Harta cu locația Coliderului reprezentată pe ea

Pentru a combina în continuare interacțiunile fundamentale într-o singură teorie, sunt utilizate diverse abordări: teoria corzilor, care a fost dezvoltată în teoria M (teoria branei), teoria supergravitației, gravitația cuantică în buclă etc. Unele dintre ele au probleme interne și niciuna nu are probleme interne. confirmare experimentală. Problema este că, pentru a efectua experimentele corespunzătoare, sunt necesare energii care sunt de neatins la acceleratoarele de particule moderne.

LHC va face posibilă efectuarea de experimente care anterior erau imposibil de realizat și probabil va confirma sau infirma unele dintre aceste teorii. Deci, există o întreagă gamă de teorii fizice cu dimensiuni mai mari de patru care sugerează existența „supersimetriei” – de exemplu, teoria corzilor, care uneori este numită teoria superstringurilor tocmai pentru că fără supersimetrie își pierde sensul fizic. Confirmarea existenței supersimetriei ar fi astfel o confirmare indirectă a adevărului acestor teorii.

Studiul quarcilor de top

Istoria construcției

Tunel subteran de 27 km proiectat pentru a găzdui amplificatorul LHC

Ideea proiectului Large Hadron Collider a luat naștere în 1984 și a fost aprobată oficial zece ani mai târziu. Construcția sa a început în 2001, după finalizarea lucrărilor acceleratorului anterior - Large Electron-Positron Collider.

Acceleratorul ar trebui să ciocnească protoni cu o energie totală de 14 TeV (adică 14 teraelectronvolți sau 14 10 12 electroni volți) în sistemul de centru de masă al particulelor incidente, precum și nucleele de plumb cu o energie de 5,5 GeV ( 5,5 10 9 electron volți) pentru fiecare pereche de nucleoni care se ciocnesc. Astfel, LHC va fi cel mai mare accelerator de particule elementare din lume, depășindu-și cei mai apropiați concurenți în energie cu un ordin de mărime - ciocnitorul proton-antiprotoni Tevatron, care funcționează în prezent la Laboratorul Național de Accelerator. Enrico Fermi (SUA), și RHIC Relativistic Heavy Ion Collider de la Brookhaven Laboratory (SUA).

Acceleratorul este situat în același tunel ocupat anterior de marele coliziune electron-pozitron. Tunelul cu o circumferință de 26,7 km a fost așezat la o adâncime de aproximativ o sută de metri sub pământ în Franța și Elveția. Pentru a conține și corecta fasciculele de protoni se folosesc 1624 de magneți supraconductori, a căror lungime totală depășește 22 km. Ultimul a fost instalat în tunel pe 27 noiembrie 2006 . Magneții vor funcționa la 1,9 K (-271°C). Construcția unei linii criogenice speciale pentru magneți de răcire a fost finalizată pe 19 noiembrie 2006.

Teste

Specificații

Procesul de accelerare a particulelor într-un ciocnitor

Viteza particulelor din LHC pe fasciculele care se ciocnesc este apropiată de viteza luminii în vid. Accelerarea particulelor la viteze atât de mari se realizează în mai multe etape. În prima etapă, acceleratoarele liniare Linac 2 și Linac 3 cu energie scăzută injectează protoni și ioni de plumb pentru o accelerare suplimentară. Apoi particulele intră în amplificatorul PS și apoi în PS (sincrotronul cu protoni) însuși, dobândind o energie de 28 GeV. După aceea, accelerația particulelor continuă în SPS (Proton Super Synchrotron), unde energia particulelor ajunge la 450 GeV. Apoi fasciculul este îndreptat către inelul principal de 26,7 kilometri, iar în punctele de coliziune, detectoarele înregistrează evenimentele care au loc.

Consumul de energie

În timpul funcționării colizionatorului, consumul de energie estimat va fi de 180 MW. Costurile estimate ale energiei pentru întreg Cantonul Geneva. CERN nu generează în sine energie, doar cu generatoare diesel de rezervă.

Calcul distribuit

Pentru a controla, stoca și procesa datele care vor veni de la acceleratorul și detectoarele LHC, se creează o rețea de calcul distribuită LCG. L HC C imputarea G SCĂPA ) folosind tehnologia grid. Pentru anumite sarcini de calcul va fi implicat un proiect de calcul distribuit [email protected].

Procese fizice necontrolate

Unii experți și membri ai publicului își exprimă îngrijorarea că există o probabilitate diferită de zero ca experimentele desfășurate în colisionar să scape de sub control și să dezvolte o reacție în lanț, care, în anumite condiții, ar putea distruge teoretic întreaga planetă. Punctul de vedere al susținătorilor scenariilor catastrofale asociate cu funcționarea LHC este prezentat pe un site separat. Din cauza acestor sentimente, LHC este uneori descifrat ca Ultimul Hadron Collider ( Ultimul Hadron Collider).

În acest sens, se menționează cel mai des posibilitatea teoretică a apariției găurilor negre microscopice în ciocnizor, precum și posibilitatea teoretică de formare a cheagurilor de antimaterie și a monopolurilor magnetice, urmate de o reacție în lanț de captare a materiei înconjurătoare.

