Mapa s umiestnením urýchľovača

Na ďalšiu kombináciu základných interakcií v jednej teórii sa používajú rôzne prístupy: teória strún, ktorá bola vyvinutá v teórii M (teória brány), teória supergravitácie, slučková kvantová gravitácia atď. Niektoré z nich majú vnútorné problémy a žiadna z nich nemá experimentálne potvrdenie. Problémom je, že na uskutočnenie zodpovedajúcich experimentov sú potrebné energie, ktoré sú na moderných urýchľovačoch častíc nedosiahnuteľné.

LHC umožní uskutočniť experimenty, ktoré predtým nebolo možné uskutočniť a pravdepodobne potvrdí alebo vyvráti niektoré z týchto teórií. Existuje teda celý rad fyzikálnych teórií s rozmermi väčšími ako štyri, ktoré naznačujú existenciu „supersymetrie“ – napríklad teória strún, ktorá sa niekedy nazýva teória superstrun práve preto, že bez supersymetrie stráca svoj fyzikálny význam. Potvrdenie existencie supersymetrie by tak bolo nepriamym potvrdením pravdivosti týchto teórií.

Štúdium top kvarkov

Stavebná história

27 km podzemný tunel určený na umiestnenie zosilňovača LHC

Myšlienka projektu Large Hadron Collider sa zrodila v roku 1984 a oficiálne bola schválená o desať rokov neskôr. S jeho výstavbou sa začalo v roku 2001, po ukončení prác predchádzajúceho urýchľovača – Veľkého elektrón-pozitrónového urýchľovača.

Urýchľovač má zrážať protóny s celkovou energiou 14 TeV (teda 14 teraelektrónvoltov alebo 14 10 12 elektrónvoltov) v ťažiskovej sústave dopadajúcich častíc, ako aj olovené jadrá s energiou 5,5 GeV ( 5,5 10 9 elektrónvoltov) pre každý pár kolidujúcich nukleónov. LHC tak bude najvýkonnejším urýchľovačom elementárnych častíc na svete, ktorý rádovo prekoná svojich najbližších konkurentov v oblasti energie – protón-antiprotónový urýchľovač Tevatron, ktorý v súčasnosti funguje v Národnom laboratóriu urýchľovačov. Enrico Fermi (USA) a RHIC Relativistic Heavy Ion Collider v Brookhaven Laboratory (USA).

Urýchľovač sa nachádza v rovnakom tuneli, v ktorom býval Veľký elektrón-pozitrónový urýchľovač. Tunel s obvodom 26,7 km položili v hĺbke asi sto metrov pod zemou vo Francúzsku a Švajčiarsku. Na zachytenie a korekciu protónových lúčov sa používa 1624 supravodivých magnetov, ktorých celková dĺžka presahuje 22 km. Posledný bol inštalovaný v tuneli 27. novembra 2006 . Magnety budú pracovať pri 1,9 K (-271 °C). Výstavba špeciálnej kryogénnej linky na chladenie magnetov bola ukončená 19. novembra 2006.

Testy

technické údaje

Proces urýchľovania častíc v urýchľovači

Rýchlosť častíc v LHC na zrážaných lúčoch je blízka rýchlosti svetla vo vákuu. Zrýchlenie častíc na takéto vysoké rýchlosti sa dosahuje v niekoľkých stupňoch. V prvej fáze nízkoenergetické lineárne urýchľovače Linac 2 a Linac 3 vstrekujú protóny a ióny olova na ďalšie zrýchlenie. Potom častice vstúpia do zosilňovača PS a potom do samotného PS (protónový synchrotrón), pričom získajú energiu 28 GeV. Potom zrýchlenie častíc pokračuje v SPS (Proton Super Synchrotron), kde energia častíc dosahuje 450 GeV. Potom je lúč nasmerovaný do hlavného 26,7-kilometrového prstenca a v miestach kolízie detektory zaznamenávajú prebiehajúce udalosti.

Spotreba energie

Počas prevádzky zrážača bude odhadovaná spotreba energie 180 MW. Odhadované náklady na energiu pre celý kantón Ženeva. CERN nevyrába elektrinu sám, iba s záložnými dieselovými generátormi.

Distribuovaná výpočtová technika

Na riadenie, ukladanie a spracovanie dát, ktoré budú pochádzať z urýchľovača LHC a detektorov, sa vytvára distribuovaná výpočtová sieť LCG. L HC C počítanie G RID ) pomocou technológie grid. Pre určité výpočtové úlohy bude zahrnutý distribuovaný výpočtový projekt [e-mail chránený].

Nekontrolované fyzikálne procesy

Niektorí odborníci a verejnosť vyjadrujú obavy, že existuje nenulová pravdepodobnosť, že sa experimenty uskutočnené v urýchľovači vymknú spod kontroly a vyvinie sa reťazová reakcia, ktorá by za určitých podmienok mohla teoreticky zničiť celú planétu. Pohľad zástancov katastrofických scenárov spojených s prevádzkou LHC je prezentovaný na samostatnej webovej stránke. Kvôli týmto pocitom je LHC niekedy dešifrovaný ako Posledný Hadron Collider ( Posledný hadrónový urýchľovač).

V tejto súvislosti sa najčastejšie spomína teoretická možnosť výskytu mikroskopických čiernych dier v urýchľovači, ako aj teoretická možnosť vzniku zrazenín antihmoty a magnetických monopólov s následnou reťazovou reakciou zachytávania okolitej hmoty.

