Եվրոպայում իրականացվող փորձի մասին լուրը ցնցել է հասարակական անդորրը՝ բարձրանալով քննարկվող թեմաների առաջին հորիզոնական։ Հադրոնային կոլայդերհայտնվել է ամենուր՝ հեռուստատեսությամբ, մամուլում և համացանցում։ Ի՞նչ կարող ենք ասել, եթե LJ-ի օգտատերերը ստեղծեն առանձին համայնքներ, որտեղ հարյուրավոր հոգատար մարդիկ արդեն ակտիվորեն արտահայտել են իրենց կարծիքը գիտության նոր մտքի մասին: «Դելոն» առաջարկում է ձեզ 10 փաստ, որոնց մասին չեք կարող չիմանալ հադրոնային կոլայդեր.

Առեղծվածային գիտական ​​արտահայտությունը դադարում է լինել այդպիսին, հենց որ մենք հասկանում ենք յուրաքանչյուր բառի իմաստը: Հադրոն- տարրական մասնիկների դասի անվանումը. Կոլայդեր- հատուկ արագացուցիչ, որի օգնությամբ հնարավոր է բարձր էներգիա փոխանցել նյութի տարրական մասնիկներին և, արագացնելով դրանք առավելագույն արագությամբ, վերարտադրել դրանց բախումը միմյանց հետ։

2. Ինչու են բոլորը խոսում նրա մասին:

Միջուկային հետազոտությունների եվրոպական կենտրոնի CERN-ի գիտնականների կարծիքով՝ փորձը հնարավորություն կտա մանրանկարչությամբ վերարտադրել այն պայթյունը, որը հանգեցրել է Տիեզերքի ձևավորմանը միլիարդավոր տարիներ առաջ: Այնուամենայնիվ, հանրությանը ամենաշատը հուզում է այն, թե ինչ հետեւանքներ կունենա մոլորակի վրա մինի պայթյունը, եթե փորձը ձախողվի: Որոշ գիտնականների կարծիքով՝ հակառակ ուղղություններով ծայրահեղ հարաբերական արագությամբ թռչող տարրական մասնիկների բախման արդյունքում կառաջանան մանրադիտակային սև խոռոչներ և դուրս կթռչեն այլ վտանգավոր մասնիկներ։ Առանձնահատուկ իմաստ չկա հենվել հատուկ ճառագայթման վրա, որը հանգեցնում է սև խոռոչների գոլորշիացմանը. չկա փորձարարական ապացույց, որ այն աշխատում է: Ահա թե ինչու այդպիսիներին գիտական ​​նորարարությունև անվստահություն է առաջանում, որն ակտիվորեն սնվում է թերահավատ գիտնականների կողմից:

3. Ինչպե՞ս է այս բանն աշխատում:

Տարրական մասնիկները արագացվում են տարբեր ուղեծրերի մեջ հակառակ ուղղություններով, որից հետո դրանք տեղադրվում են մեկ ուղեծրի մեջ։ Բարդ սարքի արժեքն այն է, որ դրա շնորհիվ գիտնականները հնարավորություն ունեն ուսումնասիրելու տարրական մասնիկների բախման արգասիքները, որոնք գրանցված են հատուկ դետեկտորների կողմից թվային տեսախցիկների տեսքով 150 մեգապիքսել թույլատրությամբ, որոնք ունակ են մեկում 600 միլիոն կադր վերցնել։ երկրորդ.

4. Ե՞րբ առաջացավ կոլայդեր ստեղծելու գաղափարը:

Մեքենան կառուցելու գաղափարը ծնվել է դեռ 1984 թվականին, սակայն թունելի շինարարությունը սկսվել է միայն 2001 թվականին։ Արագացուցիչը գտնվում է նույն թունելում, որտեղ գտնվում էր նախորդ արագացուցիչը՝ Մեծ էլեկտրոն-պոզիտրոնային կոլայդերը։ 26,7 կիլոմետրանոց օղակը դրված է մոտ հարյուր մետր խորության վրա՝ Ֆրանսիայում և Շվեյցարիայում։ Սեպտեմբերի 10-ին արագացուցիչի մոտ արձակվեց պրոտոնների առաջին ճառագայթը։ Երկրորդ ճառագայթը կգործարկվի առաջիկա մի քանի օրվա ընթացքում։

5. Որքա՞ն արժեր շինարարությունը:

Նախագծի մշակմանը մասնակցել են հարյուրավոր գիտնականներ ամբողջ աշխարհից, այդ թվում՝ ռուսաստանցիներ։ Դրա արժեքը գնահատվում է 10 միլիարդ դոլար, որից 531 միլիոնը ԱՄՆ-ը ներդրել է հադրոնային բախիչի կառուցման համար։

6. Ի՞նչ ներդրում է ունեցել Ուկրաինան արագացուցիչի ստեղծման գործում։

Հադրոնային բախիչի կառուցմանը անմիջական մասնակցություն են ունեցել Ուկրաինայի տեսական ֆիզիկայի ինստիտուտի գիտնականները։ Կոնկրետ հետազոտության համար նրանք մշակել են ներքին ուղու համակարգ(ITS): Նա «Ալիսի» սիրտն է բախվող, որտեղ պետք է տեղի ունենա մանրանկարչական «մեծ պայթյուն»: Ակնհայտ է, որ սա մեքենայի ամենակարևոր մասը չէ: Նախագծին մասնակցելու իրավունքի համար Ուկրաինան պետք է տարեկան վճարի 200 հազար գրիվնա։ Սա 500-1000 անգամ քիչ է, քան այլ երկրների կողմից կատարված ներդրումները:

7. Ե՞րբ պետք է սպասենք աշխարհի վերջը:

Տարրական մասնիկների ճառագայթների բախման առաջին փորձը նախատեսված է հոկտեմբերի 21-ին։ Մինչ այս ժամանակ գիտնականները պլանավորում են մասնիկները արագացնել լույսի արագությանը մոտ արագությամբ: Համաձայն Էյնշտեյնի հարաբերականության ընդհանուր տեսության՝ սև խոռոչները մեզ չեն սպառնում։ Այնուամենայնիվ, եթե տեսությունները լրացուցիչ տարածական չափերըԴրանք ճիշտ կլինեն, մեզ շատ ժամանակ չի մնացել Երկիր մոլորակի վրա մեր բոլոր հարցերը լուծելու համար։

8. Ինչու՞ են սև խոռոչները սարսափելի:

Սեւ անցք- տարածություն-ժամանակի շրջան, որի գրավիտացիոն ձգողականությունն այնքան ուժեղ է, որ նույնիսկ լույսի արագությամբ շարժվող առարկաները չեն կարող լքել այն: Սև խոռոչների առկայությունը հաստատվում է Էյնշտեյնի հավասարումների լուծումներով։ Չնայած այն հանգամանքին, որ շատերն արդեն պատկերացնում են, թե ինչպես է Եվրոպայում գոյացած սև խոռոչը, մեծանալով, կուլ տալու ամբողջ մոլորակը, ահազանգելու կարիք չկա։ Սև անցքեր, որը, ըստ որոշ տեսությունների, կարող է առաջանալ աշխատելիս բախվող, ըստ նույն տեսությունների, գոյություն կունենան այնքան կարճ ժամանակահատվածում, որ նրանք պարզապես ժամանակ չեն ունենա սկսելու նյութի կլանման գործընթացը։ Որոշ գիտնականների կարծիքով՝ նրանք նույնիսկ չեն հասցնի հասնել բախողի պատերին։

9. Ինչպե՞ս կարող է հետազոտությունը օգտակար լինել:

Բացի այն, որ այս ուսումնասիրությունները գիտության ևս մեկ անհավանական ձեռքբերում են, որը մարդկությանը թույլ կտա իմանալ տարրական մասնիկների կազմը, սա այն ամբողջ շահը չէ, որի համար մարդկությունը նման ռիսկի դիմեց: Միգուցե մոտ ապագայում ես և դու կարողանանք մեր աչքերով տեսնել դինոզավրեր և Նապոլեոնի հետ քննարկել ամենաարդյունավետ ռազմական ռազմավարությունները։ Ռուս գիտնականները կարծում են, որ փորձի արդյունքում մարդկությունը կկարողանա ժամանակի մեքենա ստեղծել։