Aceste posibilități teoretice au fost luate în considerare de un grup special CERN, care a pregătit un raport corespunzător, în care toate aceste temeri sunt recunoscute ca nefondate. Fizicianul teoretician englez Adrian Kent a publicat un articol științific în care critica standardele de siguranță adoptate de CERN, deoarece prejudiciul așteptat, adică produsul probabilității unui eveniment de numărul de victime, este, în opinia sa, inacceptabil. Cu toate acestea, estimarea maximă superioară a probabilității unui scenariu catastrofal la LHC este 10 -31 .

Ca argumente principale în favoarea lipsei de temei a scenariilor catastrofale, se fac referiri la faptul că Pământul, Luna și alte planete sunt bombardate constant de fluxuri de particule cosmice cu energii mult mai mari. De asemenea, este menționată funcționarea cu succes a acceleratoarelor puse în funcțiune anterior, inclusiv a lui Relativistic Heavy Ion Collider RHIC din Brookhaven. Posibilitatea formării unor găuri negre microscopice nu este negata de specialiștii CERN, cu toate acestea, se afirmă că în spațiul nostru tridimensional astfel de obiecte pot apărea doar la energii care sunt cu 16 ordine de mărime mai mari decât energia fasciculelor din LHC. . Ipotetic, găurile negre microscopice pot apărea în experimentele de la LHC în predicțiile teoriilor cu dimensiuni extraspațiale. Astfel de teorii nu au încă nicio dovadă experimentală. Cu toate acestea, chiar dacă găurile negre sunt create de ciocnirile de particule în LHC, se așteaptă ca acestea să fie extrem de instabile din cauza radiației Hawking și se vor evapora aproape instantaneu sub formă de particule obișnuite.

Pe 21 martie 2008, Walter Wagner a intentat un proces la tribunalul districtual federal din Hawaii (SUA). Walter L. Wagner) și Luis Sancho (ing. Luis Sancho), în care aceștia, acuzând CERN-ul că încearcă să aranjeze sfârșitul lumii, cer interzicerea lansării colizitorului până când siguranța acestuia este garantată.

Comparație cu viteze și energii naturale

Acceleratorul este conceput pentru a ciocni particule precum hadronii și nucleele atomice. Cu toate acestea, există surse naturale de particule, a căror viteză și energie sunt mult mai mari decât în ​​ciocnitorul (vezi: Zevatron). Astfel de particule naturale se găsesc în razele cosmice. Suprafața planetei Pământ este parțial protejată de aceste raze, dar, trecând prin atmosferă, particulele de raze cosmice se ciocnesc cu atomii și moleculele aerului. Ca urmare a acestor ciocniri naturale, multe particule stabile și instabile se nasc în atmosfera Pământului. Ca urmare, fondul natural de radiații este prezent pe planetă de multe milioane de ani. Același lucru (coliziunea particulelor elementare și a atomilor) va avea loc și în LHC, dar cu viteze și energii mai mici și în cantități mult mai mici.

găuri negre microscopice

Dacă găurile negre pot fi create în timpul ciocnirii particulelor elementare, ele se vor descompune și în particule elementare, în conformitate cu principiul invarianței CPT, care este unul dintre cele mai fundamentale principii ale mecanicii cuantice.

În plus, dacă ipoteza existenței unor micro-găuri negre stabile ar fi corectă, atunci acestea s-ar forma în cantități mari ca urmare a bombardării Pământului de către particulele elementare cosmice. Dar majoritatea particulelor elementare de înaltă energie care sosesc din spațiu au o sarcină electrică, așa că unele găuri negre ar fi încărcate electric. Aceste găuri negre încărcate ar fi captate de câmpul magnetic al Pământului și, dacă ar fi fost cu adevărat periculoase, ar fi distrus Pământul cu mult timp în urmă. Mecanismul Schwimmer care face găurile negre neutre din punct de vedere electric este foarte asemănător cu efectul Hawking și nu poate funcționa dacă efectul Hawking nu funcționează.

În plus, orice găuri negre, încărcate sau neutre din punct de vedere electric, ar fi capturate de piticele albe și de stele neutronice (care, la fel ca Pământul, sunt bombardate de radiații cosmice) și le-ar distruge. Drept urmare, durata de viață a piticelor albe și a stelelor neutronice ar fi mult mai scurtă decât cea observată de fapt. În plus, piticele albe distructibile și stelele neutronice ar emite radiații suplimentare care nu sunt de fapt observate.

În cele din urmă, teoriile cu dimensiuni extraspațiale care prezic apariția găurilor negre microscopice nu contrazic datele experimentale doar dacă numărul de dimensiuni suplimentare este de cel puțin trei. Dar cu atâtea dimensiuni suplimentare, trebuie să treacă miliarde de ani înainte ca o gaură neagră să provoace vreun rău semnificativ Pământului.

Strapelki

Eduard Boos, doctor în științe fizice și matematice de la Institutul de Cercetare pentru Fizică Nucleară al Universității de Stat din Moscova, are opinii opuse, negând apariția găurilor negre macroscopice la LHC și, în consecință, „găuri de vierme” și călătorii în timp.

