Новината за провеждания в Европа експеримент разтърси общественото спокойствие, като се изкачи начело в списъка на обсъжданите теми. Адронен колайдерсветна навсякъде - по телевизията, в пресата и в интернет. Какво можем да кажем, ако потребителите на LJ създават отделни общности, където стотици безразлични хора активно изразяват своите възгледи за новото рожба на науката. "Дело" ви предлага 10 факта, които трябва да знаете адронен колайдер.

Мистериозната научна фраза престава да бъде такава, щом разберем значението на всяка една от думите. адрон- името на класа елементарни частици. ускорител- специален ускорител, с помощта на който е възможно да се прехвърля висока енергия на елементарни частици материя и, като се ускори до най-висока скорост, да се възпроизведе сблъсъкът им един с друг.

2. Защо всички говорят за него?

Според учени от Европейския център за ядрени изследвания CERN експериментът ще даде възможност да се възпроизведе в миниатюра експлозията, довела до образуването на Вселената преди милиарди години. Обществеността обаче най-много се притеснява е какви ще бъдат последствията от мини експлозия на планетата, ако експериментът се провали. Според някои учени в резултат на сблъсъка на елементарни частици, летящи с ултралативистични скорости в противоположни посоки, се образуват микроскопични черни дупки, както и други опасни частици ще излетят. Разчитането на специална радиация, която води до изпаряване на черни дупки, не си струва особено – няма експериментални доказателства, че тя работи. Ето защо към такива научна иновацияи възниква недоверие, активно подхранвано от скептичните учени.

3. Как работи това нещо?

Елементарните частици се ускоряват в различни орбити в противоположни посоки, след което се поставят в една орбита. Стойността на сложното устройство е, че благодарение на него учените могат да изучават продуктите от сблъсъка на елементарни частици, записани от специални детектори под формата на цифрови камери с резолюция 150 мегапиксела, способни да заснемат 600 милиона кадъра на второ.

4. Кога ти хрумна идеята да създадеш колайдер?

Идеята за построяването на колата се ражда през далечната 1984 г., но строителството на тунела започва едва през 2001 г. Ускорителят се намира в същия тунел, където е бил разположен предишният ускорител, Големият електронно-позитронен колайдер. 26,7-километровият пръстен е положен на дълбочина около сто метра под земята във Франция и Швейцария. На 10 септември в ускорителя беше изстрелян първият протонен лъч. През следващите няколко дни ще бъде пуснат втори пакет.

5. Колко струваше строителството?

В разработването на проекта участваха стотици учени от цял ​​свят, включително руски. Стойността му се оценява на 10 милиарда долара, от които САЩ инвестираха 531 милиона долара в изграждането на адронния колайдер.

6. Какъв принос има Украйна за създаването на ускорителя?

Учени от Украинския институт по теоретична физика взеха пряко участие в изграждането на адронния колайдер. Те са разработили вътрешна система за проследяване (ITS) специално за изследвания. Тя е сърцето на "Алиса" - част ускорителкъдето се предполага, че ще се случи миниатюрният "голям взрив". Очевидно не е най-важната част от колата. Украйна трябва годишно да плаща 200 хиляди гривни за правото да участва в проекта. Това е 500-1000 пъти по-малко от вноските в проекта на други страни.

7. Кога да чакаме края на света?

Първият експеримент за сблъсък на лъчи от елементарни частици е насрочен за 21 октомври. Дотогава учените планират да ускорят частиците до скорост, близка до скоростта на светлината. Според общата теория на относителността на Айнщайн не сме застрашени от черни дупки. Въпреки това, ако теории с доп пространствени измеренияще бъде правилно, не ни остава много време, за да имаме време да решим всичките си въпроси на планетата Земя.

8. Защо черните дупки са страшни?

Черна дупка- област в пространство-времето, чиято сила на гравитационно привличане е толкова силна, че дори обекти, движещи се със скоростта на светлината, не могат да я напуснат. Съществуването на черни дупки се потвърждава от решенията на уравненията на Айнщайн. Въпреки факта, че мнозина вече си представят как черна дупка, образувана в Европа, разширяваща се, ще погълне цялата планета, няма нужда да биете алармата. Черни дупки, което според някои теории може да се появи при работа ускорител, според всички същите теории, ще съществуват за толкова кратък период от време, че просто няма да имат време да започнат процеса на поглъщане на материята. Според някои учени те дори няма да имат време да летят до стените на колайдера.

9. Как изследванията могат да бъдат полезни?

В допълнение към факта, че данните от изследванията са още едно невероятно научно постижение, което ще позволи на човечеството да разбере състава на елементарните частици, това не е цялата печалба, заради която човечеството е поело такъв риск. Може би в близко бъдеще ще можем да видим динозаврите със собствените си очи и да обсъдим най-ефективните военни стратегии с Наполеон. Руските учени смятат, че в резултат на експеримента човечеството ще може да създаде машина на времето.

