Даже ученые против: чем опасен Большой адронный коллайдер. Большой адронный коллайдер

5.04.07г. В женевском пригороде Мейрен, где находится Европейский центр ядерных исследований (ЦЕРН), произошла авария, которая может сорвать намечавшийся в этом году пуск Большого адронного коллайдера - супермощного ускорителя элементарных частиц, в создании которого принимают участие ведущие мировые державы.

Из официальных комментариев и сообщений информагентств представала довольно противоречивая картина случившегося. И термины употреблялись самые разные - взрыв, авария, инцидент, техническая "неприятность". ИТАР-ТАСС со ссылкой на пресс-службу ЦЕРНа сообщил, что "при испытаниях в результате резонансных колебаний взорвался сверхпроводящий магнит - центральная составляющая создаваемого здесь уникального ускорителя элементарных частиц". При этом отмечалось, что никто из сотрудников ЦЕРНа не пострадал, но запланированные научные эксперименты на новом ускорителе могут быть отложены на неопределенное время.

Известие это, как удалось вчера понять, опечалило многих российских ученых и специалистов, тесно сотрудничающих с Европейским центром ядерных исследований. И хоть никакой нашей вины в случившемся нет, всем искренне жаль, что начало долгожданных экспериментов на новом ускорителе отодвигается. По плану предпусковые испытания должны были завершиться летом, а к концу года его предстояло вывести на минимальный уровень мощности.

Большой адронный коллайдер (БАК) - сложнейшее сооружение, большая часть которого находится под землей на 100-метровой глубине в кольцевом тоннеле протяженностью 27 километров.

Тоннель проложен таким образом, что часть его находится в Швейцарии, куда приписана и штаб-квартира ЦЕРНа, а другая часть - под территорией соседней Франции. Пограничных постов, как можно догадаться, в тоннеле нет. Да если бы и пришло кому-то в голову их установить, пучки заряженных частиц проносятся по кругу с такой невероятной скоростью, что зафиксировать их могут только специальные детекторные станции. Они для того и созданы, чтобы уловить, запечатлеть, осмыслить принципиально новые явления и эффекты, которые ученые надеются получить с помощью БАК. В том числе и приблизиться к разгадке Большого взрыва - уяснить и реконструировать механизм образования Вселенной.

Пограничных постов в тоннеле ускорителя нет, а вот сложнейшего и дорогостоящего оборудования здесь напичкано много. Достаточно сказать, что в нем смонтированы 1720 особых магнитов (длина одного достигает 15 метров), которые должны "обеспечить гомогенное силовое поле для направленного движения потоков элементарных частиц". Слабым звеном при испытаниях оказались разработанные и произведенные в США (в кооперации с Японией) магниты, предназначенные быть "крайними" перед каждой из четырех детекторных станций.

Как пояснил "РГ" в телефонной беседе директор Института ядерной физики Сибирского отделения РАН академик Александр Николаевич Скринский, эти магниты должны обеспечивать финальную фокусировку пучка протонов перед входом его в камеры столкновения со встречными потоками элементарных частиц. У института, которым руководит академик Скринский, сложились тесные и весьма плодотворные отношения с ЦЕРНом. По словам ученого, за годы участия в этом глобальном проекте сибирскими учеными разработано, на российских предприятиях произведено и поставлено в Швейцарию наукоемкого оборудования на 100 миллионов швейцарских франков. Перед отправкой оно прошло все положенные в таких делах испытания, и претензий к нему, стучит по дереву мой собеседник, до настоящего времени не было.

А вот американские коллеги из компании "Фермилаб", что в Техасе, вынуждены сейчас посыпать голову пеплом и приносить официальные извинения коллегам по международной коллаборации за досадный срыв. Как установила комиссия по горячим следам, разрушение магнитов (с эффектом взрыва-хлопка) могло произойти из-за ошибки в расчетах при их создании, а также по той, увы, нам хорошо знакомой причине, что магниты должным образом не испытали перед отправкой и установкой по месту назначения.

В результате "провисла" вся цепочка ускорителя длиной в 27 километров. По информации академика Скринского, который входит в Совет ЦЕРНа, никаких организационных, а тем более политических выводов еще не сделано - пока что работает и готовит свои предложения техническая комиссия из специалистов центра. Собеседник "РГ" из Новосибирска, как и его коллеги в Женеве, не теряет надежды, что при адекватной и расторопной реакции со стороны США и Японии негодное оборудование удастся оперативно заменить и это не отразится сколько-нибудь заметным образом на сроках пуска всего ускорителя.

Самая крупная в истории человечества установка для физических экспериментов - Большой адронный коллайдер, расположенный 28-километровым подземным кольцом на территории Франции и Швейцарии, продолжает вызывать противоречивые толки. Одни ожидают от нее чудесных путешествий во времени, другие - открытие частицы Бога, недостающей в картине строения физического мира, третьи - страшных последствий имитации Большого взрыва, способных уничтожить нашу планету.