Note

  1. Ghidul suprem pentru LHC (engleză) P. 30.
  2. LHC: fapte cheie. „Elementele Marii Științe”. Preluat la 15 septembrie 2008.
  3. Grupul de lucru Tevatron Electroweak, subgrupul superior
  4. Testul de sincronizare LHC a reușit
  5. Al doilea test al sistemului de injecție a fost intermitent, dar scopul a fost atins. „Elemente de mare știință” (24 august 2008). Preluat la 6 septembrie 2008.
  6. Ziua de referință LHC începe rapid
  7. Primul fascicul din știința care accelerează LHC.
  8. Misiune finalizată pentru echipa LHC. physicsworld.com. Preluat la 12 septembrie 2008.
  9. Un fascicul circulant stabil este lansat la LHC. „Elemente de mare știință” (12 septembrie 2008). Preluat la 12 septembrie 2008.
  10. Un incident la Large Hadron Collider întârzie experimentele pe termen nelimitat. „Elementele Marii Științe” (19 septembrie 2008). Preluat la 21 septembrie 2008.
  11. Large Hadron Collider nu va relua funcționarea până în primăvară - CERN. RIA Novosti (23 septembrie 2008). Preluat la 25 septembrie 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. Repararea magneților deteriorați va fi mai extinsă decât se credea anterior. „Elemente de mare știință” (09 noiembrie 2008). Consultat la 12 noiembrie 2008.
  16. Program pentru 2009. „Elemente de mare știință” (18 ianuarie 2009). Preluat la 18 ianuarie 2009.
  17. Comunicat de presă CERN
  18. Planul de lucru al Marelui Colisionator de Hadroni pentru 2009-2010 a fost aprobat. „Elementele Marii Științe” (6 februarie 2009). Preluat la 5 aprilie 2009.
  19. Experimentele LHC.
  20. Se deschide Cutia Pandorei. Vesti.ru (9 septembrie 2008). Preluat la 12 septembrie 2008.
  21. Potențialul de pericol în experimentele de coliziune de particule
  22. Dimopoulos S., Landsberg G. Găuri negre la Large Hadron Collider Phys. Rev. Lett. 87 (2001)
  23. Blaizot J.-P. et al. Studiul evenimentelor potențial periculoase în timpul coliziunilor cu ioni grei la LHC.
  24. Revizuirea siguranței coliziunilor LHC Grupul de evaluare a siguranței LHC
  25. O revizuire critică a riscurilor acceleratoarelor. Proza.ru (23 mai 2008). Preluat la 17 septembrie 2008.
  26. Care este probabilitatea unei catastrofe la LHC?
  27. Ziua Judecatii
  28. Cererea unui judecător să salveze lumea și poate mult mai mult
  29. Explicația de ce LHC va fi în siguranță
  30. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-es.pdf (spaniola)
  31. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-de.pdf (germană)
  32. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-fr.pdf (fr)
  33. H. Heiselberg. Screening în picături de cuarc // Revista fizică D. - 1993. - T. 48. - Nr. 3. - S. 1418-1423. DOI:10.1103/PhysRevD.48.1418
  34. M. Alford, K. Rajagopal, S. Reddy, A. Steiner. Stabilitatea crustelor de stele ciudate și a straniilor // Societatea Americană de Fizică. Revista fizică D. - 2006. - T. 73, 114016.
Data publicarii: 17.09.2012

Ce este Large Hadron Collider? De ce este nevoie? Poate provoca sfârșitul lumii? Să descompunem totul.

Ce este BAK?

Acesta este un tunel inelar imens, similar unei conducte de dispersie a particulelor. Este situat la o adâncime de aproximativ 100 de metri sub teritoriul Franței și Elveției. La construcția sa au participat oameni de știință din întreaga lume.

LHC a fost construit pentru a găsi bosonul Higgs, mecanismul care dă masa particulelor. Un scop secundar este, de asemenea, studierea quarcilor - particulele fundamentale care alcătuiesc hadronii (de unde și numele de ciocnitor „hadron”).

Mulți oameni cred naiv că LHC este singurul accelerator de particule din lume. Cu toate acestea, peste o duzină de colisionare au fost construite în întreaga lume începând cu anii 1950. LHC este considerat cel mai mare - lungimea sa este de 25,5 km. În plus, structura sa include un alt accelerator, mai mic ca diametru.

LHC și mass-media

De la începutul construcției, au apărut multe articole despre costul ridicat și pericolul acceleratorului. Majoritatea oamenilor cred că banii s-au irosit și nu înțeleg de ce a fost necesar să cheltuiești atât de mulți bani și efort pentru a găsi un fel de particule.

În primul rând, LHC nu este cel mai scump proiect științific din istorie. În sudul Franței se află centrul științific din Cadarache cu un reactor termonuclear scump. Cadarache a fost construită cu sprijinul a 6 țări (inclusiv Rusia); în acest moment, s-au investit deja în el aproximativ 20 de miliarde de dolari. În al doilea rând, descoperirea bosonului Higgs va aduce în lume multe tehnologii revoluționare. În plus, atunci când a fost inventat primul telefon mobil, oamenii și-au întâlnit și invenția negativ...

Cum funcționează BAC-ul?

LHC ciocnește fascicule de particule la viteze mari și monitorizează comportamentul și interacțiunea ulterioară a acestora. De regulă, un fascicul de particule este accelerat mai întâi pe inelul auxiliar, apoi este trimis către inelul principal.