10. Как да създадем впечатлението на човек с научна информация, използващ адронния колайдер?

И накрая, ако някой, въоръжен с отговор предварително, ви попита какво е адронния колайдер, ние ви предлагаме достоен вариантотговор, който може приятно да изненада всеки. Така че, затегнете предпазните колани! Адронният колайдер е ускорител на заредени частици, предназначен да ускорява протоните и тежките йони в сблъскващи се лъчи. Построен в Изследователския център на Европейския съвет за ядрени изследвания, той представлява 27-километров тунел, заровен на дълбочина от 100 метра. Поради факта, че протоните са електрически заредени, ултрарелативистичен протон генерира облак от почти реални фотони, летящи близо до протона. Този поток от фотони става още по-силен в режима на ядрени сблъсъци, поради големия електрически зарядядра. Те могат да се сблъскат както с настъпващия протон, което води до типични фотон-адронни сблъсъци, така и един с друг. Учените се опасяват, че в резултат на експеримента могат да се образуват пространствено-времеви "тунели" в пространството, които са типологична особеност на пространство-времето. В резултат на експеримента може да се докаже и съществуването на суперсиметрия, което следователно ще се превърне в косвено потвърждение на истинността на теорията на суперструните.

(или цистерна)в момента е най-големият и най-мощен ускорител на частици в света. Този колос беше пуснат през 2008 г., но дълго време работеше с намален капацитет. Нека да разберем какво е това и защо се нуждаем от Голям адронен колайдер.

История, митове и факти

Идеята за създаване на колайдер е обявена през 1984 г. А самият проект за изграждането на колайдера е одобрен и приет още през 1995 г. Разработката принадлежи на Европейския център за ядрени изследвания (CERN). Като цяло изстрелването на колайдера привлече много внимание не само на учените, но и на учените обикновените хораот цял ​​свят. Говорихме за всякакви страхове и ужаси, свързани с изстрелването на колайдера.

Въпреки това дори сега е напълно възможно някой да чака апокалипсис, свързан с работата на LHC, и да се напуква при мисълта какво ще се случи, ако Големият адронен колайдер избухне. Въпреки че на първо място всички се страхуваха от черна дупка, която отначало е микроскопична, ще расте и безопасно поглъща първо самия колайдер, а след това Швейцария и останалия свят. Анихилационната катастрофа също предизвика голяма паника. Група учени дори заведе дело, опитвайки се да спре строителството. В изявлението се казва, че бучките антиматерия, които могат да бъдат произведени в колайдера, ще започнат да се унищожават с материята, ще започне верижна реакция и цялата вселена ще бъде унищожена. Както каза известният герой от „Завръщане в бъдещето“:

Разбира се, цялата вселена е в най-лошия сценарий. В най-добрия случай, само нашата галактика. д-р Емет Браун.

Сега нека се опитаме да разберем защо е адронен? Факт е, че работи с адрони, по-точно ускорява, ускорява и сблъсква адрони.

адрони- клас елементарни частици, подложени на силни взаимодействия. Адроните са направени от кварки.

Адроните се делят на бариони и мезони. За да стане по-лесно, да кажем, че почти цялата позната ни материя се състои от бариони. Нека да опростим още повече и да кажем, че барионите са нуклони (протони и неутрони, които съставляват атомно ядро).

Как работи Големият адронен колайдер

Мащабът е много впечатляващ. Ускорителят е пръстенен тунел, заровен на сто метра дълбочина. LHC е дълъг 26 659 метра. Протоните, ускорени до скорости, близки до скоростта на светлината, летят в подземен кръг през територията на Франция и Швейцария. За да бъдем точни, дълбочината на тунела е в диапазона от 50 до 175 метра. За фокусиране и ограничаване на лъчи от летящи протони се използват свръхпроводящи магнити, техните обща дължинае около 22 километра, а те работят при температура от -271 градуса по Целзий.

Колайдерът включва 4 гигантски детектора: ATLAS, CMS, ALICE и LHCb. Освен основните големи детектори има и спомагателни. Детекторите са проектирани да записват резултатите от сблъсъците на частици. Тоест, след като два протона се сблъскат със скорости, близки до светлината, никой не знае какво да очаква. Да се ​​"види" какво се е случило, къде е отскочило и докъде е отлетяло, а има детектори, натъпкани с всякакви сензори.

Резултати от работата на Големия адронен колайдер.

Защо имате нужда от колайдер? Със сигурност не за унищожаване на Земята. Какъв е смисълът на сблъсъка на частици? Факт е, че в съвременната физика има много въпроси без отговор и изучаването на света с помощта на ускорени частици може да буквалнооткриете нов слой реалност, разберете структурата на света и може би дори отговорете на основния въпрос „смисълът на живота, Вселената и изобщо“.

