Что такое церн большой адронный коллайдер

Большой адронный коллайдер: назначение, открытия и мифы

Большой адронный коллайдер (БАК) — самый большой и мощный ускоритель частиц в мире. Он был построен Европейской организацией ядерных исследований (ЦЕРН).

10 000 ученых и инженеров из более чем 100 разных стран работали вместе над созданием этого проекта. Его строительство стоило 10 миллиардов долларов. В настоящее время это самая большая и сложная экспериментальная исследовательская установка в мире.

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:

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.

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.

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

Источник

Частица бога, багет и Шива-разрушитель: 10 фактов о Большом адронном коллайдере

Горячий, как ранняя Вселенная, и холодный, как абсолютный ноль; намного точнее, чем швейцарские часы, но настолько хрупкий, что его можно сломать куском багета; поражающий обывателей и даже ученых своей мощью и известный юмором своих сотрудников. Все это про LHC, юбилею которого посвящает этот материал Indicator.Ru.

Большой адронный коллайдер (Large Hadron Collider, LHC) — гигантский и мощнейшый аппарат, в котором можно ускорять и сталкивать частицы-адроны (протоны и тяжелые ионы), чтобы изучать то, на что они распадутся. На строительство этого сооружения — самого сложного экспериментального устройства из существующих и самого огромного цельного механизма из когда-либо созданных человеком — было потрачено около шести миллиардов долларов. И это не считая уже имеющейся инфраструктуры Европейского центра ядерных исследований!

Главная цель работы LHC — поиск отклонений от Стандартной модели. Это одна из важнейших физических концепций, которая описывает современный мир, но не может пока объяснить гравитацию, темную материю и темную энергию. На коллайдере удалось открыть бозон Хиггса (неуловимую прежде «частицу бога»), а также обнаружить и подтвердить существование тетракварков и пентакварков. Официальный запуск LHC состоялся 10 сентября 2008 года, то есть сегодня у него день рождения! В честь этого мы расскажем о его необычных и неожиданных сторонах.

Факт 1: Откуда взялась аббревиатура CERN

Давайте перестанем путаться раз и навсегда. Все мы постоянно употребляем слово «CERN» или «ЦЕРН», но о расшифровке мало кто задумывается. Многие считают его калькой с английской аббревиатуры. Но как из названия организации, создавшей коллайдер, получить такую аббревиатуру? По-русски это Европейский центр ядерных исследований, по-английски — European Organization for Nuclear Research. Дело в том, что построен коллайдер вблизи Женевы, на границе Франции и Швейцарии, поэтому организация носит французское название, Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, от которого и пошла аббревиатура. Да и звучит CERN благозвучнее, чем какой-нибудь EONR или ЕЦЯИ.

Факт 2: Жарче 100 000 Солнц

Коллайдер очень горяч. Чтобы смоделировать условия, близкие к последствиям Большого взрыва, ученые ускоряют и сталкивают на нем два пучка тяжелых ионов, получая температуры в сотни тысяч раз больше, чем в центре Солнца. Благодаря тому, что в 2012 году в LHC смогли достичь температуры в 5,5 триллиона градусов, физикам удалось получить кварк-глюонную плазму — раскаленный «суп» из свободных строительных элементов материи, словно прямиком из недр новорожденной Вселенной. Плотность такого вещества была больше, чем плотность нейтронных звезд.

Факт 3: Ледяное притяжение

В коллайдере около 9600 супермагнитов, которые по силе в 100 000 раз превосходят притяжение Земли и помогают гонять протоны на околосветовых скоростях. Обмотки этих магнитов сплетены из 36 «струн» толщиной по 15 мм. Каждая «струна» состоит из 6-9 тысяч отдельных нитей из ниобий-титанового сплава, диаметр которых составляет 7 мкм.