Mulți dintre cei mai puternici magneți rețin particulele în interiorul ciocnitorului. Și instrumentele de înaltă precizie înregistrează mișcarea particulelor, deoarece coliziunea are loc într-o fracțiune de secundă.

Organizarea muncii colisionarului este realizată de CERN (Organizația pentru Cercetare Nucleară).

Drept urmare, după eforturi uriașe și investiții financiare, pe 4 iulie 2012, CERN a anunțat oficial că a fost găsit bosonul Higgs. Desigur, unele proprietăți ale bosonului găsite în practică diferă de aspectele teoretice, dar oamenii de știință nu au nicio îndoială cu privire la „realitatea” bosonului Higgs.

De ce ai nevoie de un BAC?

Cât de util este LHC pentru oamenii obișnuiți? Descoperirile științifice legate de descoperirea bosonului Higgs și de studiul quarcilor pot duce în viitor la o nouă revoluție științifică și tehnologică.

În primul rând, deoarece masa este energie în repaus (în general vorbind), este posibil să se transforme materia în energie în viitor. Atunci nu vor fi probleme cu energia, ceea ce înseamnă că va fi posibil să călătorești pe planete îndepărtate. Și acesta este un pas către călătoria interstelară...

În al doilea rând, studiul gravitației cuantice va permite, în viitor, controlul gravitației. Cu toate acestea, acest lucru nu se va întâmpla curând, deoarece gravitonii nu sunt încă foarte bine înțeleși și, prin urmare, dispozitivul care controlează gravitația poate fi imprevizibil.

În al treilea rând, există o oportunitate de a înțelege teoria M (un derivat al teoriei corzilor) mai detaliat. Această teorie afirmă că universul este format din 11 dimensiuni. M-theory pretinde a fi „teoria a tot”, ceea ce înseamnă că studiul ei ne va permite să înțelegem mai bine structura universului. Cine știe, poate în viitor o persoană va învăța să se miște și să influențeze alte dimensiuni.

LHC și Sfârșitul Lumii

Mulți oameni susțin că munca LHC poate distruge umanitatea. De regulă, oamenii care sunt slab versați în fizică vorbesc despre asta. Lansarea LHC a fost amânată de multe ori, dar pe 10 septembrie 2008 a fost totuși lansat. Cu toate acestea, merită remarcat faptul că LHC nu a fost niciodată accelerat la putere maximă. Oamenii de știință intenționează să lanseze LHC la capacitate maximă în decembrie 2014. Să ne uităm la posibilele cauze ale sfârșitului lumii și la alte zvonuri...

1. Crearea unei găuri negre

O gaură neagră este o stea cu gravitație uriașă, care atrage nu numai materia, ci și lumina și chiar timpul. O gaură neagră nu poate apărea din senin, motiv pentru care oamenii de știință de la CERN cred că șansele ca o gaură neagră stabilă să apară sunt extrem de mici. Cu toate acestea, este posibil. Când particulele se ciocnesc, se poate crea o gaură neagră microscopică, a cărei dimensiune este suficientă pentru a distruge planeta noastră în câțiva ani (sau mai repede). Dar omenirea nu ar trebui să se teamă, deoarece, datorită radiației Hawking, găurile negre își pierd rapid masa și energia. Deși există pesimiști în rândul oamenilor de știință care cred că un câmp magnetic puternic în interiorul ciocnitorului nu va permite dezintegrarea găurii negre. Drept urmare, șansa ca o gaură neagră să fie creată care să distrugă planeta este foarte mică, dar există o astfel de posibilitate.

2. Formarea „materiei întunecate”

Ea este, de asemenea, o „materie ciudată”, un straniu (o picătură ciudată), un „ciudat”. Aceasta este o materie care, atunci când se ciocnește cu o altă materie, o transformă într-una similară. Acestea. atunci când un strangelet și un atom obișnuit se ciocnesc, se formează două strangelets, dând naștere unei reacții în lanț. Dacă o astfel de materie apare în ciocnitor, atunci omenirea va fi distrusă în câteva minute. Cu toate acestea, șansa ca acest lucru să se întâmple este la fel de mică ca formarea unei găuri negre.

3. Antimaterie

Versiunea legată de faptul că în timpul funcționării ciocnitorului poate apărea o astfel de cantitate de antimaterie care va distruge planeta arată cel mai delirante. Și nici măcar ideea nu este că șansele de formare a antimateriei sunt foarte mici, ci că există deja mostre de antimaterie pe pământ, depozitate în recipiente speciale unde nu există gravitație. Este puțin probabil ca pe Pământ să apară o asemenea cantitate de antimaterie care să fie capabilă să distrugă planeta.

concluzii

Mulți locuitori ai Rusiei nici măcar nu știu cum să scrie corect expresia „Large Hadron Collider”, ca să nu spună nimic despre cunoștințele lor despre scopul său. Și unii pseudo-profeți susțin că nu există civilizații inteligente în Univers, deoarece fiecare civilizație, după ce a realizat progres științific, creează un ciocnitor. Apoi se formează o gaură neagră, care distruge civilizația. De aici explică numărul mare de găuri negre masive din centrul galaxiilor.

Există însă și oameni care cred că ar trebui să lansăm LHC-ul cât mai curând posibil, altfel, în momentul sosirii extratereștrilor, ne vor captura, întrucât ne consideră sălbatici.