10. Ինչպե՞ս լինել գիտականորեն հմուտ հադրոնային բախիչի հետ:

Եվ վերջապես, եթե որևէ մեկը, նախապես պատասխանով զինված, հարցնի, թե ինչ է հադրոնային բախիչը, մենք առաջարկում ենք. պարկեշտ տարբերակպատասխան, որը կարող է հաճելիորեն զարմացնել յուրաքանչյուրին: Այսպիսով, ամրացրեք ձեր ամրագոտիները: Hadron Collider-ը լիցքավորված մասնիկների արագացուցիչ է, որը նախատեսված է բախվող ճառագայթներում պրոտոնների և ծանր իոնների արագացման համար: Այն կառուցված է Միջուկային հետազոտությունների եվրոպական խորհրդի գիտահետազոտական ​​կենտրոնում և իրենից ներկայացնում է 27 կիլոմետր երկարությամբ թունել, որը դրված է 100 մետր խորության վրա: Քանի որ պրոտոնները էլեկտրական լիցքավորված են, գերհարաբերական պրոտոնը առաջացնում է գրեթե իրական ֆոտոնների ամպ, որը թռչում է պրոտոնին մոտ: Ֆոտոնների այս հոսքն էլ ավելի է ուժեղանում միջուկային բախման ռեժիմում՝ մեծ էլեկտրական լիցքմիջուկներ. Նրանք կարող են բախվել կա՛մ մոտեցող պրոտոնի հետ՝ առաջացնելով տիպիկ ֆոտոն-հադրոն բախումներ, կա՛մ միմյանց հետ։ Գիտնականները մտավախություն ունեն, որ փորձի արդյունքում տարածության մեջ կարող են գոյանալ տարածական ժամանակային «թունելներ», որոնք տարածություն-ժամանակի տիպաբանական հատկանիշն են։ Փորձի արդյունքում կարելի է ապացուցել նաեւ գերհամաչափության առկայությունը, որն այսպիսով կդառնա գերլարերի տեսության ճշմարտացիության անուղղակի հաստատումը։

(կամ ՏԱՆԿ)- ներկայումս աշխարհում ամենամեծ և ամենահզոր մասնիկների արագացուցիչը: Այս վիթխարը գործարկվել է 2008 թվականին, սակայն երկար ժամանակ աշխատել է կրճատված հզորությամբ։ Եկեք պարզենք, թե ինչ է դա և ինչու է մեզ անհրաժեշտ մեծ հադրոնային բախիչ:

Պատմություն, առասպելներ և փաստեր

Կոլայդեր ստեղծելու գաղափարը հայտարարվել է 1984 թվականին։ Իսկ բուն կոլայդերի կառուցման նախագիծը հաստատվել և ընդունվել է արդեն 1995թ. Մշակումը պատկանում է Միջուկային հետազոտությունների եվրոպական կենտրոնին (CERN): Ընդհանուր առմամբ, կոլայդերի գործարկումը մեծ ուշադրություն է գրավել ոչ միայն գիտնականների, այլեւ հասարակ մարդիկամբողջ աշխարհից։ Մենք խոսեցինք բոլոր տեսակի վախերի և սարսափների մասին, որոնք կապված են բախիչի գործարկման հետ:

Այնուամենայնիվ, ինչ-որ մեկը նույնիսկ հիմա, միանգամայն հնարավոր է, սպասում է ապոկալիպսիսի, որը կապված է LHC-ի աշխատանքի հետ և ճաքում է այն մտքից, թե ինչ կլինի, եթե Մեծ հադրոնային կոլայդերը պայթի: Թեև, առաջին հերթին, բոլորը վախենում էին սև անցքից, որը սկզբում լինելով մանրադիտակային, կմեծանա և ապահով կլանեց նախ բուն բախիչը, իսկ հետո Շվեյցարիան և մնացած աշխարհը։ Մեծ խուճապ առաջացրեց նաեւ բնաջնջման աղետը։ Մի խումբ գիտնականներ նույնիսկ դատական ​​հայց են ներկայացրել՝ փորձելով դադարեցնել շինարարությունը։ Հայտարարության մեջ ասվում է, որ հականյութերի կուտակումները, որոնք կարող են առաջանալ բախիչում, կսկսեն ոչնչացվել նյութի հետ՝ սկսելով շղթայական ռեակցիա, և ամբողջ Տիեզերքը կկործանվի: Ինչպես ասել է «Վերադարձ դեպի ապագա» ֆիլմի հայտնի կերպարը.

Ամբողջ Տիեզերքը, իհարկե, գտնվում է վատագույն դեպքում: Լավագույն դեպքում՝ միայն մեր գալակտիկան։ Դոկտոր Էմեթ Բրաուն.

Հիմա փորձենք հասկանալ, թե ինչու է այն հադրոնիկ: Փաստն այն է, որ այն աշխատում է հադրոնների հետ, ավելի ճիշտ՝ արագացնում, արագացնում և բախում հադրոններին։

Հադրոններ– ուժեղ փոխազդեցության ենթակա տարրական մասնիկների դաս։ Հադրոնները կազմված են քվարկներից։

Հադրոնները բաժանվում են բարիոնների և մեզոնների։ Ավելի հեշտացնելու համար ասենք, որ մեզ հայտնի գրեթե ամբողջ նյութը կազմված է բարիոններից։ Եկեք ավելի պարզեցնենք և ասենք, որ բարիոնները նուկլեոններ են (ատոմի միջուկը կազմող պրոտոններ և նեյտրոններ):

Ինչպես է աշխատում մեծ հադրոնային կոլայդերը

Սանդղակը շատ տպավորիչ է։ Բախիչը շրջանաձև թունել է, որը գտնվում է գետնի տակ՝ հարյուր մետր խորության վրա։ Մեծ հադրոնային կոլայդերն ունի 26659 մետր երկարություն։ Պրոտոնները, որոնք արագացել են լույսի արագությանը մոտ արագությամբ, ստորգետնյա շրջանով թռչում են Ֆրանսիայի և Շվեյցարիայի տարածքով: Ավելի ստույգ՝ թունելի խորությունը տատանվում է 50-ից 175 մետրի սահմաններում։ Թռչող պրոտոնների ճառագայթները կենտրոնացնելու և պահելու համար օգտագործվում են գերհաղորդիչ մագնիսներ, դրանց ամբողջ երկարությունմոտ 22 կիլոմետր է, իսկ դրանք գործում են -271 աստիճան Ցելսիուսի ջերմաստիճանում։

Բախիչն իր մեջ ներառում է 4 հսկա դետեկտոր՝ ATLAS, CMS, ALICE և LHCb։ Բացի հիմնական խոշոր դետեկտորներից, կան նաև օժանդակ: Դետեկտորները նախատեսված են մասնիկների բախման արդյունքները գրանցելու համար: Այսինքն, երկու պրոտոնների բախումից հետո լույսի մոտ արագությամբ, ոչ ոք չգիտի, թե ինչ սպասել: «Տեսնելու» համար, թե ինչ է տեղի ունեցել, որտեղ է այն ցատկել և որքան հեռու է թռել, կան դետեկտորներ՝ լցոնված բոլոր տեսակի սենսորներով։

Մեծ հադրոնային բախիչի արդյունքները.

Ինչու՞ է ձեզ անհրաժեշտ կոլայդեր: Դե, իհարկե, ոչ թե Երկիրը ոչնչացնելու համար: Թվում է, թե ո՞րն է մասնիկների բախման իմաստը: Փաստն այն է, որ ժամանակակից ֆիզիկայում կան բազմաթիվ անպատասխան հարցեր, և արագացված մասնիկների օգնությամբ աշխարհն ուսումնասիրելը կարող է. բառացիորենբացիր իրականության նոր շերտ, հասկացիր աշխարհի կառուցվածքը և գուցե նույնիսկ պատասխանիր հիմնական հարցը«Կյանքի իմաստը, Տիեզերքը և ընդհանրապես».

