Про коллайдер


Большой адронный коллайдер» />

Большой адронный коллайдер (или БАК)  — на данный момент самый большой и мощный ускоритель частиц в мире. Эта махина была запущена в 2008 году, но долго работала на пониженных мощностях. Разберемся, что это такое и зачем нужен большой адронный коллайдер.

История, мифы и факты

Идея создания коллайдера была озвучена в 1984 году. А сам проект на строительство коллайдера был одобрен и принят аж в 1995 году. Разработка принадлежит Европейскому центру ядерных исследований (CERN). Вообще запуск коллайдера привлек к себе большое внимание не только ученых, но и простых людей со всего мира. Говорили о всевозможных  страхах и ужасах, связанных с запуском коллайдера.

Впрочем, кто-то и сейчас, вполне возможно, ждет апокалипсиса, связанного с работой БАК и тресется от одной мысли о том, что будет, если ч взорвется большой адронный коллайдер.


тя, в первую очередь все боялись черной дыры, которая, сначала будучи микроскопической, разрастется и благополучно поглотит сначала сам коллайдер, а за ним Швейцарию и весь остальной мир. Также большую панику вызывала аннигиляционная катастрофа. Группа ученых даже подала в суд, пытаясь остановить строительство. В заявлении говорилось, что сгустки антиматерии, которые могут быть получены в коллайдере, начнут аннигилировать с материей, начнется цепная реакция и вся Вселенная будет уничтожена. Как говорил известный персонаж из «Назад в Будущее»:

Вся Вселенная, конечно, в  самом худшем случае. В лучшем – только наша галактика. Доктор Эмет Браун.

Коллайдер уничтожает землю» />
Коллайдер уничтожает землю

А теперь попытаемся понять, почему он адронный? Дело в том, что он работает с адронами, точнее разгоняет, ускоряет и сталкивает адроны.

Адроны – класс элементарных частиц, подверженных сильному взаимодействию. Адроны состоят из кварков.

Адроны делятся на барионы и мезоны. Чтобы было проще, скажем, что из барионов состоит почти все известное нам вещество. Упростим еще больше и скажем, что  барионы — это нуклоны (протоны и нейтроны, составляющие атомное ядро).

Столкновение частицКак работает большой адронный коллайдер

Масштаб очень впечатляет. Коллайдер представляет собой кольцевой туннель, залегающий под землей на глубине ста метров. Длина большого адронного коллайдера составялет 26 659 метров.  Протоны, разогнанные до скоростей близких к скорости света, пролетают в подземном круге по территории Франции и Швейцарии. Если говорить точно, то глубина залегания туннеля лежит в пределах от 50 до 175 метров. Для фокусировки и удержания пучков  летящих протонов используются сверхпроводящие магниты, их общая длина составляет около 22 километров, а работают они при температуре -271 градусов по Цельсию.

Детектор на БАКРезультаты работы большого адронного коллайдера.

Зачем нужен коллайдер? Ну уж точно не для того, чтобы уничтожить Землю. Казалось бы, какой смысл сталкивать частицы? Дело в том, что вопросов без ответов в современной физике очень много, и изучение мира с помощью разогнанных частиц может в буквальном смысле открыть новый пласт реальности, понять устройство мира, а может быть даже ответить на главный вопрос «смысла жизни, Вселенной и вообще».

Какие открытия уже совершили на БАК? Самое знаменитое – это открытие бозона Хиггса (ему мы посвятим отдельную статью). Помимо того были открыты 5 новых частиц, получены первые данные столкновений на рекордных энергиях, показано отсутствие асимметрии протонов и антипротонов, обнаружены необычные корреляции протонов. Список можно продолжать долго. А вот микроскопических черных дыр, которые наводили страх на домохозяек, обнаружить не удалось.

