Огромный коллайдер


Десять лет прошло с момента начала работы Большого адронного коллайдера (LHC), одной из самых сложных машин, когда-либо созданных человечеством. БАК — крупнейший в мире ускоритель частиц, погребенный в 100 метрах под швейцарско-французской границей и разместившийся на 27-километровом радиусе.

К 10-летию Большого адронного коллайдера “КП” вспоминает важнейшие даты в его работе и прикидывает, что с ним будет дальше.

Успешный запуск и первые проблемы

10 сентября 2008 года благодаря усилиям Европейской организации ядерных исследований (CERN) первый пучок протонов успешно отправился в путь вокруг 27-километрового кольца сверхпроводящих магнитов. БАК официально заработал.

В тот период это было знаковым достижением для тысяч ученых, инженеров и техников. Они потратили десятилетия на планирование и строительство колоссальной подземной машины, которая помогла бы ответить на вопросы о вселенной и ее происхождении, воссоздавая условия после Большого взрыва, который произошел 13,7 миллиардов лет назад.


Однако машина стоимостью более 10 миллиардов практически сразу начала давать сбои в работе. 22 сентября 2008 года произошел инцидент, который повредил 50 из более чем 6000 магнитов БАКа — они имеют решающее значение для поддержания протонов, движущихся по его круговой траектории. Ремонт занял больше года, и в марте 2010 года коллайдер вновь начал корректно работать. Стоимость устранения неполадок составила более 40 миллионов долларов.

Протоны продолжают сталкиваться

В гигантском подземном коллайдере высокоэнергетические протоны, движущиеся со скоростью света в двух встречно вращающихся пучках, сталкиваются друг с другом. Затем обломки отслеживаются на огромных детекторах, и ученые изучают результаты.

В ЦЕРН говорят, что частицы настолько малы, что их столкновение похоже на параллельный выстрел двумя иглами, которые находятся на расстоянии 10 километров друг от друга, которые встречаются на полпути.

Годы прорыва

После запуска коллайдера в 2010 году началось время открытий и успехов. БАК работал гладко, мощность медленно увеличивалась, как и скорость столкновения частиц, предоставляя ученым возможность поиска экзотических частиц с ценными данными.


2012 год стал для ЦЕРН годом безусловного прорыва. 4 июля ученые объявили, что они зафиксировали огромное количество свидетельств об открытии новой частицы — неуловимого бозона Хиггса, стержня Стандартной модели теории физики частиц в рамках исследования Большого взрыва, который, как полагают, дает массу другим объектам и существам во Вселенной.

Открытие бозона Хиггса стало кульминацией десятилетий интеллектуальных усилий многих людей во всем мире. Двое ученых — Питер Хиггс из Великобритании и Франсуа Энглер из Бельгии — получили Нобелевскую премию по физике. Но это не конец истории, и исследователи должны подробно изучить бозон Хиггса, чтобы измерить его свойства.

Будущее с новым коллайдером?

Для решения новых вопросов физики и для получения более четкой картины субатомного мира и новых явлений, таких как темная материя и темная энергия, БАК постоянно модернизировался, постоянно увеличивая энергию и количество столкновений.

В 2018 году, через шесть лет после того, как он подтвердил существование бозона Хиггса, машина ушла на капитальный ремонт. Пучки протонов, которые сталкивались друг с другом, были сфокусированы, чтобы увеличить число столкновений частиц в десять раз, давая больший шанс обнаружить что-то необычное. В ЦЕРН заявили, что после обновления БАК будет производить 15 миллионов бозонов Хиггса в год, а не три миллиона, зарегистрированных в 2017 году.


Планируется, что БАК будет работать до 2040 года. Но в ЦЕРН уже думают о его преемнике. Ученые разрабатывают проекты для более высокопроизводительной машины, известной как циркулярный коллайдер (FCC) для расширения исследований, проводимых в настоящее время с помощью БАКа.

Радиус циркулярного коллайдера может составлять от 80 до 100 километров, что сильно увеличит интенсивность движения частиц частиц при температуре до 100 тераэлектронных вольт (ТэВ). В настоящее время БАК работает при температуре 14 ТэВ. Но он по-прежнему незаменим для будущего физики.

Источник: www.kp.ru

ТАСС, 24 июля. Физики получили первые свидетельства того, что бозоны Хиггса могут распадаться на пары мюонов – тяжелых частиц, по свойствам похожих на электроны. Результаты их работы опубликовала электронная научная библиотеке arXiv.

«Мы искали эти распады, проанализировав весь набор данных, которые детектор ATLAS собирал во время второго цикла работы Большого адронного коллайдера с апреля 2015 по декабрь 2018 года. Эти данные указали на небольшой пик в количестве мюонов, которые порождают частицы массой в 125 гигаэлектронвольт (ГэВ)», – пишут ученые.

Большой адронный коллайдер (БАК) решил свою главную задачу – поиск бозона Хиггса – еще в рамках первого цикла работы, который завершился в феврале 2013 года. Так ученые называют особую частицу массой в 125 ГэВ, которая отвечает за массу всех объектов во Вселенной. Следы распадов бозона Хиггса ученые нашли в парах фотонов и двух других бозонов, которые отвечают за перенос слабых и электромагнитных взаимодействий.


На этом изучение свойств бозона Хиггса не завершилось. Существует как минимум восемь других вариантов распада этой частицы, некоторые из которых (к примеру, его превращение в пары b-кварков), предположительно, происходят значительно чаще, чем распад бозона Хиггса на фотоны или W-бозоны. Их поиски и изучение осложняет то, что схожим образом распадаются и другие частицы. Это мешает ученым увидеть четкий сигнал, связанный с бозоном Хиггса.