Источник

Небесный портал и другие странности: ЦЕРН

ЦЕРН — Европейская организация по ядерным исследованиям, крупнейшая в мире лаборатория физики высоких энергий. Из всех странных заявлений о ЦЕРНе, идея о том, что физики, на самом деле открыли портал в другой мир, является, пожалуй, самой убедительной. Есть ли доказательства, что это произошло? Что они открыли портал, вызвали разрыв во времени и пространстве или даже открыли врата в ад? Читайте дальше, и мы увидим, с чем мы столкнемся. Но сначала…

Краткая история Большого адронного коллайдера

Большой адронный коллайдер (БАК) Европейской организации ядерных исследований (CERN) в Женеве, Швейцария, открылся в 2008 году. А первый пучок был запущен 10 сентября того же года. Цель любого коллайдера — ускорять частицы с невероятной скоростью, сталкивая их вместе и обнаруживая результаты этих столкновений. Таким образом ученые надеются найти новые частицы или реакции. Новую информацию о том, как Вселенная работает на фундаментальном уровне.
Первые настоящие столкновения частиц произошли в 2010 году. Когда БАК впервые начал работу. Его суммарная энергия достигла 7 тераэлектронвольт, или ТэВ. За прошедшие годы он был модернизирован, последний раз было достигнуто 13 ТэВ. Что, как сообщается, является «настоящим мировым рекордом».

На данный момент величайшим достижением БАК, несомненно, является открытие бозона Хиггса. Как сообщил сам ЦЕРН: «4 июля 2012 года эксперименты ATLAS и CMS на Большом адронном коллайдере. ЦЕРН объявили, что во время каждого наблюдалась новая частица с массой около 125 ГэВ». Частица была «совместима с бозоном Хиггса», и в 2013 году Франсуа Энглер и Питер Хиггс получили Нобелевскую премию по физике за это открытие. В 2011 году Fermilab опубликовал хороший обзор природы бозона Хиггса и поля Хиггса. Однако, помимо научных открытий в ЦЕРНе, многие считают, что впереди еще больше, чем просто набеги на физику элементарных частиц. Некоторые считают, что увлекшись работой, ученые попытались (или случайно) открыли порталы. Что ж…

ЦЕРН открывает порталы?

В июне 2016 года в сети появилась серия невероятных фотографий неба над ЦЕРН, любезно предоставленных фотографом Кристофом Суаресом. По совпадению, а возможно, и нет, фотографии были сделаны всего через 10 дней после начала эксперимента AWAKE. Или Advanced WAKEfield Experiment, в ЦЕРНе 16 июня 2016 года. В ответ некоторые утверждали, что БАК создал «портал над Женевой». В конце концов, изображения были довольно необычными — высокие темные облака, наполненные молниями, и ливень под ними. Действительно, за эти годы было сделано много таких заявлений. В 2015 году Yahoo News сообщил о видеозаписи предполагаемого водоворота, формирующегося над Женевой. Который они назвали «воротами НЛО».

Возможно на фото вероятный портал, открытый во время эксперимента в ЦЕРНе. фото: Youansteel.com.panoffolin.wordpress.com

На кадре облака закручиваются в точку, как если бы это была черная дыра. И можно увидеть несколько маленьких ярких шаров, «входящих в нее». Затем вихрь исчезает. Портал НЛО якобы взорвался прямо над Большим адронным коллайдером. К сожалению, несмотря на освещение в СМИ, эти кадры оказались компьютерной графикой. Другой предполагаемый портал появился над Женевой 5 июля 2016 года, на этот раз в виде облаков, которые создавали «кольцо» при взгляде на радар.

Портал над Женевой, на этот раз в виде облаков, которые создавали «кольцо» при взгляде на радар. фото: strangerdimensions.com

Согласно видео, «облачный портал» совпал с аварийным отключением БАК. Которое произошло после того, как ласка перепрыгнула через забор подстанции, ударилась о трансформатор и вырубила электричество. По крайней мере, это было правдой — ласка действительно прыгнула через забор и, к сожалению, была убита током от упомянутого трансформатора. В конечном итоге ее мумифицировали и выставили в Роттердамском музее естественной истории на выставке «Сказки мертвых животных». Приведут ли такие действия к открытию портала над ускорителем частиц, решайте сами.

Портал в ад?

