naruszenia symetrii oddziaływania elektrosłabego.

LHC prowadzi również eksperymenty w poszukiwaniu supersymetrii – a pożądanym wynikiem będzie zarówno dowód teorii, że każdej cząstce elementarnej zawsze towarzyszy cięższy partner, jak i jej obalenie.

Kilka faktów na temat Wielkiego Zderzacza Hadronów, jak i dlaczego powstał, do czego służy i jakie potencjalne zagrożenia dla ludzkości stwarza.

1. Budowa LHC, czyli Wielkiego Zderzacza Hadronów, powstała w 1984 roku, a rozpoczęła się dopiero w 2001 roku. Pięć lat później, w 2006 roku, dzięki staraniom ponad 10 tysięcy inżynierów i naukowców z różnych krajów, budowa Wielki Zderzacz Hadronów został ukończony.

2. LHC to największa placówka eksperymentalna na świecie.

3. Dlaczego więc Wielki Zderzacz Hadronów?
Został nazwany dużym ze względu na jego solidny rozmiar: długość głównego pierścienia, wzdłuż którego poruszają się cząstki, wynosi około 27 km.
Hadron - od momentu instalacji przyspiesza hadrony (cząstki składające się z kwarków).
Zderzacz - ze względu na przyspieszające w przeciwnym kierunku wiązki cząstek, które zderzają się ze sobą w specjalnych punktach.

4. Do czego służy Wielki Zderzacz Hadronów? LHC to ultranowoczesne centrum badawcze, w którym naukowcy przeprowadzają eksperymenty z atomami, spychając jony i protony z dużą prędkością. Naukowcy mają nadzieję, że dzięki badaniom uda się podnieść zasłonę nad tajemnicami pojawienia się Wszechświata.

5. Projekt kosztował społeczność naukową astronomiczną sumę 6 miliardów dolarów. Nawiasem mówiąc, Rosja oddelegowała do LHC 700 specjalistów, którzy pracują do dziś. Zamówienia na LHC przyniosły rosyjskim przedsiębiorstwom około 120 milionów dolarów.

6. Bez wątpienia głównym odkryciem dokonanym w LHC jest odkrycie w 2012 roku bozonu Higgsa lub, jak to się nazywa, „cząstek Boga”. Bozon Higgsa jest ostatnim ogniwem Modelu Standardowego. Innym ważnym wydarzeniem w Bak'e jest osiągnięcie rekordowej wartości energii zderzenia 2,36 teraelektronowolta.

7. Niektórzy naukowcy, w tym rosyjscy, uważają, że dzięki zakrojonym na szeroką skalę eksperymentom w CERN (Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych, gdzie de facto znajduje się zderzacz), naukowcy będą mogli zbudować pierwszy na świecie wehikuł czasu. Jednak większość naukowców nie podziela optymizmu kolegów.

8. Główne obawy ludzkości przed najpotężniejszym akceleratorem na planecie opierają się na niebezpieczeństwie, które zagraża ludzkości w wyniku powstawania mikroskopijnych czarnych dziur zdolnych do wychwytywania otaczającej materii. Istnieje jeszcze inne potencjalne i niezwykle niebezpieczne zagrożenie – pojawienie się strapeli (wytwarzanych z kropelki Dziwnego), które hipotetycznie mogą zderzać się z jądrem atomu, tworząc coraz to nowe strapele, przekształcając materię całego Wszechświata. Jednak większość najbardziej szanowanych naukowców twierdzi, że taki wynik jest mało prawdopodobny. Ale teoretycznie jest to możliwe

9. W 2008 roku CERN został pozwany przez dwóch mieszkańców stanu Hawaje. Oskarżyli CERN o próbę zakończenia ludzkości przez zaniedbanie, domagając się gwarancji bezpieczeństwa od naukowców.

10. Wielki Zderzacz Hadronów znajduje się w Szwajcarii niedaleko Genewy. W CERN-ie znajduje się muzeum, w którym zwiedzającym jasno wyjaśniono zasady działania zderzacza i dlaczego został zbudowany.