Tieto teoretické možnosti zvážila špeciálna skupina CERN, ktorá pripravila zodpovedajúcu správu, v ktorej sú všetky takéto obavy uznané ako neopodstatnené. Anglický teoretický fyzik Adrian Kent publikoval vedecký článok kritizujúci bezpečnostné normy prijaté CERN-om, pretože očakávaná škoda, teda súčin pravdepodobnosti udalosti počtom obetí, je podľa neho neprijateľná. Maximálny horný odhad pravdepodobnosti katastrofického scenára na LHC je však 10 -31.

Ako hlavné argumenty v prospech neopodstatnenosti katastrofických scenárov sa uvádza skutočnosť, že Zem, Mesiac a ďalšie planéty sú neustále bombardované prúdmi kozmických častíc s oveľa vyššími energiami. Spomína sa aj úspešná prevádzka urýchľovačov uvedených do prevádzky, vrátane relativistického zrážača ťažkých iónov RHIC v Brookhavene. Možnosť vzniku mikroskopických čiernych dier odborníci z CERN-u nepopierajú, uvádza sa však, že v našom trojrozmernom priestore sa takéto objekty môžu objaviť len pri energiách, ktoré sú o 16 rádov väčšie ako energia lúčov v LHC. . Hypoteticky sa mikroskopické čierne diery môžu objaviť v experimentoch na LHC pri predpovediach teórií s extra priestorovými rozmermi. Takéto teórie zatiaľ nemajú žiadne experimentálne dôkazy. Avšak aj keď čierne diery vzniknú zrážkami častíc v LHC, očakáva sa, že budú extrémne nestabilné v dôsledku Hawkingovho žiarenia a takmer okamžite sa vyparia vo forme obyčajných častíc.

Walter Wagner podal 21. marca 2008 žalobu na federálny okresný súd na Havaji (USA). Walter L. Wagner) a Luis Sancho (angl. Luis Sancho), v ktorej obviňujú CERN zo snahy zariadiť koniec sveta a požadujú zákaz štartu urýchľovača, kým nebude zaručená jeho bezpečnosť.

Porovnanie s prirodzenými rýchlosťami a energiami

Urýchľovač je navrhnutý tak, aby sa zrazil s takými časticami, ako sú hadróny a atómové jadrá. Existujú však prirodzené zdroje častíc, ktorých rýchlosť a energia je oveľa vyššia ako v zrážači (pozri: Zevatron). Takéto prírodné častice sa nachádzajú v kozmickom žiarení. Povrch planéty Zem je čiastočne chránený pred týmito lúčmi, ale pri prechode atmosférou sa častice kozmického žiarenia zrážajú s atómami a molekulami vzduchu. V dôsledku týchto prirodzených zrážok sa v zemskej atmosfére rodí veľa stabilných a nestabilných častíc. Výsledkom je, že prirodzené radiačné pozadie je na planéte prítomné už mnoho miliónov rokov. To isté (zrážka elementárnych častíc a atómov) nastane aj v LHC, ale s nižšími rýchlosťami a energiami a v oveľa menšom množstve.

mikroskopické čierne diery

Ak sa pri zrážke elementárnych častíc podarí vytvoriť čierne diery, rozložia sa aj na elementárne častice, a to v súlade s princípom invariantnosti CPT, čo je jeden z najzákladnejších princípov kvantovej mechaniky.

Ďalej, ak by bola správna hypotéza o existencii stabilných čiernych mikrodier, potom by sa vytvárali vo veľkých množstvách v dôsledku bombardovania Zeme kozmickými elementárnymi časticami. Ale väčšina vysokoenergetických elementárnych častíc prichádzajúcich z vesmíru má elektrický náboj, takže niektoré čierne diery by boli elektricky nabité. Tieto nabité čierne diery by boli zachytené magnetickým poľom Zeme a ak by boli naozaj nebezpečné, Zem by už dávno zničili. Schwimmerov mechanizmus, ktorý robí čierne diery elektricky neutrálnymi, je veľmi podobný Hawkingovmu efektu a nemôže fungovať, ak Hawkingov efekt nefunguje.

Navyše, akékoľvek čierne diery, nabité alebo elektricky neutrálne, by boli zachytené bielymi trpaslíkmi a neutrónovými hviezdami (ktoré sú podobne ako Zem bombardované kozmickým žiarením) a zničili by ich. V dôsledku toho by životnosť bielych trpaslíkov a neutrónových hviezd bola oveľa kratšia, ako sa v skutočnosti pozorovalo. Zničiteľní bieli trpaslíci a neutrónové hviezdy by navyše vyžarovali ďalšie žiarenie, ktoré sa v skutočnosti nepozoruje.

Napokon, teórie s extra priestorovými rozmermi, ktoré predpovedajú vznik mikroskopických čiernych dier, nie sú v rozpore s experimentálnymi údajmi, iba ak je počet extra rozmerov aspoň tri. Ale s toľkými rozmermi navyše musia prejsť miliardy rokov, kým čierna diera spôsobí nejaké významné poškodenie Zeme.

Strapelki

Eduard Boos, doktor fyzikálnych a matematických vied z Výskumného ústavu jadrovej fyziky Moskovskej štátnej univerzity, zastáva opačné názory a popiera výskyt makroskopických čiernych dier na LHC, a teda „červích dier“ a cestovania v čase.