В августе 2016 года в сети появилось видео, на котором, казалось, изображено ритуальное жертвоприношение на территории ЦЕРНа. Прямо перед статуей Шивы, индуистского божества. На видео вы можете увидеть несколько фигур в плащах. Собравшихся возле статуи, окружающих женщину. Видео снято с точки зрения ничего не подозревающего наблюдателя, который решает бежать прочь, осознав, что там происходит. По данным Guardian, это был розыгрыш, и сам ЦЕРН начал расследование, чтобы выяснить, кто в этом виноват. Согласно их отчету, подозревались в розыгрыше «молодые ученые».

Шутка ли, но это не совсем помогло развеять слухи о том, что ЦЕРН задумал что-то странное. Некоторые считают, что Шива — символ стремления ЦЕРНа не только открывать порталы, но и открывать врата для возвращения аннунаков на Землю. Другие считают, что БАК на самом деле может быть попыткой попасть в подземный мир. Как сообщало Metro в январе 2017 года, некоторые онлайн-блоггеры полагают. Что эксперименты ЦЕРНа на самом деле являются попыткой построить «царство антихриста». Который в конечном итоге перейдет через портал и будет «править нашей планетой».

Возможно, со странной активностью в небе над ЦЕРНом связан еще один инцидент в ноябре 2009 года. Когда предположительно временно исчез самолет Airbus A330-300 компании Iberworld.
Согласно легенде, самолет перевозил 170 пассажиров. И направлялся в Санта-Крус, Боливия, когда он, казалось, исчез во время полета. Затем сообщалось, что самолет снова появился примерно в 5 500 милях от аэропорта Тенерифе-Северный острова Тенерифе на Канарских островах. Согласно статье Inquisitr, опубликованной в 2016 году. Некоторые считают, ЦЕРН, возможно, был виновником этого загадочного поворота событий. Учитывая, что он только начал запускать лучи в прошлом году и готовился сделать это снова.

ЦЕРН создал временную волну, возможно случайно

До ноября 2009 года БАК временно не работал из-за неисправности, получившей название «инцидент с закалкой». Которая произошла 19 сентября 2008 года. Жидкий гелий попал в туннель коллайдера, повредив 53 сверхпроводящих магнита. Сторонники теории Airbus считают, что это странное событие могло произойти во время подготовки к перезапуску БАК в начале ноября. Согласно теории, ученые из ЦЕРНа случайно произвели некую «деформацию времени» во время одного из запусков БАК. Они сразу все выключили. Координатор оборудования БАК д-р Майк Ламонд официально заявил. Что отключение было вызвано птицей, которая уронила «кусочек багета». В результате чего магниты нагрелись и чуть не привели к еще одному инциденту «гашения». Как сообщает Telegraph в ноябре 6, 2009.

И все же некоторые не поверили этому объяснению. Полагая, что это было прикрытием, чтобы не дать публике узнать, что БАК «случайно открыл портал времени». Так называемое «искривление времени», было вызвано БАК, искажающим магнитное поле Земли. Создавая «временную волну», которая отражалась от ядра планеты. Волна прошла через «Врата Солнца», древнюю мегалитическую каменную арку в Боливии. Некоторые считают, что эти «звездные врата», сами по себе являются порталом в другие миры. Затем «волна времени» шла дальше, пока не прошла через Iberworld Airbus. Временно смещая его во времени и пространстве.

Врата солнца или Звездные врата — мегалитическая арка в Боливии. фото: topvoyager.com

Согласно странной истории, все 170 пассажиров вместе с самолетом спонтанно телепортировались в 5 500 миль из Боливии на Канарские острова. Где они смогли благополучно приземлиться, хотя и были сбиты с толку. («Правдивая» история Airbus, или Air Comet A333, на самом деле может быть немного менее экстраординарной. В зависимости от того, во что вы хотите верить. Согласно The Aviation Herald, самолет планировал полет из Мадрид-Барахас, Из Испании в Санта-Крус, Боливия. Но каким-то образом оказался в Санта-Крус-де-Тенерифе, Канарские острова. Как сообщается, экипаж перепутал их, хотя история определенно оставляет много вопросов.)