Большой адронный коллайдер

>» /><figcaption>Большой адронный коллайдер</figcaption></figure>
</p>
<p>И это при том, что коллайдер еще не разогнали до его максимальной мощности. Сейчас максимальная энергия большого адронного коллайдера – <strong>13 ТэВ</strong> (тера электрон-Вольт). Однако, после соответствующей подготовки протоны планируют разогнать до <strong>14 ТэВ</strong>. Для сравнения, в ускорителях- предшественниках БАК максимально полученные энергии не превышали <strong>1 ТэВ</strong>. Так разгонять частицы мог американский ускоритель Тэватрон из штата Иллинойс. Энергия, достигнутая в коллайдере — далеко не самая Большая в мире. Так, энергия космических лучей, зафиксированных на Земле, превышает энергию частицы, разогнанной в коллайдере в миллиард раз! Так что, опасность большого адронного коллайдера минимальна. Вполне вероятно, что после того, как все ответы будут получены с помощью БАК, человечеству придется строить еще один коллайдер по-мощнее.</p>
<p>Друзья, любите науку, и она обязательно полюбит Вас! А помочь Вам полюбить науку легко смогут <strong>наши авторы</strong>. Обращайтесь за помощью, и пусть учеба приносит радость!</p>
</p>
<p> </p>
<p></p>
<p class=Источник: Zaochnik.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

Одна из возможных внутренних структур новой частицы: очарованые кварки (с) образуют тяжелый компактный дикварк, вокруг которого обращается пара лёгкик антикварков ( u-bar и d-bar).  <script async data-wpfc-original-src=
сточник: ЦЕРН" title="Одна из возможных внутренних структур новой частицы: очарованые кварки (с) образуют тяжелый компактный дикварк, вокруг которого обращается пара лёгкик антикварков ( u-bar и d-bar). Источник: ЦЕРН" width="800" height="579" data-src="https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/a89/dcd/e92/a89dcde92a16df6282462b59a7bdd466.jpg" data-blurred="true"/>
Одна из возможных внутренних структур новой частицы: очарованые кварки (с) образуют тяжелый компактный дикварк, вокруг которого обращается пара лёгкик антикварков ( u-bar и d-bar). Источник: ЦЕРН

Коллаборация LHCb, одного из экспериментов Большого адронного коллайдера, куда входят представители нескольких университетов, объявила об открытии новой частицы — экзотического тетракварка Tcс+. Частица сильно выделяется среди собратьев и представляет собой новую форму материи.

Тетракварк — это экзотическая элементарная частица, адрон, состоящий из двух кварков и двух антикварков. Экзотическими тетракварки называют, потому что изначально считалось, что адроны могут состоять или из пары кварк-антикварк (такой адрон называется мезоном), или из трех кварков (в этом случае адрон называется барионом; барионами являются, например, протон или нейтрон). Барионов и мезонов известно много, и они хорошо изучены. Однако более 50 лет назад было сделано предположение, что существуют адроны, состоящие из четырех и даже пяти кварков – тетракварки и пентакварки. На данный момент экспериментально уже обнаружено 4 пентакварка и около 20 тетракварков.


Про коллайдер

«Частица обладает уникальными свойствами и фактически представляет собой новую форму материи, – пояснил участник коллаборации LHCb, заведующий лабораторией ИЯФ СО РАН, академик РАН Александр Бондарь. — c-кварки, входящие в новый тетракварк, относительно тяжелые: каждый обладает массой в 1,5 массы протона. Частица имеет положительный заряд (+1) и массу приблизительно 3,875 ГэВ».

Известные науке тетракварки могут включать в себя различную комбинацию кварков, но их объединяет то, что в них всегда содержится очарованный кварк и очарованный антикварк. Tcс+ принадлежит совершенно новому семейству частиц, так как он содержит два очарованных кварка, но ни одного антикварка, объясняют в РАН. С-кварк, или очарованный кварк, — кварк с зарядом +(2/3)e, он занимает третье место по массе среди кварков (после тяжелых t- и b-кварков).