Ի՞նչ բացահայտումներ են արդեն արվել ԼՀԿ-ում։ Ամենահայտնին հայտնագործությունն է Հիգսի բոզոն(առանձին հոդված կնվիրենք նրան)։ Բացի այդ, դրանք բաց էին 5 նոր մասնիկներ, ստացվել են ռեկորդային էներգիաներով բախումների մասին առաջին տվյալները, ցուցադրվում է պրոտոնների և հակապրոտոնների անհամաչափության բացակայությունը, Հայտնաբերվել են անսովոր պրոտոնային հարաբերակցություններ. Ցուցակը երկար է շարունակվում։ Սակայն մանրադիտակային սև անցքերը, որոնք սարսափեցնում էին տնային տնտեսուհիներին, չհաջողվեց հայտնաբերել:

Եվ դա չնայած այն հանգամանքին, որ բախվողը դեռ չի արագացվել իր առավելագույն հզորությամբ։ Ներկայումս Մեծ հադրոնային կոլայդերի առավելագույն էներգիան է 13 TeV(տերա էլեկտրոն-վոլտ): Այնուամենայնիվ, համապատասխան նախապատրաստումից հետո նախատեսվում է պրոտոնների արագացում 14 TeV. Համեմատության համար նշենք, որ LHC-ի արագացուցիչ-պրեկուրսորներում ստացված առավելագույն էներգիաները չեն գերազանցել. 1 TeV. Այսպես Իլինոյսից ամերիկյան Tevatron արագացուցիչը կարող էր արագացնել մասնիկները։ Կոլայդերում ձեռք բերված էներգիան հեռու է աշխարհում ամենաբարձրից: Այսպիսով, Երկրի վրա գրանցված տիեզերական ճառագայթների էներգիան միլիարդ անգամ գերազանցում է բախիչում արագացված մասնիկի էներգիան: Այսպիսով, Մեծ հադրոնային բախիչի վտանգը նվազագույն է։ Հավանական է, որ LHC-ի միջոցով բոլոր պատասխանները ստանալուց հետո մարդկությունը ստիպված կլինի կառուցել ևս մեկ ավելի հզոր բախիչ:

Ընկերներ, սիրեք գիտությունը, և այն անպայման կսիրի ձեզ: Եվ նրանք հեշտությամբ կարող են օգնել ձեզ սիրահարվել գիտությանը: Խնդրեք օգնություն և թող ձեր ուսումնասիրությունները ձեզ ուրախություն բերեն:

Դա երկու հիմնարար տեսությունների՝ GTR-ի (գրավիտացիոն տեսության մասին) և ստանդարտ մոդելի (ստանդարտ մոդելը, որը միավորում է երեք հիմնարար ֆիզիկական փոխազդեցությունները՝ էլեկտրամագնիսական, ուժեղ և թույլ) միավորելու ուղիների որոնում է: Մինչ LHC-ի ստեղծումը լուծում գտնելը խոչընդոտում էր քվանտային գրավիտացիայի տեսության ստեղծման դժվարությունները:

Այս վարկածի կառուցումը ներառում է երկու ֆիզիկական տեսությունների համատեղում. քվանտային մեխանիկաև հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը։

Դրա համար օգտագործվել են մի քանի հայտնի և ժամանակակից մոտեցումներ՝ լարերի տեսություն, բրանի տեսություն, գերծանրության տեսություն, ինչպես նաև քվանտային գրավիտացիայի տեսություն։ Կոլայդերը կառուցելուց առաջ հիմնական խնդիրըանհրաժեշտ փորձարկումներն իրականացնելու համար էներգիայի պակասն էր, որը հնարավոր չէ հասնել այլ ժամանակակից լիցքավորված մասնիկների արագացուցիչներով:

Ժնևի LHC-ն գիտնականներին հնարավորություն է տվել անցկացնել նախկինում անհնարին փորձեր։ Ենթադրվում է, որ մոտ ապագայում բազմաթիվ ֆիզիկական տեսություններ կհաստատվեն կամ կհերքվեն ապարատի օգնությամբ։ Ամենախնդրահարույցներից մեկը գերհամաչափությունն է կամ լարերի տեսությունը, որը երկար ժամանակ ֆիզիկան բաժանել է երկու ճամբարի՝ «լարայինների» և նրանց մրցակիցների:

Այլ հիմնարար փորձեր, որոնք իրականացվել են որպես LHC աշխատանքի մի մաս

Հետաքրքիր է նաև թոփ-ի ուսումնասիրության ոլորտում գիտնականների հետազոտությունները, որոնք ամենածանր քվարկներն են և ամենածանրը (173,1 ± 1,3 ԳեՎ/c²) բոլոր ներկայումս հայտնի տարրական մասնիկներից։

Այս հատկության պատճառով, նույնիսկ մինչև LHC-ի ստեղծումը, գիտնականները կարող էին միայն քվարկներ դիտել Tevatron արագացուցիչի մոտ, քանի որ այլ սարքեր պարզապես չունեին բավարար ուժ և էներգիա: Իր հերթին քվարկների տեսությունն է կարևոր տարրսենսացիոն վարկածը Հիգսի բոզոնի մասին:

Գիտնականներն իրականացնում են բոլոր գիտական ​​հետազոտությունները քվարկների հատկությունների ստեղծման և ուսումնասիրության վերաբերյալ LHC-ի վերին քվարկ-հակակվարկային գոլորշու սենյակում:

Ժնևյան նախագծի կարևոր նպատակ է նաև էլեկտրաթույլ համաչափության մեխանիզմի ուսումնասիրման գործընթացը, որը նույնպես կապված է Հիգսի բոզոնի գոյության փորձարարական ապացույցի հետ։ Խնդիրն ավելի ճշգրիտ սահմանելու համար, ուսումնասիրության առարկան ոչ այնքան բոզոնն է, որքան Փիթեր Հիգսի կանխատեսած էլեկտրաթույլ փոխազդեցության համաչափությունը խախտելու մեխանիզմը։

LHC-ն նաև փորձեր է անցկացնում սուպերսիմետրիա փնտրելու համար, և ցանկալի արդյունքը կլինի այն տեսությունը, որ ցանկացած տարրական մասնիկ միշտ ուղեկցվում է ավելի ծանր գործընկերով, և դրա հերքումը:

«Մեծ հադրոնային բախիչ» արտահայտությունն այնքան խորն է արմատավորվել լրատվամիջոցներում, որ ճնշող թվով մարդիկ գիտեն այս տեղադրման մասին, ներառյալ նրանք, ում գործունեությունը ոչ մի կերպ կապված չէ տարրական մասնիկների ֆիզիկայի կամ ընդհանրապես գիտության հետ:

Իրոք, նման լայնածավալ և թանկ նախագիծը չէր կարող անտեսվել լրատվամիջոցների կողմից՝ գրեթե 27 կիլոմետր երկարությամբ օղակաձև տեղադրում, որն արժե տասնյակ միլիարդավոր դոլարներ, որով աշխատում են մի քանի հազար գիտնականներ ամբողջ աշխարհից։ Կոլայդերի ժողովրդականության մեջ զգալի ներդրում է ունեցել այսպես կոչված «Աստծո մասնիկը» կամ Հիգսի բոզոնը, որը հաջողությամբ գովազդվել է, և որի համար Փիթեր Հիգսը ստացել է. Նոբելյան մրցանակֆիզիկայում 2013թ.