Мировые линии Джона Титора

Было бы упущением, не упомянуть Джона Титора (предполагаемого путешественника во времени). В дискуссии о ЦЕРНе и создании порталов. Титор часто обсуждал природу мировых линий и то, как путешествия во времени можно было бы быть открытым с помощью экспериментов в ЦЕРНе.
«Прорыв, который позволит использовать эту технологию, произойдет в течение года или около того. Когда ЦЕРН введет в эксплуатацию свой более крупный объект». — 31 января 2001 г. Мировые линии Титора фактически были временными линиями, ветвями в мультивселенной. Каждая из которых представляла бесконечное возможное развитие событий. Согласно его рассказу, ЦЕРН продолжит создавать микросингулярности. Которые затем будут использоваться для открытия «порталов» в эти другие мировые линии или временные линии, позволяющие путешествовать во времени назад.

Настоящий «портал» в новую физику

Некоторые задаются вопросом, является ли предполагаемая странная активность вокруг ЦЕРН преднамеренной? Что ученые намеренно пытаются открыть порталы в другие миры. Или, если все это непреднамеренно, неожиданным результатом работы с силами, которые мы не в состоянии контролировать. Это, конечно, если верить, что они вообще открывали какие-то порталы. Вы можете спорить и рассуждать о правдивости приведенных выше утверждений и историй. В любом случае, физика элементарных частиц неуклонно движется вперед. И на горизонте появятся новые ускорители. По сравнению с которыми Большой адронный коллайдер будет казаться маленьким. В январе 2019 года представители ЦЕРНа раскрыли свой потенциальный план. По созданию кругового коллайдера длиной 62 мили (примерно 100 км.). Проект, получивший название Future Circular Collider, будет стоить около 10 миллиардов долларов. По сравнению с БАК (примерно 27 км.), он был бы просто гигантским.

Другие ускорители частиц также находятся на стадии планирования, хотя неясно, увидят ли они когда-нибудь свет. Китай планирует создать коллайдер диаметром 20 миль. В то время как Япония также ведет переговоры о размещении Международного линейного коллайдера.
Сам БАК в настоящее время проходит модернизацию, которая увеличит его «светимость» в 10 раз. Коллайдер был остановлен в 2018 году для крупных обновлений, которые в ЦЕРНе называют длительным отключением. Ранее БАК был отключен и обновлялся с 2013 по 2015 год. Так что это не первый раз коллайдер ушел в спячку. Планируется, что он снова будет запущен в 2021 году. А новый проект с высокой светимостью начнется в 2025 году. Возникает вопрос: какие новые тайны Вселенной мы раскроем по мере модернизации БАК и появления новых и более мощных ускорителей? Время покажет…

Источник

Большой Адронный Коллайдер (БАК или LHC)

Большой Адронный Коллайдер (БАК или LHC)

Словосочетание «Большой адронный коллайдер» настолько глубоко осело в массмедиа, что о данной установке знает подавляющее количество людей, в числе которых и те, чья деятельность никоим образом не связано с физикой элементарных частиц, и с наукой вообще.

Действительно, столь масштабный и дорогой проект не мог обойти стороной СМИ – кольцевая установка длиной почти в 27 километров, ценою в десяток миллиардов долларов, с которой работает несколько тысяч научных сотрудников со всего мира. Немалую лепту в популярность коллайдера внесла так называемая «частица Бога» или бозон Хиггса, который был успешно разрекламирован, и за который Питер Хиггс получил нобелевскую премию по физике в 2013-м году.

Большой адронный коллайдер под землей комплекса ЦЕРНа

Далее разберемся подробнее в задачах и работе Большого адронного коллайдера.

Предыстория

Прежде всего следует отметить, что Большой адронный коллаейдер не строился с нуля, а возник на месте своего предшественника — Большого электрон-позитронного коллайдера (Large Electron-Positron collider или LEP). Работа над 27-микилометровом тоннелем началась в 1983-м году, где в дальнейшем планировалось расположить ускоритель, который будет осуществлять столкновение электроном и позитронов. В 1988-м году кольцевой тоннель сомкнулся, при этом рабочие подошли к проведению тоннеля столь тщательно, что расхождение между двумя концами тоннеля составило всего 1 сантиметр.