11 . I na koniec mały zabawny fakt. Sądząc po prośbach w Yandex, wiele osób, które szukają informacji o Wielkim Zderzaczu Hadronów, nie wie, jak przeliterować nazwę akceleratora. Na przykład piszą „andron” (i nie tylko piszą, ile warte są raporty NTV z ich zderzaczem andronów), czasami piszą „andron” (Imperium kontratakuje). W sieci burżuazyjnej również nie pozostają w tyle i zamiast „hadron” wrzucają „hardon” do wyszukiwarki (w ortodoksyjnym angielskim hard-on to riser). Ciekawą pisownią w języku białoruskim jest „Vyaliki hadronny paskaralnik”, co tłumaczy się jako „Duży akcelerator hadronów”.

Zderzacz Hadronów. Zdjęcie

Europejskie Centrum Badań Jądrowych, czyli po prostu CERN, to miejsce, w którym laureat Nagrody Nobla z fizyki może spokojnie zjeść obiad obok Ciebie w jadalni. Jest znany na całym świecie z najpotężniejszego akceleratora cząstek, Wielkiego Zderzacza Hadronów. Po prawie dziesięciu latach pracy nadszedł czas na podsumowanie – czy jeden z najbardziej ambitnych projektów naukowych naszych czasów uzasadniał nadzieje naukowców?

W 2008 roku byłam w dziesiątej klasie. Pomimo tego, że w tamtych latach w ogóle nie interesowałem się fizyką, fala ekscytacji nie mogła mnie ominąć: z każdego żelaza trąbiono, że „maszyna zagłady” ma zostać wystrzelona. Że jak tylko Bardzo Ważny Reżyser podniesie przełącznik, utworzy się czarna dziura i wszyscy będziemy skończeni. W dniu oficjalnego startu Wielkiego Zderzacza Hadronów niektórzy nauczyciele pozwolili nawet obejrzeć na swoich lekcjach relację z miejsca zdarzenia.

Najgorsze się nie stało. W zasadzie nic się nie wydarzyło - przełącznik został podniesiony, liczby niezrozumiałe dla prostego laika wskoczyły na ekran komputera, a naukowcy zaczęli świętować. Ogólnie rzecz biorąc, dlaczego to uruchomili, nie było jasne.

Bez wątpienia bez Wielkiego Zderzacza Hadronów naukowcy nie byliby w stanie dokonać kilku znaczących odkryć - w tym odkrycia bozonu Higgsa. Ale czy będzie możliwe zrealizowanie wszystkich planowanych i czy nadal istnieją perspektywy dla LHC - powiemy o tym.

Eksperyment DELPHI w Wielkim Zderzaczu Elektronów i Pozytronów

Wielki Brat: Wielki Zderzacz Elektronów i Pozytronów

Pod koniec lat siedemdziesiątych XX wieku fizyka cząstek elementarnych rozwinęła się skokowo. Aby przetestować przewidywania Modelu Standardowego w 1976 r., w Europejskim Centrum Badań Jądrowych (CERN, z francuskiego CERN) zaproponowano projekt Wielkiego Zderzacza Elektronów i Pozytronów (BEP lub LEP - z angielskiego Wielkiego Zderzacza Elektronów i Pozytronów). - Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire). Spośród wielu różnych konfiguracji wybrano lokalizację przyszłego eksperymentu w podziemnym tunelu o długości 27 kilometrów. Miał on rozpędzać elektrony i pozytony do energii rzędu dziesiątek i setek gigaelektronowoltów: zderzające się wiązki przecinały się w czterech punktach, w których znajdowały się kolejno eksperymenty ALEPH, DELPHI, OPAL i L3.