Նախ, պետք է նշել, որ Մեծ հադրոնային կոլայդերը չի կառուցվել զրոյից, այլ առաջացել է իր նախորդի՝ Մեծ Էլեկտրոն-Պոզիտրոնային բախիչի (LEP) տեղում։ 27 կիլոմետրանոց թունելի վրա աշխատանքները սկսվել են 1983 թվականին, որտեղ հետագայում նախատեսվում էր գտնել արագացուցիչ, որը կբախվեր էլեկտրոնների և պոզիտրոնների: 1988 թվականին օղակաձև թունելը փակվեց, և աշխատողներն այնքան զգույշ մոտեցան թունելին, որ թունելի երկու ծայրերի միջև անհամապատասխանությունը ընդամենը 1 սանտիմետր էր։

Արագացուցիչը գործել է մինչև 2000 թվականի վերջը, երբ այն հասել է իր առավելագույն էներգիայի՝ 209 ԳեՎ։ Սրանից հետո սկսվեց դրա ապամոնտաժումը։ Իր գործունեության տասնմեկ տարիների ընթացքում LEP-ը մի շարք բացահայտումներ բերեց ֆիզիկայի մեջ, ներառյալ W և Z բոզոնների հայտնաբերումը և դրանց հետագա հետազոտությունները: Այս ուսումնասիրությունների արդյունքների հիման վրա եզրակացվել է, որ էլեկտրամագնիսական և թույլ փոխազդեցությունների մեխանիզմները նման են, ինչի արդյունքում տեսական աշխատանքմիավորել այս փոխազդեցությունները էլեկտրաթույլների մեջ:

2001 թվականին էլեկտրոն-պոզիտրոնային արագացուցիչի տեղում սկսվեց Մեծ հադրոնային կոլայդերի կառուցումը։ Նոր արագացուցիչի շինարարությունն ավարտվել է 2007 թվականի վերջին։ Այն գտնվում էր LEP-ի տեղում՝ Ֆրանսիայի և Շվեյցարիայի սահմանին, Ժնևի լճի հովտում (Ժնևից 15 կմ հեռավորության վրա), հարյուր մետր խորության վրա։ 2008 թվականի օգոստոսին սկսվեցին կոլայդերի փորձարկումները, իսկ սեպտեմբերի 10-ին տեղի ունեցավ LHC-ի պաշտոնական գործարկումը։ Ինչպես նախորդ արագացուցիչի դեպքում, օբյեկտի կառուցումն ու շահագործումը ղեկավարում է Միջուկային հետազոտությունների եվրոպական կազմակերպությունը՝ CERN-ը:

ՑԵՌՆ

Հարկ է համառոտ նշել CERN կազմակերպության (Conseil Européenne pour la Recherche Nucléaire) մասին։ Այս կազմակերպությունըհանդես է գալիս որպես աշխարհի ամենամեծ լաբորատորիա ֆիզիկայի ոլորտում բարձր էներգիաներ. Ներառում է երեք հազար մշտական ​​աշխատող, և ևս մի քանի հազար հետազոտող և գիտնական աշխարհի 80 երկրներից մասնակցում են CERN-ի նախագծերին:

Այս պահին նախագծին մասնակցում է 22 երկիր՝ Բելգիա, Դանիա, Ֆրանսիա, Գերմանիա, Հունաստան, Իտալիա, Նիդեռլանդներ, Նորվեգիա, Շվեդիա, Շվեյցարիա, Մեծ Բրիտանիա՝ հիմնադիրներ, Ավստրիա, Իսպանիա, Պորտուգալիա, Ֆինլանդիա, Լեհաստան, Հունգարիա: , Չեխիայի Հանրապետությունը, Սլովակիան, Բուլղարիան և Ռումինիան – միացել են: Սակայն, ինչպես վերը նշվեց, կազմակերպության աշխատանքին այս կամ այն ​​կերպ մասնակցում են ևս մի քանի տասնյակ երկրներ, և մասնավորապես՝ Մեծ հադրոնային կոլայդերում։

Ինչպե՞ս է աշխատում մեծ հադրոնային կոլայդերը:

Ինչ է մեծ հադրոնային կոլայդերը և ինչպես է այն աշխատում, հանրային հետաքրքրության հիմնական հարցերն են: Եկեք նայենք այս հարցերին հետագա:

Collider – անգլերենից թարգմանաբար նշանակում է «բախվող»: Նման տեղադրման նպատակը մասնիկների բախումն է: Հադրոնային բախիչի դեպքում մասնիկները խաղում են հադրոններով՝ ուժեղ փոխազդեցությունների մասնակից մասնիկներ։ Սրանք պրոտոններ են:

Պրոտոնների ստացում

Պրոտոնների երկար ճանապարհորդությունը սկիզբ է առնում դուոպլազմատրոնից՝ արագացուցիչի առաջին աստիճանից, որն ընդունում է ջրածինը գազի տեսքով։ Դուոպլազմատրոնը լիցքաթափման խցիկ է, որտեղ էլեկտրական լիցքաթափումն իրականացվում է գազի միջոցով: Այսպիսով, ջրածինը, որը բաղկացած է միայն մեկ էլեկտրոնից և մեկ պրոտոնից, կորցնում է իր էլեկտրոնը: Այս կերպ ձևավորվում է պլազմա՝ լիցքավորված մասնիկներից՝ պրոտոններից բաղկացած նյութ։ Իհարկե, դժվար է մաքուր պրոտոնային պլազմա ստանալ, ուստի ստացված պլազման, որը ներառում է նաև մոլեկուլային իոնների և էլեկտրոնների ամպ, զտվում է պրոտոնային ամպը մեկուսացնելու համար։ Մագնիսների ազդեցության տակ պրոտոնային պլազման բախվում է ճառագայթի:

Մասնիկների նախնական արագացում

Նոր ձևավորված պրոտոնային ճառագայթը սկսում է իր ճանապարհորդությունը LINAC 2 գծային արագացուցիչով, որը 30 մետրանոց օղակ է, որը հաջորդաբար կախված է մի քանի խոռոչ գլանաձև էլեկտրոդներով (հաղորդիչներ): Արագացուցիչի ներսում ստեղծված էլեկտրաստատիկ դաշտը գնահատվում է այնպես, որ սնամեջ բալոնների միջև եղած մասնիկները միշտ արագացնող ուժ են զգում հաջորդ էլեկտրոդի ուղղությամբ: Ամբողջությամբ չխորանալով պրոտոնի արագացման մեխանիզմի մեջ այս փուլում, մենք միայն նշում ենք, որ LINAC 2-ից ելքի ժամանակ ֆիզիկոսները ստանում են 50 ՄէՎ էներգիա ունեցող պրոտոնների ճառագայթ, որն արդեն հասնում է լույսի արագության 31%-ին։ Հատկանշական է, որ այս դեպքում մասնիկների զանգվածն ավելանում է 5%-ով։

Մինչեւ 2019-2020 թվականները նախատեսվում է LINAC 2-ը փոխարինել LINAC 4-ով, որը պրոտոնները կարագացնի մինչեւ 160 ՄէՎ։

Հարկ է նշել, որ կոլայդերը արագացնում է նաև կապարի իոնները, ինչը հնարավորություն կտա ուսումնասիրել քվարկ-գլյուոնային պլազման։ Դրանք արագացված են LINAC 3 օղակում, LINAC 2-ի նման: Հետագայում նախատեսվում են նաև փորձեր արգոնով և քսենոնով:

Հաջորդը, պրոտոնային փաթեթները մտնում են պրոտոնի համաժամանակյա ուժեղացուցիչ (PSB): Այն բաղկացած է 50 մետր տրամագծով չորս վերադրված օղակներից, որոնցում տեղադրված են էլեկտրամագնիսական ռեզոնատորներ։ Նրանց ստեղծած էլեկտրամագնիսական դաշտն ունի բարձր ինտենսիվություն, և դրա միջով անցնող մասնիկը արագացում է ստանում դաշտի պոտենցիալների տարբերության արդյունքում։ Այսպիսով, ընդամենը 1,2 վայրկյան հետո մասնիկները PSB-ում արագանում են մինչև լույսի արագության 91%-ը և հասնում 1,4 ԳեՎ էներգիայի, որից հետո մտնում են պրոտոնային սինքրոտրոն (PS): PS-ն ունի 628 մետր տրամագիծ և հագեցած է 27 մագնիսներով, որոնք ուղղորդում են մասնիկների ճառագայթը շրջանաձև ուղեծրով: Այստեղ մասնիկների պրոտոնները հասնում են 26 ԳեՎ-ի։