Până la urmă, singura șansă de a afla ce ne va aduce LHC este doar să așteptăm. Mai devreme sau mai târziu, încă aflăm ce ne așteaptă: distrugere sau progres.


Sfaturi recente pentru știință și tehnologie:

Te-a ajutat acest sfat? Puteți ajuta proiectul donând orice sumă doriți pentru dezvoltarea lui. De exemplu, 20 de ruble. Sau mai mult:)

Este căutarea modalităților de a combina două teorii fundamentale - GR (despre gravitație) și SM (model standard care combină trei interacțiuni fizice fundamentale - electromagnetice, puternice și slabe). Găsirea unei soluții înainte de crearea LHC a fost împiedicată de dificultățile în crearea unei teorii a gravitației cuantice.

Construirea acestei ipoteze presupune combinarea a două teorii fizice - mecanica cuantică și relativitatea generală.

Pentru aceasta, au fost folosite simultan mai multe abordări populare și necesare în timpurile moderne - teoria corzilor, teoria branelor, teoria supergravitației, precum și teoria gravitației cuantice. Înainte de construcția civizorului, principala problemă în efectuarea experimentelor necesare a fost lipsa de energie, care nu poate fi realizată cu alte acceleratoare moderne de particule.

Geneva LHC le-a oferit oamenilor de știință oportunitatea de a efectua experimente anterior imposibil de fezabil. Se crede că în viitorul apropiat, cu ajutorul aparatului, multe teorii fizice vor fi confirmate sau infirmate. Una dintre cele mai problematice este supersimetria sau teoria corzilor, care pentru o lungă perioadă de timp a împărțit fizicul în două tabere - „stringers” și rivalii lor.

Alte experimente fundamentale efectuate ca parte a activității LHC

De asemenea, este interesantă cercetările oamenilor de știință în domeniul studierii cuarcilor de top, care sunt cei mai mulți cuarci și cei mai grei (173,1 ± 1,3 GeV/c²) dintre toate particulele elementare cunoscute în prezent.

Din cauza acestei proprietăți, chiar înainte de crearea LHC, oamenii de știință puteau observa doar quarcii la acceleratorul Tevatron, deoarece alte dispozitive pur și simplu nu aveau suficientă putere și energie. La rândul său, teoria quarcilor este un element important al ipotezei senzaționale a bosonului Higgs.

Toate cercetările științifice privind crearea și studiul proprietăților quarcilor sunt efectuate de oamenii de știință în camera de aburi de top quark-antiquark de la LHC.

Un obiectiv important al proiectului de la Geneva este și procesul de studiere a mecanismului de simetrie electroslabă, care este legat și de demonstrarea experimentală a existenței bosonului Higgs. Dacă definim problema mai precis, atunci subiectul de studiu nu este atât bosonul însuși, cât mecanismul de încălcare a simetriei interacțiunii electroslabe prezis de Peter Higgs.

De asemenea, LHC efectuează experimente pentru căutarea supersimetriei - iar rezultatul dorit va fi atât dovada teoriei că orice particulă elementară este întotdeauna însoțită de un partener mai greu, cât și respingerea acesteia.

Câteva fapte despre Large Hadron Collider, cum și de ce a fost creat, la ce folosește acesta și ce pericole potențiale pentru umanitate prezintă.

1. Construcția LHC, sau Large Hadron Collider, a fost concepută încă din 1984 și a început abia în 2001. Cinci ani mai târziu, în 2006, datorită eforturilor a peste 10 mii de ingineri și oameni de știință din diferite țări, construirea marele colizător de hadroni a fost finalizat.

2. LHC este cea mai mare unitate experimentală din lume.

3. Așadar, de ce Marele Ciocnitor de Hadroni?
A fost numit mare datorită dimensiunii sale solide: lungimea inelului principal, de-a lungul căruia sunt conduse particulele, este de aproximativ 27 km.
Hadron - deoarece instalația accelerează hadronii (particule care constau din quarci).
Collider - datorită fasciculelor de particule care accelerează în direcția opusă, care se ciocnesc unele cu altele în puncte speciale.

4. Pentru ce servește Large Hadron Collider? LHC este un centru de cercetare ultramodern în care oamenii de știință efectuează experimente cu atomi, împingând ionii și protonii împreună cu mare viteză. Oamenii de știință speră, cu ajutorul cercetărilor, să ridice vălul peste misterele apariției Universului.

5. Proiectul a costat comunitatea științifică o sumă astronomică de 6 miliarde de dolari. Apropo, Rusia a delegat 700 de specialiști la LHC, care lucrează și astăzi. Comenzile pentru LHC au adus aproximativ 120 de milioane de dolari întreprinderilor rusești.

6. Fără îndoială, principala descoperire făcută la LHC este descoperirea în 2012 a bosonului Higgs, sau așa cum este numit și „particulele lui Dumnezeu”. Bosonul Higgs este ultima verigă din modelul standard. Un alt eveniment semnificativ în Bak'e este atingerea unei valori record a energiei de coliziune de 2,36 teraelectronvolți.