Z punktu widzenia fizyków energia nigdy nie wystarcza: wybrana do wdrożenia opcja BEP była kompromisem między kosztami a mocą; Rozważano również tunele o większej długości, zdolne do silniejszego przyspieszania cząstek. Otrzymana energia mogła zostać wykorzystana do testowania Modelu Standardowego, ale była zbyt mała, aby szukać tak zwanej „nowej fizyki” – zjawisk, których nie przewidują jego prawa. Do takich celów znacznie lepiej nadają się zderzacze hadronów – akceleratory złożonych cząstek, takich jak protony, neutrony i jądra atomowe. Już w 1977 roku, w czasie dyskusji BEP, John Adams, ówczesny dyrektor CERN, zaproponował poszerzenie tunelu i umieszczenie w nim jednocześnie obu akceleratorów – zarówno elektronowo-pozytonowego, jak i hadronowego. Jednak rada podejmująca ostateczne decyzje odrzuciła ten pomysł i w 1981 roku zatwierdzono projekt Wielkiego Zderzacza Elektronów i Pozytronów.

Tunel Wielkiego Zderzacza Hadronów

Zastąpiony przez LHC

BEP pracował przez ponad dziesięć lat: od 1989 do 2000 roku. Do tego czasu należy szereg znaczących eksperymentów, takich jak potwierdzenie przewidywanych mas nośników oddziaływań słabych - bozonów W i Z, a także pomiary różnych parametrów Modelu Standardowego z niespotykaną dotąd dokładnością. A już w 1984 roku odbyła się konferencja „Wielki Zderzacz Hadronów w tunelu LEP”, poświęcona zagadnieniu budowy nowego zderzacza po zaprzestaniu pracy jego poprzednika.

W 1991 roku ostatecznie zatwierdzono projekt Wielkiego Zderzacza Hadronów (LHC lub LHC - z angielskiego Wielkiego Zderzacza Hadronów), za pomocą którego planowano osiągnąć całkowitą energię zderzających się cząstek 14 teraelektronowoltów, czyli sto razy większa niż ta opracowana przez Wielki Zderzacz Elektronów i Pozytronów.

W 1992 roku odbyło się spotkanie na temat programu naukowego Wielkiego Zderzacza Hadronów: w sumie otrzymano dwanaście wniosków na różne eksperymenty, które można było zbudować w miejscu czterech punktów zderzenia wiązek. W następnych latach zatwierdzono dwa ogólne eksperymenty - ATLAS i CMS, eksperyment ALICE do badania ciężkich jonów oraz LHCb, poświęcony fizyce cząstek zawierających kwarki b. Budowa Wielkiego Zderzacza Hadronów rozpoczęła się w 2000 roku, a pierwsze wiązki otrzymano już w 2008 roku: od tego czasu i do dziś, oprócz zaplanowanego wyłączenia, LHC przyspiesza cząstki i zbiera dane w trybie pracy.

Rosja w CERN

Federacja Rosyjska jest państwem obserwatorem w CERN od 1993 roku, co daje swoim przedstawicielom prawo uczestniczenia w spotkaniach, ale nie daje im prawa głosu przy podejmowaniu ważnych decyzji. W 2012 r. w imieniu rządu Federacji Rosyjskiej wydano oświadczenie o zamiarze zostania przez Federację Rosyjską członkiem stowarzyszonym CERN, co nie zostało jeszcze poparte.

W sumie około 700 rosyjskich naukowców z dwunastu organizacji naukowych, takich jak Połączony Instytut Badań Jądrowych, Rosyjskie Centrum Badawcze Instytut Kurczatowa, Instytut Badań Jądrowych Rosyjskiej Akademii Nauk i Moskiewski Uniwersytet Państwowy im. M.V. Łomonosow.

Obwód wtrysku Wielkiego Zderzacza Hadronów

Jaka jest zaleta przyspieszania cząstek?

