Самон главное о Большом адронном коллайдере

Психология

Большой адронный коллайдер — самый мощный в мире ускоритель частиц. Многие думают, что он способен уничтожить планету, создав черные дыры или опасную материю. Выясняем, возможно ли это и зачем действительно нужен БАК

Самон рассказывает о Большом адронном коллайдере

Фото: home.cern

Что такое адронный коллайдер

Адронный коллайдер — это ускоритель, который разгоняет высокоэнергетические частицы почти до скорости света с помощью электромагнитных полей. Свое название прибор получил потому, что работает с определенным классом частиц, адронов (составных частиц, подверженных сильному ядерному взаимодействию), сталкиваясь с ними в процессе (англ collider — коллайдер).

Первый в мире адронный коллайдер ISR был запущен в 1971 году Европейской организацией ядерных исследований (ЦЕРН). Устройство было небольшим: 943 м в длину, а максимальная энергия частиц, до которой он мог их разогнать, составляла 28 ГэВ. В 1980-х работа над ИСР была остановлена, а средства, которые тратились на его содержание, пошли на строительство более мощного электрон-позитронного коллайдера. Последний работал до 2001 года, когда его заменил Большой адронный коллайдер, безусловно, самый мощный ускоритель адронов в мире.

БАК расположен на границе Франции и Швейцарии, недалеко от города Женева, в туннеле глубиной 100 м. Длина ускорителя составляет почти 27 км, а максимальная энергия частиц, до которой он может разогнать, составляет 7 ТэВ, что почти в 230 раз больше, чем в первом адронном коллайдере.

Большой адронный коллайдер — крупнейшая экспериментальная установка в мире: в строительстве участвовало более 10 000 ученых и инженеров из 100 стран мира, которое длилось почти 10 лет. Стоимость создания БАК оценивается в 4 600 млн евро.

Сотрудники ЦЕРН создали онлайн-карту Большого адронного коллайдера, на которой показаны туннель, в котором он находится, и часть кольца ускорения.

Виртуальный тур по БАК

Для чего нужен Большой адронный коллайдер

В физике элементарных частиц есть важный постулат: стандартная модель. Это теория, которая описывает, как взаимодействуют элементарные частицы в нашем мире: кварки, бозоны, лептоны, барионы. Ученые интересуются этими отношениями, потому что они могут привести к новым или очень редким элементам, которые мало изучены или вообще не изучены. Это, в свою очередь, позволит вам больше узнать о мире и его предмете.

Чтобы открывать новые частицы, нужно проводить эксперименты. В этом коллайдеры помогают ученым. Установки воспроизводят процессы, реально происходящие в природе, то есть сталкиваются друг с другом заряженные частицы материи: протоны с протонами или электроны с позитронами. После этого собранные данные записываются и передаются на компьютер. У ученых появилась возможность детально изучить результаты взаимодействия заряженных частиц: обнаружить следы распада мюонов, пи- и К-мезонов и других событий, происходивших на коллайдере.

Читайте также:  Как помочь другу с депрессией?

Помимо поиска черных дыр и обнаружения бозона Хиггса, перед адронным коллайдером стоят и другие задачи:

  • Поиски суперсимметрии, то есть подтверждение теории о том, что каждая элементарная частица во Вселенной имеет суперсимметричного партнера. Если БАК сможет доказать это явление, это подтвердит, что Стандартная модель — не единственная теория строения элементарных частиц, а лишь часть большой системы микромира.
  • Изучение топ-кварков — самых тяжелых элементарных частиц. Его свойства недостаточно изучены и поэтому представляют интерес для физиков.
  • Изучение кварк-глюонной плазмы, возникающей при столкновении ядер свинца. Изучение этого явления поможет ученым построить более совершенные теории о сильных взаимодействиях частиц.

Самон рассказывает о Большом адронном коллайдере

Один из секторов туннеля, в котором находится БАК (Фото: wikimedia.org)

Как работает Большой адронный коллайдер

Большой адронный коллайдер представляет собой ускорительное кольцо окружностью 27 км, оснащенное большим количеством установок, каждая из которых выполняет свою функцию. Кольцо ускорения можно условно разделить на восемь секторов, через которые проходят пучки частиц.

Пучки частиц поступают в Большой адронный коллайдер из предварительного ускорителя SPS, Суперпротонного синхротрона, который формирует их, а затем вводит в специальный отсек БАК. Внутри коллайдера протоны начинают течь в противоположных направлениях по двум вакуумным трубкам. По мере движения они проходят через следующие конфигурации дроссельных колец:

  • Раздел ускорения. Пучки протонов инжектируются в LHC с энергией 0,45 ТэВ и ускоряются до 7 ТэВ уже внутри коллайдера. С каждым новым оборотом через секцию ускорителя протоны получают дополнительную энергию.
  • Система сброса луча. Эта конфигурация останавливает и удаляет протонный пучок LHC, если он отклоняется от заданного пути.
  • Очистка луча. Когда пучок протонов проходит через вакуумную трубку, некоторые его частицы могут отклоняться. Система очистки балки режет балки, не касаясь основной части балки.
  • Детекторы Основной задачей этих установок является регистрация результата взаимодействия частиц и передача соответствующей информации в цифровом виде в центр управления CERN.

Самон рассказывает о Большом адронном коллайдере

Устройство LHC (на схеме обозначено как LHC – Большой адронный коллайдер)

Чтобы удержать пучки протонов внутри ускорителя, на них должно воздействовать магнитное поле. Для этого в Большом адронном коллайдере установлено несколько тысяч мощных магнитов.

Самон рассказывает о Большом адронном коллайдере

Один из поворотных магнитов опускают в шахту для установки на БАК (Фото: home.cern)

Кто обслуживает Большой адронный коллайдер

Все элементы управления LHC расположены в центре управления CERN. Постоянный штат сотрудников составляет около 1500 человек: инженерный и научный персонал, обеспечивающий работу ускорительного комплекса, сотрудники, занимающиеся разработкой, ремонтом и модернизацией установки и др.

Читайте также:  Причины, почему мужчина резко перестаёт писать и звонить

Еще одна категория сотрудников БАК — группы приглашенных ученых, которые проводят эксперименты. Они прибывают в определенное время и изучают данные, полученные от детектора. Кроме того, физики из других стран помогают контролировать работу БАК: они ездят по сменам и следят за его приборами и системами.

Большой адронный коллайдер работает круглосуточно и без выходных, его нельзя отключить. Это связано с тем, что он постоянно потребляет большое количество энергии, в основном для поддержания низкой температуры. Также приходится постоянно следить за коллайдером, поэтому день делится как минимум на три рабочие смены.

Самон рассказывает о Большом адронном коллайдере

Сотрудники ЦЕРН рядом с большим детектором ATLAS (Фото: home.cern)

Самон рассказывает о Большом адронном коллайдере

Сотрудники ЦЕРН рядом с большим детектором ATLAS (Фото: home.cern)

Что открыли на Большом адронном коллайдере

На сегодняшний день бозон Хиггса — единственное открытие, сделанное на Большом адронном коллайдере. Эта элементарная частица понадобилась ученым для объяснения нарушения электрослабой симметрии, в результате которого другие частицы, изначально ничего не весившие, набирали массу.

Чтобы объяснить нарушение симметрии, в 1970-х годах Питер Хиггс и несколько других ученых предложили теорию о том, что Вселенную пронизывает поле, с которым частицы приобретают массу, взаимодействуя с ним. Позже его назвали полем Хиггса. Чтобы подтвердить теорию, ученым нужно было найти и доказать существование бозона Хиггса, основы материи в поле Хиггса.

В течение нескольких десятилетий Франсуа Энглер и Питер Хиггс пытались открыть бозон Хиггса с помощью экспериментов, но безуспешно. Эту частицу трудно увидеть, потому что она нестабильна и, появляясь, тут же распадается; требовалась мощная аппаратура, способная зафиксировать следы его разложения. Однако с помощью экспериментов на электрон-позитронном коллайдере ученым удалось определить примерную массу бозона Хиггса, что значительно облегчило поиски.

Работа продолжилась на Большом адронном коллайдере, и в 2012 году экспериментаторы объявили, что каждый из них наблюдал новую частицу, которая по своей массе и другим характеристикам похожа на бозон Хиггса. В 2013 году открытие ученых было официально признано, и Франсуа Энглер и Питер Хиггс были удостоены Нобелевской премии за свои открытия.

Почему люди боятся Большого адронного коллайдера

БАК и микроскопические черные дыры

Согласно одной из теорий, черные дыры могут появиться при столкновении протонов в Большом адронном коллайдере. Если они устойчивы и не разлагаются, то упадут в центр Земли, поглотят ее вещество и уничтожат планету. Начало этим предположениям положил гаваец Вальтер Вагнер: он подал иск с требованием остановить строительство БАК и провести дополнительные испытания, чтобы доказать безопасность установки. После суда другие начали волноваться. Так, группа незнакомцев пригрозила ученым, работающим на БАК, расправой.

Но страшный сценарий невозможен. То, что происходит на БАК, происходит и в природе, только в гораздо большем масштабе и с огромной силой. Это означает, что микроскопические черные дыры должны были возникнуть давным-давно. Кроме того, согласно теории относительности Эйнштейна, микроскопические черные дыры не могут образовываться на БАК, потому что частицы, которые могли бы их образовать, мгновенно распадаются.

Читайте также:  Что делать, чтобы наладить личную жизнь. Мнение психолога Павла Ракова

БАК и страпельки

Последователи другой теории предполагают, что во время работы БАК могут появиться инопланетяне — кусок странной материи, состоящий из странных кварков. Если эти частицы попадут в обычную материю, начнется цепная реакция и вся планета превратится в комок странной материи, непригодной для жизни.

Все осложняется тем, что странная материя еще мало изучена и никто из ученых не может сказать, как она себя поведет (отсюда и ее название).

Однако многолетние эксперименты показали, что за весь период работы БАК не появилось ни одной звезды. Физики из Брукхейвенской национальной лаборатории в Нью-Йорке также пытались найти эти фрагменты в другом коллайдере, но поиски, начавшиеся в 2000 году, до сих пор не дали результатов.

Будущее Большого адронного коллайдера

Большой адронный коллайдер работал в своей первоначальной конфигурации и был снят с производства в 2018 году. Это было сделано для того, чтобы увеличить его светосилу, т.е увеличить производительность в 10 раз. Это поможет LHC обнаружить больше новых частиц.

В режиме высокой светимости Большой адронный коллайдер будет работать примерно до 2040 года; дата была изменена из-за пандемии коронавируса и задержек проекта. К тому времени на ускорителе будет собрано достаточное количество данных о бозоне Хиггса, и еще как минимум через 50 лет ученые займутся их обработкой.

Как только LHC соберет все данные, он будет закрыт, и ЦЕРН начнет строительство нового циклического коллайдера: Будущего кругового коллайдера. Предполагается, что длина этой экспериментальной установки составит около 100 км, а энергия столкновения частиц превысит LHC как минимум в 7 раз. А Большой адронный коллайдер, в свою очередь, начнет функционировать как инжектор и «впрыскивать» пучки частиц в новую экспериментальную установку.

Читайте также:

Расчеты можно делать мгновенно: как работают квантовые компьютеры и зачем они нужны

Как квантовый компьютер изменит наше будущее и на что он способен?

Квантовый компьютер — революционная технология будущего. Что вам нужно знать об этом

Если вам понравился материал, подпишитесь на канал РБК Тренды в Яндекс.Дзен — это поможет нам развиваться!

Валерия Кузнецова
Главный редактор , psyban.ru
Психолог с многолетним стажем. Использую различные лайфхаки в личной жизни. Друзья постоянно говорят, чтобы я размещала свои советы в интернете. Будьте любимыми вместо со мной!
contact me
Оцените статью
psyban.ru
Добавить комментарий