7. Unii oameni de știință, inclusiv cei din Rusia, cred că, datorită experimentelor la scară largă de la CERN (Organizația Europeană pentru Cercetare Nucleară, unde, de fapt, se află ciocnitorul), oamenii de știință vor putea construi prima mașină a timpului din lume. Cu toate acestea, majoritatea oamenilor de știință nu împărtășesc optimismul colegilor.

8. Principalele temeri ale umanității cu privire la cel mai puternic accelerator de pe planetă se bazează pe pericolul care amenință omenirea ca urmare a formării unor găuri negre microscopice capabile să capteze materia înconjurătoare. Există o altă amenințare potențială și extrem de periculoasă - apariția bretelelor (produse din picătură ciudată), care, ipotetic, sunt capabile să se ciocnească cu nucleul unui atom pentru a forma din ce în ce mai multe bretele noi, transformând materia întregului Univers. Cu toate acestea, majoritatea celor mai respectați oameni de știință spun că un astfel de rezultat este puțin probabil. Dar teoretic este posibil

9. În 2008, CERN a fost dat în judecată de doi rezidenți ai statului Hawaii. Aceștia au acuzat CERN că încearcă să pună capăt umanității prin neglijență, cerând garanții de siguranță din partea oamenilor de știință.

10. Large Hadron Collider este situat în Elveția, lângă Geneva. Există un muzeu la CERN, unde vizitatorilor li se explică clar principiile coliderului și de ce a fost construit.

11 . Și, în sfârșit, un pic amuzant. Judecând după solicitările din Yandex, mulți oameni care caută informații despre Large Hadron Collider nu știu cum să scrie numele acceleratorului. De exemplu, ei scriu „andron” (și nu scriu doar cât valorează rapoartele NTV cu coliderul lor de andron), uneori scriu „android” (Imperiul replică). În rețeaua burgheză, nici ei nu rămân în urmă și în loc de „hadron” introduc „hardon” în motorul de căutare (în engleza ortodoxă, hard-on este un crescător). O ortografie interesantă în belarusă este „Vyaliki hadronny paskaralnik”, care se traduce prin „Acceleratorul de hadron mare”.

Ciocnitorul de Hadroni. O fotografie

Centrul European de Cercetare Nucleară, sau pur și simplu CERN, este un loc în care un laureat al Premiului Nobel pentru fizică poate lua masa cu ușurință lângă tine în sala de mese. Este cunoscut în întreaga lume pentru cel mai puternic accelerator de particule, Large Hadron Collider. După aproape zece ani de muncă, este timpul să facem un bilanț - a justificat unul dintre cele mai ambițioase proiecte științifice ale vremurilor noastre speranțele oamenilor de știință?

În 2008, eram în clasa a zecea. În ciuda faptului că în acei ani încă nu eram deloc interesat de fizică, un val de entuziasm nu m-a putut ocoli: din fiecare fier trâmbițau că „mașina apocalipsei” era pe cale să fie lansată. Că, de îndată ce Directorul Foarte Important ridică comutatorul, se va forma o gaură neagră și vom fi cu toții terminați. În ziua lansării oficiale a Large Hadron Collider, unii profesori au permis chiar să urmărească un reportaj de la fața locului în lecțiile lor.

Cel mai rău nu s-a întâmplat. În general, nu s-a întâmplat nimic - comutatorul a fost ridicat, numere de neînțeles pentru un simplu profan au sărit pe ecranul computerului, iar oamenii de știință au început să sărbătorească. În general, de ce s-au lansat nu era clar.

Fără îndoială, fără Large Hadron Collider, oamenii de știință nu ar fi fost capabili să facă niște descoperiri semnificative - inclusiv descoperirea bosonului Higgs. Dar va fi posibil să implementăm toate cele planificate și dacă mai există perspective pentru LHC - vom spune despre asta.

Experimentul DELPHI la Large Electron-Positron Collider

Fratele Mare: Colisionator mare electron-pozitron

La sfârșitul anilor șaptezeci ai secolului XX, fizica particulelor elementare s-a dezvoltat treptat. Pentru a testa predicțiile modelului standard în 1976, proiectul Large Electron-Positron Collider (BEP sau LEP - de la Large Electron-Positron Collider) a fost propus la Centrul European de Cercetare Nucleară (CERN, de la CERN francez). - Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) . Printre multe configurații diferite, a fost aleasă locația viitorului experiment într-un tunel subteran de 27 de kilometri lungime. Trebuia să accelereze electronii și pozitronii la energii de ordinul a zeci și sute de gigaelectronvolți: fasciculele care se ciocneau s-au încrucișat în patru puncte, unde au fost localizate ulterior experimentele ALEPH, DELPHI, OPAL și L3.

Din punctul de vedere al fizicienilor, energia nu este niciodată suficientă: opțiunea BEP aleasă pentru implementare a fost un compromis între cost și putere; Au fost luate în considerare și tuneluri de lungime mai mare, capabile să accelereze particulele mai puternic. Energia rezultată ar putea fi folosită pentru a testa Modelul Standard, dar era prea mică pentru a căuta așa-numita „nouă fizică” – fenomene care nu sunt prezise de legile sale. Ciocnitoarele de hadron sunt mult mai potrivite pentru astfel de scopuri - acceleratori de particule compuse precum protoni, neutroni și nuclee atomice. În 1977, la momentul discuției despre BEP, John Adams, directorul CERN la acea vreme, a propus să facă tunelul mai larg și să plaseze acolo ambii acceleratori simultan - atât electron-pozitronul, cât și acceleratorul hadron. Cu toate acestea, consiliul care ia deciziile finale a respins această idee, iar în 1981 a fost aprobat proiectul Marelui Colisionator Electron-Pozitron.