Poznámky

  1. Konečný sprievodca LHC (anglicky) S. 30.
  2. LHC: kľúčové fakty. "Prvky veľkej vedy". Získané 15. septembra 2008.
  3. Pracovná skupina Tevatron Electroweak, top podskupina
  4. Test synchronizácie LHC bol úspešný
  5. Druhý test vstrekovacieho systému bol prerušovaný, ale cieľ bol dosiahnutý. "Prvky veľkej vedy" (24. augusta 2008). Získané 6. septembra 2008.
  6. Míľnikový deň LHC rýchlo začína
  7. Prvý lúč vo vede urýchľujúcej LHC.
  8. Misia dokončená pre tím LHC. fyzikasvet.com. Získané 12. septembra 2008.
  9. Na LHC sa spustí stabilný cirkulujúci lúč. „Prvky veľkej vedy“ (12. 9. 2008). Získané 12. septembra 2008.
  10. Incident na Veľkom hadrónovom urýchľovači oneskoruje experimenty na neurčito. „Prvky veľkej vedy“ (19. september 2008). Získané 21. septembra 2008.
  11. Veľký hadrónový urýchľovač obnoví prevádzku až na jar – CERN. RIA Novosti (23. september 2008). Získané 25. septembra 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. Oprava poškodených magnetov bude rozsiahlejšia, ako sa doteraz predpokladalo. "Prvky veľkej vedy" (9. novembra 2008). Získané 12. novembra 2008.
  16. Harmonogram na rok 2009. „Prvky veľkej vedy“ (18. januára 2009). Získané 18. januára 2009.
  17. Tlačová správa CERN
  18. Plán práce Veľkého hadrónového urýchľovača na roky 2009-2010 bol schválený. "Prvky veľkej vedy" (6. februára 2009). Získané 5. apríla 2009.
  19. Experimenty s LHC.
  20. Otvorí sa Pandorina skrinka. Vesti.ru (9. septembra 2008). Získané 12. septembra 2008.
  21. Potenciál pre nebezpečenstvo pri experimentoch s urýchľovačom častíc
  22. Dimopoulos S., Landsberg G. Black Holes at the Large Hadron Collider Phys. Rev. Lett. 87 (2001)
  23. Blaizot J.-P. a kol. Štúdium potenciálne nebezpečných udalostí počas kolízií ťažkých iónov na LHC.
  24. Preskúmanie bezpečnosti kolízií LHC Skupina pre hodnotenie bezpečnosti LHC
  25. Kritický prehľad rizík urýchľovačov. Proza.ru (23. mája 2008). Získané 17. septembra 2008.
  26. Aká je pravdepodobnosť katastrofy na LHC?
  27. Súdny deň
  28. Požiadajte sudcu, aby zachránil svet, a možno aj oveľa viac
  29. Vysvetlenie, prečo bude LHC bezpečný
  30. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-es.pdf (španielčina)
  31. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-de.pdf (nemčina)
  32. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-fr.pdf (fr)
  33. H. Heiselberg. Skríning v kvapkách kvarku // Fyzický prehľad D. - 1993. - T. 48. - č. 3. - S. 1418-1423. DOI:10.1103/PhysRevD.48.1418
  34. M. Alford, K. Rajagopal, S. Reddy, A. Steiner. Stabilita podivných hviezdnych kôr a podivných letiek // Americká fyzikálna spoločnosť. Fyzický prehľad D. - 2006. - T. 73, 114016.
Dátum zverejnenia: 17.09.2012

Čo je to Veľký hadrónový urýchľovač? Prečo je to potrebné? Môže to spôsobiť koniec sveta? Poďme si to celé rozobrať.

čo je BAK?

Ide o obrovský prstencový tunel, podobný rúre na rozptyľovanie častíc. Nachádza sa v hĺbke asi 100 metrov pod územím Francúzska a Švajčiarska. Na jeho výstavbe sa podieľali vedci z celého sveta.

LHC bol postavený na nájdenie Higgsovho bozónu, mechanizmu, ktorý dáva časticiam hmotnosť. Sekundárnym cieľom je tiež štúdium kvarkov – základných častíc, ktoré tvoria hadróny (odtiaľ názov „hadrónový“ urýchľovač).

Mnoho ľudí sa naivne domnieva, že LHC je jediný urýchľovač častíc na svete. Od 50. rokov minulého storočia sa však po celom svete postavilo viac ako tucet zrážačov. LHC je považovaný za najväčší - jeho dĺžka je 25,5 km. Okrem toho jeho štruktúra obsahuje ďalší urýchľovač s menším priemerom.

LHC a médiá

Od začiatku výstavby sa objavilo veľa článkov o vysokej cene a nebezpečnosti urýchľovača. Väčšina ľudí verí, že peniaze boli premrhané, a nechápe, prečo bolo potrebné minúť toľko peňazí a úsilia, aby sme našli nejaký druh častice.

Po prvé, LHC nie je najdrahší vedecký projekt v histórii. Na juhu Francúzska je vedecké centrum Cadarache s drahým termonukleárnym reaktorom. Cadarache bol postavený s podporou 6 krajín (vrátane Ruska); momentálne sa do nej už investovalo asi 20 miliárd dolárov. Po druhé, objav Higgsovho bozónu prinesie svetu mnoho revolučných technológií. Navyše, keď bol vynájdený prvý mobilný telefón, ľudia sa s jeho vynálezom stretli aj negatívne ...

Ako funguje BAC?

LHC naráža na zväzky častíc pri vysokých rýchlostiach a sleduje ich následné správanie a interakciu. Spravidla sa jeden lúč častíc najprv urýchľuje na pomocnom prstenci a potom sa posiela do hlavného prstenca.