«Мы уверены, что именно наличие двух тяжелых кварков в такой системе принципиально важно для того, чтобы эта система была достаточно устойчивой и долгоживущей. В частности, есть уверенность, что если c-кварки (очарованные кварки) заменить на b-кварки (прелестные кварки), то такая частица будет жить много дольше».

Ученые намерены заняться изучением внутренней структуры частицы.


«При массе чуть больше массы ядра гелия мы оценили размер Tcс+ примерно равным ядру атома радия (который в 50 раз тяжелее ядра гелия), то есть наша новая частица очень «рыхлая». Далее мы должны понять внутреннюю структуру этой частицы. Например, она может быть похожа на «атом», у которого есть очень маленькое и тяжелое «ядро», состоящее из двух очарованных кварков, окруженных облаком очень большого размера из легких антикварков. Или же она может быть похожа на «молекулу», в которой две тяжелые частицы вращаются друг от друга на расстоянии примерно в 8-10 раз большего размера каждой из этих частиц. Это основные варианты, и мы надеемся в какой-то момент узнать, какой именно сценарий реализуется в природе», — комментируют в РАН.

Источник: habr.com

При участии российских физиков в ЦЕРН обнаружили новую частицу — экзотический тетракварк Tcс+, представляющий собой новую форму материи. В коллаборацию LHCb, которая сделала открытие, входят Институт ядерной физики имени Г.И. Будкера Сибирского отделения РАН, Новосибирский государственный университет, Институт теоретической и экспериментальной физики имени А.И. Алиханова и другие организации. «Лента.ру» рассказывает о научном достижении и о том, что оно значит для физики частиц в целом.

LHCb — это один из четырех детекторов, установленных на Большом адронном коллайдере, который предназначен для изучения физики прелестных кварков (b-кварков) и нарушения CP-симметрии при взаимодействии между этими кварками. CР-симметрией называют неизменность законов физики при замене всех частиц на античастицы при одновременном зеркальном отражении физических процессов. Считается, что некоторые частицы не соблюдают СР-симметрию, и это может объяснять, почему во Вселенной материя преобладает над антиматерией. Помимо основной задачи, детектор LHCb также задействован в экспериментах с очарованными кварками (с-кварками).

Тетракварки являются экзотическими мезонами, то есть частицами, в которых число кварков равно числу антикварков. Экзотическими их называют потому, что изначально предполагалось существование частиц, состоящих либо из трех кварков, как протоны и нейтроны, либо из кварка и антикварка. В своих фундаментальных работах 1964 года физики Мюррей Гелл-Манн и Джордж Цвейг, в которых они предложили кварковую модель, упомянули возможность добавления кварк-антикварковой пары к минимальной мезонной или барионной кварковой конфигурации для образования адронов с четырьмя (тетракварк) или пятью (пентакварк) кварковыми составляющими. При этом считалось, что состав тетракварков всегда соответствует формуле qq’QQ’, где q — это легкий кварк (верхний, нижний или странный), а Q — тяжелый кварк (очарованный или прелестный); апострофы обозначают соответствующие антикварки (легкие или тяжелые).

Физикам потребовалось 50 лет, чтобы получить однозначные экспериментальные доказательства существования экзотических адронов. В апреле 2014 года коллаборация LHCb опубликовала измерения, которые продемонстрировали, что частица Z (4430), впервые обнаруженная коллаборацией Belle, состоит из четырех кварков (ccud). Затем в июле 2015 года на Большом адронном коллайдере произошел поворотный момент в спектроскопии экзотических барионов, когда коллаборация LHCb сообщила о признаках существования пентакварков.

Считается, что первым экспериментально обнаруженным тетракварком стал Zc(3900), открытый в 2013 году сразу двумя независимыми научными коллективами на китайском электрон-позитронном коллайдере в BEPC II и в японской лаборатории Организации по изучению высокоэнергетических ускорителей. В 2015 году анализ распада лямбда-барионов, содержащих в своем составе один прелестный кварк (прелестные лямбда-барионы), раскрыл существование пентакварков — экзотических частиц, состоящих из пяти кварков. С тех пор экспериментально доказано существование 20 тетракварков и четырех пентакварков.