Tunelul Marelui Colisionator de Hadroni

Înlocuit de LHC

BEP a lucrat mai mult de zece ani: din 1989 până în 2000. O serie de experimente semnificative aparțin acestui timp, cum ar fi confirmarea maselor prezise ale purtătorilor interacțiunii slabe - bosonii W și Z, precum și măsurarea diferiților parametri ai modelului standard cu o precizie fără precedent. Și deja în 1984 s-a ținut conferința „Large Hadron Collider in the LEP Tunnel”, dedicată problemei construirii unui nou colisionator după încetarea lucrărilor predecesorului său.

În 1991, a fost aprobat în cele din urmă proiectul Large Hadron Collider (LHC sau LHC - din engleza Large Hadron Collider), cu ajutorul căruia s-a planificat realizarea unei energii totale a particulelor care se ciocnesc de 14 teraelectronvolți, adică un de o sută de ori mai mare decât cea dezvoltată de Large Electron-Positron Collider.

În 1992, a avut loc o întâlnire cu privire la programul științific al Large Hadron Collider: în total, au fost primite douăsprezece cereri pentru diferite experimente care ar putea fi construite la locul a patru puncte de coliziune a fasciculului. În anii următori au fost aprobate două experimente generale - ATLAS și CMS, experimentul ALICE pentru studiul ionilor grei și LHCb, dedicat fizicii particulelor care conțin cuarcuri b. Construcția Large Hadron Collider a început în 2000, iar primele fascicule au fost primite deja în 2008: de atunci și până astăzi, pe lângă oprirea programată, LHC a accelerat particulele și a colectat date în modul de funcționare.

Rusia la CERN

Federația Rusă este o țară observatoare la CERN din 1993, ceea ce le oferă reprezentanților săi dreptul de a participa la întâlniri, dar nu le oferă dreptul de vot atunci când iau decizii importante. În 2012, în numele Guvernului Federației Ruse, a fost făcută o declarație cu privire la intenția Federației Ruse de a deveni membru asociat al CERN, care nu a fost susținută încă.

În total, aproximativ 700 de oameni de știință ruși din douăsprezece organizații științifice, cum ar fi Institutul Comun pentru Cercetare Nucleară, Centrul Rus de Cercetare Institutul Kurchatov, Institutul pentru Cercetare Nucleară al Academiei Ruse de Științe și Universitatea de Stat din Moscova, numită după M.V. Lomonosov.

Circuitul de injecție al Marelui Colisionator de Hadroni

Care este avantajul accelerarii particulelor?

Schema de lucru a Marelui Ciocnitor de Hadron constă din mai multe etape. Înainte de a ajunge direct în LHC, particulele trec printr-o serie de etape de pre-accelerare: în acest fel, ele câștigă viteză mai rapid și în același timp cu mai puțină energie. În primul rând, în acceleratorul liniar LINAC2, protonii sau nucleele ating o energie de 50 de megaelectronvolți; apoi intră alternativ în Booster Synchrotron (PSB), Proton Synchrotron (PS) și Proton Super Synchrotron (SPS), iar în momentul injectării în civizor, energia totală a particulelor este de 450 gigaelectronvolți.

Pe lângă principalele patru experimente din tunelul Large Hadron Collider, sistemul de pre-accelerator este locul pentru mai mult de zece experimente care nu necesită o energie atât de mare a particulelor. Acestea includ, în special, experimentul NA61/SHINE, care investighează parametrii interacțiunii ionilor grei cu o țintă fixă; experimentul ISOLDE, care studiază proprietățile nucleelor ​​atomice și AEGIS, care studiază accelerația gravitațională a Pământului folosind antihidrogen.

Căutarea unei particule a lui Dumnezeu și o nouă fizică

Chiar de la început, în stadiul de dezvoltare, a fost anunțat programul științific ambițios al Large Hadron Collider. În primul rând, datorită indicațiilor primite la BEP, s-a planificat căutarea bosonului Higgs, o componentă încă ipotetică a Modelului Standard la acea vreme, responsabilă de masa tuturor particulelor. Inclusiv planurile oamenilor de știință au inclus căutarea bosonului Higgs supersimetric și a superpartenilor săi, care sunt incluși în extensia supersimetrică minimă a Modelului Standard.

În general, ca direcție separată, s-a planificat căutarea și testarea modelelor de „noua fizică”. Pentru a testa supersimetria, în care fiecare boson este asociat cu un fermion și invers, trebuia să caute partenerii corespunzători pentru particulele modelului standard. Pentru a testa teorii cu dimensiuni spațiale suplimentare, cum ar fi teoria corzilor sau teoria M, a fost anunțată posibilitatea de a stabili limite pentru numărul de dimensiuni din lumea noastră. Căutarea abaterilor de la Modelul Standard este cea care a fost considerată și este considerată în continuare una dintre sarcinile principale ale LHC.