Mnohé z najsilnejších magnetov držia častice vo vnútri urýchľovača. A vysoko presné prístroje zaznamenávajú pohyb častíc, pretože zrážka nastane v zlomku sekundy.

Organizáciu práce urýchľovača vykonáva CERN (Organizácia pre jadrový výskum).

Výsledkom bolo, že po obrovskom úsilí a finančných investíciách CERN 4. júla 2012 oficiálne oznámil, že bol nájdený Higgsov bozón. Samozrejme, niektoré vlastnosti bozónu nájdené v praxi sa líšia od teoretických aspektov, ale vedci nepochybujú o „realite“ Higgsovho bozónu.

Prečo potrebujete BAC?

Ako užitočný je LHC pre bežných ľudí? Vedecké objavy súvisiace s objavom Higgsovho bozónu a štúdiom kvarkov môžu v budúcnosti viesť k novej vedecko-technologickej revolúcii.

Po prvé, keďže hmotnosť je energia v pokoji (približne povedané), v budúcnosti je možné premeniť hmotu na energiu. Potom nebudú problémy s energiou, čo znamená, že bude možné cestovať na vzdialené planéty. A toto je krok k medzihviezdnemu cestovaniu...

Po druhé, štúdium kvantovej gravitácie umožní v budúcnosti ovládať gravitáciu. Čoskoro sa to však nestane, keďže gravitóny ešte nie sú veľmi dobre pochopené, a preto môže byť zariadenie, ktoré riadi gravitáciu, nepredvídateľné.

Po tretie, je tu príležitosť pochopiť M-teóriu (derivát teórie strún) podrobnejšie. Táto teória tvrdí, že vesmír pozostáva z 11 dimenzií. M-teória tvrdí, že je „teóriou všetkého“, čo znamená, že jej štúdium nám umožní lepšie pochopiť štruktúru vesmíru. Ktovie, možno sa v budúcnosti človek naučí hýbať a ovplyvňovať iné dimenzie.

LHC a koniec sveta

Mnoho ľudí tvrdí, že práca LHC môže zničiť ľudstvo. Spravidla o tom hovoria ľudia, ktorí sú slabo oboznámení s fyzikou. Štart LHC bol mnohokrát odložený, no 10. septembra 2008 bol napriek tomu spustený. Je však potrebné poznamenať, že LHC nebol nikdy zrýchlený na plný výkon. Vedci plánujú spustiť LHC na plnú kapacitu v decembri 2014. Pozrime sa na možné príčiny konca sveta a ďalšie fámy ...

1. Vytvorenie čiernej diery

Čierna diera je hviezda s obrovskou gravitáciou, ktorá priťahuje nielen hmotu, ale aj svetlo a dokonca aj čas. Čierna diera sa nemôže objaviť z ničoho nič, a preto sa vedci z CERN-u domnievajú, že šance na objavenie sa stabilnej čiernej diery sú extrémne malé. Je to však možné. Keď sa častice zrazia, môže vzniknúť mikroskopická čierna diera, ktorej veľkosť stačí na zničenie našej planéty za pár rokov (alebo rýchlejšie). Ľudstvo by sa však nemalo báť, pretože vďaka Hawkingovmu žiareniu čierne diery rýchlo strácajú svoju hmotnosť a energiu. Aj keď medzi vedcami sa nájdu pesimisti, ktorí veria, že silné magnetické pole vo vnútri zrážača nedovolí, aby sa čierna diera rozpadla. V dôsledku toho je šanca, že vznikne čierna diera, ktorá zničí planétu, veľmi malá, no je tu taká možnosť.

2. Tvorba "tmavej hmoty"

Ona je tiež „podivná hmota“, podivná kvapôčka (zvláštna kvapôčka), „čudná vec“. Toto je hmota, ktorá sa pri zrážke s inou hmotou zmení na podobnú. Tie. keď sa zrazí podivný a obyčajný atóm, vytvoria sa dva podivnosti, čo vedie k reťazovej reakcii. Ak sa takáto hmota objaví v urýchľovači, ľudstvo bude zničené v priebehu niekoľkých minút. Šanca, že sa tak stane, je však rovnako malá ako vznik čiernej diery.

3. Antihmota

Najklamlivejšie vyzerá verzia súvisiaca s tým, že počas prevádzky urýchľovača sa môže objaviť také množstvo antihmoty, ktoré zničí planétu. A nejde ani tak o to, že šance na vznik antihmoty sú veľmi malé, ale o to, že na zemi už sú vzorky antihmoty, uložené v špeciálnych nádobách, kde nie je gravitácia. Je nepravdepodobné, že sa na Zemi objaví také množstvo antihmoty, ktoré bude schopné planétu zničiť.

zistenia

Mnohí obyvatelia Ruska ani nevedia, ako správne napísať frázu „Veľký hadrónový urýchľovač“, nehovoriac nič o tom, že poznajú jeho účel. A niektorí pseudoproroci tvrdia, že vo vesmíre neexistujú žiadne inteligentné civilizácie, pretože každá civilizácia po dosiahnutí vedeckého pokroku vytvára zrážač. Potom sa vytvorí čierna diera, ktorá zničí civilizáciu. Odtiaľto vysvetľujú veľký počet masívnych čiernych dier v strede galaxií.

Nájdu sa však aj ľudia, ktorí veria, že by sme LHC mali vypustiť čo najskôr, inak nás v čase príchodu mimozemšťanov zajmú, keďže nás považujú za divochov.

