Самый большой в мире коллайдер
что это такое и зачем нужно
Большой адронный коллайдер (БАК) — самый большой и мощный ускоритель частиц в мире. Он был построен Европейской организацией ядерных исследований (ЦЕРН).
10 000 ученых и инженеров из более чем 100 разных стран работали вместе над созданием этого проекта. Его строительство стоило 10 миллиардов долларов. В настоящее время это самая большая и сложная экспериментальная исследовательская установка в мире.
Как выглядит Большой адронный коллайдер
Это гигантский замкнутый туннель, построенный под землей. Он имеет длину 27 километров и уходит на глубину от 50 до 175 метров.
Находится коллайдер на границе Франции и Швейцарии, недалеко от города Женева.
Где находится коллайдерКак работает Большой адронный коллайдер
Слово «коллайдер» в этом случае можно перевести как «сталкиватель». А сталкивает он адроны — класс частиц, состоящих из нескольких кварков, которые удерживаются сильной субатомной связью. Протоны и нейтроны являются примерами адрона.
БАК в основном использует столкновение протонов в своих экспериментах. Протоны — это части атомов с положительным зарядом. Коллайдер ускоряет эти протоны в тоннеле, пока они не достигнут почти скорости света. Различные протоны направлены через туннель в противоположных направлениях. Когда они сталкиваются, то можно зафиксировать условия, подобные ранней Вселенной.
Откуда берутся протоны в для столкновения?
Для этого ионизируются атомы водорода. Атом водорода состоит из одного протона и одного электрона. Во время ионизации удаляется электрон и остаётся нужный для эксперимента протон.
БАК состоит из трёх основных частей:
- Ускоритель частиц. Разгоняет и сталкивает протоны с помощью системы мощных электромагнитов, расположенных вдоль всего тоннеля.
- Детекторы. Результаты столкновения нельзя наблюдать напрямую, поэтому мощные детекторы улавливают максимум данных и направляют их на обработку.
- Грид. С детекторов поступают петабайты данных. Для их интерпретации используется грид-инфраструктура — сеть из компьютеров в 36 странах, которые совместно образуют один суперкомпьютер. Но даже этого хватает только на обработку 1% данных.
Зачем нужен Большой адронный коллайдер
С помощью БАК можно изучить элементарные частицы и способы их взаимодействия. Он уже многому научил нас в области квантовой физики, и исследователи надеются узнать больше о структуре пространства и времени . Наблюдения, которые делают учёные, помогают понять, какой могла быть Вселенная в течение миллисекунд после Большого взрыва.
Ещё много интересного в наших соцсетяхЧитайте также: Что если изобретут телепортацию
Какие открытия совершили на БАК
На данный момент самое большое открытие — это бозон Хиггса. Это одно из важнейших открытий 21 века, объясняющее существование массы частиц во Вселенной. Это подтверждает Стандартную модель, с помощью которой сегодня физики описывают взаимодействие элементарных частиц. Именно на этом взаимодействии основано устройство всей Вселенной.
Суть работы бозона Хиггса в том, что благодаря ему другие элементарные частицы могут иметь и передавать свою массу. Но это очень и очень упрощённое понимание, и если Вам интересно, почитайте научную литературу.
С полным списком всех открытий на Большом адронном коллайдере можно ознакомиться на Википедии.
Может ли коллайер уничтожить Землю
С момента запуска БАК стал объектом разнообразных домыслов. Самый известный — в ходе экспериментов может образоваться чёрная дыра и поглотить планету.
Есть две причины, чтобы не волноваться.
- На БАК не происходит ничего такого, чего не делают космические лучи, которые ежедневно попадают на Землю, и эти лучи не создают чёрных дыр.
- Даже если Большой адронный коллайдер действительно создаст чёрную дыру, то она будет крошечной. Чем меньше чёрная дыра, тем короче ее жизнь. Такая чёрная дыра превратится в энергию, прежде чем сможет причинить вред людям.
Надеемся, Вам было интересно, как и нам во время работы над этим материалом!
Разобрались, что такое и зачем нужен Коллайдер?Poll Options are limited because JavaScript is disabled in your browser.Большой адронный коллайдер. Досье - Биографии и справки
/ТАСС-ДОСЬЕ/. Большой адронный коллайдер (Large hadron collider, БАК, LHC) - самый мощный в мире ускоритель заряженных частиц. Построен Европейской организацией по ядерным исследованиям (CERN).
БАК расположен в подземном кольцевом тоннеле окружностью 26 км 659 м неподалеку от Женевы на границе Швейцарии и Франции на глубине 100-175 м. Первоначально в этом тоннеле находился Большой электрон-позитронный коллайдер (LEP), построенный в 1989 году. LEP позволял разгонять пучки частиц до энергий в 209 гигаэлектронвольт (ГэВ). К середине 1990-х гг. одной из главных задач физики стало уточнение или опровержение Стандартной модели элементарных частиц, в частности, экспериментальное доказательство существования бозона Хиггса. Его существование было предсказано в 1963 году группой ученых во главе с британским физиком Питером Хиггсом (Peter Higgs). За счет бозона Хиггса, согласно Стандартной модели, создается вся масса Вселенной. Существующей мощности LEP было недостаточно для обнаружения данной частицы, поэтому в декабре 1994 года совет CERN решил строить в тех же тоннелях БАК с мощностью пучка протонов в 4 тераэлектронвольта (ТэВ).
Проект БАК - крупномасштабная международная программа. В работе по сооружению и экспериментах на ускорителе участвовали около 100 тыс. человек из 44 стран мира, в том числе из России. Строительство коллайдера началось в 1998 году и завершилось в 2008 году. Первое испытание состоялось 10 сентября 2008 года, однако вскоре БАК был остановлен на несколько месяцев из-за аварии. В 2010 году мощность пучков была доведена до 3,5 ТэВ, что стало официальным началом исследовательской программы. 4 июля 2012 году с помощью БАК был открыт бозон Хиггса. 14 февраля 2013 года коллайдер был приостановлен для модернизации. После ее завершения мощность пучка на БАК должна возрасти к маю-июню 2015 года до 13 ТэВ, а затем - до 14 ТэВ.
Частицы в БАК попадают из каскада дополнительных ускорителей, разгоняющих протоны до 0,45 ТэВ. Ускоритель представляет собой две трубы, которые почти на всей своей протяженности идут параллельно в кольцевом тоннеле и пересекаются в местах расположения детекторов столкновений. В детекторах частицы, разогнанные с помощью сверхпроводящих магнитов, сталкиваются на скорости 99,9999991% от скорости света, составляющей 299 млн 792 тыс. 458 м в секунду.
Адронным коллайдер называется потому, что в его детекторах осуществляются столкновения адронов (класс элементарных частиц, состоящих из кварков).
После повторного запуска на БАК будут продолжены эксперименты по четырем основным направлениям: уточнение параметров бозона Хиггса; поиск ответа на вопросы о том, что представляла Вселенная в первые мгновения после Большого Взрыва; чем является темная материя и "темная энергия"; почему во Вселенной незначительный объем антиматерии.
Стоимость БАК составляла около 7,5 млрд евро (по состоянию на 2010 год), он являлся самым дорогим научным экспериментом в истории человечества. Ежегодно ускоритель потребляет около 1,3 тераватт-часов электроэнергии, столько же, сколько город с населением около 1 млн человек.
Самый большой адронный коллайдер / Научный хит
Исследовательский центр, который принес нам новости о непостижимо крошечных частицах, удостоенных Нобелевской премии, заявил о планах стать намного больше.ЦЕРН строит коллайдер побольше
Европейская организация ядерных исследований (она же ЦЕРН) уже имеет удовольствие использовать самый большой и мощный ускоритель частиц в мире – Большой адронный коллайдер. Но недавно был опубликован отчет, в котором рассматривается дизайн более крупного и мощного потенциального преемника – Будущего кругового коллайдера (FCC, БКК).С помощью Большого адронного коллайдера была открыта субатомная частица бозон Хиггса в 2012 году, а также многое другое. Но для изучения еще более неуловимых аспектов Вселенной, по мнению многих физиков, нам понадобится более новый и мощный инструмент.
Большой адронный коллайдер имеет протяженность порядка 28 километров, но его замена будет в четыре раза больше – до 100 километров. Этого достаточно, чтобы окружить весь город Женева.
Ускорители частиц нуждаются в таких размерах, чтобы разгонять крошечные кусочки атомов до околосветовой скорости, прежде чем они столкнутся. Получающиеся столкновения дают исследователям лучшее понимание законов физики. Будущий круговой коллайдер, с его более мощным механизмом и более длинным туннелем, сможет наблюдать частицы, которые остаются невидимыми для современных технологий. Ожидается, что Большой адронный коллайдер будет эксплуатироваться как минимум до 2035 года. Но масштабы строительства его преемника настолько велики, что планировать нужно загодя. Концепция Большого адронного коллайдера была представлена в 1984, одобрена в 1994, но открыта только в 2009 году. С момента начала реализации и до последнего эксперимента, как ожидается, история Будущего кругового коллайдера растянется на семь десятилетий.
Недавний отчет представляет собой концептуальный проект для Будущего кругового коллайдера, четырехтомная работа, над которой работало 1300 ученых в течение пяти лет. В нем изложены несколько возможных конструкций будущего коллайдера, которые физики элементарных частиц будут иметь в виду, закладывая цели для своих исследований на следующие несколько лет.
БАК уже дал исследователям много пищи для работы, но также и оставил загадок. Сейчас коллайдер проходит через запланированную модернизацию, но исследователи все же хотели бы получить лучшее понимание антиматерии, узнать больше о природе темной материи и где ее найти, а также выяснить, почему бозон Хиггса намного лучше, чем ожидалось. На эти вопросы сможет ответить только машина побольше.
Проект Будущего кругового коллайдера раскрывает несколько различных потенциальных аспектов объекта. Будет огромный туннель, который позволит тонким пучкам частиц перемещаться без необходимости проходить по кривым, которые будут такими же тесными, как на БАК. Будет лептонный коллайдер, который сможет сталкивать лептоны вместе. Это, в теории, обеспечит ученых более точными измерениями Хиггса и других частиц, которые они только начинают понимать. Будет также большой адронный коллайдер, который сможет сталкивать частицы вместе на еще больших энергиях.
По данным ЦЕРН, строительство туннеля будет стоить 5 миллиардов евро, плюс еще 4 миллиарда евро понадобится на первоначальный лептонный коллайдер до 2040 года и еще 15 миллиардов на адронный коллайдер, который заменит первый и начнет работу в 2050 году. Такого же подхода придерживались с БАК.
Это огромные суммы денег, конечно. Многие ученые предпочли бы вложить их в медицину или борьбу с изменением климата. Деньги на проекты ЦЕРН поступают от 22 государств и институтов, использующих объекты. Впрочем, многие физики полагают, что инвестиции будут стоить того.
Даже Питер Хиггс высказался: «Мы оцарапали поверхность, но определенно еще больше нам предстоит открыть».