Schemat pracy Wielkiego Zderzacza Hadronów składa się z wielu etapów. Przed dostaniem się bezpośrednio do LHC, cząstki przechodzą przez szereg etapów wstępnego przyspieszenia: w ten sposób nabierają prędkości szybciej, a jednocześnie zużywają mniej energii. Po pierwsze, w akceleratorze liniowym LINAC2 protony lub jądra osiągają energię 50 megaelektronowoltów; następnie naprzemiennie wchodzą do Booster Synchrotron (PSB), Proton Synchrotron (PS) i Proton Super Synchrotron (SPS), a w momencie wstrzyknięcia do zderzacza całkowita energia cząstek wynosi 450 gigaelektronowoltów.

Oprócz czterech głównych eksperymentów w tunelu Wielkiego Zderzacza Hadronów, w systemie preakceleratora przeprowadza się ponad dziesięć eksperymentów, które nie wymagają tak dużej energii cząstek. Należą do nich w szczególności eksperyment NA61/SHINE, który bada parametry oddziaływania ciężkich jonów ze stałym celem; eksperyment ISOLDE, który bada właściwości jąder atomowych oraz AEGIS, który bada przyspieszenie grawitacyjne Ziemi za pomocą antywodoru.

Poszukiwanie cząstki Boga i nowej fizyki

Już na samym początku, na etapie prac rozwojowych, ogłoszono ambitny program naukowy Wielkiego Zderzacza Hadronów. Przede wszystkim, ze względu na wskazania otrzymane w BEP, zaplanowano poszukiwanie bozonu Higgsa, wciąż hipotetycznego składnika Modelu Standardowego w tamtym czasie, odpowiedzialnego za masy wszystkich cząstek. Plany naukowców obejmowały poszukiwania supersymetrycznego bozonu Higgsa i jego superpartnerów, które wchodzą w skład minimalnego supersymetrycznego rozszerzenia Modelu Standardowego.

Generalnie jako odrębny kierunek zaplanowano poszukiwanie i testowanie modeli „nowej fizyki”. Aby przetestować supersymetrię, w której każdy bozon jest powiązany z fermionem i odwrotnie, należało poszukać odpowiednich partnerów dla cząstek Modelu Standardowego. Aby przetestować teorie z dodatkowymi wymiarami przestrzennymi, takimi jak teoria strun czy teoria M, ogłoszono możliwość ustalenia limitów liczby wymiarów w naszym świecie. To właśnie poszukiwanie odchyleń od Modelu Standardowego było rozważane i nadal jest uważane za jedno z głównych zadań LHC.

Mniej głośne problemy: badanie plazmy kwarkowo-gluonowej i naruszenie niezmienności CP

Kwark górny, najcięższy z sześciu kwarków w Modelu Standardowym, został zaobserwowany dopiero przed Wielkim Zderzaczem Hadronów w akceleratorze Tevatron w Narodowym Laboratorium Akceleratorowym Enrico Fermi w Stanach Zjednoczonych ze względu na jego niezwykle dużą masę 173 gigaelektronowoltów. Podczas zderzeń w LHC, ze względu na jego moc, oczekiwano narodzin dużej liczby kwarków górnych, co zainteresowało naukowców w dwóch aspektach. Pierwsza związana była z badaniem hierarchii cząstek: w tej chwili istnieją trzy generacje kwarków (trzeci kwark górny dopełnił), ale niewykluczone, że jest ich jeszcze więcej. Z drugiej strony za główną metodę eksperymentalnego wykrywania uznano produkcję bozonu Higgsa podczas rozpadu kwarka górnego.

W 1964 r. Odkryto naruszenie połączonej niezmienności CP (z angielskiego „ładunek” - ładunek i „parzystość” - parzystość), co odpowiada lustrzanemu obrazowi naszego świata z całkowitym zastąpieniem wszystkich cząstek odpowiednimi antycząstkami. Fakt ten odgrywa ważną rolę w teoriach powstawania Wszechświata, które starają się wyjaśnić, dlaczego cała nasza materia składa się z materii, a nie z antymaterii. Naruszenie parzystości CP przejawia się między innymi w zachowaniu mezonów B - cząstek, których aktywną produkcję założono w procesie zderzeń w LHC, a z ich pomocą naukowcy mieli nadzieję rzucić światło na przyczyny ten fenomen.