Nakoniec jedinou šancou, ako zistiť, čo nám LHC prinesie, je len čakať. Skôr či neskôr aj tak zistíme, čo nás čaká: deštrukcia alebo pokrok.


Najnovšie tipy pre vedu a techniku:

Pomohla vám táto rada? Projektu môžete pomôcť darovaním ľubovoľnej sumy na jeho rozvoj. Napríklad 20 rubľov. Alebo viac:)

Ide o hľadanie spôsobov, ako spojiť dve základné teórie – GR (o gravitácii) a SM (štandardný model, ktorý kombinuje tri základné fyzikálne interakcie – elektromagnetickú, silnú a slabú). Hľadanie riešenia pred vytvorením LHC bolo brzdené ťažkosťami pri vytváraní teórie kvantovej gravitácie.

Konštrukcia tejto hypotézy zahŕňa kombináciu dvoch fyzikálnych teórií - kvantovej mechaniky a všeobecnej teórie relativity.

Na to sa použilo niekoľko populárnych a potrebných prístupov v modernej dobe naraz - teória strún, teória brány, teória supergravitácie, ako aj teória kvantovej gravitácie. Pred konštrukciou urýchľovača bol hlavným problémom pri vykonávaní potrebných experimentov nedostatok energie, ktorý nie je možné dosiahnuť inými modernými urýchľovačmi častíc.

Ženevský LHC dal vedcom príležitosť uskutočniť predtým neuskutočniteľné experimenty. Predpokladá sa, že v blízkej budúcnosti sa pomocou prístroja potvrdí alebo vyvráti veľa fyzikálnych teórií. Jednou z najproblematickejších je supersymetria alebo teória strún, ktorá na dlhý čas rozdeľovala fyzično na dva tábory – „strunárov“ a ich súperov.

Ďalšie zásadné experimenty uskutočnené v rámci práce LHC

Zaujímavý je aj výskum vedcov v oblasti štúdia top kvarkov, ktoré sú najväčšími a najťažšími (173,1 ± 1,3 GeV / c²) zo všetkých v súčasnosti známych elementárnych častíc.

Kvôli tejto vlastnosti mohli vedci ešte pred vytvorením LHC pozorovať kvarky iba na urýchľovači Tevatron, keďže iné zariadenia jednoducho nemali dostatok výkonu a energie. Teória kvarkov je zasa dôležitým prvkom senzačnej hypotézy Higgsovho bozónu.

Všetky vedecké výskumy o tvorbe a štúdiu vlastností kvarkov vykonávajú vedci v špičkovej kvarkovo-antikvarkovej parnej miestnosti na LHC.

Dôležitým cieľom ženevského projektu je aj proces štúdia mechanizmu elektroslabej symetrie, s čím súvisí aj experimentálny dôkaz existencie Higgsovho bozónu. Ak si problém zadefinujeme presnejšie, tak predmetom skúmania nie je ani tak samotný bozón, ale mechanizmus narušenia symetrie elektroslabej interakcie predpovedanej Petrom Higgsom.

LHC tiež robí experimenty na hľadanie supersymetrie – a želaným výsledkom bude jednak dôkaz teórie, že akúkoľvek elementárnu časticu vždy sprevádza ťažší partner, ako aj jej vyvrátenie.

Niekoľko faktov o Veľkom hadrónovom urýchľovači, ako a prečo vznikol, aké je jeho využitie a aké potenciálne nebezpečenstvá pre ľudstvo predstavuje.

1. Konštrukcia LHC alebo Veľkého hadrónového urýchľovača vznikla už v roku 1984 a začala sa až v roku 2001. O päť rokov neskôr, v roku 2006, sa vďaka úsiliu viac ako 10 tisíc inžinierov a vedcov z rôznych krajín podarilo vybudovať bol dokončený Veľký hadrónový urýchľovač.

2. LHC je najväčšie experimentálne zariadenie na svete.

3. Prečo teda Veľký hadrónový urýchľovač?
Bol pomenovaný veľký kvôli svojej pevnej veľkosti: dĺžka hlavného prstenca, po ktorom sú častice poháňané, je asi 27 km.
Hadrón - keďže inštalácia urýchľuje hadróny (častice, ktoré sa skladajú z kvarkov).
Collider - v dôsledku lúčov častíc zrýchľujúcich sa v opačnom smere, ktoré sa navzájom zrážajú v špeciálnych bodoch.

4. Na čo slúži Veľký hadrónový urýchľovač? LHC je ultramoderné výskumné centrum, kde vedci uskutočňujú experimenty s atómami, pričom spolu stláčajú ióny a protóny veľkou rýchlosťou. Vedci dúfajú, že s pomocou výskumu zdvihnú závoj nad záhadami vzhľadu vesmíru.

5. Projekt stál vedeckú komunitu astronomickú sumu 6 miliárd dolárov. Mimochodom, Rusko delegovalo do LHC 700 špecialistov, ktorí pracujú dodnes. Objednávky na LHC priniesli ruským podnikom približne 120 miliónov dolárov.

6. Hlavným objavom na LHC je bezpochyby objav Higgsovho bozónu v roku 2012, alebo ako sa tomu hovorí „Božie častice“. Higgsov bozón je posledným článkom v štandardnom modeli. Ďalšou významnou udalosťou v Bak'e je dosiahnutie rekordnej hodnoty kolíznej energie 2,36 teraelektrónvoltov.

7. Niektorí vedci, vrátane tých z Ruska, veria, že vďaka rozsiahlym experimentom v CERN (Európska organizácia pre jadrový výskum, kde sa v skutočnosti nachádza aj urýchľovač), vedci dokážu postaviť prvý stroj času na svete. Väčšina vedcov však nezdieľa optimizmus kolegov.