Արագացող պրոտոնների նախավերջին օղակը Super Proton Synchrotron-ն է (SPS), որի շրջագիծը հասնում է 7 կիլոմետրի։ Հագեցած 1317 մագնիսներով՝ SPS-ը արագացնում է մասնիկները մինչև 450 ԳեՎ էներգիա: Մոտ 20 րոպե անց պրոտոնային ճառագայթը մտնում է հիմնական օղակ՝ Մեծ հադրոնային կոլայդեր (LHC):

LHC-ում մասնիկների արագացում և բախում

Արագացուցիչի օղակների միջև անցումները տեղի են ունենում հզոր մագնիսների կողմից ստեղծված էլեկտրամագնիսական դաշտերի միջոցով: Բախիչի հիմնական օղակը բաղկացած է երկու զուգահեռ գծերից, որոնցում մասնիկները շարժվում են շրջանաձև ուղեծրով հակառակ ուղղությամբ։ Մոտ 10000 մագնիսներ պատասխանատու են մասնիկների շրջանաձև հետագիծը պահպանելու և դրանք դեպի բախման կետեր ուղղելու համար, որոնցից մի քանիսը կշռում են մինչև 27 տոննա։ Մագնիսների գերտաքացումից խուսափելու համար օգտագործվում է հելիում-4 սխեման, որի միջոցով հոսում է մոտավորապես 96 տոննա նյութ -271,25 ° C (1,9 Կ) ջերմաստիճանում: Պրոտոնները հասնում են 6,5 ՏէՎ էներգիայի (այսինքն՝ բախման էներգիան 13 ՏէՎ է), մինչդեռ դրանց արագությունը լույսի արագությունից 11 կմ/ժ-ով պակաս է։ Այսպիսով, մեկ վայրկյանում պրոտոնների ճառագայթը բախողի մեծ օղակով անցնում է 11000 անգամ։ Նախքան մասնիկների բախումը, դրանք օղակի շուրջը կպտտվեն 5-ից 24 ժամ:

Մասնիկների բախումները տեղի են ունենում հիմնական LHC օղակի չորս կետերում, որտեղ տեղակայված են չորս դետեկտորներ՝ ATLAS, CMS, ALICE և LHCb:

Մեծ հադրոնային կոլայդեր դետեկտորներ

ATLAS (A Toroidal LHC ապարատ)

- երկու դետեկտորներից մեկն է հիմնական նպատակ, գլխավոր նպատակՄեծ հադրոնային կոլայդերում (LHC): Նա ուսումնասիրում է ֆիզիկայի լայն շրջանակ՝ սկսած Հիգսի բոզոնի որոնումից մինչև այն մասնիկները, որոնք կարող են կազմել։ մութ նյութ. Թեև այն ունի նույն գիտական ​​նպատակները, ինչ CMS փորձը, ATLAS-ը օգտագործում է տարբեր տեխնիկական լուծումներև մագնիսական համակարգի մեկ այլ ձևավորում:

LHC-ի մասնիկների ճառագայթները բախվում են ATLAS դետեկտորի կենտրոնում՝ առաջացնելով հանդիպակաց բեկորներ նոր մասնիկների տեսքով, որոնք դուրս են թռչում բախման կետից բոլոր ուղղություններով: Վեց տարբեր հայտնաբերման ենթահամակարգեր, որոնք դասավորված են հարվածի կետի շուրջ շերտերով, գրանցում են մասնիկների ուղին, իմպուլսը և էներգիան՝ թույլ տալով նրանց առանձին ճանաչել: Մագնիսների հսկայական համակարգը թեքում է լիցքավորված մասնիկների ուղիները, որպեսզի հնարավոր լինի չափել դրանց իմպուլսները:

ATLAS դետեկտորի փոխազդեցությունները տվյալների հսկայական հոսք են ստեղծում: Այս տվյալները մշակելու համար ATLAS-ը օգտագործում է առաջադեմ «ձգան» համակարգ՝ դետեկտորին ասելու, թե որ իրադարձությունները պետք է գրանցի և որոնք՝ անտեսի: Հետևյալներն այնուհետև օգտագործվում են գրանցված բախման իրադարձությունները վերլուծելու համար. բարդ համակարգերտվյալների հավաքագրում և հաշվարկ:

Դետեկտորն ունի 46 մետր բարձրություն և 25 մետր լայնություն, մինչդեռ դրա զանգվածը 7000 տոննա է։ Այս պարամետրերը դարձնում են ATLAS-ը երբևէ կառուցված ամենամեծ մասնիկների դետեկտորը: Այն գտնվում է 100 մ խորության վրա գտնվող թունելում՝ CERN-ի գլխավոր օբյեկտի մոտ՝ Շվեյցարիայի Մեյրին գյուղի մոտ։ Տեղադրումը բաղկացած է 4 հիմնական բաղադրիչներից.

• Ներքին դետեկտորն ունի գլանաձև ձև, ներքին օղակը գտնվում է անցնող մասնիկի ճառագայթի առանցքից ընդամենը մի քանի սանտիմետր հեռավորության վրա, իսկ արտաքին օղակն ունի 2,1 մետր տրամագիծ և 6,2 մետր երկարություն։ Այն բաղկացած է երեքից տարբեր համակարգերսենսորներ, որոնք ընկղմված են մագնիսական դաշտում: Ներքին դետեկտորը չափում է պրոտոն-պրոտոնի յուրաքանչյուր բախման ժամանակ առաջացած էլեկտրական լիցքավորված մասնիկների ուղղությունը, թափը և լիցքը: Ներքին դետեկտորի հիմնական տարրերն են՝ Pixel Detector, Semi-conductor Tracker (SCT) և Transition radiation Tracker (TRT):

• Կալորիմետրերը չափում են էներգիան, որը կորցնում է մասնիկը դետեկտորի միջով անցնելիս: Այն կլանում է բախման ժամանակ առաջացած մասնիկները՝ դրանով իսկ գրանցելով դրանց էներգիան։ Կալորիմետրերը բաղկացած են «ներծծող» նյութի շերտերից բարձր խտության— կապար՝ հերթափոխով «ակտիվ միջավայրի»՝ հեղուկ արգոնի շերտերով։ Էլեկտրամագնիսական կալորիմետրերը չափում են էլեկտրոնների և ֆոտոնների էներգիան, երբ նրանք փոխազդում են նյութի հետ: Հադրոնային կալորիմետրերը չափում են հադրոնների էներգիան, երբ նրանք փոխազդում են ատոմային միջուկների հետ։ Կալորիմետրերը կարող են կանգնեցնել շատ հայտնի մասնիկներ, բացառությամբ մյուոնների և նեյտրինոների:

LAR (Liquid Argon Calorimeter) - ATLAS կալորիմետր

• Մյուոնային սպեկտրոմետր - բաղկացած է 4000 առանձին մյուոնային խցիկներից, որոնք օգտագործում են չորս տարբեր տեխնոլոգիաներ մյուոնների նույնականացման և դրանց մոմենտը չափելու համար: Մյուոնները սովորաբար անցնում են ներքին դետեկտորի և կալորիմետրի միջով, ինչը պահանջում է մյուոնային սպեկտրոմետր:

• ATLAS-ի մագնիսական համակարգը մասնիկները թեքում է դետեկտորային համակարգերի տարբեր շերտերի շուրջ՝ հեշտացնելով մասնիկների հետքերը հետևելը:

ATLAS փորձին (2012թ. փետրվար) ներգրավված է ավելի քան 3000 գիտնական 38 երկրների 174 հաստատություններից:

CMS (կոմպակտ մյուոնային սոլենոիդ)

— ընդհանուր նշանակության դետեկտոր է Մեծ հադրոնային կոլայդերում (LHC): Ինչպես ATLAS-ը, այն ունի ֆիզիկայի լայն ծրագիր՝ սկսած ստանդարտ մոդելի (ներառյալ Հիգսի բոզոնի) ուսումնասիրությունից մինչև մութ մատերիա կազմող մասնիկների որոնում: Չնայած այն ունի նույն գիտական ​​նպատակները, ինչ ATLAS-ի փորձը, CMS-ն օգտագործում է տարբեր տեխնիկական լուծումներ և տարբեր մագնիսական համակարգի ձևավորում:

CMS դետեկտորը կառուցված է հսկայական էլեկտրամագնիսական մագնիսի շուրջ: Այն գերհաղորդիչ մալուխի գլանաձև կծիկ է, որը առաջացնում է 4 Տեսլա դաշտ, որը մոտավորապես 100000 անգամ գերազանցում է Երկրի մագնիսական դաշտը: Դաշտը սահմանափակված է պողպատե «լուծով», որը դետեկտորի ամենազանգվածային բաղադրիչն է՝ 14000 տոննա կշռող։ Ամբողջական դետեկտորը ունի 21 մ երկարություն, 15 մ լայնություն և 15 մ բարձրություն: Տեղադրումը բաղկացած է 4 հիմնական բաղադրիչներից.