Probleme mai puțin importante: studiul plasmei cuarc-gluon și încălcarea invarianței CP

Cuarcul de top, cel mai greu dintre cei șase quarci din Modelul Standard, a fost observat doar înainte de Large Hadron Collider la acceleratorul Tevatron de la Laboratorul Național de Accelerator Enrico Fermi din Statele Unite, datorită masei sale extrem de mari de 173 gigaelectronvolți. În timpul coliziunilor din LHC, datorită puterii sale, era de așteptat nașterea unui număr mare de quarci de top, ceea ce a interesat oamenii de știință în două aspecte. Prima a fost legată de studiul ierarhiei particulelor: în momentul de față sunt trei generații de quarci (cuarcul de sus a completat-o ​​pe a treia), dar este posibil să mai existe și mai multe. Pe de altă parte, producerea bosonului Higgs în timpul dezintegrarii cuarcului de top a fost considerată metoda principală pentru detectarea sa experimentală.

În 1964, a fost descoperită o încălcare a invarianței CP combinate (din engleză „încărcare” - sarcină și „paritate” - paritate), care corespunde imaginii în oglindă a lumii noastre cu înlocuirea completă a tuturor particulelor cu antiparticulele corespunzătoare. Acest fapt joacă un rol important în teoriile formării Universului, care încearcă să explice de ce toată materia noastră este formată din materie, și nu din antimaterie. Printre altele, încălcarea parității CP se manifestă în comportamentul mezonilor B - particule, a căror producție activă a fost presupusă în procesul de coliziuni în LHC și, cu ajutorul lor, oamenii de știință au sperat să facă lumină asupra cauzelor acest fenomen.

Funcționarea Large Hadron Collider în modul de ciocnire a nucleelor ​​grele ar fi trebuit să ducă la reconstrucția stării plasmei cuarc-gluon, care, conform conceptelor moderne, este observată la 10-5 secunde după Big Bang - o stare. atât de „fierbinte” încât quarkurile și gluonii nu interacționează între ele și nu formează particule și nuclee, așa cum se întâmplă în starea normală. Înțelegerea proceselor de origine și răcire a plasmei cuarc-gluon este necesară pentru studierea proceselor cromodinamicii cuantice, ramura fizicii responsabilă cu descrierea interacțiunilor puternice.

Schema descoperirii bosonului Higgs în experimentul ATLAS

Descoperirea de noi particule la LHC

Deci, cu ce se poate lăuda Large Hadron Collider pentru un întreg deceniu de activitate?

În primul rând, desigur, cea mai faimoasă dintre descoperiri este descoperirea în iulie 2012 a bosonului Higgs cu o masă de 126 gigaelectronvolți. Doar un an mai târziu, Peter Higgs și François Engler au primit Premiul Nobel pentru Fizică pentru că au prezis teoretic existența unei „particule a lui Dumnezeu” responsabilă de masa întregii materie din univers. Acum, însă, fizicienii se confruntă cu o nouă sarcină - să înțeleagă de ce bosonul dorit are o astfel de masă; continuă și căutarea partenerilor supersimetrici ai bosonului Higgs.

În 2015, experimentul LHCb a descoperit pentaquarci stabili - particule formate din cinci cuarci, iar un an mai târziu - candidați pentru rolul de tetraquarci - particule formate din doi cuarci și doi antiquarci. Până acum, se credea că particulele observate constau din cel mult trei quarci, iar fizicienii încă nu au perfecţionat modelul teoretic care ar descrie astfel de stări.

Încă în Modelul Standard

Fizicienii au sperat că LHC va fi capabil să rezolve problema supersimetriei - fie să o infirme complet, fie să clarifice în ce direcție merită să se miște, deoarece există un număr mare de opțiuni pentru o astfel de extindere a modelului standard. Până acum, nu a fost posibil să se facă nici una, nici alta: oamenii de știință pun diverse restricții asupra parametrilor modelelor supersimetrice, care pot elimina cele mai simple opțiuni, dar cu siguranță nu rezolvă problemele globale.

De asemenea, nu au existat indicii explicite ale proceselor fizice în afara Modelului Standard, pe care, probabil, au contat majoritatea oamenilor de știință. Cu toate acestea, este de remarcat faptul că experimentul LHCb a arătat, de asemenea, că mezonul B, o particulă grea care conține un cuarc b, nu se descompune în modul în care prezice Modelul Standard. Un astfel de comportament în sine poate servi, de exemplu, ca un indiciu al existenței unui alt purtător neutru al interacțiunii slabe, bosonul Z'. Până acum, oamenii de știință lucrează la un set de date experimentale care vor limita diverse scenarii exotice.

Schema posibilă a viitorului colisionar de 100 de kilometri

E timpul să începi să sap un nou tunel?

Ar putea The Large Hadron Collider să justifice eforturile și fondurile investite în el? Fără îndoială, deși nu toate obiectivele stabilite pentru deceniu au fost atinse până acum. Momentan este în desfășurare a doua etapă a funcționării acceleratorului, după care va fi realizată instalarea planificată și va începe a treia etapă de colectare a datelor.

Oamenii de știință nu-și pierd speranța de a face următoarele mari descoperiri și deja planifică noi coliziune, de exemplu, cu o lungime de tunel de până la 100 de kilometri.