8. Hlavné obavy ľudstva o najsilnejší urýchľovač planéty vychádzajú z nebezpečenstva, ktoré ľudstvu hrozí v dôsledku vzniku mikroskopických čiernych dier schopných zachytiť okolitú hmotu. Existuje ďalšia potenciálna a mimoriadne nebezpečná hrozba - objavenie sa strapelov (vyrobených z kvapôčok Strange), ktoré sú hypoteticky schopné zrážať sa s jadrom atómu a vytvárať stále nové a nové strapely, ktoré transformujú hmotu celého vesmíru. Väčšina najuznávanejších vedcov však tvrdí, že takýto výsledok je nepravdepodobný. Ale je to teoreticky možné

9. V roku 2008 CERN zažalovali dvaja obyvatelia štátu Havaj. Obvinili CERN zo snahy skoncovať s ľudstvom z nedbanlivosti, pričom od vedcov požadovali bezpečnostné záruky.

10. Veľký hadrónový urýchľovač sa nachádza vo Švajčiarsku neďaleko Ženevy. V CERN-e sa nachádza múzeum, kde sa návštevníkom jasne vysvetlí princípy urýchľovača a prečo bol postavený.

11 . A na záver malý zábavný fakt. Súdiac podľa žiadostí v Yandex, veľa ľudí, ktorí hľadajú informácie o veľkom hadrónovom urýchľovači, nevie, ako hláskovať názov urýchľovača. Napríklad píšu „andron“ (a nielenže píšu, akú hodnotu majú správy NTV s ich andronovým urýchľovačom), niekedy píšu „android“ (Impérium vracia úder). V buržoáznej sieti tiež nezaostávajú a namiesto „hadrónu“ si do vyhľadávača naháňajú „hardon“ (v ortodoxnej angličtine hard-on je stúpačka). Zaujímavým pravopisom v bieloruštine je „Vyaliki hadronny paskaralnik“, čo sa prekladá ako „Veľký hadrónový urýchľovač“.

Hadron Collider. Fotografia

Európske centrum pre jadrový výskum alebo jednoducho CERN je miesto, kde sa nositeľ Nobelovej ceny za fyziku môže bez problémov navečerať vedľa vás v jedálni. Je celosvetovo známy vďaka najsilnejšiemu urýchľovaču častíc, Large Hadron Collider. Po takmer desiatich rokoch práce je čas bilancovať – ospravedlnil jeden z najambicióznejších vedeckých projektov súčasnosti nádeje vedcov?

V roku 2008 som bol v desiatej triede. Napriek tomu, že v tých rokoch som sa o fyziku ešte vôbec nezaujímal, vlna nadšenia ma nemohla obísť: z každého železa vytrubovali, že sa chystá spustenie „stroja súdneho dňa“. Že akonáhle veľmi dôležitý riaditeľ zdvihne spínač, vytvorí sa čierna diera a všetci skončíme. V deň oficiálneho spustenia Veľkého hadrónového urýchľovača niektorí učitelia dokonca dovolili na hodinách sledovať reportáž z miesta činu.

To najhoršie sa nestalo. Celkovo sa nič nestalo - spínač bol zdvihnutý, na obrazovke počítača naskočili čísla pre jednoduchého laika nezrozumiteľné a vedci začali oslavovať. Vo všeobecnosti nebolo jasné, prečo to spustili.

Bez veľkého hadrónového urýchľovača by sa vedcom nepochybne nepodarilo uskutočniť niektoré významné objavy – vrátane objavu Higgsovho bozónu. Bude však možné realizovať všetky plánované a či ešte stále existujú vyhliadky na LHC - o tom povieme.

Experiment DELPHI na Veľkom elektrón-pozitrónovom urýchľovači

Veľký brat: Veľký elektrón-pozitrónový urýchľovač

Koncom sedemdesiatych rokov 20. storočia sa fyzika elementárnych častíc rozvíjala míľovými krokmi. Na testovanie predpovedí Štandardného modelu v roku 1976 bol v Európskom centre pre jadrový výskum (CERN, z francúzskeho CERN) navrhnutý projekt Veľkého elektrón-pozitrónového urýchľovača (BEP alebo LEP - z anglického Large Electron-Pozitron Collider). - Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) . Spomedzi mnohých rôznych konfigurácií bolo vybrané miesto budúceho experimentu v podzemnom tuneli dlhom 27 kilometrov. Ten mal urýchliť elektróny a pozitróny na energie rádovo desiatok a stoviek gigaelektrónvoltov: zrážajúce sa lúče sa krížili v štyroch bodoch, kde sa následne nachádzali experimenty ALEPH, DELPHI, OPAL a L3.

Z pohľadu fyzikov energie nie je nikdy dosť: možnosť BEP zvolená na implementáciu bola kompromisom medzi cenou a výkonom; uvažovalo sa aj o tuneloch väčšej dĺžky, schopných silnejšie urýchľovať častice. Výsledná energia sa dala použiť na testovanie Štandardného modelu, ale bola príliš malá na hľadanie takzvanej „novej fyziky“ – javov, ktoré nie sú predpovedané jej zákonmi. Na takéto účely sú oveľa vhodnejšie hadrónové urýchľovače - urýchľovače zložených častíc, ako sú protóny, neutróny a atómové jadrá. Ešte v roku 1977, v čase diskusie o BEP, John Adams, vtedajší riaditeľ CERN-u, navrhol urobiť tunel širší a umiestniť tam oba urýchľovače naraz – elektrón-pozitrón aj hadrónový urýchľovač. Rada, ktorá robí konečné rozhodnutia, však túto myšlienku zamietla a v roku 1981 bol schválený projekt Veľkého elektrón-pozitrónového urýchľovača.