• Էլեկտրամագնիսական մագնիսը աշխարհի ամենամեծ մագնիսն է և ծառայում է հարվածի կետից արտանետվող լիցքավորված մասնիկների հետագիծը թեքելուն։ Հետագծի աղավաղումը հնարավորություն է տալիս տարբերակել դրական և բացասական լիցքավորված մասնիկները (քանի որ դրանք թեքվում են հակառակ ուղղություններով), ինչպես նաև չափել իմպուլսը, որի մեծությունը կախված է հետագծի կորությունից։ Solenoid-ի հսկայական չափը թույլ է տալիս որոնիչին և կալորիմետրերին տեղակայել կծիկի ներսում:
• Silicon Tracker - Բաղկացած է 75 միլիոն անհատական ​​էլեկտրոնային սենսորներից, որոնք դասավորված են համակենտրոն շերտերով: Երբ լիցքավորված մասնիկը թռչում է հետևի շերտերի միջով, այն փոխանցում է էներգիայի մի մասը յուրաքանչյուր շերտին՝ միավորելով մասնիկի բախման այս կետերը տարբեր շերտերի հետ, թույլ է տալիս հետագայում որոշել դրա հետագիծը:
• Կալորիմետրեր – էլեկտրոնային և հադրոնիկ, տես ATLAS կալորիմետրեր:
• Ենթադետեկտորներ - թույլ են տալիս հայտնաբերել մյուոններ: Դրանք ներկայացված են 1400 մյուոնային խցիկներով, որոնք գտնվում են կծիկից դուրս գտնվող շերտերով՝ հերթափոխով «լուծի» մետաղական թիթեղներով։

CMS փորձը խոշորագույն միջազգային փորձերից մեկն է գիտական ​​հետազոտությունպատմության մեջ՝ 4300 մասնակիցներով՝ մասնիկների ֆիզիկոսներ, ինժեներներ և տեխնիկներ, ուսանողներ և օժանդակ անձնակազմ 182 հաստատություններից, 42 երկրներից (2014թ. փետրվար):

ALICE (A Large Ion Collider Experiment)

— ծանր իոնային դետեկտոր է Մեծ հադրոնային բախիչի (LHC) օղակների վրա։ Այն նախատեսված է էներգիայի ծայրահեղ խտություններում ուժեղ փոխազդող նյութի ֆիզիկան ուսումնասիրելու համար, որտեղ ձևավորվում է նյութի մի փուլ, որը կոչվում է քվարկ-գլյուոնային պլազմա:

Այսօրվա տիեզերքի ողջ սովորական նյութը կազմված է ատոմներից: Յուրաքանչյուր ատոմ պարունակում է պրոտոնների և նեյտրոնների միջուկ (բացառությամբ ջրածնի, որը չունի նեյտրոններ), որը շրջապատված է էլեկտրոնների ամպով։ Պրոտոններն ու նեյտրոններն իրենց հերթին կազմված են քվարկներից, որոնք կապված են այլ մասնիկների հետ, որոնք կոչվում են գլյուոններ։ Ոչ մի քվարկ երբևէ չի նկատվել առանձին-առանձին. քվարկները, ինչպես նաև գլյուոնները, կարծես թե մշտապես կապված են միմյանց հետ և սահմանափակված են բաղադրիչ մասնիկների մեջ, ինչպիսիք են պրոտոնները և նեյտրոնները: Սա կոչվում է կալանք:

LHC-ում բախումները ստեղծում են ավելի քան 100,000 անգամ ավելի տաք ջերմաստիճան, քան Արեգակի կենտրոնում: Կոլայդերը թույլ է տալիս բախումներ կապարի իոնների միջև՝ վերականգնելով այնպիսի պայմաններ, որոնք տեղի են ունեցել Մեծ պայթյունից անմիջապես հետո: Այս ծայրահեղ պայմաններում պրոտոններն ու նեյտրոնները «հալվում» են՝ ազատելով քվարկներին գլյուոնների հետ իրենց կապերից։ Սա քվարկ-գլյուոնային պլազմա է:

ALICE փորձարկումն օգտագործում է ALICE դետեկտորը, որը կշռում է 10000 տոննա, ունի 26 մ երկարություն, 16 մ բարձրություն և 16 մ լայնություն։ Սարքը բաղկացած է բաղադրիչների երեք հիմնական հավաքածուից՝ հետևող սարքեր, կալորիմետրեր և մասնիկների նույնացուցիչ դետեկտորներ: Այն նաև բաժանված է 18 մոդուլի։ Դետեկտորը գտնվում է 56 մ խորության վրա գտնվող թունելում՝ Ֆրանսիայի Սեն-Դենի-Պուլի գյուղի մոտ։

Փորձը ներառում է ավելի քան 1000 գիտնական աշխարհի 30 երկրների 100-ից ավելի ֆիզիկայի ինստիտուտներից:

LHCb (խոշոր հադրոնային կոլայդեր գեղեցկության փորձ)

– Փորձը ուսումնասիրում է նյութի և հակամատերի միջև փոքր տարբերությունները՝ ուսումնասիրելով մի տեսակ մասնիկ, որը կոչվում է գեղեցկության քվարկ կամ բ քվարկ:

Բախման ամբողջ կետը փակ դետեկտորով շրջապատելու փոխարեն, ինչպիսիք են ATLAS-ը և CMS-ը, LHCb-ի փորձը օգտագործում է մի շարք ենթադետեկտորներ՝ հայտնաբերելու հիմնականում առջևի մասնիկները, որոնք ուղղված էին դեպի առաջ բախման արդյունքում մեկ ուղղությամբ: Առաջին ենթադետեկտորը տեղադրված է բախման կետին մոտ, իսկ մյուսները տեղադրվում են մեկը մյուսի հետևից 20 մետր հեռավորության վրա։

Մեծ առատություն ստեղծվել է LHC-ում տարբեր տեսակներքվարկները՝ նախքան արագ քայքայվելը այլ ձևերի: Բ քվարկները որսալու համար LHCb-ի համար մշակվել են բարդ շարժվող հետագծող դետեկտորներ, որոնք գտնվում են բախիչի միջով մասնիկների ճառագայթի շարժմանը մոտ:

5600 տոննա քաշով LHCb դետեկտորը բաղկացած է ուղիղ սպեկտրոմետրից և հարթ թիթեղային դետեկտորներից: Այն ունի 21 մետր երկարություն, 10 մետր բարձրություն և 13 մետր լայնություն, գտնվում է 100 մետր գետնի տակ։ LHCb-ի փորձին (հոկտեմբեր 2013) ներգրավված են մոտ 700 գիտնականներ 66 տարբեր ինստիտուտներից և համալսարաններից:

Այլ փորձեր բախիչում

Ի լրումն վերը նշված փորձերի մեծ հադրոնային կոլայդերում, կան երկու այլ փորձարկումներ տեղադրումների հետ.