Какви открития вече са направени в LHC? Най-известното е откритието Хигс бозон(ще му посветим отделна статия). Освен това бяха отворени 5 нови частици, първи данни за сблъсък, получени при рекордни енергии, показва се липсата на асиметрия на протони и антипротони, откри необичайни протонни корелации... Списъкът продължава и продължава. Но микроскопичните черни дупки, които ужасяваха домакините, не бяха открити.

И това въпреки факта, че колайдерът все още не е ускорен до максималната си мощност. Сега максималната енергия на LHC е 13 TeV(тера електрон-волт). Въпреки това, след подходяща подготовка, се планира протоните да бъдат ускорени до 14 TeV... За сравнение, в предшествениците на LHC ускорителите, получените максимални енергии не надвишават 1 TeV... Ето как американският ускорител Tevatron от щата Илинойс би могъл да ускори частиците. Енергията, постигната в колайдера, далеч не е най-голямата в света. И така, енергията на космическите лъчи, записани на Земята, надвишава енергията на частица, ускорена в колайдер с милиард пъти! Така че опасността от Големия адронен колайдер е минимална. Вероятно след като всички отговори бъдат получени с помощта на LHC, човечеството ще трябва да построи друг по-мощен колайдер.

Приятели, обичайте науката и тя със сигурност ще ви обича! И те лесно могат да ви помогнат да се влюбите в науката. Получете помощ и направете ученето радост!

Това е търсенето на начини за обединяване на две фундаментални теории - общата теория на относителността (относно гравитационната теория) и стандартния модел (стандартен модел, който обединява три фундаментални физически взаимодействия - електромагнитно, силно и слабо). Намирането на решение преди създаването на LHC беше затруднено от трудностите при създаването на теория на квантовата гравитация.

Изграждането на тази хипотеза включва комбинацията от две физически теории – квантовата механика и общата теория на относителността.

За това бяха използвани наведнъж няколко популярни и необходими в съвременните подходи - теория на струните, теория на браните, теория на супергравитацията, а също и теорията на квантовата гравитация. Преди изграждането на колайдер основният проблемпровеждането на необходимите експерименти беше липсата на енергия, която не може да се постигне с други съвременни ускорители на частици.

Женевският LHC даде на учените възможност да провеждат неосъществими досега експерименти. Смята се, че в близко бъдеще много физически теории ще бъдат потвърдени или опровергани с помощта на апарата. Една от най-проблемните е суперсиметрията, или теорията на струните, която за дълго време разделя физическото на два лагера - "стрингери" и техните съперници.

Други фундаментални експерименти, проведени в рамките на LHC

Интересни и изследвания на учени в областта на изучаването на върховете, които са най-много кварки и най-тежките (173,1 ± 1,3 GeV / c²) от всички известни в момента елементарни частици.

Поради това свойство и преди създаването на LHC учените можеха да наблюдават само кварки в ускорителя Tevatron, тъй като други устройства просто нямаха достатъчно мощност и енергия. От своя страна теорията на кварките е важен елементсензационната хипотеза за бозона на Хигс.

Всички научни изследвания за създаването и изучаването на свойствата на кварките, учените произвеждат в топ-кварк-антикваркова пара в LHC.

Важна цел на Женевския проект е и процесът на изследване на механизма на електрослабата симетрия, който също е свързан с експериментално доказателство за съществуването на Хигс бозона. За да дефинираме проблема още по-точно, предмет на изследване не е толкова самият бозон, колкото механизмът за нарушаване на симетрия на електрослабото взаимодействие, предвиден от Питър Хигс.

В рамките на LHC се провеждат и експерименти за търсене на суперсиметрия - и желаният резултат ще бъде теорията, че всяка елементарна частица винаги е придружена от по-тежък партньор и нейното опровержение.

Фразата "Голям адронен колайдер" е толкова дълбоко залегнала в медиите, че преобладаващото мнозинство от хората знаят за тази инсталация, включително тези, чиято дейност по никакъв начин не е свързана с физиката на елементарните частици и с науката като цяло.

Наистина такъв мащабен и скъп проект не можеше да бъде игнориран от медиите – пръстеновидна инсталация с дължина почти 27 километра, на цена от десетки милиарди долари, с която работят няколко хиляди изследователи от цял ​​свят. Значителен принос за популярността на колайдера има така наречената "частица на Бог" или бозонът на Хигс, която беше успешно рекламирана и за която Питър Хигс получи Нобелова наградапо физика през 2013 г.

Преди всичко трябва да се отбележи, че Големият адронен колайдер не е построен от нулата, а възникна на мястото на своя предшественик - Големия електронно-позитронен колайдер (LEP). Работата по тунела от 27 мили започва през 1983 г., където по-късно е планирано да се намери ускорител, който да сблъсква електрони и позитрони. През 1988 г. пръстеновидният тунел се затваря, докато работниците се приближават до тунела толкова внимателно, че несъответствието между двата края на тунела е само 1 сантиметър.