Tunel veľkého hadrónového urýchľovača

Nahradený LHC

BEP pracoval viac ako desať rokov: od roku 1989 do roku 2000. Do tejto doby patrí množstvo významných experimentov, ako napríklad potvrdenie predpovedaných hmotností nosičov slabej interakcie - W- a Z- bozónov, ako aj meranie rôznych parametrov Štandardného modelu s nevídanou presnosťou. A už v roku 1984 sa konala konferencia „Veľký hadrónový urýchľovač v tuneli LEP“, venovaná problematike výstavby nového urýchľovača po zastavení prác jeho predchodcu.

V roku 1991 bol definitívne schválený projekt Veľkého hadrónového urýchľovača (LHC alebo LHC - z anglického Large Hadron Collider), pomocou ktorého sa plánovalo dosiahnuť celkovú energiu zrážaných častíc 14 teraelektronvoltov, teda tzv. stokrát väčší ako ten, ktorý vyvinul Veľký elektrón-pozitrónový urýchľovač.

V roku 1992 sa uskutočnilo stretnutie o vedeckom programe Veľkého hadrónového urýchľovača: celkovo bolo prijatých dvanásť žiadostí o rôzne experimenty, ktoré bolo možné postaviť na mieste štyroch bodov zrážky lúčov. Počas nasledujúcich rokov boli schválené dva všeobecné experimenty - ATLAS a CMS, experiment ALICE na štúdium ťažkých iónov a LHCb, venovaný fyzike častíc obsahujúcich b-kvarky. Veľký hadrónový urýchľovač sa začal stavať v roku 2000 a prvé lúče boli prijaté už v roku 2008: odvtedy a dodnes LHC okrem plánovanej odstávky v prevádzkovom režime urýchľuje častice a zbiera dáta.

Rusko v CERN-e

Ruská federácia je od roku 1993 pozorovateľskou krajinou v CERN-e, čo jej predstaviteľom dáva právo zúčastňovať sa na stretnutiach, ale nedáva im právo hlasovať pri dôležitých rozhodnutiach. V roku 2012 zaznelo v mene vlády Ruskej federácie vyhlásenie o zámere Ruskej federácie stať sa pridruženým členom CERNu, ktorý zatiaľ nebol podporený.

Celkovo sa zúčastnilo asi 700 ruských vedcov z dvanástich vedeckých organizácií, ako je Spoločný inštitút pre jadrový výskum, Ruské výskumné centrum Kurčatov inštitút, Inštitút pre jadrový výskum Ruskej akadémie vied a Moskovská štátna univerzita pomenovaná po M.V. Lomonosov.

Vstrekovací okruh Veľkého hadrónového urýchľovača

Aká je výhoda urýchľovania častíc?

Schéma práce Veľkého hadrónového urýchľovača pozostáva z mnohých etáp. Než sa častice dostanú priamo do LHC, prejdú sériou predzrýchľovacích stupňov: týmto spôsobom získajú rýchlosť rýchlejšie a zároveň s menšou energiou. Po prvé, v lineárnom urýchľovači LINAC2 dosahujú protóny alebo jadrá energiu 50 megaelektrónvoltov; potom striedavo vstupujú do posilňovacieho synchrotrónu (PSB), protónového synchrotrónu (PS) a protónového supersynchrotrónu (SPS) a v momente vstreku do urýchľovača je celková energia častíc 450 gigaelektrónvoltov.

Okrem hlavných štyroch experimentov v tuneli Veľkého hadrónového urýchľovača je predurýchľovací systém miestom pre viac ako desať experimentov, ktoré nevyžadujú takú veľkú energiu častíc. Medzi ne patrí najmä experiment NA61/SHINE, ktorý skúma parametre interakcie ťažkých iónov s pevným cieľom; experiment ISOLDE, ktorý študuje vlastnosti atómových jadier a AEGIS, ktorý študuje gravitačné zrýchlenie Zeme pomocou antivodíka.

Hľadanie častice Boha a nová fyzika

Už na samom začiatku, vo fáze vývoja, bol ohlásený ambiciózny vedecký program Veľkého hadrónového urýchľovača. V prvom rade, kvôli údajom získaným na BEP, sa plánovalo hľadať Higgsov bozón, v tom čase ešte hypotetickú zložku Štandardného modelu, zodpovednú za hmotnosť všetkých častíc. Vrátane plánov vedcov zahŕňalo hľadanie supersymetrického Higgsovho bozónu a jeho superpartnerov, ktorí sú súčasťou minimálneho supersymetrického rozšírenia Štandardného modelu.

Vo všeobecnosti sa ako samostatný smer plánovalo hľadanie a testovanie modelov „novej fyziky“. Na testovanie supersymetrie, v ktorej je každý bozón spojený s fermiónom a naopak, sa mali hľadať zodpovedajúcich partnerov pre častice Štandardného modelu. Na testovanie teórií s ďalšími priestorovými dimenziami, ako je teória strún alebo M-teória, bola oznámená možnosť stanovenia limitov na počet dimenzií v našom svete. Práve hľadanie odchýlok od Štandardného modelu bolo a stále je považované za jednu z hlavných úloh LHC.