Działanie Wielkiego Zderzacza Hadronów w trybie zderzenia ciężkich jąder powinno doprowadzić do odtworzenia stanu plazmy kwarkowo-gluonowej, który według współczesnych koncepcji obserwuje się 10-5 sekund po Wielkim Wybuchu - stan tak „gorące”, że kwarki i gluony nie oddziałują ze sobą nawzajem i nie tworzą cząstek i jąder, jak to ma miejsce w stanie normalnym. Zrozumienie procesów powstawania i chłodzenia plazmy kwarkowo-gluonowej jest niezbędne do badania procesów chromodynamiki kwantowej, działu fizyki odpowiedzialnego za opisywanie oddziaływań silnych.

Schemat odkrycia bozonu Higgsa w eksperymencie ATLAS

Odkrycie nowych cząstek w LHC

Czym więc może pochwalić się Wielki Zderzacz Hadronów przez całą dekadę swojej pracy?

Pierwszym, oczywiście, najsłynniejszym z odkryć jest odkrycie w lipcu 2012 roku bozonu Higgsa o ​​masie 126 gigaelektronowoltów. Zaledwie rok później Peter Higgs i François Engler otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za teoretyczne przewidywanie istnienia „boskiej cząstki” odpowiedzialnej za masę całej materii we wszechświecie. Teraz jednak fizycy stają przed nowym zadaniem – zrozumieć, dlaczego pożądany bozon ma taką masę; trwają również poszukiwania supersymetrycznych partnerów bozonu Higgsa.

W 2015 roku eksperyment LHCb odkrył stabilne pentakwarki – cząstki składające się z pięciu kwarków, a rok później – kandydatów do roli tetrakwarków – cząstki składające się z dwóch kwarków i dwóch antykwarków. Do tej pory uważano, że obserwowane cząstki składają się z nie więcej niż trzech kwarków, a fizycy nie dopracowali jeszcze modelu teoretycznego opisującego takie stany.

Nadal w modelu standardowym

Fizycy mieli nadzieję, że LHC będzie w stanie rozwiązać problem supersymetrii - albo całkowicie go obalić, albo wyjaśnić, w którym kierunku warto się poruszać, ponieważ istnieje ogromna liczba opcji takiego rozszerzenia Modelu Standardowego. Do tej pory nie udało się zrobić ani jednego, ani drugiego: naukowcy nakładają różne ograniczenia na parametry modeli supersymetrycznych, które mogą wyeliminować najprostsze opcje, ale zdecydowanie nie rozwiązują problemów globalnych.

Nie było również wyraźnych oznak procesów fizycznych poza Modelem Standardowym, na które być może liczyła większość naukowców. Warto jednak zauważyć, że eksperyment LHCb wykazał również, że mezon B, ciężka cząstka zawierająca kwark b, nie rozpada się w sposób, który przewiduje Model Standardowy. Takie zachowanie samo w sobie może służyć np. jako wskazówka istnienia innego neutralnego nośnika oddziaływania słabego, bozonu Z'. Jak dotąd naukowcy pracują nad zestawem danych eksperymentalnych, które ograniczą różne egzotyczne scenariusze.

Możliwy schemat przyszłego 100-kilometrowego zderzacza

Czas zacząć kopać nowy tunel?

Czy Wielki Zderzacz Hadronów mógł uzasadnić wysiłki i zainwestowane w niego środki? Niewątpliwie, choć nie wszystkie cele wyznaczone na dekadę zostały do ​​tej pory osiągnięte. W tej chwili trwa drugi etap pracy akceleratora, po którym zostanie wykonana planowana instalacja i rozpocznie się trzeci etap zbierania danych.

Naukowcy nie tracą nadziei na kolejne wielkie odkrycia i już planują nowe zderzacze, na przykład o długości tunelu nawet 100 kilometrów.