Ну что, одобряете строительство?
Большой адронный коллайдер. Хроника событий
Вместе с тем, ряд ученых выразили свои опасения по поводу безопасности проводимого исследования. По их мнению, при моделировании этих процессов может возникнуть отличная от нуля вероятность выхода экспериментов из-под контроля и развития цепной реакции, которая теоретически будет способна уничтожить Землю. При этом наиболее часто упоминалась возможность появления микроскопических черных дыр с последующим захватом ими окружающей материи.
21 марта 2008 года жители штата Гавайи (США) Уолтер Вагнер (Walter Wagner) и Луис Санчо (Luis Sancho) обратились в окружной суд штата с иском, содержащим требование временного прекращения всех работ по сооружению ускорителя и проведения дополнительной экспертизы безопасности последнего. В заявлении Вагнера и Санчо в качестве ответчика был обозначен не только Европейский совет по ядерным исследованиям, но и ряд американских организаций, принимающих участие в проекте (в частности, Национальная ускорительная лаборатория им. Энрико Ферми). Иск был отклонен.
26 августа 2008 года группа европейских ученых, утверждающих, что запуск ускорителя представляет угрозу безопасности государств-участников Евросоюза и их граждан, подала жалобу в Европейский суд по правам человека. Этот иск также был вскоре отклонен.
10 сентября 2008 года успешно прошли два теста коллайдера, в ходе которых ученые смогли провести пучок протонов по кольцу БАКа по часовой стрелке и в обратном направлении.
12 сентября 2008 года группа хакеров из Греции взломала компьютерную систему CERN. Компьютерным взломщикам удалось получить доступ к серверам, управляющим компактным мюонным соленоидом (Compact Muon Solenoid, CMS), который занимается отслеживанием данных в ходе столкновения элементарных частиц в ускорителе БАК.
В результате кибер-атаки, хакеры повредили один из файлов CERN, а сайт cmsmon.cern.ch перестал быть доступным для пользователей.
17 сентября 2009 года работы на большом адронном коллайдере были остановлены из-за проблем с электричеством.
18 сентября 2009 года работы на большом адронном коллайдере были возобновлены.
18 сентября 2009 ученые еще раз опровергли информацию о том, что эксперименты в Большом адронном коллайдере (БАК) – самом мощном в истории ускорителе элементарных частиц, запущенном 10 сентября в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН), могут привести к образованию пожирающих мир черных дыр или опасных форм материи.
"Никакого отношения к реальности это не имеет", – заявил на пресс-конференции в Новосибирске в четверг член ученого совета ЦЕРНа, член-корреспондент Российской академии наук Александр Бондарь.
19 сентября около полудня во время подготовки сектора 3-4 БАК к работе на энергии пять тераэлектронвольт произошла значительная утечка в туннель жидкого гелия, который используется для охлаждения магнитов ускорителя до сверхпроводящего состояния. 20 сентября 2009 года пресс-служба Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) сообщила, что утечка жидкого гелия из системы охлаждения одного из секторов большого адронного коллайдера, произошедшая накануне, приведет к остановке ускорителя минимум на два месяца.
Также один из магнитов ускорителя вышел из сверхпроводящего состояния в обычное.
25 сентября 2008 года руководитель проекта БАК Лин Эванс (Sara Lynn Evavs) сделал заявление, согласно которому большой адронный коллайдер (БАК), торжественно запущенный 10 сентября и остановленный из-за поломки, должен возобновить свою работу к маю 2009 года.
16 октября 2008 года ЦЕРН сообщил, что расследование сентябрьской аварии на большом адронном коллайдере подтвердило, что причиной инцидента был дефект электрического соединения, связывающего два из многочисленных магнитов ускорителя.
21 октября 2008 года в одном из зданий ЦЕРН в Женеве прошла церемония официального открытия большого адронного коллайдера, которую было решено провести, несмотря на то, что вскоре после запуска ускоритель вышел из строя и был остановлен до весны будущего года. На церемонии присутствовали представители нескольких десятков стран-участников проекта.
10 ноября 2008 года журнал Time опубликовал список 50 лучших изобретений этого года. Большой адронный коллайдер занял пятое место.
15 декабря 2008 года журнал TIME назвал 10 самых главных научных событий 2008 года. Рейтинг возглавил Большой адронный коллайдер.
10 февраля 2009 года менеджмент Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) утвердил предложенный ранее график нового запуска большого адронного коллайдера, согласно которому самый мощный в истории ускоритель элементарных частиц, остановленный из-за аварии в сентябре 2008 года, будет вновь запущен ровно через год – в сентябре текущего года.
Рекомендации, касающиеся запуска БАКа, были одобрены сотрудниками ЦЕРНа 6 февраля 2009 года на конференции во французском городе Шамони.
17 февраля 2009 года швейцарские СМИ сообщили о том, что американский актер Том Хэнкс (Tom Hanks) может принять участие в перезапуске Большого адронного коллайдера.
30 апреля 2009 года пресс-служба ЦЕРНа сообщила, что последний из 53 магнитов, необходимых для восстановления поврежденного при аварии в сентябре 2008 года большого адронного коллайдера, был опущен под землю, в главный туннель ускорителя.
8 июня 2009 года на сайте ЦЕРНа было опубликовано сообщение, гласившее, что специалисты Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) завершают ремонтные работы в поврежденном секторе большого адронного коллайдера.
19 июня 2009 года гендиректор ЦЕРНа Рольф Хойер (Rolf Heuer), выступая на заседании совета ЦЕРНа, заявил, что работы по восстановлению Большого адронного коллайдера после аварии идут в соответствии с графиком, и самый большой в мире ускоритель заработает этой осенью, хотя и на две-три недели позже, чем планировалось ранее.
Ранее сообщалось, что запуск коллайдера намечен на конец сентября текущего года.
25 июня 2009 года ЦЕРН объявил о завершении всех восстановительных работ в секторе 3-4 большого адронного коллайдера.
10 июля 2009 года ЦЕРН сообщил, что физики ЦЕРНа успешно завершили один из этапов подготовки к работе линейного ускорителя Linac 4 – одного из ключевых элементов для будущей модернизации Большого адронного коллайдера, в результате которой его проектная светимость (частота столкновений частиц) вырастет в десять раз.
Линейный ускоритель Linac 4 призван сменить Linac 2, который в настоящий момент играет роль "первой ступени" в системе ускорителей Большого адронного коллайдера.
16 июля 2009 года на официальном сайте ЦЕРНа было размещено сообщение о том, что обнаруженные на большом адронном коллайдере неполадки (нарушения герметичности в двух секторах ускорителя) заставили вновь поменять график работ и отложить повторный запуск коллайдера до середины ноября.
5 августа 2009 года официальный представитель Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) Джеймс Гиллис сообщил РИА Новости об изменении стоимости ремонта большого андронного коллайдера. Он заявил, что стоимость ремонта была оценена в 37,7 млн долларов, вместо 28,7 млн. долларов, о которых сообщалось ранее.
6 августа 2009 года пресс-служба ЦЕРНа сообщила, что большой адронный коллайдер (БАК) будет вновь запущен в ноябре 2009 года лишь на половинной энергии – пучки протонов будут достигать энергии 3,5 тераэлектронвольта вместо штатных 7 тераэлектронвольт на пучок.
10 августа 2009 года официальный представитель Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) Джеймс Гиллис сообщил в интервью РИА Новости, что магниты Большого адронного коллайдера не смогут работать на полной мощности после запуска, т.к. нуждаются в повторной "тренировке" при сниженной силе тока, поскольку "потеряли память" о предыдущей "тренировке".
4 сентября 2009 года на официальном сайте ЦЕРН было опубликовано сообщение о том, что специалисты учреждения приступили к охлаждению последнего из восьми секторов Большого адронного коллайдера до рабочей температуры, близкой к абсолютному нулю.
2 октября 2009 года на официальном сайте ЦЕРН было опубликовано сообщение о том, что охлаждение всех секторов Большого адронного коллайдера закончится через две недели, после этого на магниты, которые будут удерживать протоны в кольце ускорителя, начнут подавать напряжение.
Также в сообщении говорилось, что по состоянию на 2 октября 2009 года шесть из восьми секторов коллайдера уже охлаждены до рабочей температуры – 1,9 кельвина (271 градус Цельсия ниже нуля). Температура двух секторов – 3-4 и 6-7, охлаждение которых началось несколько позже, – составляет 10-20 кельвин, ток подан на магниты трех секторов.
9 октября 2009 года генеральный директор ЦЕРН Рольф Хойер на пресс-конференции заявил, что работа Большого адронного коллайдера (БАК), который должен быть запущен в середине ноября, не будет остановлена на зиму.
На той же пресс-конференции Хойер сказал, что знаменитого американского актера Тома Хэнкса, игравшего главную роль в фильме "Ангелы и Демоны", сюжет которого связан с запуском Большого адронного коллайдера, не пригласят на реальный перезапуск БАКа, хотя тот и проявил в этом большую заинтересованность.
17 октября 2009 года специалисты ЦЕРНа завершили охлаждение всех восьми секторов Большого адронного коллайдера до рабочей температуры – 1,9 кельвина (271 градус Цельсия ниже нуля).
26 октября 2009 года впервые после произошедшей больше года назад аварии пучки элементарных частиц вернулись в главное кольцо Большого адронного коллайдера – физики ЦЕРН успешно протестировали систему инжекции протонов и ионов свинца и провели их по одному из восьми секторов ускорителя.
3 ноября группа, называющая себя Committee on CERN Experimental Dangers ("Комитет по оценке опасности экспериментов в ЦЕРНе" – ConCERNed) направила жалобу в комитет ООН по правам человека, призывая остановить коллайдер, так как он угрожает жизни на Земле и тем самым нарушает права человека.
3 ноября физики из ЦЕРН, готовящие к новому запуску Большой адронный коллайдер, столкнулись с необъяснимым повышением температуры в секторах ускорителя. Проверка показала, что неполадки в системе охлаждения были вызваны необычной причиной – кусок зачерствевшего хлеба мешал нормальной работе высоковольтного устройства, питавшего систему охлаждения.
Позже было объявлено, что происшествие не повлияет на сроки запуска коллайдера.
Материал подготовлен на основе информации РИА Новости
Большой адронный коллайдер (БАК) – что это такое?
Большой адронный коллайдер (сокр. БАК, англ. LHC) – это самый большой и мощный ускоритель частиц в мире, расположенный на франко-швейцарской границе около города Женева. Он предназначен для ускорения и столкновения встречных пучков протонов и тяжелых ионов (ионов свинца). БАК создан при Европейском совете ядерных исследований ЦЕНР. В его строительстве и обслуживании, участвовало более 10 тыс инженеров и ученых из более чем 100 стран мира. Стоимость проекта оценивается в 10 млрд. долларов.
Коллайдер по сути является замкнутой туннельной системой, расположенной под земной поверхностью на глубине до 180 м. Название «коллайдер» уместно перевести на русский как «устройство для сталкивания». А сталкивает он адроны (класс составных частиц, подверженных сильному взаимодействию). Отсюда и название «адронный коллайдер». Приставку «большой» он получил за свои внушительные размеры, длина основного туннеля БАК составляет 26,7 км.
По большей части эксперименты проводятся с протонами. Протон – элементарная частица, составляющая часть атома, ее отличительное свойство – наличие положительного заряда. БАК разгоняет потоки протонов внутри подземного туннеля до более 99,9% скорости света, направляя их навстречу друг другу. При столкновении на такой скорости моделируются условия, сходные с состоянием нашей Вселенной на ранних стадиях ее существования.
Каково происхождение протонов для экспериментов в БАК?
Их получают методом ионизации атома водорода. Как известно, в его составе имеется 1 протон и 1 электрон. Ионизация помогает избавиться от электрона, и сохранить необходимый для научных опытов протон.
Предназначение
Большой адронный коллайдер помогает исследовать сами элементарные частицы и особенности процессов их взаимодействия. БАК уже принес науке немало бесценных сведений в области квантовой физики, и ученым не терпится получить больше информации о том, как устроены наше пространство и время. Процессы, уловленные детекторами БАК во время столкновения протонов, дают исследователям возможность прийти к лучшему пониманию того, что представляла собой Вселенная в продолжение первых мгновений после Большого взрыва.
Как известно, к началу 1970-х физики разработали так называемую Стандартную модель (СМ), в которой объединились 3 из 4 фундаментальных взаимодействий (кроме гравитационного):
— сильное;
— слабое;
— электромагнитное.
Однако СМ невозможно принять исчерпывающей теорией элементарных частиц. Предположительно, она – не более чем фрагмент более масштабной теоретической картины устройства микромира. Основополагающая цель создание Большого адронного коллайдера – приблизиться к пониманию сущности новой теории (поиск новой физики).
В наше время наука применяет различные способы объединения фундаментальных взаимодействий:
— теория струн;
— теории супергравитации;
— петлевая квантовая гравитация и пр.
Не все они являются совершенными, и ни одна из них не была подтверждена экспериментальным методом. Препятствие заключается в недостатке энергии, доступной ученым на современных устройствах для ускорения частиц.
БАК — самая большая экспериментальная установкаБольшой адронный коллайдер дал науке возможность реализовать эксперименты с недоступной прежде энергией, и по-видимому, это позволит оценить корректность некоторых из вышеупомянутых теоретических подходов. В частности, имеется большое число теоретических систем, допускающих наличие такого явления, как суперсимметрия – в частности, теория струн (она же теория суперструн), которая в случае доказанного отсутствия суперсимметрии утратит свой логический смысл. Соответственно, если будет получено доказательство существования суперсимметрии, то это станет и косвенным аргументом в подтверждение правоты данных теорий.
Исследование топ-кварков
Эти частицы – наиболее тяжелые не только из кварков, но также из всех известных науке элементарных частиц. Их масса слишком велика для того, чтобы топ-кварки можно было изучать на большинстве ускорителей. Помимо прямого научного интереса, данные частицы используются как средство для исследований бозона Хиггса. Бозоны появляются на свет в БАК совместно с парой топ-кварк/антикварк. Поэтому следует лучше представлять свойства кварков, чтобы выделять из их среды бозоны.
Исследование электрослабой симметрии
Среди основных задач БАК, помимо подтверждения существования бозона Хиггса, следует отметить то, каким образом данная нестабильная частица оказывает влияние на симметрию электрослабого взаимодействия. Бозон, как известно, — квант такого физического явления, как поле Хиггса. Преодолевающее эту среду элементарные частицы сталкиваются с сопротивлением, что физика осознает как поправки к массе.
Исследование кварк-глюонной плазмы
Помимо прочих экспериментов, в БАК проводятся опыты со столкновением ядер атомов свинца. В процессе неупругого контакта пары таких ядер на ультрарелятивистских скоростях на короткий срок появляется и исчезает сгусток ядерного в-ва высокой плотности и температуры. Изучение характерных для этого процессов (преобразование в-ва в кварк-глюонную плазму) необходимо для выстраивания более корректной теоретической модели сильных ядерных взаимодействий, которая позволит добиться существенного прогресса как собственно в физической науке, так и в понимании астрономических процессов.
Исследование фотонных взаимодействий
ЭМ взаимодействие понимается как обмен фотонами. Проще говоря, фотоны считаются носителями ЭМ поля. Протоны же обладают электрическим зарядом и электростатическим полем, которое допустимо считать совокупностью виртуальных фотонов.
Когда протоны приходят в столкновение, окружающие их фотоны вступают во взаимодействие. Тем самым, изучая процесс столкновения протонов, физики занимаются исследованием поведения фотонов высокой энергии.
Помимо этого, имеет место особая разновидность реакций – прямое взаимодействие пары фотонов.
Как устроен БАК
Коллайдер состоит из 3 базовых структур;
— ускоритель элементарных частиц. Он позволяет разогнать и столкнуть адроны (тяжелые элементарные частицы из кварков), используя электрические магниты огромной мощности, которые распределены параллельно всей протяженности подземного туннеля;
— детекторы. Процесс, а также итоги взаимодействия ускоренных магнитами протонов невозможно наблюдать непосредственно в туннеле, по этой причине особые устройства-детекторы собирают максимально возможный объем информации с целью дальнейшей ее обработки;
— грид. Детекторы набирают петабайты экспериментальных данных. Для того, чтобы корректно обработать столь внушительный массив информации, применяют грид-систему – компьютерную сеть, расположенную в 36 государствах, она формирует своего рода единый супер-компьютер. Но даже он способен интерпретировать приблизительно 1% параметров реакции в БАК.
Вид на CMS — один из детекторов БАКДетекторы
ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS)
ALICE (A Large Ion Collider Experiment)
LHCb (The Large Hadron Collider beauty experiment)
CMS (Compact Muon Solenoid)
LHCf (The Large Hadron Collider forward)
TOTEM (TOTal Elastic and diffractive cross section Measurement)
MoEDAL (Monopole and Exotics Detector At the LHC).
ATLAS, ALICE, CMS, LHCb — это большие детекторы, расположенные вокруг точек столкновения пучков. Детекторы TOTEM и LHCf являются вспомогательными, находятся в нескольких десятках метров от точек столкновения и используются параллельно с основными.
ATLAS и CMS участвовали в поиске бозона Хиггса, а также тёмной материи. Детектор ALICE — изучает кварк-глюонную плазму при столкновении тяжёлых ионов свинца. LHCb — исследует физику b-кварков, для лучшего понимания различия между антиматерией и материей. TOTEM — изучает рассеивание частиц на малые углы (а также ведет анализ не столкнувшихся частиц). LHCf — исследует космические лучи, которые моделируются теми же не сталкивающимися частицами. MoEDAL — нацелен на поиск медленно движущихся тяжёлых частиц
Как работает БАК
В туннеле коллайдера частицы разгоняют почти до скорости света, при этом увеличивая их массу в несколько тысяч раз. Весь процесс можно разделить на 5 ключевых этапов:
- Сначала атомы водорода поступают в начальную камеру линейного ускорителя (Linac 2), где от них отделяют электроны. Это нужно для того, чтобы у них был положительный заряд и их можно было ускорять с помощью электрического поля.
- Проходя линейный ускоритель, пучок протонов достигает 1/3 скорости света и попадает в бустер (PS buster) с длинной пути 157 метров. Там он делится на четыре меньших пучка, каждый из которых разгоняется в отдельном кольце бустера (для максимального повышения плотности потока частиц). С помощью пульсирующего электрического поля происходит ускорение частиц, в то время как магнитное поле способствует их движению по кругу. Бустер разгоняет частицы до 91,6% скорости света и делает пучки протонов плотными.
- На выходе из бустера частицы собираются воедино и поступают в кольцо протонного синхротрона (PS) с длинной 628 метров. Циркулируя по кругу в течение 1,2 секунды, они достигают более чем 99,9% скорости света. Стоит отметить, что на этом этапе достигается предел скорости, когда пульсирующее электрическое поле больше не может ускорять частицы. Однако вместо этого прикладываемая энергия увеличивает массу протонов. Таким образом, протонный синхротрон увеличивает кинетическую энергию частиц до 28 ГэВ (частицы становятся в 28 раз тяжелее, чем были).
- Затем пучок поступает в протонный суперсинхротрон (SPS) — огромное 7-ми километровое кольцо — «разгон» в котором дает частицам энергию порядка 450 ГэВ. Это последняя подготовительная ступень разгона перед перемещением в основное кольцо Большого адронного коллайдера.
- Основное кольцо БАК, длинна которого составляет 26659 метров, состоит из двух вакуумных трубок, в которых протонные пучки движутся в противоположных направлениях. Эти трубки пересекаются в четырех точках, где размещены детекторы. Там и происходит столкновение частиц и сбор данных. Однако перед встречным столкновением, основное кольцо БАК увеличивает их кинетическую энергию до 7 ТэВ (делая частицы в 7000 раз тяжелее, чем в состоянии покоя).
Интересные факты:
Всего за 1 секунду частицы пролетают всю протяженность основного туннеля более 11000 раз (т.е на 1 цикл уходит не более, чем 0,0001 с). За ту же секунду в БАК происходит около 1 миллиарда столкновений, каждое из которых генерирует 1,5 мегабайта данных.
Каковы научные достижения БАК
Поскольку БАК располагает большей энергией в сравнении с коллайдерами ранних версий, он дал ученым возможность исследовать неизведанную до того область энергий и обрести научные данные, которые помогают уточнить некоторые теоретические построения.
Сегодня к наиболее заметным научным «прорывом», достигнутым при помощи коллайдера, относят открытие бозона Хиггса. Уже сейчас его многие называют одним из наиболее громких открытий XXI столетия, поскольку бозон Хиггса помогает объяснить наличие массы частиц в нашем пространстве. Следовательно, тем самым получено подтверждение Стандартной модели, на основе каковой в наше время физика моделирует поведение и реакции элементарных частиц. И как раз это их взаимодействие является фундаментом, на котором построено все наше мироздание.
Сущность действия бозона Хиггса заключается в том, что он участвует в формировании массы и обмене ею среди прочих элементарных частиц. Однако это крайне упрощенное изложение функций бозона, и всем заинтересовавшимся этой частицей рекомендуем изучить соответствующие научные публикации.
Прочие научные результаты БАК:
— проведены исследования базовых статистических параметров столкновений протонов, оценка числа рожденных адронов, корреляции мезонов;
— продемонстрировано, что не существует асимметрия протонов и антипротонов;
— наблюдались необычные корреляции протонов, летящих по весьма различным траекториям;
— уточнены параметры возможных контактных взаимодействий кварков;
— зафиксированы существенные признаки образования кварк-глюонной плазмы и т.д.
Способен ли БАК разрушить планету
С первых дней своей постройки адронный коллайдер вызывал всевозможные спекулятивные опасения и фантазии. В частности, в интернете прошел слух, что вследствие экспериментальной работы БАК способен создать черную дыру, и та проглотит Землю.
Те самые две трубки, по которым частицы движутся в противоположных направленияхРазумеется, эти опасения имеют под собой определенную основу, однако:
— в случае, если теоретически БАК сформировал бы черную дыру, то ее размеры оказались бы микроскопическими. И есть предположение, что чем они миниатюрнее, тем быстрее такой объект аннигилируется, превращаясь в энергию, не успев нанести ни малейшего ущерба. Но здесь нельзя утверждать ничего наверняка, потому что все это основано на гипотезах и теориях.
С другой стороны, возможно, при столкновении в БАК недостаточно кинетической энергии, чтобы выполнилось условие R=2GM/c2 (гравитационный радиус), необходимое для образования черной дыры.
Планы на будущее
По мере того, как Большой адронный коллайдер приступит к работе на полной мощности и светимости (2021 — 2023 гг.), его разработчики планируют остановку на 2,5 года для модернизации детекторов и ускорителей (проект HL-LHC). Тем самым будет усилена светимость БАК и обеспечена возможность проведения опытов с еще большей энергией. Ученые также намерены организовать опыты путем столкновения протонов и электронов, что потребует дополнительного оборудования для разгона элементарных частиц.
Кроме того, в планах ЦЕРНа есть куда более амбициозный международный проект, создание коллайдера с 100 км. кольцом. Текущее название проекта Future Circular Collider (FCC, «Будущий циклический коллайдер»).
Дорогие друзья, мы все люди и можем ошибаться, а информация имеет тенденцию устаревать. Поэтому, если найдете неверную информацию или грубые смысловые и прочие ошибки, то, пожалуйста, дайте знать об этом в комментариях.
Читайте также:
Ожидание и реальность: результаты работы Большого адронного коллайдера | Futurist
Автор: Яна Жежер | 6 февраля 2018, 14:33Европейский центр ядерных исследований, или просто ЦЕРН, – место, где рядом с вами в столовой запросто может обедать нобелевский лауреат по физике. Он известен во всем мире благодаря самому мощному ускорителю частиц – Большому адронному коллайдеру. Спустя почти десять лет работы пришло время подвести итог – оправдал ли надежды ученых один из самых амбициозных научных проектов современности?
В 2008 году я училась в десятом классе. Несмотря на то, что в те годы я еще совершенно не интересовалась физикой, волна ажиотажа не смогла обойти меня стороной: из каждого утюга трубили, что вот-вот запустят «машину судного дня». Что как только Очень Важный Директор поднимет рубильник, образуется черная дыра и нам всем конец. В день официального старта Большого адронного коллайдера некоторые учителя даже позволили на своих уроках посмотреть репортаж с места событий.
Самого страшного не произошло. По большому счету, не произошло ничего – рубильник был поднят, на экране компьютера заскакали непонятные простому обывателю цифры, а ученые начали праздновать. В общем, зачем запускали, было непонятно.
Несомненно, без Большого адронного коллайдера ученые не смогли бы совершить некоторые знаменательные открытия – в том числе речь идет об обнаружении бозоне Хиггса. Но все ли из запланированного удастся реализовать, и есть ли еще перспективы у БАК – об этом и расскажем.
Эксперимент DELPHI Большого электрон-позитронного коллайдера
Старший брат: Большой электрон-позитронный коллайдер
В конце семидесятых годов XX века физика элементарных частиц развивалась семимильными шагами. Для проверки предсказаний Стандартной модели в 1976 году был предложен проект Большого электрон-позитронного коллайдера (БЭП или LEP – от англ. Large Electron-Positron Collider) в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН, от фр. CERN – Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire). Среди множества различных конфигураций был выбран вариант расположения будущего эксперимента в подземном тоннеле длиной 27 километров. Ему предполагалось ускорять электроны и позитроны до энергий порядка десятков и сотен гигаэлектронвольт: встречные пучки пересекались в четырех точках, в которых впоследствии расположились эксперименты ALEPH, DELPHI, OPAL и L3.
С точки зрения физиков энергии никогда не бывает мало: выбранный в итоге для реализации вариант БЭП был компромиссом между стоимостью и мощностью; рассматривались и туннели большей длины, способные сильнее ускорять частицы. Итоговая энергия могла использоваться для проверки Стандартной модели, но была слишком мала для поиска так называемой «новой физики» – явлений, которые не предсказываются ее законами. Гораздо лучше для таких целей подходят адронные коллайдеры – ускорители составных частиц вроде протонов, нейтронов и атомных ядер. Еще в 1977 году, в момент обсуждения БЭП, Джон Адамс, директор ЦЕРН в то время, предлагал сделать туннель шире, и разместить там сразу оба ускорителя – и электрон-позитронный, и адронный. Однако, совет, принимающий итоговые решения, эту идею отклонил, и в 1981 году был утвержден проект Большого электрон-позитронного коллайдера.
Туннель Большого адронного коллайдера
На смену приходит LHC
БЭП проработал больше десяти лет: с 1989 по 2000 год. Этому времени принадлежит ряд знаменательных экспериментов, таких как подтверждение предсказанных масс переносчиков слабого взаимодействия – W- и Z-бозонов, а также измерение различных параметров Стандартной модели с беспрецедентной точностью. И уже в 1984 году была проведена конференция «Большой адронный коллайдер в туннеле LEP», посвященная вопросу строительства нового коллайдера после прекращения работы предшественника.
В 1991 году был окончательно утвержден проект Большого адронного коллайдера (БАК или LHC – от англ. Large Hadron Collider), при помощи которого планировалось достигнуть суммарной энергии сталкивающихся частиц в 14 тераэлектронвольт, то есть в сто раз большей, чем развивал Большой электрон-позитронный коллайдер.
В 1992 году была проведена встреча, посвященная научной программе Большого адронного коллайдера: всего было получено двенадцать заявок на различные эксперименты, которые могли бы быть построены на месте четырех точек столкновения пучков. В течении последующих лет были одобрены два эксперимента общей направленности – ATLAS и CMS, эксперимент ALICE по изучению тяжелых ионов и LHCb, посвященный физике частиц, содержащих b-кварки. Сооружение Большого адронного коллайдера началось в 2000 году, а первые пучки были получены уже в 2008 году: с тех пор и по сей день, помимо планового отключения, LHC в рабочем режиме ускоряет частицы и набирает данные.
Россия в ЦЕРН
Российская Федерация с 1993 года является страной-наблюдателем в ЦЕРН, что дает право ее представителями присутствовать на заседаниях, но не дает права голосовать при принятии важных решений. В 2012 году от имени Правительства РФ было внесено заявление о намерении вступления Российской Федерации в ассоциированные члены ЦЕРН, которое на настоящий момент не было поддержано.
Всего в проектах ЦЕРН участвует около 700 российских ученых из двенадцати научных организаций, таких как Объединенный институт ядерных исследований, Российский научный центр «Курчатовский институт», Институт ядерных исследований Российской академии наук и Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова.
Инжекционная цепь Большого адронного коллайдера
Как выгодно ускорять частицы?
Схема работы Большого адронного коллайдера состоит из множества этапов. Перед тем как попасть непосредственно в БАК, частицы проходят ряд стадий пред-ускорения: таким образом набор скорости происходит быстрее и при этом с меньшими затратами энергии. Сначала в линейном ускорителе LINAC2 протоны или ядра достигают энергии в 50 мегаэлектронвольт; затем они поочередно попадают в бустерный синхротрон (PSB), протонный синхротрон (PS) и протонный суперсинхротрон (SPS), и на момент инжекции в коллайдер итоговая энергия частиц составляет 450 гигаэлектронвольт.
Помимо основных четырех экспериментов в тоннеле Большого адронного коллайдера, предускорительная система является площадкой для более чем десяти экспериментов, которым не требуется столь большая энергия частиц. В их число входят, в частности, эксперимент NA61/SHINE, исследующий параметры взаимодействия тяжелых ионов с фиксированной мишенью; эксперимент ISOLDE, исследующий свойства атомных ядер, а также AEGIS, исследующий гравитационное ускорение Земли при помощи антиводорода.
Поиски частицы Бога и новой физики
Еще в самом начале, на этапе разработки, была заявлена претенциозная научная программа Большого адронного коллайдера. В первую очередь, вследствие указаний, полученных на БЭП, планировался поиск бозона Хиггса – еще гипотетической в то время составляющей Стандартной модели, отвечающей за массу всех частиц. В том числе в планы ученых входил и поиск суперсимметричного бозона Хиггса и его суперпартнеров, входящих в минимальное суперсимметричное расширение Стандартной модели.
В целом как отдельное направление планировался поиск и проверка моделей «новой физики». Для проверки суперсимметрии, в которой каждому бозону сопоставляется фермион, и наоборот, предполагалось вести поиски соответствующих партнеров для частиц Стандартной модели. Для проверки теорий с дополнительными пространственными измерениями, таких как теория струн или М-теория, были заявлены возможности постановки ограничений на число измерений в нашем мире. Именно поиск отклонений от Стандартной модели считали, и до сих пор считают одной из основных задач БАК.
Менее громкие задачи: исследование кварк-глюонной плазмы и нарушения CP-инвариантности
Топ-кварк, самый тяжелый из шести кварков Стандартной модели, до Большого адронного коллайдера наблюдался лишь на ускорителе Тэватрон в Национальной ускорительной лаборатории имени Энрико Ферми в США из-за своей крайне большой массы в 173 гигаэлектронвольта. При столкновениях в БАК, благодаря его мощности, ожидалось рождение большого числа топ-кварков, которые интересовали ученых в двух аспектах. Первый был связан с изучением иерархии частиц: на данный момент наблюдается три поколения кварков (топ-кварк завершил третье), но не исключено, что их все же больше. С другой стороны, рождение бозона Хиггса при распаде топ-кварка считалось основным способом его экспериментального детектирования.
В 1964 году было открыто нарушение комбинированной CP-инвариантности (от англ. «charge» – заряд и «parity» – четность), которое соответствует зеркальному отображению нашего мира с полной заменой всех частиц на соответствующие античастицы. Данный факт играет важную роль в теориях образования Вселенной, которые пытаются объяснить, почему все наше вещество состоит именно из материи, а не из антиматерии. В том числе нарушение CP-четности проявляется в поведении B-мезонов – частиц, активное рождение которых предполагалось в процессе столкновений в БАК, и с их помощью ученые надеялись пролить свет на причины данного явления.
Работа Большого адронного коллайдера в режиме столкновения тяжелых ядер должна была приводить к воссозданию состояния кварк-глюонной плазмы, которое, по современным представлениям, наблюдается через 10-5 секунд после Большого взрыва – состоянию настолько «горячему», что кварки и глюоны не взаимодействуют друг с другом, и не образуют частицы и ядра, как это происходит в нормальном состоянии. Понимание процессов возникновения и охлаждения кварк-глюонной плазмы необходимо для изучения процессов квантовой хромодинамики – раздела физики, ответственного за описание сильных взаимодействий.
Схема открытия бозона Хиггса в эксперименте ATLAS
Открытие новых частиц на LHC
Итак, чем же может похвастаться за целое десятилетие своей работы Большой адронный коллайдер?
Во-первых, конечно же, самое известное из открытий – обнаружение в июле 2012 года бозона Хиггса массой 126 гигаэлектронвольт. Всего годом позднее Питер Хиггс и Франсуа Энглер были удостоены Нобелевской премии по физике за теоретическое предсказание существования «частицы Бога», ответственной за массу всего вещества во Вселенной. Теперь, однако, перед физиками стоит новая задача – понять, почему искомый бозон имеет именно такую массу; также продолжаются и поиски суперсимметричных партнеров бозона Хиггса.
В 2015 году в эксперименте LHCb были обнаружены стабильные пентакварки – частицы, состоящие из пяти кварков, а годом позднее – кандидаты на роль тетракварков – частиц, состоящих из двух кварков и двух антикварков. До этих пор считалось, что наблюдаемые частицы состоят не более чем из трех кварков, и физикам еще предстоит уточнить теоретическую модель, которая бы описала подобные состояния.
Все еще в пределах Стандартной модели
Физики надеялись, что БАК сможет решить проблему суперсимметрии – либо полностью ее опровергнуть, либо уточнить, в каком направлении стоит двигаться, поскольку вариантов подобного расширения Стандартной модели огромное количество. Пока что не удалось сделать ни того, ни другого: ученые ставят различные ограничения на параметры суперсимметричных моделей, которые могут отсеять самые простые варианты, но точно не решают глобальных вопросов.
Не было получено так же и явных указаний на физические процессы вне Стандартной модели, на которые, пожалуй, рассчитывало большинство ученых. Однако, стоит отметить, что в эксперименте LHCb также было получено указание на то, что B-мезон, тяжелая частица, содержащая в себе b-кварк, распадается не таким образом, как предсказывает Стандартная модель. Подобное поведение само по себе может служить, например, указанием на существование еще одного нейтрального переносчика слабого взаимодействия – Z’ бозона. Пока что ученые работают над набором экспериментальных данных, которые позволят ограничить различные экзотические сценарии.
Возможная схема будущего 100-километрового коллайдера
Пора начинать рыть новый туннель?
Смог ли Большой адронный коллайдер оправдать вложенные в него силы и средства? Несомненно, хоть и не все поставленные цели по итогам десятилетия пока что достигнуты. В настоящий момент идет второй этап работы ускорителя, после чего будет произведена плановая установка и начнется третья стадия набора данных.
Ученые не теряют надежды произвести следующие великие открытия и уже планируют новые коллайдеры, например, с длиной туннеля в целых 100 километров.
Понравилась статья?
Поделись с друзьями!
Поделиться 0 Поделиться 0 Твитнуть 0Подпишись на еженедельную рассылку
За 10 лет Большой адронный коллайдер произвел фурор - впереди еще много открытий
Еще в 2008 году пучок протонов впервые пронесся вокруг Большого адронного коллайдера (БАК), самого мощного ускорителя частиц в мире. Теперь, десять лет спустя, пришло время подвести итоги того, что мы узнали благодаря этому объекту и что нас ждет впереди.
Этот отчет включает в себя как будущие исследования, которые может проводить LHC, так и возможные новые объекты, которые могут сталкивать частицы с энергиями, намного превосходящими то, что может достичь LHC.Было предложено две, а может быть, три возможных замены LHC. Итак, давайте рассмотрим, где мы находимся и куда пришли за последнее десятилетие.
История LHC одновременно захватывающая и бурная, с событиями, варьирующимися от катастрофического повреждения огромных магнитов инструмента в первые дни работы до фениксоподобного восхождения после той трагедии, за которым последовали серьезные и захватывающие открытия, включая открытие бозона Хиггса. Эта находка принесла Питеру Хиггсу и Франсуа Энглерту Нобелевскую премию, как они и предсказали эту частицу более полувека назад.Для мира необычно пристально следить за новостями физики элементарных частиц, но объявление об открытии Хиггса привело к появлению информационных выпусков по всему миру. [5 неуловимых частиц за пределами Хиггса]
В поисках новой физики
Физики тоже были на краю своего места, ожидая, как они надеялись, неожиданных открытий. На протяжении почти полувека ученые выработали текущее теоретическое понимание поведения субатомной материи. Такое понимание называется Стандартной моделью физики элементарных частиц.
Модель объясняет наблюдаемое поведение молекул и атомов обычного вещества и даже самых маленьких известных строительных блоков, которые когда-либо наблюдались. Эти частицы называются кварками и лептонами, причем кварки находятся внутри протонов и нейтронов, составляющих ядро атома, а электроны - наиболее известный лептон. Стандартная модель также объясняет поведение всех известных сил, кроме гравитации. Это действительно выдающееся научное достижение.
Однако Стандартная модель не объясняет всего в теоретической физике.Это не объясняет, почему кварки и лептоны существуют в трех различных, но почти идентичных конфигурациях, называемых поколениями. (Почему три? Почему не два? Или четыре? Или один? Или 20?) Эта модель не объясняет, почему наша Вселенная полностью состоит из материи, хотя простейшее понимание теории относительности Альберта Эйнштейна говорит, что Вселенная также должна содержать равное количество антивещества.
Стандартная модель не объясняет, почему исследования космоса предполагают, что обычная материя атомов составляет всего 5 процентов материи и энергии Вселенной.Остальное, как полагают, состоит из темной материи и темной энергии. Темная материя - это форма материи, которая испытывает только гравитацию и ни одну из других фундаментальных сил, в то время как темная энергия - это форма отталкивающей гравитации, которая пронизывает космос. [18 величайших нераскрытых тайн физики]
До первых операций с LHC физики, подобные мне, надеялись, что уничтожитель атомов поможет нам ответить на эти загадочные вопросы. Наиболее часто цитируемая теория кандидатов для объяснения этих загадок называлась суперсимметрией.Это предполагает, что все известные субатомные частицы имеют двойные частицы-суперпартнеры. Они, в свою очередь, могут дать объяснение темной материи и ответить на некоторые другие вопросы. Однако физики не наблюдали суперсимметрии. Более того, данные LHC исключили простейшие теории, основанные на суперсимметрии. Итак, чего удалось достичь с помощью LHC?
LHC сделал много
Что ж, помимо всей этой истории с бозоном Хиггса, LHC предоставил данные своим четырем крупным экспериментальным коллаборациям, результатом которых стало более 2000 научных работ.Внутри LHC частицы сталкивались друг с другом с энергиями в 6,5 раз выше, чем у Fermilab Tevatron, который на протяжении четверти века считался самым мощным ускорителем частиц в мире, пока LHC не получил эту корону.
Крупнейший в мире разрушитель атомов, Большой адронный коллайдер, образует кольцо длиной 17 миль (27 километров) под французско-швейцарской границей. (Изображение предоставлено Максимилианом Брайсом / ЦЕРН)
Эти испытания Стандартной модели были очень важны.Любое из этих измерений могло не соответствовать предсказаниям, что привело бы к открытию. Однако оказывается, что Стандартная модель - очень хорошая теория, и она сделала такие же точные предсказания для энергий столкновения LHC, как и для уровней энергии в более раннем Тэватроне.
Итак, это проблема? В самом прямом смысле этого слова нет. В конце концов, наука - это как проверка и отклонение неправильных новых идей, так и проверка правильных.
С другой стороны, нельзя отрицать, что ученые были бы гораздо более взволнованы, обнаружив явления, которые ранее не были предсказаны.Открытия такого типа стимулируют человеческие знания, достигая высшей точки в переписывании учебников.
История LHC не окончена
Итак, что теперь? БАК закончил рассказывать нам свою историю? Едва. Действительно, исследователи с нетерпением ждут усовершенствований оборудования, которые помогут им изучать вопросы, которые они не могут решить с помощью современных технологий. БАК был закрыт в начале декабря 2018 года на два года ремонта и модернизации. Когда ускоритель возобновит работу весной 2021 года, он вернется с небольшим увеличением энергии, но удвоит количество столкновений в секунду.Принимая во внимание будущие запланированные обновления, ученые LHC пока зарегистрировали только 3 процента от ожидаемых данных. Хотя на то, чтобы проанализировать все результаты, потребуется много лет, текущий план состоит в том, чтобы записать примерно в 30 раз больше данных, чем было получено на сегодняшний день. С таким большим количеством данных LHC все еще есть что рассказать.
Тем не менее, хотя LHC будет работать, вероятно, еще 20 лет, вполне разумно также спросить: «Что дальше?» Физики элементарных частиц думают о создании следующего ускорителя частиц, который заменит LHC.Следуя традиции LHC, одна из возможностей могла бы столкнуть пучки протонов вместе с ошеломляющими энергиями - 100 триллионов электрон-вольт (ТэВ), что намного больше, чем максимальная мощность LHC в 14 ТэВ. Но для достижения этих энергий потребуются две вещи: во-первых, нам нужно будет создать магниты, которые в два раза мощнее тех, которые толкают частицы вокруг LHC. Это считается сложным, но достижимым. Во-вторых, нам понадобится еще один туннель, очень похожий на LHC, но более чем в три раза больше по периметру, с приблизительной окружностью 61 милю (100 километров), что примерно в четыре раза больше, чем у LHC.
Но где будет построен этот большой туннель и как он будет выглядеть на самом деле? Какие лучи столкнутся и с какой энергией? Что ж, это хорошие вопросы. Мы еще недостаточно продвинулись в процессе проектирования и принятия решений, чтобы получить ответы, но есть две очень большие и опытные группы физиков, которые думают над проблемами, и каждая из них выдвинула предложение о новом ускорителе. Одно из предложений, в значительной степени выдвинутое европейскими исследовательскими группами, предполагает строительство большого дополнительного ускорителя, скорее всего, расположенного в лаборатории ЦЕРН недалеко от Женевы.
Согласно одной идее, там установка столкнет пучок электронов и электроны антивещества. Из-за различий между ускоряющими протонами и электронами - электронный пучок теряет больше энергии вокруг круговой структуры, чем протонный пучок - этот пучок будет использовать туннель длиной 61 милю, но работает с меньшей энергией, чем если бы это были протоны. Другое предложение - использовать тот же ускоритель длиной 61 милю для столкновения пучков протонов. Более скромное предложение могло бы повторно использовать нынешний туннель LHC, но с более мощными магнитами.Этот вариант только удвоит энергию столкновения по сравнению с тем, что может сделать LHC сейчас, но это менее дорогая альтернатива. [Изображение: Внутри ведущих физических лабораторий мира] Другое предложение, в значительной степени поддержанное китайскими исследователями, предполагает создание совершенно нового объекта, предположительно построенного в Китае. Этот ускоритель также будет около 61 мили вокруг, и он будет сталкивать электроны и электроны антивещества вместе, прежде чем переключиться на протон-протонные столкновения примерно в 2040 году.
Эти два потенциальных проекта все еще находятся в стадии обсуждения.В конце концов, ученым, которые вносят эти предложения, придется найти правительство или группу правительств, готовых оплатить счет. Но прежде чем это произойдет, ученым необходимо определить возможности и технологии, необходимые для создания этих новых объектов. Обе группы недавно выпустили обширную и подробную документацию по своим проектам. Этого недостаточно для строительства предлагаемых ими объектов, но этого достаточно, чтобы сравнить прогнозируемые характеристики будущих лабораторий и начать составлять надежные прогнозы затрат.
Изучение границ знаний - трудное дело, и могут пройти многие десятилетия от первых мечтаний о строительстве объекта такого масштаба, от операций до закрытия объекта. Когда мы отмечаем 10-летнюю годовщину первого луча на LHC, стоит подвести итоги того, чего удалось достичь на установке и что принесет будущее. Мне кажется, что следующее поколение ученых будет изучать интересные данные. А может быть, только возможно, мы узнаем еще несколько увлекательных секретов природы.
Первоначально опубликовано на Live Science .
Дон Линкольн - физический исследователь в Fermilab . Он является автором книги « Большой адронный коллайдер: необычная история о бозоне Хиггса и других материалах, которые взорвут ваш разум » (Johns Hopkins University Press, 2014), а также подготовил серию учебных материалов по естествознанию видео . Следуйте за ним на Facebook .Мнения, высказанные в этом комментарии, принадлежат ему.
Дон Линкольн написал эту статью для журнала Live Science Expert Voices: Op-Ed & Insights.
.Что такое большой адронный коллайдер?
Большой адронный коллайдер (LHC) - это чудо современной физики элементарных частиц, которое позволило исследователям проникнуть в глубины реальности. Его истоки уходят корнями в 1977 год, когда сэр Джон Адамс, бывший директор Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН), предложил построить подземный туннель, в котором мог бы разместиться ускоритель элементарных частиц, способный достигать чрезвычайно высоких энергий. Исторический доклад 2015 года физика Томаса Шёрнера-Садениуса.
Проект был официально одобрен двадцатью годами позже, в 1997 году, и началось строительство кольца длиной 16,5 миль (27 километров), которое проходило под французско-швейцарской границей, способного ускорять частицы до 99,99 процентов скорости света и разбивая их вместе. Внутри кольца 9300 магнитов направляют пакеты заряженных частиц в двух противоположных направлениях со скоростью 11 245 раз в секунду, в конечном итоге сводя их вместе для лобового столкновения. Установка способна создавать около 600 миллионов столкновений каждую секунду, извергая невероятное количество энергии и время от времени экзотические и невиданные ранее тяжелые частицы.LHC работает с энергиями в 6,5 раз выше, чем предыдущий рекордный ускоритель частиц, выведенный из эксплуатации Tevatron Fermilab в США
Строительство LHC обошлось в 8 миллиардов долларов, из которых 531 миллион долларов поступил из США. В его экспериментах участвуют более 8000 ученых из 60 разных стран. Ускоритель впервые включил свои лучи 10 сентября 2008 года, столкнувшись с частицами с интенсивностью, равной лишь одной десятимиллионной от первоначальной расчетной интенсивности.
До того, как он начал свою работу, некоторые опасались, что новый сокрушитель атомов уничтожит Землю, возможно, создав всепоглощающую черную дыру.Но любой авторитетный физик заявил бы, что подобные опасения необоснованны.
«LHC безопасен, и любое предположение о том, что он может представлять опасность, - чистая выдумка», - сказал LiveScience генеральный директор CERN Роберт Эймар.
Это не значит, что объект не может быть потенциально вредным при неправильном использовании. Если бы вы засунули руку в луч, который фокусирует энергию движущегося авианосца до ширины менее миллиметра, он проделал бы отверстие прямо через него, и тогда излучение в туннеле убило бы вас.
Новаторские исследования
За последние 10 лет LHC столкнул атомы вместе в своих двух основных экспериментах, ATLAS и CMS, которые работают и анализируют свои данные отдельно. Это сделано для того, чтобы ни одно из них не влияло на другое, и чтобы каждый из них мог проверить свой родственный эксперимент. С помощью этих инструментов было написано более 2000 научных работ по многим областям физики фундаментальных частиц.
4 июля 2012 года научный мир, затаив дыхание, наблюдал за тем, как исследователи на LHC объявили об открытии бозона Хиггса, последнего кусочка головоломки в теории пятидесятилетней давности, называемой Стандартной моделью физики.Стандартная модель пытается учесть все известные частицы и силы (кроме гравитации) и их взаимодействия. Еще в 1964 году британский физик Питер Хиггс написал статью о частице, которая теперь носит его имя, и объяснил, как возникает масса во Вселенной.
На самом деле Хиггс - это поле, которое пронизывает все пространство и затягивает каждую частицу, которая движется через него. Некоторые частицы продвигаются по полю медленнее, и это соответствует их большей массе. Бозон Хиггса - проявление этого поля, за которым физики гнались на протяжении полувека.LHC был специально построен, чтобы наконец захватить этот неуловимый карьер. В конце концов, обнаружив, что масса Хиггса в 125 раз превышает массу протона, и Питер Хиггс, и бельгийский физик-теоретик Франсуа Энглерт были награждены Нобелевской премией в 2013 году за предсказание его существования.
Это составное изображение Большого адронного коллайдера было создано 3D-художником. Лучевые трубки представлены в виде прозрачных трубок, с противоположно вращающимися протонными пучками, показанными красным и синим цветом. (Изображение предоставлено Даниэлем Домингесом / ЦЕРН)
Даже с Хиггсом в руках физики не могут отдыхать, потому что в Стандартной модели все еще есть некоторые дыры.Во-первых, это не касается гравитации, которая в основном охватывается теориями относительности Эйнштейна. Это также не объясняет, почему Вселенная состоит из материи, а не антивещества, которое должно было быть создано примерно в равных количествах в начале времен. И совершенно ничего не говорится о темной материи и темной энергии, которые еще не были обнаружены, когда она была впервые создана.
До включения LHC многие исследователи сказали бы, что следующая великая теория - это суперсимметрия, которая добавляет похожих, но гораздо более массивных партнеров-близнецов ко всем известным частицам.Один или несколько из этих тяжелых партнеров могли быть идеальным кандидатом на роль частиц, составляющих темную материю. И суперсимметрия начинает управлять гравитацией, объясняя, почему она намного слабее трех других фундаментальных сил. До открытия Хиггса некоторые ученые надеялись, что в конечном итоге бозон будет немного отличаться от того, что предсказывала Стандартная модель, намекая на новую физику.
Но когда появился Хиггс, это было невероятно нормально, именно в том диапазоне масс, который, по утверждениям Стандартной модели, будет.Хотя для Стандартной модели это большое достижение, физики остались без каких-либо хороших выводов. Некоторые начали говорить о потерянных десятилетиях в погоне за теориями, которые хорошо звучали на бумаге, но, похоже, не соответствуют реальным наблюдениям. Многие надеются, что следующие прогоны сбора данных с LHC помогут прояснить этот беспорядок.
LHC остановился в декабре 2018 года, чтобы пройти два года модернизации и ремонта. Когда он вернется в строй, он сможет разбивать атомы вместе с небольшим увеличением энергии, но с удвоенным числом столкновений в секунду.Что он найдет, остается только гадать. Уже идут разговоры о еще более мощном ускорителе частиц, который заменит его, расположенном в том же районе, но в четыре раза больше LHC. На строительство огромной замены может потребоваться 20 лет и 27 миллиардов долларов.
Дополнительные ресурсы:
.Большой адронный коллайдер | Определение, открытия и факты
Большой адронный коллайдер (LHC) , самый мощный в мире ускоритель элементарных частиц. LHC был построен Европейской организацией ядерных исследований (CERN) в том же 27-километровом (17-мильном) туннеле, в котором находился Большой электрон-позитронный коллайдер (LEP). Туннель имеет круглую форму и расположен на глубине 50–175 метров (165–575 футов) под землей, на границе между Францией и Швейцарией. 10 сентября 2008 года БАК провел свою первую тестовую эксплуатацию.Электрическая проблема в системе охлаждения 18 сентября привела к повышению температуры примерно на 100 ° C (180 ° F) в магнитах, которые предназначены для работы при температурах, близких к абсолютному нулю (-273,15 ° C или -459,67 ° F). ). Ранние оценки того, что LHC будет быстро исправлен в ближайшее время, оказались слишком оптимистичными. Он перезапустился 20 ноября 2009 года. Вскоре после этого, 30 ноября, он вытеснил Теватрон Национальной ускорительной лаборатории Ферми как самый мощный ускоритель частиц, когда он увеличил энергию протонов до 1.18 тераэлектронвольт (ТэВ; 1 × 10 12 электронвольт). В марте 2010 года ученые из ЦЕРН объявили, что проблема с конструкцией сверхпроводящего провода в LHC требует, чтобы коллайдер работал только на половинной энергии (7 ТэВ). LHC был остановлен в феврале 2013 года, чтобы решить проблему, и был перезапущен в апреле 2015 года для работы на полной энергии 13 ТэВ. Вторая длительная остановка, во время которой будет обновлено оборудование LHC, началась в декабре 2018 года и должна завершиться в конце 2021 или начале 2022 года.
Большой адронный коллайдерКомпактный магнит мюонного соленоида, прибывающий в Большой адронный коллайдер в ЦЕРН, 2007 г.
© 2007 ЦЕРНСердце LHC - это кольцо, проходящее по окружности туннеля LEP; Диаметр кольца составляет всего несколько сантиметров, он откачан в большей степени, чем глубокий космос, и охлаждается с точностью до двух градусов от абсолютного нуля. В этом кольце два встречно вращающихся луча тяжелых ионов или протонов ускоряются до скорости в пределах одной миллионной процента от скорости света.(Протоны относятся к категории тяжелых субатомных частиц, известных как адроны, что и объясняет название этого ускорителя частиц.) В четырех точках кольца лучи могут пересекаться, и небольшая часть частиц сталкивается друг с другом. На максимальной мощности столкновения между протонами будут происходить при суммарной энергии до 13 ТэВ, что примерно в семь раз больше, чем было достигнуто ранее. В каждой точке столкновения находятся огромные магниты весом в десятки тысяч тонн и блоки детекторов для сбора частиц, образовавшихся в результате столкновений.
На реализацию проекта ушло четверть века; планирование началось в 1984 году, а окончательное разрешение было получено в 1994 году. Тысячи ученых и инженеров из десятков стран участвовали в проектировании, планировании и строительстве LHC, а затраты на материалы и рабочую силу составили почти 5 миллиардов долларов; это не включает стоимость проведения экспериментов и компьютеров.
Ознакомьтесь с трудностями при доказательстве доказательств для недавно открытой частицы, такой как бозон Хиггса.Узнайте о сложности определения и предоставления доказательств для недавно «открытой» субатомной частицы, такой как бозон Хиггса.
© MinutePhysics (партнер по изданию Britannica) Посмотреть все видео к этой статьеОдна из целей проекта LHC - понять фундаментальную структуру материи путем воссоздания экстремальных условий, которые возникли в первые несколько мгновений существования Вселенной. к модели большого взрыва. На протяжении десятилетий физики использовали так называемую стандартную модель элементарных частиц, которая хорошо зарекомендовала себя, но имеет недостатки. Во-первых, и это наиболее важно, он не объясняет, почему некоторые частицы имеют массу.В 1960-х годах британский физик Питер Хиггс постулировал частицу, которая взаимодействовала с другими частицами в начале времен, чтобы обеспечить им их массу. Бозон Хиггса никогда не наблюдался - он должен образовываться только в результате столкновений в диапазоне энергий, недоступном для экспериментов до LHC. После года наблюдений за столкновениями на LHC ученые объявили в 2012 году, что они обнаружили интересный сигнал, который, вероятно, исходил от бозона Хиггса с массой около 126 гигаэлектронвольт (миллиард электрон-вольт).Дальнейшие данные окончательно подтверждают эти наблюдения как бозона Хиггса. Во-вторых, стандартная модель требует некоторых произвольных предположений, которые, по предположению некоторых физиков, можно разрешить, постулируя еще один класс суперсимметричных частиц; они могут быть вызваны экстремальными энергиями LHC. Наконец, изучение асимметрии между частицами и их античастицами может дать ключ к разгадке другой загадки: дисбаланса между материей и антивеществом во Вселенной.
Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской.Подпишитесь сегодня .Данные Большого адронного коллайдера могут открыть параллельную вселенную.
Он обнаружил «частицу Бога», но Большой адронный коллайдер вскоре смог обнаружить «параллельную вселенную».
«Уничтожитель атомов» в Церне в Женеве сейчас работает на высшем уровне, пытаясь обнаружить миниатюрные черные дыры, которые считаются ключевым признаком «мультивселенной».
И данные, собранные с июня, сейчас анализируются.
Эксперимент может встревожить критиков, которые опасаются, что БАК может привести к концу света, но ученые говорят, что новаторский эксперимент может изменить наше понимание Вселенной.
Прокрутите вниз, чтобы увидеть видео
Большой адронный коллайдер в Церне (показан) в Женеве сейчас работает на самом высоком уровне, чтобы обнаружить миниатюрные черные дыры, которые считаются ключевым признаком «мультивселенной»
РАДУЖНАЯ ТЕОРИЯ ГРАВИТАЦИИ
Теория радужной гравитации предполагает, что влияние гравитации на космос заставляет световые волны различной длины вести себя по-разному.
Это означает, что частицы с разными энергиями будут по-разному перемещаться в пространстве-времени и гравитационных полях.
Теория была предложена 10 лет назад в попытке примирить разницу между общей теорией относительности и квантовой механикой.
Одним из следствий радужной гравитации является то, что наша Вселенная бесконечно тянется назад во времени без особой точки, в которой она началась.
«Подобно тому, как множество параллельных листов бумаги, которые являются двухмерными объектами (дыхание и длина), могут существовать в третьем измерении (высоте), параллельные вселенные могут также существовать в более высоких измерениях», - сказал сотрудник Cern Мир Файзал из Университета Ватерлоо. Ежедневная почта.com.
«Мы предсказываем, что гравитация может проникнуть в дополнительные измерения, и если это произойдет, то на LHC могут образоваться миниатюрные черные дыры».
Он сказал: «Обычно, когда люди думают о мультивселенной, они думают о многомировой интерпретации квантовой механики, где актуализируются все возможности.
«Это нельзя проверить, поэтому это философия, а не наука.
'Это не то, что мы подразумеваем под параллельными вселенными.
«Мы имеем в виду настоящие вселенные в дополнительных измерениях», - сообщает ZME Science.
В марте профессор Файзал и его команда вычислили энергию, при которой они ожидают обнаружить миниатюрные черные дыры в радуге гравитации.
«Если мы действительно обнаружим мини-черные дыры при этой энергии, тогда мы будем знать, что и радуга гравитации, и дополнительные измерения верны», - объяснил он.
С июня энергия, с которой LHC сталкивает частицы, в два раза больше, чем в то время, когда он сделал открытие бозона Хиггса, что делает возможным обнаружение маленьких черных дыр впервые.
Миллиарды частиц, вылетающих при каждом столкновении LHC, отслеживаются детекторами Cern, чтобы установить, когда и как они собираются вместе и какую форму принимают.
Новая теория гравитационной радуги (проиллюстрирована) была использована для объяснения того, почему LHC до сих пор не обнаружил крошечные черные дыры. Теория относительности Эйнштейна утверждает, что гравитация вызвана искривлением пространства и времени. Радуга гравитации говорит, что пространство и время по-разному изгибаются для частиц с разной энергией.
Теоретики Церна говорят, что это может дать четкие признаки измерений за пределами длины, ширины, глубины и времени.
При такой высокой энергии гравитации можно даже проследить, как многие исчезают в них.
Согласно теории, в этих измерениях могут существовать параллельные вселенные, но только гравитация может покинуть нашу Вселенную в этих дополнительных измерениях.
Если дополнительные измерения действительно существуют, эксперты полагают, что они снизят энергию, необходимую для создания черных дыр.
Профессор Файзал сказал в марте, что причина, по которой эти черные дыры еще не обнаружены, заключается в том, что наша текущая модель гравитации изменяется при очень высоких энергиях.
Согласно Phys.org, в последнем исследовании новая теория гравитации радуги была использована для объяснения того, почему LHC до сих пор не обнаружил крошечные черные дыры.
Теория относительности Эйнштейна утверждает, что гравитация вызвана искривлением пространства и времени.
Радуга гравитации говорит, что пространство и время по-разному изгибаются для частиц с разной энергией.
Итак, радуга гравитации предполагает, что влияние гравитации на космос заставляет световые волны различной длины вести себя по-разному.
Профессор Файзал сказал: «Обычно, когда люди думают о мультивселенной, они думают о многомировой интерпретации квантовой механики, в которой актуализируется каждая возможность ... Это не то, что мы подразумеваем под параллельными вселенными. Мы имеем в виду настоящие вселенные в дополнительных измерениях »(проиллюстрировано)
Это означает, что частицы с разными энергиями будут по-разному перемещаться в пространстве-времени и в гравитационных полях.
Используя радугу гравитации, ученые обнаружили, что для обнаружения миниатюрных черных дыр на LHC требуется больше энергии, чем считалось ранее.
До июня LHC искал мини-черные дыры с энергиями ниже 5,3 ТэВ. Но в исследовании говорится, что это слишком мало.
Он предсказывает, что черные дыры могут образовываться на уровнях энергии не менее 9,5 ТэВ в шести измерениях и 11,9 ТэВ в 10 измерениях, поэтому они потенциально могут быть обнаружены сейчас, когда LHC работает при 13 ТэВ.
Если на LHC будут обнаружены мини-черные дыры с предсказанными энергиями, это докажет существование дополнительных измерений и, соответственно, параллельных вселенных, сказал Ахмед Фараг Али из Университета штата Флорида.
Мохаммед Халил сказал Phys.org: «Если черные дыры не обнаруживаются на предсказанных уровнях энергии, это будет означать одну из трех возможностей.
'Одно, дополнительных измерений не существует. Два, они есть, но они меньше, чем ожидалось. Или, в-третьих, нужно изменить параметры гравитационной радуги.
НАША ВСЕЛЕННАЯ - ГОЛОГРАММА? ВСЕЛЕННАЯ МОЖЕТ БЫТЬ НАСТОЯЩИМ ПРОЕКЦИЕЙ
Голографическая модель предполагает, что гравитация во Вселенной создается тонкими вибрирующими струнами.Эти цепочки представляют собой голограммы событий, происходящих в более простом и плоском космосе.
Вселенная - это голограмма, и все, что вы можете увидеть, включая эту статью и устройство, на котором вы ее читаете, является простой проекцией.
Это соответствует противоречивой модели, предложенной в 1997 году физиком-теоретиком Хуаном Малдасена.
До сих пор странная теория никогда не проверялась, но недавние математические модели предполагают, что ошеломляющий принцип может быть правдой.
Согласно теории, гравитация во Вселенной создается тонкими вибрирующими струнами.
Эти строки представляют собой голограммы событий, происходящих в более простом и плоском космосе. Модель профессора Малдасены предполагает, что Вселенная существует в девяти измерениях пространства и одном временном.
В декабре японские исследователи попытались решить эту проблему, предоставив математические доказательства того, что голографический принцип может быть правильным.
Голографический принцип предполагает, что, как, например, защитный чип на кредитной карте, существует двумерная поверхность, которая содержит всю информацию, необходимую для описания трехмерного объекта, которым в данном случае является наша Вселенная.
По сути, принцип утверждает, что данные, содержащие описание объема пространства - такого как человек или комета - могут быть скрыты в области этой сплющенной, «реальной» версии Вселенной.
В черной дыре, например, все объекты, которые когда-либо попадут в нее, будут полностью содержаться в колебаниях поверхности. Это означает, что объекты будут храниться почти как «память» или фрагмент данных, а не как существующий физический объект.
.День, когда не наступил конец света
| | + Присоединиться к списку рассылки
10 октября 2008 г .: Вот чего не произошло 10 сентября:
Мир не кончился. Включение самого большого и мощного ускорителя элементарных частиц в мире недалеко от Женевы, Швейцария, не привело к созданию микроскопической черной дыры. И эта черная дыра не начала быстро всасывать окружающее вещество все быстрее и быстрее, пока не поглотила Землю, как предполагали сенсационные сообщения новостей.
Конечно, поскольку вы живы и читаете эту статью сегодня, вы это уже знали. В настоящее время ускоритель - подземное кольцо диаметром 5 миль под названием Большой адронный коллайдер (БАК) - остановлен на ремонт. Но как только чрезвычайно мощная машина снова заработает, есть ли шанс, что сценарий конца света все еще может произойти?
Расслабьтесь. Как мог бы сказать Марк Твен, сообщения о смерти Земли были сильно преувеличены.
Вверху: Вид с воздуха на ЦЕРН (Европейская организация ядерных исследований).Большое кольцо диаметром 5 миль отслеживает подземный Большой адронный коллайдер. Изображение предоставлено: CERN
«На самом деле никакой опасности от ускорителя никогда не было, но это точно не помешало людям предположить, что она могла быть!» - говорит Роберт Джонсон, физик из Института физики элементарных частиц Санта-Крус и член научной группы космического гамма-телескопа Ферми НАСА, запущенного в июне для изучения гамма-лучей многих явлений, включая возможные испаряющиеся черные дыры.
Есть несколько причин, по которым мир не наступил 10 сентября, и почему Большой адронный коллайдер не способен спровоцировать такую катастрофу.
Во-первых, да, это правда, что LHC может создавать микроскопические черные дыры. Но, к сведению, он не мог создать его в первый же день. Это потому, что физики в ЦЕРНе не направляли пучки протонов друг в друга для создания столкновений с высокой энергией. 10 сентября была просто разминкой. На сегодняшний день коллайдер до сих пор не произвел никаких столкновений, и именно экстремальная энергия этих столкновений - до 14 тераэлектронвольт - потенциально может создать микроскопическую черную дыру.
Справа: Любая черная дыра, созданная LHC, быстро испарится, теряя массу и энергию из-за излучения Хокинга. [Больше]
На самом деле, когда LHC снова заработает и начнет производить столкновения, физики будут в восторге, если он создаст крошечную черную дыру. Это будет первое экспериментальное свидетельство в поддержку элегантной, но недоказанной и противоречивой «теории всего», называемой теорией струн.
В теории струн электроны, фотоны, кварки и все другие фундаментальные частицы представляют собой различные колебания бесконечно малых струн в 10 измерениях: 9 измерениях пространства и одном измерении времени.(Остальные 6 пространственных измерений скрыты тем или иным объяснением, например, будучи «свернутыми калачиком» в чрезвычайно малом масштабе.) Некоторые физики хвалят математическую элегантность теории струн и ее способность объединять гравитацию с другими силами природы. Широко принятая Стандартная модель физики элементарных частиц не включает гравитацию, что является одной из причин, почему она не предсказывает, что LHC создаст гравитационно коллапсированную точку - черную дыру - в отличие от теории струн.
Многие физики начали сомневаться в истинности теории струн.Но если предположить на мгновение, что это так, что произойдет, если черная дыра родится внутри LHC? Удивительный ответ - «немного». Даже если черная дыра просуществует более доли секунды (чего, вероятно, не будет), скорее всего, она будет выброшена в космос. «У него была бы масса всего около сотни протонов, и он мог бы двигаться со скоростью, близкой к скорости света, поэтому он легко мог бы иметь космическую скорость», - объясняет Джонсон. Поскольку крошечная черная дыра была бы меньше одной тысячной размера протона и имела бы чрезвычайно слабое гравитационное притяжение, она могла бы легко пролететь сквозь твердую породу, даже не касаясь - или втягивая - любую материю.С точки зрения чего-то такого крошечного, атомы, составляющие «твердую» скалу, кажутся почти полностью пустым пространством: огромным пространством между ядрами атомов и их вращающимися электронами. Таким образом, микрочерная дыра может пройти через центр Земли и выйти с другой стороны, не нанося никакого ущерба, так же легко, как она может пролететь через 300 футов швейцарской сельской местности. В любом случае он окажется в почти вакууме космоса, где вероятность того, что он коснется и втянет любую материю, так что он может перерасти в угрозу, будет еще меньше.
Справа: Внутри Большого адронного коллайдера. Протоны движутся по этому туннелю со скоростью 99,999999% от скорости света. [Больше]
Итак, первое, что сделала бы черная дыра, - это благополучно покинула бы планету. Но есть и другие, даже более веские причины, по которым ученые считают, что LHC не представляет угрозы для Земли. Во-первых, черная дыра, созданная на LHC, почти наверняка испарится, прежде чем уйдет очень далеко, считают большинство ученых. Стивен Хокинг, физик, написавший Краткая история времени , предсказал, что черные дыры излучают энергию - явление, известное как излучение Хокинга.Из-за этой постоянной потери энергии черные дыры в конечном итоге испаряются. Чем меньше черная дыра, тем интенсивнее излучение Хокинга и тем быстрее черная дыра исчезнет. Таким образом, черная дыра в тысячу раз меньше протона должна исчезнуть почти мгновенно в результате быстрой вспышки излучения.
«Предсказание Хокинга основано не на спекулятивной теории струн, а на хорошо понятых принципах квантовой механики и физики элементарных частиц», - отмечает Джонсон.
Несмотря на сильную теоретическую основу, излучение Хокинга никогда не наблюдалось напрямую.Тем не менее, ученые уверены, что любая черная дыра, созданная LHC, не представляет угрозы. Как они могут быть так уверены? Из-за космических лучей. Тысячи раз в день космические лучи высокой энергии сталкиваются с атмосферой Земли, сталкиваясь с молекулами в воздухе с энергией как минимум в 20 раз большей, чем самые мощные столкновения, которые может произвести LHC. Так что, если бы этот новый ускоритель мог создавать черные дыры, пожирающие Землю, космические лучи уже сделали бы это миллиарды раз за долгую историю Земли.
И все же мы здесь. Пусть начнутся столкновения!
Редактор: Доктор Тони Филлипс | Предоставлено: Science @ NASA
.дополнительная информация | ||
Большой адронный коллайдер - обзор википедии Мини-черные дыры не представляют опасности - Американский институт физики Футляр для мини-черных дыр - CERN Courier Будущее НАСА: Политика США в области исследования космоса |
Большой адронный коллайдер уничтожит Землю? ЦЕРН признает, что эксперименты могут создавать черные дыры | Странно | News
GETTY
ЦЕРН признал, что LHC может создать черную дыру ... но он, вероятно, не поглотит Землю.Они верят, что если измельчитель частиц не создаст черную дыру, которая поглотит наш мир, он потянет к нам астероид, вызовет чудовищные землетрясения или откроет портал, чтобы позволить сатане завершить свою работу.
Множество теорий заговора утверждают, что за сложной машиной на швейцарско-французской границе скрывается что-то более зловещее, чем ответ на загадки того, как возникла Вселенная.
После того, как на этой неделе Express.co.uk сообщил о последней теории о том, что LHC якобы вызывает сильные землетрясения, когда он работает, Европейская организация ядерных исследований (CERN) решила развеять опасения.
Они пояснили, что он делает, но признали, что коллайдер частиц может создать черную дыру, но заявили, что это все равно безопасно.
Представитель ЦЕРН сказал Express.co.uk: «Большой адронный коллайдер прекрасно работает с Пасхи и будет работать весь год.
«Ученые очень довольны, поскольку они получают много новых данных и, таким образом, надеются разрешить оставшиеся вопросы к загадкам нашей Вселенной».
ЦЕРН опубликовал на своем веб-сайте заявление, в котором отреагировал на некоторые из самых диких претензий.
Он считает, что LHC вообще опасен.
В заявлении говорилось: «Несмотря на свою мощь для ускорителя, энергия, достигаемая в LHC, скромна по природным стандартам.
« Космические лучи - частицы, порожденные событиями в космическом пространстве - сталкиваются с частицами в атмосфере Земли с гораздо большей энергией чем у LHC.
GETTY
Large: LHC большой по любым меркам.«Эти космические лучи бомбардируют атмосферу Земли, а также другие астрономические тела с момента их образования, без вредных последствий. Эти планеты и звезды остались нетронутыми, несмотря на эти столкновения с более высокими энергиями в течение миллиардов лет».
Так что насчет черных дыр?
ЦЕРН сказал: «LHC не будет генерировать черные дыры в космологическом смысле.
» Однако некоторые теории предполагают, что образование крошечных «квантовых» черных дыр возможно.
«Наблюдение за таким событием было бы захватывающим с точки зрения нашего понимания Вселенной; и было бы совершенно безопасно».
Но организация категорически отрицала, что могла открыть портал в другое измерение, не говоря уже о том, что впустит сатану, но может доказать, возможны ли они.
ЦЕРН сказал: «ЦЕРН не откроет дверь в другое измерение.
» Если эксперименты, проведенные на LHC, продемонстрируют существование определенных частиц, это может помочь физикам проверить различные теории о природе и нашей Вселенной, такие как наличие дополнительных размеров.«
ЦЕРН также отрицает возможность влиять на погоду, землетрясения или астероиды.
Некоторые теории предполагают, что возможно образование крошечных« квантовых »черных дыр.
Заявление ЦЕРН
В заявлении говорилось:« Магниты в ЦЕРН есть электромагнитное поле, которое содержится в самих магнитах и поэтому не может влиять ни на магнитное поле Земли, ни на погоду.
"Сила магнитов LHC (8,36 тесла) сравнима с магнитным полем в сканерах ПЭТ-МРТ (до 9.4 тесла), которые регулярно используются для сканирования мозга ».
ЦЕРН также оспаривает цель LHC - опровергнуть существование Бога.
Он добавил:« В ЦЕРНе люди со всего мира гармонично работают вместе, представляя все регионы. , религии и культуры.
"ЦЕРН существует, чтобы понять тайну природы на благо человечества.
" Ученые ЦЕРН используют самые большие и самые сложные научные инструменты в мире для изучения основных составляющих материи - элементарных частиц.
«Частицы заставляют сталкиваться вместе со скоростью, близкой к скорости света. Этот процесс дает физикам подсказки о том, как взаимодействуют частицы, и дает представление о фундаментальных законах природы».
Одна из давних теорий заговора состоит в том, что БАК является инструментом так называемых иллюминатов - секретной глобальной элиты над мировыми правительствами, которая, как говорят, участвует в сатанизме с целью установления «Нового мирового порядка».
ЦЕРН усугубил этот миф, открыв двухметровую статую индийского божества Шивы.
Сайт заговора nowtheendbegins.com поставил вопрос: «Почему на коллайдере ЦЕРНа была установлена статуя индуистского лорда Натараджа, также известного как« темный »? Потому что Новый мировой порядок посылает вам сообщение».
Внутри Большого адронного коллайдера
Вт, 20 октября 2015 г.Снимки Большого адронного коллайдера, самого мощного в мире ускорителя элементарных частиц, проходили в Женеве, Швейцария.
Getty Images
1 из 20
Детектор CMS на Большом адронном коллайдере, находившийся в Женеве, Швейцария
Но ЦЕРН утверждает, что это был просто подарок.
В заявлении добавлено: «Статуя Шивы была подарком от Индии в честь ее связи с ЦЕРН, которая началась в 1960-х годах и остается сильной сегодня.
« В индуистской религии Господь Шива практиковал танец Натарадж, который символизирует Шакти, или жизненная сила.
«Это божество было выбрано индийским правительством из-за метафоры, проведенной между космическим танцем Натараджа и современным исследованием« космического танца »субатомных частиц.
« Индия является одним из государств-наблюдателей ЦЕРНа. наряду с США, Россией и Японией.ЦЕРН - это мультикультурная организация, которая принимает ученых из более чем 100 стран и 680 институтов. Статуя Шивы - лишь одна из многих статуй и произведений искусства в ЦЕРНе ».
Несколько веб-сайтов также считали, что логотип ЦЕРН связан с Иллюминатами.
ЦЕРН сказал:« Формы в текущем логотипе ЦЕРН представляют собой частицы ускорители.
"Логотип в этой форме восходит к 1968 году, когда было принято решение заменить логотип CERN оригинальным.
«Было предложено около 114 новых дизайнов, многие из которых вдохновлены экспериментами ЦЕРН.
» В окончательном дизайне использовались оригинальные надписи, окруженные схемой синхротрона, линий пучка и треков частиц.
«Сегодняшний логотип - это упрощенная версия».
.