Инфографика Большого адронного коллайдера

Ускоритель проработал до конца 2000-го года, когда достиг своего пика – энергии в 209 ГэВ. После этого начался его демонтаж. За одиннадцать лет своей работы LEP принес физике ряд открытий, в числе которых – открытие W и Z бозонов и их дальнейшие исследования. На основе результатов этих исследований был сделан вывод о сходстве механизмов электромагнитного и слабого взаимодействий, вследствие чего начались теоретические работы по объединению этих взаимодействий в электрослабое.

В 2001-м году на месте электрон-позитронного ускорителя началась постройка Большого адронного коллайдера. Строительство нового ускорителя завершилось в конце 2007-го года. Он располагался на месте LEP – на границе между Францией и Швейцарией, в долине Женевского озера (в 15 км от Женевы), на глубине ста метров. В августе 2008-го года начались испытания коллайдера, а 10-го сентября произошел официальный запуск БАКа. Как и в случае с предыдущим ускорителем, строительство и работа с установкой возглавляется Европейской организацией по ядерным исследованиям – ЦЕРН.

Сотрудники ЦЕРНа в тоннеле коллайдера

Вкратце стоит сказать об организации CERN (Conseil Européenne pour la Recherche Nucléaire). Данная организация выступает в роли крупнейшей мировой лаборатории в области физики высоких энергий. Включает три тысячи постоянных сотрудников, и еще несколько тысяч исследователей и ученых из 80 стран принимают участие в проектах ЦЕРНа.

На данный момент участниками проекта является 22 страны: Бельгия, Дания, Франция, Германия, Греция, Италия, Нидерланды, Норвегия, Швеция, Швейцария, Великобритания – учредители, Австрия, Испания, Португалия, Финляндия, Польша, Венгрия, Чехия, Словакия, Болгария и Румыния – присоединившиеся. Однако, как уже было сказано выше – еще несколько десятков стран так или иначе принимают участие в работе организации, и в частности – на Большом адронном коллайдере.

Как работает Большой адронный коллайдер?

Что такое Большой адронный коллайдер и как он работает – основные вопросы, интересующие общественность. Рассмотрим эти вопросы далее.

Коллайдер (collider) – в переводе с английского означает «тот, кто сталкивает». Задача такой установки состоит в столкновении частиц. В случае с адроннмы коллайдером, в роли частиц выступают адроны – частицы, участвующие в сильном взаимодействии. Таковыми являются протоны.

Получение протонов

Долгий путь протонов берет свое начало в дуоплазматроне – первой ступени ускорителя, куда поступает водород в виде газа. Дуоплазматрон представляет собой разрядную камеру, где через газ проводится электрический разряд. Так водород, состоящий всего из одного электрона и одного протона, теряет свой электрон. Таким образом образуется плазма – вещество, состоящее из заряженных частиц – протонов. Конечно, получить чистую протонную плазму сложно, поэтому далее образованная плазма, включающая также облако молекулярных ионов и электронов, проходит фильтрацию для выделения облака протонов. Под действием магнитов протонная плазма сбивается в пучок.

Физик Детлеф Кюхлер измеряет положение печи внутри источника ионов

Предварительный разгон частиц

Новообразованный пучок протонов начинает свой путь в линейном ускорителе LINAC 2, который представляет собой 30-тиметровое кольцо, последовательно увешенное несколькими полыми цилиндрическими электродами (проводниками). Создаваемое внутри ускорителя электростатическое поле градуировано таким образом, что частицы между полыми цилиндрами всегда испытывают ускоряющую силу в направлении следующего электрода. Не углубляясь целиком в механизм разгона протонов на данном этапе, отметим лишь, что на выходе с LINAC 2 физики получают пучок протонов с энергией 50 МэВ, которые уже достигают 31% скорости света. Примечательно, что при этом масса частиц возрастает на 5%.