Ускорителят работи до края на 2000 г., когато достига своя пик – енергия от 209 GeV. След това започна разглобяването му. През единадесетте години на своята работа LEP донесе редица открития във физиката, включително откриването на W и Z бозоните и тяхното по-нататъшно изследване. Въз основа на резултатите от тези изследвания беше направено заключение за сходството на механизмите на електромагнитни и слаби взаимодействия, в резултат на което започна теоретична работа за комбиниране на тези взаимодействия в електрослаби.

През 2001 г. започва изграждането на Големия адронен колайдер на мястото на електрон-позитронния ускорител. Изграждането на новия ускорител приключи в края на 2007 г. Намираше се на мястото на LEP - на границата между Франция и Швейцария, в долината на Женевското езеро (15 км от Женева), на дълбочина от сто метра. През август 2008 г. започнаха изпитанията на колайдера, а на 10 септември се състоя официалният старт на LHC. Както и при предишния ускорител, изграждането и експлоатацията на съоръжението се ръководи от Европейската организация за ядрени изследвания – ЦЕРН.

ЦЕРН

Накратко, заслужава да се спомене организацията CERN (Conseil Européenne pour la Recherche Nucléaire). Тази организация действа като най-голямата лаборатория в света в областта на физиката високи енергии... Тя включва три хиляди постоянни служители, а още няколко хиляди изследователи и учени от 80 страни участват в проекти на ЦЕРН.

В момента участниците в проекта са 22 държави: Белгия, Дания, Франция, Германия, Гърция, Италия, Холандия, Норвегия, Швеция, Швейцария, Великобритания - учредители, Австрия, Испания, Португалия, Финландия, Полша, Унгария, Чехия, Словакия, България и Румъния се присъединиха. Въпреки това, както бе споменато по-горе, още няколко десетки страни участват по един или друг начин в работата на организацията, и по-специално в Големия адронен колайдер.

Как работи Големият адронен колайдер?

Какво представлява Големият адронен колайдер и как работи са основните въпроси, които интересуват обществеността. Нека разгледаме тези въпроси по-нататък.

Collider (колайдер) – в превод от английски означава „този, който се сблъсква“. Задачата на такава инсталация е сблъсъкът на частици. В случай на адронен колайдер ролята на частици играят адрони - частици, участващи в силни взаимодействия. Това са протоните.

Получаване на протони

Дългият път на протоните води началото си от дуоплазматрона – първата степен на ускорителя, където водородът навлиза под формата на газ. Дуоплазматронът е разрядна камера, в която през газа се провежда електрически разряд. Така водородът, състоящ се само от един електрон и един протон, губи своя електрон. Така се образува плазма - вещество, състоящо се от заредени частици - протони. Разбира се, е трудно да се получи чиста протонна плазма, следователно образуваната плазма, която също включва облак от молекулни йони и електрони, се филтрира, за да се отдели облак от протони. Под въздействието на магнити протонната плазма се излъчва в лъч.

Предварително ускорение на частиците

Новообразуваният протонен лъч започва своето пътуване в линейния ускорител LINAC 2, който представлява 30-метров пръстен, окачен последователно с няколко кухи цилиндрични електрода (проводника). Електростатичното поле, генерирано вътре в ускорителя, се градуира по такъв начин, че частиците между кухите цилиндри винаги изпитват ускоряваща сила в посока на следващия електрод. Без да навлизаме напълно в механизма на ускорение на протоните на този етап, отбелязваме само, че на изхода от LINAC 2 физиците получават лъч от протони с енергия 50 MeV, които вече достигат 31% от скоростта на светлината. Прави впечатление, че в този случай масата на частиците се увеличава с 5%.

До 2019-2020 г. се планира да се замени LINAC 2 с LINAC 4, който ще ускори протоните до 160 MeV.

Струва си да се отбележи, че оловните йони също се ускоряват в колайдера, което ще направи възможно изследването на кварк-глюонната плазма. Те се ускоряват в пръстен LINAC 3, подобно на LINAC 2. В бъдеще се планират и експерименти с аргон и ксенон.

След това протонните пакети влизат в протонно-синхронния бустер (PSB). Състои се от четири насложени един върху друг пръстена с диаметър 50 метра, в които са разположени електромагнитни резонатори. Създаденото от тях електромагнитно поле има висок интензитет и преминаващата през него частица получава ускорение в резултат на потенциалната разлика на полето. Така само след 1,2 секунди частиците се ускоряват в PSB до 91% от скоростта на светлината и достигат енергия от 1,4 GeV, след което влизат в протонния синхротрон (PS). PS има диаметър 628 метра и е снабден с 27 магнита, които насочват лъча от частици в кръгова орбита. Тук протоните достигат 26 GeV частици.

Предпоследният пръстен за ускоряване на протоните е суперпротонният синхротрон (SPS), който има обиколка от 7 километра. Снабден с 1317 магнита, SPS ускорява частиците до енергия от 450 GeV. След около 20 минути протонният лъч удря главния пръстен - Големия адронен колайдер (LHC).

Ускоряване и сблъсък на частици в LHC

Преходите между пръстените на ускорителите се осъществяват с помощта на електромагнитни полета, създавани от мощни магнити. Основният пръстен на колидерото се състои от две успоредни линии, в които частиците се движат в пръстеновидна орбита в обратна посока. Около 10 000 магнита са отговорни за поддържането на кръговата траектория на частиците и насочването им към точките на сблъсък, някои от които тежат до 27 тона. За да се избегне прегряване на магнитите, се използва верига с хелий-4, през която протичат около 96 тона материя при температура -271,25 ° C (1,9 K). Протоните достигат енергия от 6,5 TeV (тоест енергията на сблъсък е 13 TeV), докато скоростта им е с 11 km / h по-малка от скоростта на светлината. Така протонният лъч преминава през големия пръстен на колайдер 11 000 пъти в секунда. Преди да настъпи сблъсъкът на частици, те ще циркулират около пръстена за 5 до 24 часа.

Сблъсъкът на частици се случва в четири точки на основния LHC пръстен, в който са разположени четири детектора: ATLAS, CMS, ALICE и LHCb.

Големи детектори на адронен колайдер

ATLAS (Тороидален LHC апарат)

- е един от двата детектора с общо предназначениена Големия адронен колайдер (LHC). Той изследва широк спектър от физика, от намирането на бозона на Хигс до частици, които могат да съставят тъмна материя... Въпреки че има същите научни цели като експеримента с CMS, ATLAS използва различни технически решенияи друг дизайн на магнитната система.

Лъчовете на частиците от LHC се сблъскват в центъра на детектора ATLAS, създавайки сблъскващи се отломки под формата на нови частици, които се излъчват от точката на сблъсък във всички посоки. Шест различни подсистеми за откриване, разположени на слоеве около точката на сблъсък, записват пътищата, импулса и енергията на частиците, позволявайки им да бъдат индивидуално идентифицирани. Огромна система от магнити огъва пътя на заредените частици, така че да може да се измери техният импулс.

Взаимодействията в детектора ATLAS създават огромен поток от данни. За да обработи тези данни, ATLAS използва усъвършенствана "тригерна" система, за да каже на детектора кои събития да запише и кои да игнорира. След това, за да анализирате записаните събития на сблъсък, използвайте сложни системисъбиране и изчисляване на данни.

Детекторът е висок 46 метра и широк 25 метра и тежи 7000 тона. Тези параметри правят ATLAS най-големият детектор за частици, създаван някога. Намира се в тунел на 100 м дълбочина в близост до основното съоръжение на ЦЕРН, близо до село Мейрин в Швейцария. Инсталацията се състои от 4 основни компонента:

• Вътрешният детектор има цилиндрична форма, вътрешният пръстен е само на няколко сантиметра от оста на преминаващия лъч частици, докато външният пръстен е с диаметър 2,1 метра и дължина 6,2 метра. Състои се от три различни системисензори, потопени в магнитно поле. Вътрешен детектор измерва посоката, импулса и заряда на електрически заредени частици, произведени при всеки протон-протонен сблъсък. Основните елементи на вътрешния детектор са: Pixel Detector, Semi-Conductor Tracker (SCT) и Transition Radiation Tracker (TRT).

• Калориметрите измерват енергията, която една частица губи, докато преминава през детектор. Той абсорбира частиците, възникващи от сблъсъка, като по този начин фиксира тяхната енергия. Калориметрите се състоят от слоеве от "абсорбиращ" материал с висока плътност- олово, редуващо се със слоеве от "активна среда" - течен аргон. Електромагнитните калориметри измерват енергията на електроните и фотоните при взаимодействие с материята. Адронните калориметри измерват енергията на адроните, взаимодействащи с атомните ядра. Калориметрите могат да спрат повечето от известните частици, с изключение на мюони и неутрино.

LAr (Liquid Argon Calorimeter) - калориметър ATLAS

• Мюонен спектрометър – Състои се от 4000 отделни мюонни камери, използващи четири различни технологии за идентифициране на мюони и измерване на техния импулс. Мюоните обикновено преминават през вътрешен детектор и калориметър и затова е необходим мюонен спектрометър.

• Магнитната система ATLAS огъва частици около различните слоеве на детекторни системи, което улеснява проследяването на следите на частиците.

В експеримента ATLAS (февруари 2012 г.) работят над 3000 учени от 174 институции в 38 държави.

CMS (компактен мюон соленоид)

- е детектор с общо предназначение в Големия адронен колайдер (LHC). Подобно на ATLAS, той има обширна програма по физика, варираща от изучаване на стандартния модел (включително бозона на Хигс) до търсене на частици, които биха могли да съставят тъмната материя. Въпреки че има същите научни цели като експеримента ATLAS, CMS използва различни технически решения и различен дизайн на магнитната система.

CMS детекторът е изграден около огромен соленоиден магнит. Това е цилиндрична намотка от свръхпроводящ кабел, която генерира поле от 4 Тесла, приблизително 100 000 пъти по-голямо от магнитното поле на Земята. Полето е ограничено от стоманено "иго", което е най-масивният компонент на детектора, тежащ 14 000 тона. Цялостният детектор е дълъг 21 m, широк 15 m и висок 15 m. Инсталацията се състои от 4 основни компонента:

• Соленоидният магнит е най-големият магнит в света, който служи за огъване на траекторията на заредените частици, излъчени от точката на сблъсък. Изкривяването на траекторията ви позволява да правите разлика между положително и отрицателно заредени частици (защото те се огъват в противоположни посоки), както и да измервате импулса, чийто размер зависи от кривината на траекторията. Огромният размер на соленоида позволява тракерът и калориметрите да бъдат позиционирани вътре в намотката.
• Silicon Tracker - Състои се от 75 милиона отделни електронни сензори, подредени в концентрични слоеве. Когато заредена частица лети през слоевете на тракера, тя прехвърля част от енергията към всеки слой, комбинацията от тези точки на сблъсък на частицата с различни слоеве ви позволява да определите допълнително нейната траектория.
• Калориметри - електронни и адронни, вижте ATLAS калориметри.
• Поддетектори - позволяват откриване на мюони. Те са представени от 1400 мюонни камери, които са разположени на слоеве извън намотката, редуващи се с метални пластини на "хамут".

Experiment CMS е един от най-големите международни научно изследванев история, включваща 4300 души: физици на елементарни частици, инженери и техници, студенти и помощен персонал от 182 института, 42 държави (февруари 2014 г.).

АЛИС (Експеримент с голям йонен колайдер)

- е детектор за тежки йони на пръстените на Големия адронен колайдер (LHC). Той е предназначен да изучава физиката на силно взаимодействаща материя при екстремни енергийни плътности, където се образува фаза на материята, наречена кварк-глюонна плазма.

Цялата обикновена материя във Вселената днес се състои от атоми. Всеки атом съдържа ядро, съставено от протони и неутрони (с изключение на водород, който няма неутрони), заобиколен от облак от електрони. Протоните и неутроните от своя страна са изградени от кварки, свързани заедно с други частици, наречени глуони. Никога не е наблюдаван кварк в изолация: кварките, както и глуоните изглеждат постоянно свързани заедно и затворени в съставни частици като протони и неутрони. Това се нарича задържане.

Сблъсъците в LHC създават температури над 100 000 пъти по-горещи, отколкото в центъра на Слънцето. Ускорителят осигурява сблъсъци между оловни йони, симулирайки условия, подобни на тези, настъпили непосредствено след Големия взрив. В тези екстремни условия протоните и неутроните се „топяват“, освобождавайки кварките от връзките им с глуони. Това е кварк-глюонната плазма.

Експериментът ALICE използва детектор ALICE с тегло 10 000 тона, дълъг 26 m, висок 16 m и широк 16 m. Устройството се състои от три основни комплекта компоненти: проследяващи устройства, калориметри и детектори за идентификация на частици. Той също е разделен на 18 модула. Детекторът се намира в тунел на дълбочина 56 м по-долу, близо до село Сен-Дени-Пуи във Франция.

В експеримента работят над 1000 учени от над 100 института по физика в 30 страни.

LHCb (експеримент за красота с голям адронен колайдер)

- Като част от експеримента се извършва изследване на малки разлики между материя и антиматерия чрез изучаване на вид частица, наречен „кварк на красотата“ или „b-кварк“.

Вместо да обгражда цялата точка на сблъсък със затворен детектор като ATLAS и CMS, експериментът LHCb използва серия от поддетектори за откриване на предимно предни частици - тези, които са били насочени напред в резултат на сблъсък в същата посока. Първият поддетектор се монтира близо до точката на сблъсък, а останалите - един след друг на разстояние 20 метра.

LHC създава голямо изобилие различни видовекварки, преди бързо да се разпаднат в други форми. За улавяне на b-кварки са разработени сложни движещи се детектори за проследяване за LHCb, разположени в близост до движението на лъча на частиците през колайдера.

5600-тонният LHCb детектор се състои от директен спектрометър и плоски детектори. Той е дълъг 21 метра, висок 10 метра и широк 13 метра и е на 100 метра под земята. Около 700 учени от 66 различни института и университета участват в експеримента LHCb (октомври 2013 г.).

Други експерименти в колайдера

В допълнение към горните експерименти в Големия адронен колайдер, има два други експеримента с инсталации:

• LHCf (Голям адронен колайдер напред)- изучава частиците, изхвърлени напред след сблъсъка на снопове от частици. Те имитират космически лъчи, които се изучават от учени като част от експеримент. Космическите лъчи са естествено срещащи се заредени частици от космоса, които непрекъснато бомбардират земната атмосфера. Те се сблъскват с ядрата в горните слоеве на атмосферата, причинявайки каскада от частици, които достигат нивото на земята. Изучаването на това как сблъсъците вътре в LHC причиняват подобни каскади от частици ще помогне на физиците да интерпретират и калибрират мащабни експерименти с космически лъчи, които могат да обхващат хиляди километри.

LHCf се състои от два детектора, които са разположени по протежение на LHC, на разстояние от 140 метра от двете страни на точката на сблъсък ATLAS. Всеки от двата детектора тежи само 40 килограма и е с дължина 30 cm, височина 80 cm и ширина 10 cm. В експеримента LHCf участват 30 учени от 9 института в 5 държави (ноември 2012 г.).

• TOTEM (общо напречно сечение, еластично разсейване и дифракционна дисоциация)- експериментирайте с най-дългата инсталация в колайдера. Неговата задача е да изучава самите протони, като прецизно измерва протоните, възникващи от сблъсъци под малки ъгли. Тази област е известна като посока "напред" и не е достъпна за други LHC експерименти. Детекторите TOTEM се простират на почти половин километър около точката на взаимодействие на CMS. TOTEM разполага с близо 3000 кг оборудване, включително четири ядрени телескопа и 26 римски детектора за съдове. Последният тип позволява на детекторите да бъдат поставени възможно най-близо до лъча на частиците. Експериментът TOTEM включва около 100 учени от 16 института в 8 държави (август 2014 г.).

Защо е необходим Големият адронен колайдер?

Най-голямото международно научно съоръжение изследва широк спектър от физически проблеми:

• Изследване на топ кварки. Тази частица е не само най-тежкият кварк, но и най-тежката елементарна частица. Изучаването на свойствата на топ кварка също има смисъл, защото е изследователски инструмент.
• Търсене и изследване на Хигс бозона. Въпреки че CERN твърди, че бозонът на Хигс вече е открит (през 2012 г.), досега много малко се знае за неговата природа и по-нататъшни изследвания биха могли да внесат повече яснота в механизма му на действие.

• Изследване на кварк-глюонна плазма. При сблъсъци на оловни ядра при високи скорости се образува в колайдера. Неговите изследвания могат да донесат полезни резултати както за ядрената физика (усъвършенстване на теорията на силните взаимодействия), така и за астрофизика (изучаване на Вселената в първите моменти от нейното съществуване).
• Търсете суперсиметрия. Това изследване има за цел да опровергае или докаже "суперсиметрията" - теорията, че всяка елементарна частица има по-тежък партньор, наречен "суперчастица".
• Изследване на фотон-фотонни и фотон-адронни сблъсъци. Това ще подобри разбирането на механизмите на процесите на такива сблъсъци.
• Тестване на екзотични теории. Тази категория задачи включва най-нестандартните - "екзотични" такива, например търсенето на паралелни вселени чрез създаване на мини-черни дупки.

В допълнение към тези задачи има много други, чието решаване също ще позволи на човечеството да разбере природата и света около нас на по-качествено ниво, което от своя страна ще отвори възможности за създаване на нови технологии.

Практически ползи от Големия адронен колайдер и фундаментална наука

Преди всичко трябва да се отбележи, че фундаменталните изследвания допринасят за фундаменталната наука. Приложната наука се занимава с прилагането на тези знания. Част от обществото, която не е наясно с ползите от фундаменталната наука, често не възприема откриването на Хигс бозона или създаването на кварк-глюонна плазма като нещо значимо. Връзката между подобни изследвания и живота на обикновения човек не е очевидна. Нека вземем бърз пример от ядрената енергетика:

През 1896 г. френският физик Антоан Анри Бекерел открива явлението радиоактивност. Дълго времесмятало се, че тя промишлена употребачовечеството няма да премине скоро. Само пет години преди пускането на първия ядрен реактор в историята, великият физик Ърнест Ръдърфорд, който всъщност открива атомното ядро ​​през 1911 г., каза, че атомната енергия никога няма да намери своето приложение. Експертите успяха да преосмислят отношението си към енергията, съдържаща се в ядрото на атома през 1939 г., когато немските учени Лиза Майтнер и Ото Хан откриха, че урановите ядра, когато са облъчени с неутрони, се разделят на две части, освобождавайки огромно количество енергия - ядрена енергия.

И само след тази последна връзка от реда фундаментални изследваниявлезе в действие приложната наука, която на базата на тези открития изобретява устройство за получаване на ядрена енергия – атомния реактор. Мащабът на откритието може да бъде оценен чрез разглеждане на дела на електроенергията, генерирана от ядрените реактори. Така в Украйна, например, атомните електроцентрали представляват 56% от производството на електроенергия, а във Франция - общо 76%.

Всички нови технологии се основават на едни или други фундаментални знания. Ето още няколко кратки примера:

• През 1895 г. Вилхелм Конрад Рентген забелязва, че фотографската плоча потъмнява под въздействието на рентгенови лъчи. Днес рентгенографията е едно от най-използваните изследвания в медицината, което ви позволява да изследвате състоянието вътрешни органии откриване на инфекции и подуване.
• През 1915 г. Алберт Айнщайн предлага своя собствена. Днес тази теория се взема предвид, когато работят GPS сателити, които определят местоположението на обект с точност до няколко метра. GPS се използва в клетъчните комуникации, картографията, наблюдението на превозни средства, но основно в навигацията. Грешката на спътник, който не отчита общата теория на относителността, би се увеличил с 10 километра на ден от момента на изстрелването! И ако пешеходецът може да използва разума и хартиена карта, тогава пилотите на самолета ще се окажат в трудна ситуация, тъй като е невъзможно да се ориентират от облаците.

Ако днес практическото приложение на откритията, направени в LHC, все още не е намерено, това не означава, че учените „напразно се забъркват с колайдера“. Както знаете, разумният човек винаги има намерение да получи максимума. практическо приложениеот наличните знания и следователно знанията за природата, натрупани в процеса на изследване в LHC, определено ще намерят своето приложение, рано или късно. Както вече беше показано по-горе, връзката между фундаменталните открития и технологиите, които ги използват, понякога може да не е очевидна.

И накрая, нека отбележим т. нар. косвени открития, които не са поставени като първоначални цели на изследването. Те са доста често срещани, тъй като за да се направи фундаментално откритие обикновено е необходимо въвеждането и използването на нови технологии. Така че развитието на оптиката получи тласък от фундаментални космически изследвания, базирани на наблюденията на астрономите през телескоп. В случая с ЦЕРН така се появи вездесъщата технология – Интернет, проект, предложен от Тим ​​Бърнърс-Лий през 1989 г., за да се улесни намирането на данни от ЦЕРН.

В този брой (и други подобни) появата на думите „всъщност“ е любопитна – сякаш има някаква същност, скрита от непосветените, пазена от „жреците на науката“ от жителите, тайна, която трябва да бъде разкрит. Но когато погледнем отвътре на науката, мистерията изчезва и няма място за тези думи – въпросът „защо ни е нужен адронен ускорител“ не се различава фундаментално от въпроса „защо имаме нужда от линийка (или скала, часовник и т.н.)". Фактът, че колайдерът е голямо, скъпо и сложно нещо по всякаква мярка не променя въпроса.

Най-близката аналогия, която ни позволява да разберем „защо това е необходимо“, според мен е обективът. Човечеството е запознато със свойствата на лещите от незапомнени времена, но едва в средата на последното хилядолетие се осъзнава, че определени комбинации от лещи могат да се използват като инструменти за гледане на много малки или много далечни обекти - ние, разбира се, говорим за микроскоп и телескоп. Няма съмнение, че въпросът защо е необходимо всичко това е многократно задаван, когато се появяват тези нови конструкции за съвременници. Той обаче отпадна от дневния ред от само себе си, тъй като областите на научно и приложно приложение на двете устройства се разшириха. Имайте предвид, че най-общо казано, това са различни устройства - няма да можете да видите звездите с обърнат микроскоп. Големият адронен колайдер, от друга страна, парадоксално ги обединява в себе си и може с основание да се счита за най-високата точка в еволюцията както на микроскопите, така и на телескопите, постигната от човечеството през последните векове. Това твърдение може да изглежда странно и, разбира се, не трябва да се приема буквално - в ускорителя няма лещи (поне оптични). Но по същество това е точно така. В своята "микроскопична" хипостаза колайдерът позволява да се изследва структурата и свойствата на обекти на ниво 10-19 метра (нека ви напомня, че размерът на водороден атом е около 10-10 метра). Още по-интересна е ситуацията в "телескопичната" част. Всеки телескоп е реална машина на времето, тъй като наблюдаваната в него картина съответства на това, което е бил обектът на наблюдение в миналото, а именно онова време, което е необходимо, за да може електромагнитното излъчване да достигне до наблюдателя от този обект. Това време може да бъде малко над осем минути в случай на наблюдение на Слънцето от Земята и до милиарди години при наблюдение на далечни квазари. Вътре в Големия адронен колайдер се създават условия, които са съществували във Вселената малка част от секундата след Големия взрив. Така получаваме възможността да надникнем в миналото за почти 14 милиарда години, до самото начало на нашия свят. Конвенционалните наземни и орбитални телескопи (поне тези, които регистрират електромагнитно излъчване), придобиват "зрение" едва след ерата на рекомбинацията, когато Вселената става оптически прозрачна - това се случва, според съвременните концепции, 380 хиляди години след Големия взрив.

След това трябва да решим какво да правим с това знание: както за структурата на материята в малък мащаб, така и за нейните свойства при раждането на Вселената, и това в крайна сметка ще върне мистерията, която беше обсъдена в началото , и да определи защо колайдерът е бил необходим "всъщност". Но това е човешко решение, колайдерът, с помощта на който са получени тези знания, ще остане само устройство - може би най-сложната система от "лещи", която светът някога е виждал.