Решить эту проблему можно, если накопить достаточное большое количество данных по столкновениям и распадам частиц. Благодаря этому можно отделить следы распадов бозона Хиггса от других событий, опираясь на различия в энергии, углах разлета и других свойствах. К примеру, в августе 2018 года физики из проектов ATLAS и CMS доказали, что бозон Хиггса распадается на пары b-кварков.

Недавно участники проекта ATLAS, в котором работают и физики из ведущих научных центров России, получили первые намеки на то, что БАК сможет обнаружить еще один тип распада бозона Хиггса. В этом случае частица превращается в пары мюонов – тяжелых аналогов электронов.

Эти распады, как отмечают ученые, происходят еще реже, чем пять уже известных и изученных вариантов. Поэтому даже в том огромном наборе данных, которые БАК получил за почти три года непрерывной работы, искать их довольно трудно. Кроме того, в том диапазоне масс, который связан с бозоном Хиггса, пары мюонов могут возникать 20 разными способами. Это сделало анализ собранных данных еще сложнее.


Сигнал, связанный с распадами бозонов Хиггса, ученые «извлекли», детально просчитав все два десятка вариантов появления пар мюонов и сопоставив результаты теоретических расчетов с данными ATLAS. Благодаря этому физики заметили достаточно четкий, но пока небольшой избыток в количестве пар мюонов, которые возникают в результате распадами частиц с массой как у бозона Хиггса.

Пока уровень статистической значимости этих замеров (95%), как отмечают ученые, не дотягивает до полностью достоверного (99,99995%). Однако они рассчитывают быстро получить недостающие данные после того, как БАК перезапустится в мае 2021 года.

Новый цикл работы коллайдера, как ожидают ученые, поможет им открыть еще один тип распадов бозона Хиггса, в рамках которого он превращается в пару из Z-бозона и фотона. Открыть еще более редкие события, связанные с превращением этой частицы в пары c-кварков, можно будет только после постройки так называемой «фабрики бозонов Хиггса», заключают физики. Ее сооружение недавно стало главным приоритетом для CERN.

Источник: pikabu.ru

Как выглядит Большой адронный коллайдер


Это гигантский замкнутый туннель, построенный под землей. Он имеет длину 27 километров и уходит на глубину от 50 до 175 метров.

Находится коллайдер на границе Франции и Швейцарии, недалеко от города Женева.

Как работает Большой адронный коллайдер

Слово «коллайдер» в этом случае можно перевести как «сталкиватель». А сталкивает он адроны — класс частиц, состоящих из нескольких кварков, которые удерживаются сильной субатомной связью. Протоны и нейтроны являются примерами адрона.

БАК в основном использует столкновение протонов в своих экспериментах. Протоны — это части атомов с положительным зарядом. Коллайдер ускоряет эти протоны в тоннеле, пока они не достигнут почти скорости света. Различные протоны направлены через туннель в противоположных направлениях. Когда они сталкиваются, то можно зафиксировать условия, подобные ранней Вселенной.

Откуда берутся протоны в для столкновения?

Для этого ионизируются атомы водорода. Атом водорода состоит из одного протона и одного электрона. Во время ионизации удаляется электрон и остаётся нужный для эксперимента протон.

БАК состоит из трёх основных частей:


  1. Ускоритель частиц. Разгоняет и сталкивает протоны с помощью системы мощных электромагнитов, расположенных вдоль всего тоннеля.
  2. Детекторы. Результаты столкновения нельзя наблюдать напрямую, поэтому мощные детекторы улавливают максимум данных и направляют их на обработку.
  3. Грид. С детекторов поступают петабайты данных. Для их интерпретации используется грид-инфраструктура — сеть из компьютеров в 36 странах, которые совместно образуют один суперкомпьютер. Но даже этого хватает только на обработку 1% данных.

Зачем нужен Большой адронный коллайдер

С помощью БАК можно изучить элементарные частицы и способы их взаимодействия. Он уже многому научил нас в области квантовой физики, и исследователи надеются узнать больше о структуре пространства и времени. Наблюдения, которые делают учёные, помогают понять, какой могла быть Вселенная в течение миллисекунд после Большого взрыва.

Читайте также: Что если изобретут телепортацию

Какие открытия совершили на БАК

На данный момент самое большое открытие — это бозон Хиггса. Это одно из важнейших открытий 21 века, объясняющее существование массы частиц во Вселенной. Это подтверждает Стандартную модель, с помощью которой сегодня физики описывают взаимодействие элементарных частиц. Именно на этом взаимодействии основано устройство всей Вселенной.

Суть работы бозона Хиггса в том, что благодаря ему другие элементарные частицы могут иметь и передавать свою массу. Но это очень и очень упрощённое понимание, и если Вам интересно, почитайте научную литературу.

С полным списком всех открытий на Большом адронном коллайдере можно ознакомиться на Википедии.

Может ли коллайер уничтожить Землю


С момента запуска БАК стал объектом разнообразных домыслов. Самый известный — в ходе экспериментов может образоваться чёрная дыра и поглотить планету.

Есть две причины, чтобы не волноваться.

  1. На БАК не происходит ничего такого, чего не делают космические лучи, которые ежедневно попадают на Землю, и эти лучи не создают чёрных дыр.
  2. Даже если Большой адронный коллайдер действительно создаст чёрную дыру, то она будет крошечной. Чем меньше чёрная дыра, тем короче ее жизнь. Такая чёрная дыра превратится в энергию, прежде чем сможет причинить вред людям.

Надеемся, Вам было интересно, как и нам во время работы над этим материалом!

Источник: topor.info


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.