• LHCf (խոշոր հադրոնային բախիչ առաջընթաց)— ուսումնասիրում է մասնիկների ճառագայթների բախումից հետո առաջ նետված մասնիկները։ Նրանք նմանակում են տիեզերական ճառագայթները, որոնք գիտնականներն ուսումնասիրում են փորձի շրջանակներում։ Տիեզերական ճառագայթները բնության մեջ առկա լիցքավորված մասնիկներ են արտաքին տարածությունից, որոնք անընդհատ ռմբակոծում են երկրագնդի մթնոլորտը։ Նրանք բախվում են մթնոլորտի վերին շերտի միջուկներին՝ առաջացնելով մասնիկների կասկադ, որոնք հասնում են հողի մակարդակին։ Ուսումնասիրելով, թե ինչպես են LHC-ի ներսում բախումները առաջացնում այդպիսի մասնիկների կասկադներ, ֆիզիկոսներին կօգնի մեկնաբանել և չափորոշել տիեզերական ճառագայթների լայնածավալ փորձերը, որոնք կարող են տարածվել հազարավոր կիլոմետրերի վրա:

LHCf-ը բաղկացած է երկու դետեկտորներից, որոնք տեղակայված են LHC-ի երկայնքով՝ 140 մետր հեռավորության վրա՝ ATLAS-ի ազդեցության կետի երկու կողմերում: Երկու դետեկտորներից յուրաքանչյուրը կշռում է ընդամենը 40 կիլոգրամ և ունի 30 սմ երկարություն, 80 սմ բարձրություն և 10 սմ լայնություն: LHCf փորձին մասնակցում են 30 գիտնականներ 5 երկրների 9 ինստիտուտներից (նոյեմբեր 2012):

• TOTEM (ընդհանուր խաչմերուկ, առաձգական ցրում և դիֆրակցիոն դիսոցացիա)- բախիչի վրա ամենաերկար տեղադրման փորձ: Նրա առաքելությունն է ուսումնասիրել հենց պրոտոնները՝ ճշգրիտ չափելով ցածր անկյան բախումների ժամանակ առաջացած պրոտոնները: Այս շրջանը հայտնի է որպես «առաջ» ուղղություն և անհասանելի է LHC-ի այլ փորձերի համար: TOTEM դետեկտորները տարածվում են գրեթե կես կիլոմետր CMS փոխազդեցության կետի շուրջ: TOTEM-ն ունի գրեթե 3000 կգ սարքավորումներ, այդ թվում՝ չորս միջուկային աստղադիտակ, ինչպես նաև հռոմեական կաթսաների 26 դետեկտոր: Վերջին տեսակը թույլ է տալիս դետեկտորներին հնարավորինս մոտ տեղակայել մասնիկների ճառագայթին: TOTEM-ի փորձը ներառում է մոտավորապես 100 գիտնական 8 երկրների 16 ինստիտուտներից (2014թ. օգոստոս):

Ինչու՞ է անհրաժեշտ մեծ հադրոնային կոլայդեր:

Միջազգային խոշորագույն գիտական ​​ինստալյացիան ուսումնասիրում է ֆիզիկական խնդիրների լայն շրջանակ.

• Վերին քվարկների ուսումնասիրություն. Այս մասնիկը ոչ միայն ամենածանր քվարկն է, այլև ամենածանր տարրական մասնիկը։ Վերին քվարկի հատկությունների ուսումնասիրությունը նույնպես իմաստ ունի, քանի որ այն հետազոտական ​​գործիք է:
• Հիգսի բոզոնի որոնում և ուսումնասիրություն: Չնայած CERN-ը պնդում է, որ Հիգսի բոզոնն արդեն հայտնաբերվել է (2012 թվականին), դրա էության մասին շատ քիչ բան է հայտնի, և հետագա հետազոտությունները կարող են ավելի մեծ պարզություն հաղորդել դրա գործողության մեխանիզմին:

• Քվարկ-գլյուոնային պլազմայի ուսումնասիրություն. Երբ կապարի միջուկները բախվում են մեծ արագությամբ, բախիչում առաջանում է . Նրա հետազոտությունը կարող է օգտակար արդյունքներ բերել ինչպես միջուկային ֆիզիկայի (ուժեղ փոխազդեցությունների տեսության բարելավում), այնպես էլ աստղաֆիզիկայի համար (ուսումնասիրելով տիեզերքը իր գոյության առաջին պահերին):
• Որոնել գերհամաչափություն: Այս հետազոտությունը նպատակ ունի հերքել կամ ապացուցել «գերհամաչափությունը», այն տեսությունը, որ յուրաքանչյուր տարրական մասնիկ ունի ավելի ծանր գործընկեր, որը կոչվում է «գերմասնիկ»:
• Ֆոտոն-ֆոտոն և ֆոտոն-հադրոն բախումների ուսումնասիրություն. Դա կբարելավի նման բախումների գործընթացների մեխանիզմների ըմբռնումը:
• Էկզոտիկ տեսությունների փորձարկում. Առաջադրանքների այս կատեգորիան ներառում է ամենաանսովորները՝ «էկզոտիկները», օրինակ՝ զուգահեռ տիեզերքների որոնումը մինի-սև անցքեր ստեղծելու միջոցով:

Բացի այս խնդիրներից, կան բազմաթիվ այլ խնդիրներ, որոնց լուծումը նաև մարդկությանը թույլ կտա ավելի լավ մակարդակով հասկանալ բնությունն ու մեզ շրջապատող աշխարհը, ինչն իր հերթին հնարավորություններ կբացի նոր տեխնոլոգիաների ստեղծման համար։

Մեծ հադրոնային կոլայդերի և հիմնարար գիտության գործնական օգուտները

Նախ պետք է նշել, որ հիմնարար հետազոտությունները նպաստում են հիմնարար գիտությանը։ Կիրառական գիտությունը զբաղվում է այս գիտելիքի կիրառմամբ։ Հասարակության մի հատվածը, որը տեղյակ չէ հիմնարար գիտության առավելություններին, հաճախ չի ընկալում Հիգսի բոզոնի հայտնաբերումը կամ քվարկ-գլյուոնային պլազմայի ստեղծումը որպես կարևոր բան: Նման ուսումնասիրությունների կապը սովորական մարդու կյանքի հետ ակնհայտ չէ։ Եկեք նայենք միջուկային էներգիայի կարճ օրինակին.

1896 թվականին ֆրանսիացի ֆիզիկոս Անտուան ​​Անրի Բեկերելը բացահայտեց ռադիոակտիվության ֆենոմենը։ Երկար ժամանակովնրան այդպես էին հավատում արդյունաբերական օգտագործումմարդկությունը շուտ չի անցնի. Պատմության մեջ առաջին միջուկային ռեակտորի գործարկումից ընդամենը հինգ տարի առաջ մեծ ֆիզիկոս Էռնեստ Ռադերֆորդը, ով իրականում հայտնաբերեց ատոմային միջուկը 1911 թվականին, ասաց, որ ատոմային էներգիան երբեք չի գտնի իր կիրառումը: Փորձագետներին հաջողվեց վերանայել իրենց վերաբերմունքը ատոմի միջուկում պարունակվող էներգիայի նկատմամբ 1939թ.-ին, երբ գերմանացի գիտնականներ Լիզ Մեյթները և Օտտո Հանը հայտնաբերեցին, որ ուրանի միջուկները, երբ ճառագայթվում են նեյտրոններով, բաժանվում են երկու մասի՝ ազատելով հսկայական էներգիա՝ միջուկային: էներգիա.

Եվ միայն շարքի այս վերջին հղումից հետո հիմնարար հետազոտությունԿիրառական գիտությունը մտավ խաղի մեջ և, հիմնվելով այս հայտնագործությունների վրա, հորինեց միջուկային էներգիա արտադրող սարք՝ ատոմային ռեակտոր։ Բացահայտման մասշտաբները կարելի է գնահատել՝ դիտարկելով միջուկային ռեակտորների կողմից արտադրվող էլեկտրաէներգիայի մասնաբաժինը: Այսպիսով, Ուկրաինայում, օրինակ, ատոմակայաններին բաժին է ընկնում էլեկտրաէներգիայի արտադրության 56%-ը, իսկ Ֆրանսիայում՝ 76%-ը։

Բոլոր նոր տեխնոլոգիաները հիմնված են որոշակի հիմնարար գիտելիքների վրա: Ահա ևս մի քանի հակիրճ օրինակ.