В июле 2020 года физики LHCb объявили о возможном открытии тетракварка с четырьмя очарованиями. До этого момента все известные экзотические частицы содержали пару очарованный кварк или очарованный антикварк или прелестный кварк и прелестный антикварк. В августе 2020 года впервые открыли тетракварк cdus с открытым очарованием, а в марте 2021 года — тетракварк со скрытым очарованием и странным кварком. О скрытом очаровании говорят, когда в составе адрона имеются очарованный кварк и очарованный антикварк. При открытом очаровании частицы не содержат очарованных антикварков, чтобы уравновесить очарованные кварки. Аналогичная терминология применяется к другим ароматам кварков.

Новая частица проявила себя в виде узкого пика в спектре масс распада π+-мезона со статистической значимостью, превышающей 20 стандартных отклонений, что однозначно указывает на открытие. Физики проанализировали полный набор данных, полученных при сеансах работы коллайдера Run 1 и Run 2.

Тетракварк Tcс+, или ccud представляет собой единственную известную науке частицу, состоящую из четырех кварков, сразу два из которых являются очарованными (с-кварки), но при этом отсутствуют очарованные антикварки. Вместо них содержатся два антикварка с ароматами u (верхний) и d (нижний). То есть данная частица имеет открытое очарование и выходит за рамки традиционной схемы образования адронов, обнаруживаемой в мезонах и барионах. При этом время жизни нового тетракварка примерно в 10-500 раз больше, чем у частиц с похожей массой, что делает тетракварк Tcс+ рекордсменом-долгожителем.

Все наблюдавшиеся экзотические адроны распадаются за счет сильного взаимодействия. Долгоживущая экзотическая частица, стабильная по отношению к сильному взаимодействию, заинтриговала бы сообщество физиков элементарных частиц. Адрон с двумя тяжелыми кварками и двумя легкими антикварками — главный кандидат. Однако до сих пор было неясно, будет ли такая частица существовать.

Ситуация изменилась четыре года назад, когда коллаборация LHCb обнаружила барион, содержащий два очарованных кварка и один верхний кварк. Это наблюдение позволило предсказать существование стабильного тетракварка bbud с двумя прелестными кварками. Долгожданное открытие на этой неделе показывает, что ccud также существует, что дополнительно подтверждает существование тетракварка bbud, устойчивого к сильным и электромагнитным взаимодействиям.

Физики предполагают две возможности взаимодействия кварков внутри тетракварка. Кварки могут быть тесно взаимосвязаны друг с другом или представлять собой тесно взаимодействующие мезоны. Иными словами, в первом случае экзотическая частица может быть больше похожа на «атом», который имеет очень маленькое и тяжелое ядро, состоящее из двух очарованных кварков и окруженное облаком очень большого размера из легких антикварков. Или же она является «молекулой», в которой две тяжелые частицы D0 и D*+ вращаются друг вокруг друга на расстоянии примерно в восемь-десять раз больше размера каждой из этих частиц.

Поскольку пик в спектре масс распада π+-мезона близок к порогу, соответствующему массе пары очарованных мезонов D*+ D0, можно предположить, что наиболее вероятен вариант с «молекулой», хотя реальная природа этой близости пока остается загадкой, и она не исключает мультикварковую «атомную» структуру. Кроме того, существует загадочная частица χc1(3872), которая по массе тоже близка сумме масс очарованных мезонов. Сходство масс χc1(3872) и Tcс+ может указывать на глубокую, но еще не изученную связь между двумя частицами.

На этой неделе на конференции коллаборации LHCb было объявлено о наблюдении еще двух адронов, Ξb(6327)0 и Ξb(6330)0. Таким образом, к списку адронов, обнаруженных на Большом адронном коллайдере, были добавлены еще три адрона, в результате чего общее количество обнаруженных адронов достигло 62.

Источник: lenta.ru


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.