Линейный ускоритель LINAC 2

К 2019-2020-му году планируется замена LINAC 2 на LINAC 4, который будет разгонять протоны до 160 МэВ.

Стоит отметить, что на коллайдере также разгоняют ионы свинца, которые позволят изучить кварк-глюонную плазму. Их разгоняют в кольце LINAC 3, аналогичном LINAC 2. В дальнейшем также планируются эксперименты с аргоном и ксеноном.

Далее пакеты протонов поступают в протон-синхронный бустер (PSB). Он состоит из четырех наложенных колец диаметром 50 метров, в которых располагаются электромагнитные резонаторы. Создаваемое ими электромагнитное поле имеет высокую напряженность, и проходящая через него частица получает ускорение в результате разности потенциалов поля. Так спустя всего 1,2 секунды частицы разгоняются в PSB до 91% скорости света и достигают энергии в 1,4 ГэВ, после чего поступают в протонный-синхротрон (PS). Диаметр PS составляет 628 метров и оснащен 27 магнитами, направляющими пучок частиц по круговой орбите. Здесь частиц протоны достигают 26 ГэВ.

Предпоследним кольцом для разгона протонов служит Суперпротонный-синхротрон (SPS), длина окружности которого достигает 7 километров. Будучи оснащенным 1317-ю магнитами SPS разгоняет частицы до энергии в 450 ГэВ. Спустя примерно 20 минут пучок протонов попадает в основное кольцо – Большой адронный коллайдер (LHC).

Разгон и столкновение частиц в LHC

Схема ускорителей LHC

Столкновение частиц происходит в четырех точках основного кольца LHC, в которых располагаются четыре детектора: ATLAS, CMS, ALICE и LHCb.

Детекторы Большого адронного коллайдера

ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS)

Логотип эксперимента ATLAS

— является одним из двух детекторов общего назначения на Большом адронном коллайдере (LHC). Он исследует широкий спектр физики: от поиска бозона Хиггса до частиц, которые могут составлять темную материю. Хотя он имеет те же научные цели, что и эксперимент CMS, ATLAS использует иные технические решения и другую конструкцию магнитной системы.

Детектор ATLAS и некоторые его сотрудники

Пучки частиц из LHC сталкиваются в центре детектора ATLAS, образуя встречные обломки в виде новых частиц, которые вылетают из точки столкновения во всех направлениях. Шесть различных детектирующих подсистем, расположенных в слоях вокруг точки столкновения, записывают пути, импульс и энергию частиц, позволяя их индивидуально идентифицировать. Огромная система магнитов искривляет пути заряженных частиц, так что их импульсы можно измерить.

Взаимодействия в детекторе ATLAS создают огромный поток данных. Чтобы обработать эти данные, ATLAS использует расширенную «триггерную» систему, позволяющую сообщать детектору, какие события записывать, а какие игнорировать. Затем для анализа зарегистрированных событий столкновения используются сложные системы сбора данных и вычисления.

Детектор ATLAS и его компоненты

Детектор имеет высоту 46 метров и ширину – 25 метров, при этом его масса составляет 7 000 тонн. Эти параметры делает ATLAS самым большим детектором частиц, когда-либо созданным. Он находится в тоннеле на глубине в 100 м вблизи главного объекта ЦЕРН, недалеко от деревни Мейрин в Швейцарии. Установка состоит из 4 основных компонентов:

Внутренний детектор ATLAS

LAr (Liquid Argon Calorimeter) — калориметр ATLAS

Мюонный спектрометр ATLAS

Магнитная система ATLAS

В эксперименте ATLAS (февраль 2012 г.) работают более 3 000 ученых из 174 институтов из 38 стран.

CMS (Compact Muon Solenoid)

Логотип эксперимента CMS

— является детектором общего назначения на Большом адронном коллайдере (LHC). Как и ATLAS, имеет широкую физическую программу, начиная от изучения стандартной модели (включая бозон Хиггса) до поиска частиц, которые могут составлять темную материю. Хотя он имеет те же научные цели, что и эксперимент ATLAS, CMS использует иные технические решения и другую конструкцию магнитной системы.

Детектор CMS построен вокруг огромного магнита соленоида. Представляет собой цилиндрическую катушку сверхпроводящего кабеля, которая генерирует поле в 4 тесла, примерно в 100 000 раз превышающее магнитное поле Земли. Поле ограничено стальным «хамутом», который является массивнейшим компонентом детектора, масса которого — 14 000 тонн. Полный детектор имеет длину — 21 м, ширину — 15 м и высоту — 15 м. Установка состоит из 4 основных компонентов:

Схема детектора CMS и его основные компоненты

Эксперимент CMS является одним из крупнейших международных научных исследований в истории, в котором принимают участие 4300 человек: физики в области элементарных частиц, инженеры и техники, студенты и вспомогательный персонал из 182 институтов, 42 стран (февраль 2014 года).

ALICE (A Large Ion Collider Experiment)

Логотип эксперимента ALICE

— представляет собой детектор тяжелых ионов на кольцах большого адронного коллайдера (LHC). Он предназначен для изучения физики сильно взаимодействующего вещества при экстремальных плотностях энергии, где образуется фаза вещества, называемая кварк-глюонной плазмой.

Вся обычная материя в сегодняшней вселенной состоит из атомов. Каждый атом содержит ядро, состоящее из протонов и нейтронов (кроме водорода, не имеющего нейтронов), окруженного облаком электронов. Протоны и нейтроны, в свою очередь, состоят из кварков, связанных вместе с другими частицами, называемыми глюонами. Никакой кварк никогда не наблюдался изолированно: кварки, а также глюоны, по-видимому, постоянно связаны вместе и ограничены внутри составных частиц, таких как протоны и нейтроны. Это называется конфайнментом.

Детектор ALICE и его компоненты

Столкновения в LHC создают температуры более чем в 100 000 раз более горячее, чем в центре Солнца. Колллайдер обеспечивает столкновения между свинцовыми ионами, воссоздавая условия, аналогичные тем, которые имели место сразу после Большого Взрыва. В этих экстремальных условиях протоны и нейтроны «расплавляются», освобождая кварки от их связей с глюонами. Это и есть кварк-глюонная плазма.

В эксперименте ALICE используется детектор ALICE массой 10 000 тонн, 26 м в длину, 16 м в высоту и 16 м в ширину. Устройство состоит из трех основных комплектов компонентов: трэкинговых устройств, калориметров и детекторов-идентификаторов частиц. Также его разделяют на 18 модулей. Детектор находится в тоннеле на глубине 56 м под, недалеко от деревни Сент-Денис-Пуйи во Франции.

Эксперимент насчитывает более 1 000 ученых из более чем 100 институтов физики в 30 странах.

LHCb (Large Hadron Collider beauty experiment)

Логотип эксперимента LHCb

– в рамках эксперимента проводится исследование небольших различий между веществом и антиматерией, изучая тип частицы, называемый «бьюти-кварк» или «b-кварк».

Вместо того, чтобы окружать всю точку столкновения с помощью закрытого детектора, как ATLAS и CMS, эксперимент LHCb использует серию сабдетекторов для обнаружения преимущественно передних частиц — тех, которые были направлены вперед в результате столкновения в одном направлении. Первый сабдетектор установлен близко к точке столкновения, а остальные — один за другим на расстоянии 20 метров.

Схема детектора LHCb и его основные компоненты

На LHC создается большое изобилие различных типов кварков, прежде чем они быстро распадаются на другие формы. Чтобы поймать b-кварки, для LHCb были разработаны сложные движущиеся следящие детекторы, расположенные вблизи движения пучка частиц по коллайдеру.

5600-тонный детектор LHCb состоит из прямого спектрометра и плоских детекторов. Это 21 метр в длину, 10 метров в высоту и 13 метров в ширину, он находится на глубине 100 метров под землей. Около 700 ученых из 66 различных институтов и университетов вовлечены в эксперимент LHCb (октябрь 2013 г.).

Другие эксперименты на коллайдере

Помимо вышеперечисленных экспериментов на Большом адронном коллайдере есть другие два эксперимента с установками:

Схема расположения детекторов эксперимента LHCf. Нейтральные частицы, которые родились в столкновении пучков протонов в детекторе ATLAS и вылетели вперед (волнистая оранжевая линия), не отклоняются магнитным полем, вследствие чего влетают в детектор LHCf. Схема не отражает реальные масштабы.

LHCf состоит из двух детекторов, которые расположены вдоль LHC, на расстоянии 140 метров с обеих сторон он точки столкновения ATLAS. Каждый из двух детекторов весит всего 40 килограммов и имеет размеры 30 см в длину, 80 см в высоту и 10 см в ширину. В эксперименте LHCf участвуют 30 ученых из 9 институтов в 5 странах (ноябрь 2012 г.).

Схема расположения установок эксперимента TOTEM

Зачем нужен Большой адронный коллайдер?

Крупнейшая международная научная установка исследует широкий спектр физических задач:

Кроме этих задач, существует еще множество других, решение которых также позволит человечеству понимать природу и окружающий нас мир на более качественном уровне, что в свою очередь откроет возможности для создания новых технологий.

Практическая польза Большого адронного коллайдера и фундаментальной науки

Прежде всего, следует отметить, что фундаментальные исследования привносят вклад в фундаментальную науку. Применением же этих знаний занимается прикладная наука. Сегмент общества, не осведомленный в пользе фундаментальной науки зачастую не воспринимает открытие бозона Хиггса или создание кварк-глюонной плазмы, как нечто значимое. Связь подобных исследований с жизнью рядового человека – неочевидно. Рассмотрим краткий пример с атомной энергетикой:

Материалы по теме

ИТЭР — международный термоядерный реактор (ITER)

В 1896-м году французский физик Антуан Анри Беккерель открыл явление радиоактивности. Долгое время считалось, что к ее промышленному использованию человечество перейдет нескоро. Всего за пять лет до запуска первого в истории ядерного реактора великий физик Эрнест Резерфорд, собственно открывший атомное ядро в 1911-м году, говорил, что атомная энергия никогда не найдет своего применения. Переосмыслить свое отношение к энергии, заключенной в ядре атома, специалистам удалось в 1939 году, когда немецкие ученые Лиза Мейтнер и Отто Ган обнаружили, что ядра урана при облучении их нейтронами делятся на две части с выделением огромного количества энергии — ядерной энергии.

И лишь после этого последнего звенья ряда фундаментальных исследований в игру вступила прикладная наука, которая на основе этих открытий изобрела устройство для получения ядерной энергии – атомный реактор. Масштаб открытия можно оценить, ознакомившись с долей выработки электроэнергии атомными реакторами. Так в Украине, например, на АЭС выпадает 56% выработки электроэнергии, а во Франции и вовсе – 76%.

Все новые технологии основываются на тех или иных фундаментальных знаниях. Приведем еще пару кратких примеров:

Схема работы спутника с учетом ОТО

Если сегодня практическое применение открытиям, произошедшим на LHC еще не найдено – это не значит, что ученые «возятся на коллайдере зря». Как известно, человек разумный всегда намеревается получить максимум практического применения из имеющихся знаний, а потому знания о природе, накопленные в процессе исследования на БАК, определенно найдут свое применение, рано или поздно. Как уже было продемонстрировано выше – связь фундаментальных открытий и использующих их технологий иногда может быть совсем не очевидна.

Напоследок, отметим так называемые косвенные открытия, которые не ставятся как изначальные цели исследования. Они встречаются довольно часто, так как для совершения фундаментального открытия, обычно, требуется внедрение и использование новых технологий. Так развитие оптики получило толчок от фундаментальных исследований космоса, строящихся на наблюдениях астрономов через телескоп. В случае с ЦЕРН – так возникла повсеместно применяемая технология – Интернет, проект, предложенный Тимом Бернерсом-Ли в 1989-м году для облегчения поиска данных организации ЦЕРН.

Похожие статьи

Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!

Источник