• 1895 թվականին Վիլհելմ Կոնրադ Ռենտգենը նկատեց, որ երբ ենթարկվում է ռենտգենյան ճառագայթների, լուսանկարչական թիթեղը մթնում է։ Այսօր ռադիոգրաֆիան բժշկության մեջ ամենաօգտագործվող հետազոտություններից մեկն է, որը թույլ է տալիս ուսումնասիրել վիճակը ներքին օրգաններև հայտնաբերել վարակներն ու այտուցները:
• 1915 թվականին Ալբերտ Էյնշտեյնը առաջարկեց իր սեփականը։ Այսօր այս տեսությունը հաշվի է առնվում GPS արբանյակների շահագործման ժամանակ, որոնք մի երկու մետր ճշգրտությամբ որոշում են օբյեկտի գտնվելու վայրը։ GPS-ն օգտագործվում է բջջային կապի, քարտեզագրության, տրանսպորտի մոնիտորինգի, բայց հիմնականում նավիգացիայի մեջ: Արբանյակի սխալը, որը հաշվի չի առնում ընդհանուր հարաբերականությունը, կաճի օրական 10 կիլոմետրով արձակման պահից: Իսկ եթե հետիոտնը կարող է բանականություն օգտագործել և թղթե բացիկ, ապա ավիաընկերությունների օդաչուները կհայտնվեն բարդ իրավիճակում, քանի որ անհնար է նավարկել ամպերով։

Եթե ​​այսօր LHC-ում արված հայտնագործությունների գործնական կիրառում դեռևս չի գտնվել, դա չի նշանակում, որ գիտնականները «զուր են շփոթում բախիչի վրա»։ Ինչպես գիտեք, ողջամիտ մարդը միշտ նպատակ ունի ստանալ առավելագույնը գործնական կիրառությունառկա գիտելիքներից, հետևաբար ԼՀԿ-ում հետազոտության ընթացքում կուտակված բնության մասին գիտելիքը վաղ թե ուշ անպայման կգտնի իր կիրառությունը։ Ինչպես արդեն ցույց է տրվել վերևում, հիմնարար հայտնագործությունների և դրանք օգտագործող տեխնոլոգիաների միջև կապը երբեմն կարող է ընդհանրապես ակնհայտ չլինել:

Ի վերջո, նշենք, այսպես կոչված, անուղղակի բացահայտումները, որոնք դրված չեն որպես ուսումնասիրության սկզբնական նպատակներ։ Դրանք բավականին հաճախ են լինում, քանի որ հիմնարար բացահայտում կատարելը սովորաբար պահանջում է նոր տեխնոլոգիաների ներդրում և օգտագործում։ Այսպիսով, օպտիկայի զարգացումը խթան ստացավ հիմնարար տիեզերական հետազոտություններից, որոնք հիմնված էին աստղագետների դիտումների վրա աստղադիտակի միջոցով։ CERN-ի դեպքում այսպես հայտնվեց ամենուր տարածված տեխնոլոգիան՝ ինտերնետը, նախագիծ, որն առաջարկել էր Թիմ Բերներս-Լին 1989 թվականին՝ CERN կազմակերպության տվյալների ավելի հեշտ գտնելը:

Այս հարցում (և դրա նման այլոց) «իրականում» բառերի հայտնվելը հետաքրքիր է. բացահայտվի. Այնուամենայնիվ, երբ դիտվում է գիտության ներսից, առեղծվածը անհետանում է, և այս բառերի համար տեղ չկա. «ինչու է մեզ անհրաժեշտ հադրոնային բախիչ» հարցը սկզբունքորեն չի տարբերվում «ինչու՞ է մեզ անհրաժեշտ քանոն (կամ կշեռք) հարցից. , կամ ժամացույցներ և այլն)»։ Այն, որ բախիչը մեծ, թանկարժեք և ցանկացած չափանիշով բարդ բան է, հարցը չի փոխում։

«Ինչու է դա անհրաժեշտ» հասկանալու ամենամոտ անալոգիան, իմ կարծիքով, ոսպնյակն է: Մարդկությունը ծանոթ է ոսպնյակների հատկություններին անհիշելի ժամանակներից, բայց միայն անցյալ հազարամյակի կեսերին հասկացավ, որ ոսպնյակների որոշակի համակցություններ կարող են օգտագործվել որպես գործիքներ, որոնք թույլ են տալիս ուսումնասիրել շատ փոքր կամ շատ հեռավոր առարկաները. իհարկե, խոսելով մանրադիտակի և աստղադիտակի մասին: Կասկածից վեր է, որ այն հարցը, թե ինչու է այս ամենը անհրաժեշտ, բազմիցս տրվել է, երբ հայտնվեցին ժամանակակիցների համար նոր այս նմուշները: Սակայն այն ինքնին հանվեց օրակարգից, քանի որ ընդլայնվեցին երկու սարքերի գիտական ​​և կիրառական կիրառման ոլորտները։ Նշենք, որ, ընդհանուր առմամբ, սա տարբեր սարքեր- Դուք չեք կարողանա աստղերին նայել գլխիվայր մանրադիտակով: Մեծ հադրոնային կոլայդերը, պարադոքսալ կերպով, միավորում է դրանք իր մեջ և իրավամբ կարող է համարվել որպես ամենաբարձր կետը թե՛ մանրադիտակների, թե՛ աստղադիտակների էվոլյուցիայի մեջ, որին մարդկությունը հասել է անցած դարերի ընթացքում: Այս հայտարարությունը կարող է տարօրինակ թվալ, և, իհարկե, այն պետք չէ բառացի ընդունել՝ արագացուցիչում ոսպնյակներ (առնվազն օպտիկական) չկան։ Բայց ըստ էության դա հենց այդպես է։ Կոլայդերը իր «մանրադիտակային» ձևով թույլ է տալիս ուսումնասիրել առարկաների կառուցվածքը և հատկությունները 10-19 մետր մակարդակում (հիշեցնեմ, որ ջրածնի ատոմի չափը մոտավորապես 10-10 մետր է): Իրավիճակն առավել հետաքրքիր է «աստղադիտակի» մասում։ Յուրաքանչյուր աստղադիտակ իրական ժամանակի մեքենա է, քանի որ դրանում նկատված նկարը համապատասխանում է նախկինում դիտման օբյեկտին, մասնավորապես այն ժամանակին, երբ էլեկտրամագնիսական ճառագայթումը պետք է հասնի դիտորդին այս օբյեկտից: Այս ժամանակը կարող է լինել ութ րոպեից մի փոքր ավելի՝ Երկրից Արեգակը դիտարկելիս և մինչև միլիարդավոր տարի հեռավոր քվազարներ դիտարկելիս: Մեծ հադրոնային կոլայդերի ներսում ստեղծվում են պայմաններ, որոնք գոյություն են ունեցել Տիեզերքում Մեծ պայթյունից վայրկյանի չնչին հատվածից հետո: Այսպիսով, մենք հնարավորություն ենք ստանում հետ նայել գրեթե 14 միլիարդ տարի՝ մեր աշխարհի հենց սկզբին: Սովորական երկրային և ուղեծրային աստղադիտակներ (առնվազն նրանք, որոնք արձանագրում են էլեկտրամագնիսական ճառագայթում), «տեսողություն» ձեռք բերեք միայն վերահամակցման դարաշրջանից հետո, երբ Տիեզերքը դարձավ օպտիկական թափանցիկ, դա տեղի ունեցավ, ըստ ժամանակակից պատկերացումների, Մեծ պայթյունից 380 հազար տարի անց:

Այնուհետև մենք պետք է որոշենք, թե ինչ անել այս գիտելիքի հետ. և՛ փոքր մասշտաբներով նյութի կառուցվածքի, և՛ Տիեզերքի ծննդի ժամանակ նրա հատկությունների մասին, և սա այն է, ինչը, ի վերջո, կվերադարձնի սկզբում քննարկված առեղծվածը և կորոշի, թե ինչու է բախվել: անհրաժեշտ էր «իսկապես» անհրաժեշտ էր. Բայց սա մարդկային որոշում է, և բախողը, որի օգնությամբ ստացվել է այս գիտելիքը, կմնա ընդամենը սարք՝ թերևս աշխարհի երբևէ տեսած «ոսպնյակների» ամենաբարդ համակարգը: