Де знаходиться великий адронний колайдер?
У 2008 році CERN (Європейська рада ядерних досліджень) завершила будівництво надпотужного прискорювача частинок, названого Великий адронний колайдер. Англійською: LHC – Large Hadron Collider. CERN – міжнародна міжурядова наукова організація, утворена у 1955 році. По суті, це головна лабораторія світу в галузях високих енергій, фізики частинок та сонячної енергетики. Членами організації є близько 20 країн.
Навіщо потрібний великий адронний колайдер?
На околицях Женеви в 27-кілометровому (26 659 м) круговому бетонному тунелі створено кільце надпровідних магнітів для розгону протонів. Передбачається, що прискорювач допоможе не тільки проникнути в таємниці мікроструктури матерії, а й дозволить просунутися у пошуках відповіді на питання про нові джерела енергії в глибині матерії.
З цією метою одночасно з будівництвом самого прискорювача (вартістю понад 2 млрд доларів) створено чотири детектори частинок. З них два великі універсальні (CMS і ATLAS) і два – більш спеціалізовані. Загальна вартість детекторів наближається також до 2 млрд. доларів. У кожному з великих проектів CMS та ATLAS взяли участь понад 150 інститутів із 50 країн, у тому числі російських та білоруських.
Полювання за невловимим бозоном Хіггса
Як працює прискорювач адронний колайдер? Колайдер - це найбільший прискорювач протонів, що працює на зустрічних пучках. В результаті прискорення кожен з пучків матиме енергію в лабораторній системі 7 тераелектрон-вольт (ТеВ), тобто 7x1012 електрон-вольт. При зіткненні протонів утворюється безліч нових частинок, які реєструватимуться детекторами. Після аналізу вторинних частинок отримані дані допоможуть відповісти на фундаментальні питання, що хвилюють вчених, які займаються фізикою мікросвіту та астрофізикою. Серед головних питань – експериментальне виявлення бозона Хіггса.
Бозон Хіггса, що став «знаменитим» – гіпотетична частка, що є одним з головних компонентів так званої стандартної, класичної моделі елементарних частинок. Названий на ім'я британського теоретика Пітера Хіггса, який передбачив його існування в 1964 році. Вважається, що хіггсівські бозони, будучи квантами поля Хіггса, мають відношення до фундаментальних питань фізики. Зокрема до концепції походження мас елементарних частинок.
2-4 липня 2012 року ряд експериментів на колайдері виявили якусь частинку, яку можна співвіднести з бозоном Хіггса. Причому дані підтвердилися при вимірюванні і системою ATLAS, і системою CMS. Досі точаться суперечки, чи справді відкритий горезвісний бозон Хіггса, чи це інша частка. Факт у тому, що виявлений бозон – найважчий із тих, що раніше фіксувалися. Для вирішення фундаментального питання були запрошені провідні фізики світу: Джеральд Гуральник, Карл Хаген, Франсуа Енглер і сам Пітер Хіггс, який теоретично обґрунтував у далекому 1964 існування бозона, названого на його честь. Після аналізу масиву даних, учасники дослідження схильні вважати, що бозон Хігса дійсно виявлений.
Багато фізиків сподівалися, що при дослідженні бозона Хіггса виявляться «аномалії», які змусили б говорити про так звану « Новій фізиці». Однак до кінця 2014 року оброблено майже весь масив даних, накопичений за три попередні роки в результаті експериментів на ВАК, та інтригуючих відхилень (за винятком окремих випадків) не виявлено. Насправді виявилося, що двофотонний розпад горезвісного бозона Хіггса виявився, за словами дослідників, «занадто стандартним». Втім, намічені на весну 2015 експерименти можуть здивувати науковий світ новими відкриттями.
Не бозоном єдиним
Пошук бозона Хіггса – не самоціль гігантського проекту. Для вчених також важливим є пошук нових видів частинок, що дозволяють судити про єдину взаємодію природи на ранній стадії існування Всесвіту. Нині вчені розрізняють чотири фундаментальні взаємодії природи: сильну, електромагнітну, слабку та гравітаційну. Теорія передбачає, що у початковій стадії Всесвіту, можливо, існувало єдине взаємодія. Якщо нові частинки будуть відкриті, підтвердиться ця версія.
Фізиков також турбує питання про загадкове походження маси частинок. Чому частинки взагалі мають масу? І чому вони мають такі маси, а чи не інші? Принагідно тут завжди мається на увазі формула Е=mc². У будь-якому матеріальному об'єкті є енергія. Питання у тому, як її звільнити. Як створити такі технології, які б дозволили вивільняти її з речовини з максимальним коефіцієнтом корисної дії? На сьогодні це головне питання енергетики.
Іншими словами, проект Великого адронного колайдера допоможе вченим знайти відповіді на фундаментальні питання та розширити знання про мікросвіт і, таким чином, про походження та розвиток Всесвіту.
Внесок білоруських та російських вчених та інженерів у створення ВАК
На етапі будівництва європейські партнери з CERN звернулися до групи білоруських учених, які мають серйозні напрацювання у цій галузі, взяти участь у створенні детекторів для LHC із самого початку проекту. У свою чергу білоруські вчені запросили до співпраці колег Об'єднаного інституту ядерних досліджень з наукограда Дубна та інших російських інститутів. Фахівці єдиною командою розпочали роботу над так званим детектором CMS – «Компактним мюонним соленоїдом». Він складається з багатьох найскладніших підсистем, кожна з яких сконструйована так, щоб виконувались специфічні завдання, при цьому спільно вони забезпечують ідентифікацію та точне вимір енергій та кутів вильоту всіх частинок, що народжуються в момент протонних зіткнень у ВАК.
Білорусько-російські фахівці також брали участь у створенні детектора ATLAS. Це встановлення висотою 20 м, здатне виміряти траєкторії частинок з високою точністю: до 0,01 мм. Чутливі датчики всередині детектора містять близько 10 млрд. транзисторів. Пріоритетна мета експерименту ATLAS полягає у виявленні бозона Хіггса, вивченні його властивостей.
Без перебільшення, наші вчені зробили значний внесок у створення детекторів CMS та ATLAS. Деякі важливі компоненти виготовлено на мінському Машинобудівному заводі ім. Жовтневої революції(МОЗОР). Зокрема торцеві адронні калориметри для експерименту CMS. Крім того, завод зробив дуже складні елементи магнітної системи детектора ATLAS. Це великогабаритні вироби, що потребують володіння спеціальними технологіямиобробки металів та надточної обробки. За оцінкою техніків CERN, замовлення було виконано блискуче.
Не можна недооцінювати і «внесок особистостей у історію». Наприклад, інженер кандидат технічних наук Роман Стефанович відповідальний у проекті CMS за надточну механіку. Жартома навіть кажуть, що без нього CMS не був би зібраний. Але якщо серйозно, то можна цілком виразно стверджувати: без нього терміни складання та налагодження при потрібній якості не були б витримані. Інший наш інженер-електронник Володимир Чеховський, пройшовши досить складний конкурс, сьогодні налагоджує електроніку детектора CMS та його мюонних камер.
Наші вчені беруть участь як у запуску детекторів, так і в лабораторній частині, їх експлуатації, підтримці та оновленні. Вчені з Дубни та їхні білоруські колеги повноправно займають свої місця у міжнародному фізичному співтоваристві CERN, яке працює задля отримання нової інформації про глибинні властивості та будову матерії.
Великий адронний колайдер (БАК) - це прискорювач заряджених частинок, за допомогою якого фізики зможуть дізнатися про властивості матерії значно більше, ніж було відомо раніше. Прискорювачі використовують для отримання заряджених елементарних частинок високих енергій. В основі роботи практично будь-якого прискорювача лежить взаємодія заряджених частинок з електричним і магнітним полями. Електричне поле безпосередньо здійснює роботу над часткою, тобто збільшує її енергію, а магнітне поле, створюючи силу Лоренца, тільки відхиляє частинку, не змінюючи її енергії, і задає орбіту, якою рухаються частки.
Колайдер (англ. collide - "зіштовхуватися") - прискорювач на зустрічних пучках, призначений вивчення продуктів їх зіткнень. Дозволяє надати елементарним частинкам речовини високу кінетичну енергію, направити їх назустріч один одному, щоб зробити їхнє зіткнення.
Чому "великий адронний"
Великим колайдером названо, власне, через свої розміри. Довжина основного кільця прискорювача становить 26659 м; адронним - через те, що він прискорює адрони, тобто важкі частинки, що складаються з кварків.
Побудований ВАК у науково-дослідному центрі Європейської ради ядерних досліджень (ЦЕРН), на кордоні Швейцарії та Франції, неподалік Женеви. На сьогоднішній день ВАК є найбільшою експериментальною установкою у світі. Керівником цього масштабного проектує британський фізик Лін Еванс, а в будівництві та дослідженнях брали та беруть участь понад 10 тис. вчених та інженерів із більш ніж 100 країн.
Невеликий екскурс в історію
Наприкінці 60-х років минулого століття фізиками було розроблено так звану Стандартну модель. Вона поєднує три з чотирьох фундаментальних взаємодій - сильну, слабку та електромагнітну. Гравітаційну взаємодію, як і раніше, описують у термінах загальної теорії відносності. Тобто, на сьогоднішній день фундаментальні взаємодії описуються двома загальноприйнятими теоріями: загальною теорієювідносності та стандартною моделлю.
Вважається, що стандартна модель має бути частиною деякої більш глибокої теорії будови мікросвіту, тією частиною, яка видна в експериментах на колайдерах при енергіях нижче приблизно 1 ТеВ (тераелектронвольт). Головне завдання Великого адронного колайдера – отримати хоча б перші натяки на те, що це за глибша теорія.
До основних завдань колайдера входить також відкриття і підтвердження Бозона Хіггса. Це відкриття підтвердило б Стандартну Модель виникнення елементарних атомних частинокта стандартної матерії. Під час запуску колайдера на повну потужність цілісність стандартної моделі буде зруйнована. Елементарні частинки, властивості яких ми розуміємо лише частково, неспроможні підтримувати свою структурну цілісність. Стандартна модель має верхню межу енергії 1 ТеВ, при збільшенні якої частка розпадається. При енергії в 7 ТеВ могли б бути створені частинки з масами, вдесятеро більшими за нині відомі.
Технічні характеристики
Передбачається зіштовхувати в прискорювачі протони з сумарною енергією 14 ТеВ (тобто 14 тераелектронвольт або 14 1012 електронвольт) в системі центру мас налітаючих частинок, а також ядра свинцю з енергією 5 ГеВ (5 109 електронвольт) на кожну.
Світимість ВАК під час перших тижнів роботи пробігу була трохи більше 1029 частинок/см²·с, проте вона продовжує постійно підвищуватися. Метою є досягнення номінальної світності в 1,7 · 1034 частинок/см² · с, що по порядку величини відповідає світимостей BaBar (SLAC, США) та Belle (KEK, Японія).
Прискорювач розташований у тому самому тунелі, який раніше займав Великий електрон-позитронний колайдер, під землею на території Франції та Швейцарії. Глибина залягання тунелю - від 50 до 175 метрів, причому кільце тунелю нахилено приблизно на 1,4% щодо поверхні землі. Для утримання, корекції та фокусування протонних пучків використовуються 1624 надпровідні магніти, загальна довжина яких перевищує 22 км. Магніти працюють при температурі 1,9 K (−271 °C), що трохи нижче температури переходу гелію в надплинний стан.
Детектори ВАК
На ВАК працюють 4 основні та 3 допоміжні детектори:
- ALICE (A Large Ion Collider Experiment)
- ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS)
- CMS (Compact Muon Solenoid)
- LHCb (The Large Hadron Collider beauty experiment)
- TOTEM (TOTal Elastic and diffractive cross section Measurement)
- LHCf (The Large Hadron Collider forward)
- MoEDAL (Monopole and Exotics Detector At the LHC).
Перший з них налаштований на дослідження зіткнень важких іонів. Температура і щільність енергії утвореної у своїй ядерної матерії достатньої народження глюонної плазми. Внутрішня система стеження (ITS) в ALICE складається з шести циліндричних шарів кремнієвих датчиків, що оточують пункт зіткнення і вимірюють властивості і точні положення частинок, що з'являються. Таким чином, можуть бути легко виявлені частинки, що містять важкий кварк.
Другий призначений для дослідження зіткнень між протонами. Довжина ATLAS – 44 метри, 25 метрів у діаметрі та вага приблизно 7000 тонн. У центрі тунелю зіштовхуються промені протонів, це найбільший і найскладніший з коли-небудь побудованих датчиків такого типу. Датчик фіксує все, що відбувається під час та після зіткнення протонів. Метою проекту є виявлення частинок, до цього не зареєстрованих і не виявлених у нашому всесвіті.
CMS - один із двох величезних універсальних детекторів елементарних частинок на ВАК. Близько 3600 учених із 183 лабораторій та університетів 38 країн підтримують роботу CMS (На малюнку - пристрій CMS).
Найвнутрішній шар - заснований на кремнії трекер. Трекер – найбільший у світі кремнієвий датчик. Це має 205 m2 кремнієвих датчиків (приблизно область тенісного корту), що включають 76 мільйонів каналів. Трекер дозволяє вимірювати сліди заряджених частинок електромагнітному полі.
На другому рівні знаходиться електромагнітний калориметр. Адронний калориметр, що знаходиться на наступному рівні, вимірює енергію окремих адронів, вироблених у кожному випадку.
Наступний шар CMS Великого Адронного Колайдера – величезний магніт. Великий Соленоїдний Магніт складає 13 метрів у довжину та має 6-метровий діаметр. Складається він з котушок, що охолоджуються, зроблених з ніобію і титану. Цей великий соленоїдний магніт працює на повну силу, щоб максимізувати час існування частинок соленоїдний магніт.
П'ятий шар - мюонні детектори та ярмо повернення. CMS призначений для дослідження різних типівфізики, які можуть бути виявлені в енергійних зіткненнях LHC. Деякі з цих досліджень полягають у підтвердженні або покращених вимірах параметрів Стандартної Моделі, тоді як багато інших - у пошуках нової фізики.
Про Великого адронного колайдера можна розповідати багато і довго. Сподіваємося, що наша стаття допомогла розібратися в тому, що таке ВАК і для чого він необхідний вченим.
Трохи фактів про Великого адронного колайдера, як і для чого він створений, яка з нього користь і які потенційні небезпеки для людства він таїть.
1. Будівництво ВАК'а, або Великого адронного коллайдера, задумали ще 1984 року, а почали лише 2001. Через 5 років, 2006 року, завдяки зусиллям більш ніж 10 тисяч інженерів та вчених з різних держав, будівництво Великого адронного колайдера було завершено.
2. ВАК - це найбільша експериментальна установка у світі.
3.
То чому ж Великий адронний колайдер?
Великим його назвали завдяки його солідним розмірам: довжина основного кільця, яким ганяють частинки, становить близько 27 км.
Адронним – оскільки установка прискорює адрони (частки, що складаються з кварків).
Колайдер — через прискорення в протилежному напрямкупучків частинок, які стикаються одна з одною у спеціальних точках.
4. Навіщо потрібен Великий адронний колайдер? ВАК являє собою суперсучасний дослідницький центр, де вчені проводять досліди з атомами, зіштовхуючи між собою на величезній швидкості іони та протони. Вчені сподіваються за допомогою досліджень відкрити завісу над таємницями появи Всесвіту.
5. Проект коштував науковому співтовариству астрономічну суму — 6 млрд. доларів. До речі, Росія делегувала на ВАК 700 фахівців, які працюють і сьогодні. Замовлення для ВАК принесли російським підприємствам близько 120 млн. доларів.
6. Без сумніву, головне відкриття, зроблене у ВАК — відкриття у 2012 р. бозона Хіггса, або як його ще називають «частинки Бога». Бозон Хігса – це остання ланка у Стандартній моделі. Ще одна значна подія в Бак'ї — досягнення рекордного значення енергії зіткнень у 2,36 тераелектронвольта.
7. Деякі вчені, зокрема й у Росії, вважають, що завдяки масштабним експериментам у ЦЕРН'і (Європейській організації з ядерних досліджень, де, власне, і розташований колайдер), ученим вдасться збудувати першу у світі машину часу. Проте більшість учених не поділяють оптимізму колег.
8. Головні побоювання людства з приводу найпотужнішого на планеті прискорювача ґрунтуються на небезпеці, яка загрожує людству, внаслідок утворення мікроскопічних чорних дірок, здатних до захоплення навколишньої матерії. Є ще одна потенційна і вкрай небезпечна загроза — виникнення страпелів (проіз. від Дивна крапелька), які, гіпотетично, здатні при зіткненні з ядром якогось атома, утворювати нові страпельки, перетворюючи матерію всього Всесвіту. Однак більшість найавторитетніших учених заявляють, що такий результат є малоймовірним. Але теоретично можливий
9. 2008 року на ЦЕРН подали до суду двоє жителів штату Гаваї. Вони звинуватили ЦЕРН у спробі покласти край людству через недбалість, вимагаючи від вчених гарантій на безпеку.
10. Великий адронний колайдер розташований у Швейцарії неподалік Женеви. У ЦЕРНі функціонує музей, де відвідувачам наочно пояснюють принципи роботи колайдера і для чого він був побудований.
11 . Ну і насамкінець трохи кумедний факт. Судячи з запитів в Яндексі, багато людей, які шукають інформацію про Великого адронного колайдера, не знають, як правильно пишеться назва прискорювача. Наприклад, пишуть «андронний» (і не тільки пишуть, чого варті репортажі НТВ з їх андронним колайдером), часом пишуть «андроїдний» (Імперія завдає удару у відповідь). У буржуазному неті теж не відстають і замість «hadron» вбивають у пошуковик «hardon» (православною англійською hard-on — стояк). Цікавим є варіант написання білоруською — «Вялікі гадронний паскаральник», що перекладається як «Великий гадронний прискорювач».
Адронний колайдер. Фото
Принцип роботи Великого адронного коллайдера
Прискорювач ВАК працюватиме з урахуванням ефекту надпровідності, тобто. здатності певних матеріалів проводити електрику без опору чи втрати енергії, зазвичай за дуже низьких температур. Щоб утримати пучок частинок на його кільцевому треку, потрібні сильніші магнітні поля, ніж ті, які використовувалися раніше в інших прискорювачах ЦЕРН.
Великий адронний колайдер - прискорювач протонів, збудований на території Швейцарії та Франції, не має аналогів у світі. Цю кільцеву конструкцію довжиною 27 км споруджено на 100-метровій глибині.
У ній за допомогою 120 потужних електромагнітів за температури, близької до абсолютного нуля - мінус 271,3 градуса за Цельсієм, передбачається розігнати до близької до світлової швидкості (99,9 відсотків) зустрічні пучки протонів.Однак у ряді місць їхні маршрути перетнуться, що дозволить протонам стикатися. Направлятимуть частинки кілька тисяч надпровідних магнітів.Коли енергії буде достатньо, частки зіткнуться, тим самим вчені створять модель Великого вибуху.Тисячі датчиків фіксуватимуть моменти зіткнення. Наслідки зіткнення протонів стане головним предметом вивчення світу. [ http://dipland.ru /Кібернетика/Великий_андронний_колайдер_92988]
Технічні характеристики
У прискорювачі передбачається зіштовхувати протони із сумарною енергією 14 ТеВ (тобто 14 тераелектровольт або 14 · 1012 електронвольт)системі центру мас налітаючих частинок, а також ядрасвинцю з енергією 5 ГеВ (5 · 109 електронвольт) на кожну пару стикаютьсянуклонів. На початок 2010 року ВАК вже трохи перевершив енергії протонів попереднього рекордсмена - протон-антипротонний колайдерТеватрон , який до кінця 2011 року працював уНаціональна прискорювальна лабораторія ім. Енріко Фермі(США ). Незважаючи на те, що налагодження обладнання розтягується на роки і ще не завершено, ВАК вже став найвищим енергійним прискорювачем елементарних частинок у світі, на порядок перевершуючи по енергії інші колайдери, у тому числі і релятивістський колайдер важких іонів RHIC , що працює в Брукхейвенська лабораторія(США).
Детектори
На ВАК працюють 4 основні та 3 допоміжні детектори:
· ALICE (A Large Ion Collider Experiment)
ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS)
CMS (Compact Muon Solenoid)
LHCb (The Large Hadron Collider beauty experiment)
TOTEM (Total Elastic and diffractive cross section Measurement)
LHCf (The Large Hadron Collider forward)
Moedal (Monopole and Exotics Detector At the LHC).
ATLAS, CMS, ALICE, LHCb – великі детектори, розташовані навколо точок зіткнення пучків. Детектори TOTEM і LHCf - допоміжні, знаходяться на відстані в кілька десятків метрів від точок перетину пучків, які займають детектори CMS і ATLAS відповідно, і будуть використовуватися попутно з основними.
Детектор CMS
Детектори ATLAS та CMS – детектори загального призначення, призначені для пошуку бозона Хіггса та «нестандартної фізики», зокрематемної матерії , ALICE - для вивченнякварк-глюонної плазми у зіткненнях важких іонів свинцю, LHCb – для дослідження фізикиb-кварків , що дозволить краще зрозуміти різницю міжматерією та антиматерією , TOTEM - призначений для вивчення розсіювання частинок на малі кути, таких що відбувається при близьких прольотах без зіткнень (так звані частки, що не зіштовхуються, forward particles), що дозволяє точніше виміряти розмір протонів, а також контролювати світність колайдера, і, нарешті, LHCf - для дослідженнякосмічних променів , що моделюються за допомогою тих же часток , що не зіштовхуються .
З роботою ВАК пов'язаний також сьомий, зовсім незначний у плані бюджету і складності, детектор (експеримент) MoEDAL, призначений для пошуку важких частинок, що повільно рухаються.
Під час роботи колайдера зіткнення проводяться одночасно у всіх чотирьох точках перетину пучків, незалежно від типу частинок, що прискорюються (протони або ядра). При цьому всі детектори набирають одночасно статистику.
Споживання енергії
Під час роботи колайдера розрахункове споживання енергії становитиме 180 МВт . Імовірні енерговитрати всьогоЦЕРН на 2009 рік з урахуванням працюючого колайдера - 1000 ГВт · год, з яких 700 ГВт · год припаде на частку прискорювача. Ці енерговитрати – близько 10% від сумарного річного енергоспоживання.кантону Женева . Сам ЦЕРН не виробляє енергію, маючи лише резервнідизельні генератори.[ http://ua.wikipedia.org/wiki/ ]
Можливо, через якісь кілька років інтернет поступиться місцем нової, більш глибокої інтеграції віддалених комп'ютерів, що дозволяє не тільки віддалено передавати інформацію, локалізовану в різних кінцях світу, але й автоматично використовувати віддалені обчислювальні ресурси. У зв'язку із запуском Великого адронного колайдера CERN вже кілька років працює над створенням такої мережі.
Те, що інтернет (або те, що позначається терміном web) було винайдено у Європейській організації ядерних досліджень (CERN), давно вже стало хрестоматійним фактом. Навколо таблички «У цих коридорах було створено всесвітню мережу» в одному із звичайних коридорів звичайної будівлі CERN під час дня відчинених дверейзавжди товпляться роззяви. Зараз інтернет використовують для своїх практичних потреб люди по всьому світу, а спочатку він був створений для того, щоб вчені, які працюють на одному проекті, але перебувають у різних кінцях планети, могли спілкуватися між собою, ділитися даними, публікувати інформацію, до якої можна було б отримати доступ віддалено.
Система, що розробляється в CERN GRID (англійською grid - грати, мережа) - це ще один крок уперед, новий ступінь інтеграції користувачів комп'ютерів.
Він дає не тільки можливість публікувати дані, що знаходяться десь в іншій точці планети, але й використовувати віддалені машинні ресурси, не сходячи зі свого місця.
Звичайно, звичайні комп'ютери не відіграють особливої ролі у забезпеченні обчислювальних потужностей, тому перший етап інтеграції – це поєднання світових суперкомп'ютерних центрів.
Створення цієї системи спровокував Великий адронний колайдер. Хоча вже зараз GRID використовується для багатьох інших завдань, без колайдера його не було б, і навпаки, без GRID обробка результатів колайдера неможлива.
Люди, які працюють у колабораціях ВАК, перебувають у різних кінцях планети. Відомо, що над цим приладом працюють не тільки європейці, а й усі 20 країн - офіційних учасниць CERN, всього близько 35 країн. Теоретично задля забезпечення роботи ВАК існувала альтернатива GRID - розширення власних обчислювальних ресурсів комп'ютерного центру CERN. Але тих ресурсів, що були на момент постановки завдання, було недостатньо для моделювання роботи прискорювача, зберігання інформації його експериментів та її наукової обробки. Тому комп'ютерний центр потрібно було б дуже значно перебудовувати та модернізувати, закуповувати більше комп'ютерів та засобів для зберігання даних. Але це означало б, що все фінансування буде зосереджено в CERN. Це було не дуже прийнятно для країн далеко від CERN. Звичайно, вони не були зацікавлені в спонсоруванні ресурсів, якими дуже складно скористатися і швидше схильні були нарощувати свій обчислювальний, машинний потенціал. Тому народилася ідея використати ресурси там, де вони знаходяться.
Не намагатися все зосередити в одному місці, а поєднати те, що вже є в різних куточках планети.
Багато простих мешканців планети ставлять собі питання про те, для чого потрібний великий адронний колайдер. Незрозумілі більшості наукових досліджень, на які витрачено багато мільярдів євро, викликають настороженість і побоювання.
Може, це й не дослідження зовсім, а прототип машини часу чи портал для телепортації інопланетних істот, здатних змінити долю людства? Чутки ходять найфантастичніші та найстрашніші. У статті спробуємо розібратися, що таке адронний колайдер і для чого він створювався.
Амбіційний проект людства
Великий адронний колайдер на сьогодні є найпотужнішим на планеті прискорювачем частинок. Він знаходиться на кордоні Швейцарії та Франції. Точніше під нею: на глибині 100 метрів залягає кільцевий тунель прискорювача завдовжки майже 27 кілометрів. Господарем експериментального полігону вартістю понад 10 мільярдів доларів є Європейський центр ядерних досліджень.
Величезна кількість ресурсів і тисячі фізиків-ядерників займаються тим, що прискорюють протони та важкі іони свинцю до швидкості, близької до світлової, у різних напрямках, після чого стикаються один з одним. Результати прямих взаємодій ретельно вивчаються.
Пропозиція створити новий прискорювач частинок надійшла ще 1984 року. Десять років велися різні дискусії щодо того, що буде собою адронний колайдер, навіщо потрібен саме такий масштабний дослідницький проект. Тільки після обговорення питань особливостей технічного рішеннята необхідних параметрів встановлення проект було затверджено. Будівництво розпочали лише у 2001 році, виділивши для його розміщення колишнього прискорювача елементарних частинок – великого електрон-позитронного колайдера.
Навіщо потрібний великий адронний колайдер
Взаємодія елементарних частинок описується по-різному. Теорія відносності входить у протиріччя з квантовою теорією поля. Відсутньою ланкою у здобутті єдиного підходу до будови елементарних частинок є неможливість створення теорії квантової гравітації. Ось навіщо потрібний адронний колайдер підвищеної потужності.
Загальна енергія при зіткненні частинок становить 14 тераелектронвольт, що робить пристрій значно потужнішим прискорювачем, ніж усі існуючі сьогодні у світі. Провівши експерименти, раніше неможливі з технічних причин, вчені з великою ймовірністю зможуть документально підтвердити або спростувати існуючі теорії мікросвіту.
Вивчення кварк-глюонної плазми, що утворюється при зіткненні ядер свинцю, дозволить побудувати досконалішу теорію сильних взаємодій, яка зможе кардинально змінити ядерну фізику та зоряного простору.
Бозон Хіггса
У далекому 1960 році фізик із Шотландії Пітер Хіггс розробив теорію поля Хіггса, згідно з якою частинки, що потрапляють у це поле, піддаються квантовому впливу, що у фізичному світі можна спостерігати як масу об'єкта.
Якщо в ході експериментів вдасться підтвердити теорію шотландського ядерного фізика і знайти бозон (квант) Хіггса, то ця подія може стати новою точкою для розвитку жителів Землі.
А керуючого гравітацією, що відкрилися, багаторазово перевищать всі видимі перспективи розвитку технічного прогресу. Тим більше, що передових вчених більше цікавить не сама наявність бозона Хіггса, а процес порушення електрослабкої симетрії.
Як він працює
Щоб експериментальні часткидосягли немислимої поверхні швидкості, майже рівної у вакуумі, їх розганяють поступово, щоразу збільшуючи енергію.
Спочатку лінійні прискорювачі роблять інжекцію іонів і протонів свинцю, які потім піддають ступінчастому прискоренню. Частинки через бустер потрапляють у протонний синхротрон, де отримують заряд 28 ГеВ.
На наступному етапі частки потрапляють у супер-синхротрон, де енергія їхнього заряду доводиться до 450 ГеВ. Досягши таких показників, частки потрапляють у головне багатокілометрове кільце, де у спеціально розташованих місцях зіткнення детектори докладно фіксують момент зіткнення.
Крім детекторів, здатних зафіксувати всі процеси при зіткненні, для утримання протонних згустків у прискорювачі використовують 1625 магнітів, що мають надпровідність. Загальна їхня довжина перевищує 22 кілометри. Спеціальна для досягнення підтримує температуру –271 °C. Вартість кожного такого магніту оцінюється в мільйон євро.
Мета виправдовує засоби
Для проведення таких амбітних експериментів і було побудовано найпотужніший адронний колайдер. Навіщо потрібен багатомільярдний науковий проект, людству розповідають із неприхованим захопленням багато вчених. Щоправда, у разі нових наукових відкриттівшвидше за все вони будуть надійно засекречені.
Навіть можна сказати, напевно. Підтвердженням цьому є історія цивілізації. Коли придумали колесо, з'явилися Освоїло людство металургію - привіт, гармати та рушниці!
Всі найсучасніші розробки сьогодні стають надбанням військово-промислових комплексів розвинених країн, але не всього людства. Коли вчені навчилися розщеплювати атом, що з'явилося першим? Атомні реактори, що дають електроенергію, щоправда, після сотень тисяч смертей у Японії. Жителі Хіросіми однозначно були проти наукового прогресу, який забрав у них та їхніх дітей завтрашній день.
Технічний розвиток виглядає глузуванням над людьми, тому що людина в ньому скоро перетвориться на найслабшу ланку. За теорією еволюції, система розвивається і міцніє, позбавляючись слабких місць. Може вийти незабаром так, що нам не залишиться місця у світі техніки, що вдосконалюється. Тому питання "навіщо потрібен великий адронний колайдер саме зараз" насправді - не марна цікавість, бо викликана побоюванням за долю всього людства.
Запитання, на які не відповідають
Навіщо нам великий адронний колайдер, якщо на планеті мільйони помирають від голоду і невиліковних, а часом і хвороб, що піддаються лікуванню? Хіба він допоможе подолати це зло? Навіщо потрібен адронний колайдер людству, яке при всьому розвитку техніки ось уже сто років не може навчитися успішно боротися з раковими захворюваннями? А може просто вигідніше надавати дорогі медпослуги, ніж знайти спосіб зцілити? При існуючому світопорядку та етичному розвитку лише жменьці представників людської раси потрібний великий адронний колайдер. Навіщо він потрібен всьому населенню планети, що веде безперервний бій за право жити у світі, вільному від зазіхань на чиєсь життя та здоров'я? Історія про це замовчує...
Побоювання наукових колег
Є інші представники наукового середовища, які висловлюють серйозні побоювання щодо безпеки проекту. Велика ймовірність того, що науковий світ у своїх експериментах, через свою обмеженість у знаннях, може втратити контроль над процесами, які навіть до ладу не вивчені.
Такий підхід нагадує лабораторні досліди юних хіміків – все змішати та подивитися, що буде. Останній приклад може закінчитися вибухом у лабораторії. А якщо такий «успіх» спіткає адронний колайдер?
Навіщо потрібен невиправданий ризик землянам, тим більше, що експериментатори не можуть з повною впевненістю сказати, що процеси зіткнень частинок, що призводять до утворення температур, що перевищують у 100 тисяч разів температуру нашого світила, не викличуть ланцюгової реакції всієї речовини планети?! Або просто викличуть здатну фатально зіпсувати відпочинок у горах Швейцарії або у французькій Рів'єрі.
Інформаційна диктатура
Навіщо потрібен великий адронний колайдер, коли людство неспроможна вирішити менш складні завдання? Спроба замовчування альтернативної думки лише підтверджує можливість непередбачуваності перебігу подій.
Напевно, там, де вперше з'явилася людина, у неї і було закладено цю двоїсту особливість - робити благо і шкодити собі одночасно. Можливо, нам відповідь дадуть відкриття, які подарує адронний колайдер? Навіщо потрібен був цей ризикований експеримент, вирішуватимуть уже наші нащадки.