Menej závažné problémy: štúdium kvark-gluónovej plazmy a porušenie CP invariantnosti

Top kvark, najťažší zo šiestich kvarkov v štandardnom modeli, bol pozorovaný len pred Veľkým hadrónovým urýchľovačom v urýchľovači Tevatron v Národnom laboratóriu urýchľovačov Enrica Fermiho v Spojených štátoch kvôli jeho extrémne veľkej hmotnosti 173 gigaelektrónvoltov. Pri zrážkach v LHC sa vzhľadom na jeho silu očakával zrod veľkého množstva top kvarkov, čo vedcov zaujímalo z dvoch hľadísk. Prvý súvisel so štúdiom hierarchie častíc: v súčasnosti existujú tri generácie kvarkov (vrcholový kvark dokončil tretiu), ale je možné, že ich je ešte viac. Na druhej strane, produkcia Higgsovho bozónu počas rozpadu top kvarku bola považovaná za hlavnú metódu jeho experimentálnej detekcie.

V roku 1964 sa zistilo porušenie kombinovanej CP invariancie (z anglického „charge“ – náboj a „parity“ – parita), čo zodpovedá zrkadlovému obrazu nášho sveta s úplným nahradením všetkých častíc zodpovedajúcimi antičasticami. Tento fakt hrá dôležitú úlohu v teóriách vzniku vesmíru, ktoré sa snažia vysvetliť, prečo všetka naša hmota pozostáva z hmoty, a nie z antihmoty. Porušenie CP-parity sa okrem iného prejavuje v správaní sa B-mezónov - častíc, ktorých aktívna produkcia sa predpokladala v procese zrážok v LHC a vedci dúfali, že s ich pomocou objasnia príčiny vzniku tzv. tento jav.

Prevádzka Veľkého hadrónového urýchľovača v režime zrážky ťažkých jadier mala viesť k rekonštrukcii stavu kvark-gluónovej plazmy, ktorá sa podľa moderných koncepcií pozoruje 10-5 sekúnd po veľkom tresku - stav tak „horúce“, že kvarky a gluóny navzájom neinteragujú.iné a nevytvárajú častice a jadrá, ako sa to deje v normálnom stave. Pochopenie procesov vzniku a ochladzovania kvark-gluónovej plazmy je nevyhnutné pre štúdium procesov kvantovej chromodynamiky, odvetvia fyziky zodpovedného za popis silných interakcií.

Schéma objavu Higgsovho bozónu v experimente ATLAS

Objav nových častíc na LHC

Čím sa teda Veľký hadrónový urýchľovač môže pochváliť za celé desaťročie svojej práce?

Najprv, samozrejme, najznámejším z objavov je objav Higgsovho bozónu s hmotnosťou 126 gigaelektrónvoltov v júli 2012. Len o rok neskôr dostali Peter Higgs a François Engler Nobelovu cenu za fyziku za teoretickú predpoveď existencie „božskej častice“ zodpovednej za hmotnosť všetkej hmoty vo vesmíre. Teraz však fyzici stoja pred novou úlohou – pochopiť, prečo má želaný bozón takú hmotnosť; pokračuje aj hľadanie supersymetrických partnerov Higgsovho bozónu.

V roku 2015 experiment LHCb objavil stabilné pentakvarky – častice pozostávajúce z piatich kvarkov a o rok neskôr – kandidátov na úlohu tetrakvarkov – častice pozostávajúce z dvoch kvarkov a dvoch antikvarkov. Doteraz sa verilo, že pozorované častice pozostávajú nie z viac ako troch kvarkov a fyzici ešte musia spresniť teoretický model, ktorý by takéto stavy popisoval.

Stále v rámci štandardného modelu

Fyzici dúfali, že LHC dokáže vyriešiť problém supersymetrie – buď ho úplne vyvráti, alebo objasní, ktorým smerom sa oplatí pohnúť, keďže na takéto rozšírenie Štandardného modelu existuje obrovské množstvo možností. Doteraz nebolo možné urobiť ani jedno, ani druhé: vedci dávajú na parametre supersymetrických modelov rôzne obmedzenia, ktoré dokážu vyradiť najjednoduchšie možnosti, no rozhodne neriešia globálne problémy.

Neexistovali ani žiadne explicitné náznaky fyzikálnych procesov mimo štandardného modelu, s ktorým možno počítala väčšina vedcov. Je však potrebné poznamenať, že experiment LHCb tiež ukázal, že B-mezón, ťažká častica obsahujúca b-kvark, sa nerozpadá tak, ako to predpovedá Štandardný model. Takéto správanie samo o sebe môže slúžiť napríklad ako indikácia existencie ďalšieho neutrálneho nosiča slabej interakcie, Z' bozónu. Vedci zatiaľ pracujú na súbore experimentálnych údajov, ktoré obmedzia rôzne exotické scenáre.

Možná schéma budúceho 100-kilometrového zrážača

Je čas začať kopať nový tunel?

Mohol by Veľký hadrónový urýchľovač ospravedlniť vynaložené úsilie a finančné prostriedky? Nepochybne, aj keď nie všetky ciele stanovené na desaťročie sa doteraz podarilo naplniť. Momentálne prebieha druhá etapa prevádzky urýchľovača, po ktorej prebehne plánovaná inštalácia a začne sa tretia etapa zberu dát.

Vedci nestrácajú nádej na ďalšie veľké objavy a už teraz plánujú nové urýchľovače, napríklad s dĺžkou tunela až 100 kilometrov.