Трейлер дискуссии.

Скачать видео (11.75 МБ)

В чем суть проводящихся в коллайдере экспериментов и действительно ли они могут представлять опасность для всего человечества? Сопоставима ли значимость физического открытия с риском планетарного масштаба, пусть даже допустимым с незначительной вероятностью?

В дебат-шоу "Угол подозрения" проблему обсуждают директор Научно-учебного центра физики частиц и высоких энергий профессор БГУ Николай Шумейко и независимый исследователь, философ Евгений Довгель , автор теории "О новой теории происхождения Вселенной и опасности экстремальных экспериментов с материей" .

Полная версия дискуссии.

Внимание! У вас отключен JavaScript, ваш браузер не поддерживает HTML5, или установлена старая версия проигрывателя Adobe Flash Player.
Скачать аудио (25.84 МБ)

Внимание! У вас отключен JavaScript, ваш браузер не поддерживает HTML5, или установлена старая версия проигрывателя Adobe Flash Player.
Скачать видео

Николай Максимович, какие эксперименты стали возможны с появлением коллайдера?
Николай Шумейко: Коллайдер - это микроскоп (это почти дословная аналогия). Микроскоп нужен, чтобы рассматривать то, что не видно невооруженным глазом. Ускоритель элементарных частиц нужен, чтобы с его помощью рассмотреть более мелкие детали в глубине материи, изучить их. До постройки Большого адронного коллайдера физики с помощью Тэватрона добрались до расстояния 10-18 м, то есть 10-16 см. Размеры атома - 10-10 м, атомного ядра - 10-15 см. То есть физики заглянули в материю на несколько порядков глубже. Большой адронный коллайдер позволил уйти еще дальше в глубину материи и узнать, как она устроена, какие новые частицы порождаются на таких расстояниях и временных промежутках, как ведет себя фундаментальное взаимодействие природы. Все это позволит увидеть какие-то новые явления.

Насколько я знаю, в экспериментах с коллайдером не просто наблюдается природа так, как она есть. Запускаются некие процессы, которые в природе не встречаются или которые сложно наблюдать, когда они происходят в естественном виде. Ведь эксперимент что-то производит с материей, а не просто ее наблюдает. Вы могли бы пояснить этот момент?
Николай Шумейко: На основе проверенных общепринятых теорий, у которых нет ни одного сбоя, ни одного противоречащего факта, мы прогнозируем, какую информацию получим, проводя эти эксперименты. Конечно, могут быть и новые частицы, новые свойства взаимодействия. Но поскольку нет ни одного эксперимента, который противоречил бы теории относительности и квантовой теории поля, которая описывает фундаментальные взаимодействия, наши прогнозы должны оправдаться.

Но при этом общественное мнение с самого начала было взбудоражено. Некоторые физики выступали с заявлениями, что невозможно обеспечить полный контроль над работой коллайдера. То есть никто не может гарантировать полную безопасность. Это так?
Николай Шумейко: Я не знаю таких физиков. Так говорят от недостатка информации.

Евгений Довгель: Первым поднял этот вопрос американский физик Лорен Вагнер, который исследовал космические лучи, а также работал в службе радиационной безопасности. Также был украинский физик Иван Горелик, профессор химии Отто Ресслер, и можно еще найти много фамилий, которые обоснованно поднимают вопрос о непредсказуемости экспериментов.

Когда были первые пресс-конференции накануне запуска, ее организаторы выражали гордость, что впервые в истории науки проводятся эксперименты, которые в принципе непредсказуемы. Они говорили, что сделают открытия, о которых даже не подозревают, и преодолеют барьер, с которым столкнулась сегодня фундаментальная физика. Теоретическая физика находится в кризисе, и теория Большого взрыва - это одна из концепций, которая не дает ответа на многие вопросы и ведет в тупик.

Можете озвучить нерешенные вопросы теории Большого взрыва?
Евгений Довгель: Если произошел Большой взрыв, и с него началась Вселенная, то как можно было в пустом состоянии получить беспричинность этого взрыва? Сам взрыв противоречит известным законам физики (такому базисному закону, как закон сохранения материи и энергии, закон термодинамики). Так произошла Вселенная: неизвестно откуда в пустом беспричинном месте.

Николай Шумейко: Это звучит непрофессионально и абсолютно не имеет отношения к тому, что объясняет физическая теория и что мы сейчас наблюдаем. Мы не знаем до конца модели начала нашей Вселенной, ее фазы и того, что с ней будет дальше. Возможно, Вселенная пульсирует, сжалась в точку, а потом разжалась. Но нельзя представлять, что была пустота, в которой что-то возникло из ничего.

Физики откровенно говорят, что не знают причины, по которой произошел Большой взрыв, но однозначно нет конкурирующих теорий, которые были бы подтверждены наблюдательными фактами. Я имею в виду реликтовое излучение, закон Хаббла (расширение галактик), а сейчас еще и ускоренное расширение нашей Вселенной. Мы пришли к понятию темной материи и темной энергии, которая составляет 96% массы нашей Вселенной. Теория Большого взрыва - наиболее достоверная модель, и я не знаю других моделей, которые могли бы с такой степенью наблюдательной обоснованности конкурировать с ней.

Евгений Довгель: Вначале она что-то объясняла, а когда начали разбираться, оказалось, что из этой теории вытекает всего 5% материи. Тогда совершенно бездоказательно ввели новые сущности - темную материю и темную энергию.

Николай Шумейко: По второму закону Ньютона, ускорение невозможно без силы. Сила связана с энергией, значит, расширяться с ускорением Вселенная может за счет энергии. Эту энергию, которую мы видим, но о которой пока ничего не знаем, мы сопоставляем с параметром, которым можно определить ускорение. И мы говорим, что она составляет примерно 74% массы Вселенной. Еще 22% оценено как темная материя. Это неизвестные нейтральные (незаряженные) частицы. Одним из них может быть хиггсовский бозон, который будет открыт в результате экспериментов с коллайдером.

Евгений Довгель: Есть другие теории, которые объясняют то, что не объясняет теория Большого взрыва. И они делают это, не вводя недоказуемых постулатов в виде темной материи.

Какая именно теория альтернативна теории Большого взрыва?
Евгений Довгель: Есть два взгляда на происхождение Вселенной. По одной она произошла из мельчайшей точки в результате Большого взрыва. Этой теории даже нобелевские лауреаты дают нелестные оценки. По другой версии материя во Вселенной возникла не от взрыва, а из вакуума. Эта теория решает все вопросы, причем в рамках всех законов физики, не привлекая дополнительных сущностей.

Николай Шумейко: Люди вольны измышлять гипотезы, такова их природа. Нобелевские премии по физике, особенно последние десятилетия, были получены как раз за подтверждение теории Большого взрыва. Самый тяжелый вопрос в физике - "почему?". Сначала физики отвечают на вопросы "что?" и "как?", а вопросы "почему?" решаются потом.

Коллайдер может помочь ответить на вопрос "почему"?
Николай Шумейко: Безусловно. Почему заряды электронов и протонов равны по модулю? Это загадка природы.

Чем опасен коллайдер на основании вашей теории?
Евгений Довгель: Если мы исходим из того, что мир вышел из пустоты, которая рождает частицы, мы можем побудить процесс аннигиляции.

Николай Шумейко: Это абсолютно ничем не обоснованные домыслы.

Были ли в работе коллайдера примеры, которые могли бы хоть как-то подтвердить эти домыслы? Возникли ли какие-то неуправляемые процессы?
Николай Шумейко: Нет, конечно! В 2008 году директор ЦЕРНа уходил с поста и хотел, чтобы коллайдер был запущен еще при нем. Поэтому все немного поспешили, не проверили элементарные вещи - соединения проводов с резервуарами с жидким гелием. Когда начали поднимать напряжение и наращивать мощности, повысилась сила тока, и один контакт расплавился. Капли расплавленного металла прожгли дырку в резервуаре с жидким гелием, и, естественно, он рванул. Вот и все, что произошло. Через полтора года все было вычищено, и была обеспечена полная безопасность. Эта машина сейчас надежнее всех атомных электростанций и космических кораблей.

Из-за этого процессы не пошли в какое-то неуправляемое русло?
Николай Шумейко: Взорвался резервуар с жидким гелием, ударная волна была 320 м, автоматически выдвинулись заслонки, и сработала система защиты.

Евгений Довгель: Опасность коллайдера не в технических сбоях, а в непредсказуемости явления. Впервые выполнены экспериментальные установки, которые воздействуют на частицы материи на порядок выше, чем при взрыве термоядерной бомбы! Можно породить процесс, который вызовет аннигиляцию вещества планеты. Николай Максимович сказал, что коллайдер надежнее, чем атомная станция. Но на "Фукусиме" причина была в человеческом факторе: надо было учесть возможность цунами.

Были эксперименты по аннигиляции вещества? Производился ли этот процесс в маленьком, контролируемом масштабе?
Николай Шумейко: Ускоритель Тэватрон в США - ускоритель протонов и антипротонов. Они сталкиваются и аннигилируют, потому что это частица и античастица.

Но при этом не происходит изменения материи вокруг, цепной реакции?
Николай Шумейко: Нет, это обычная ядерная реакция столкновения элементарных частиц.

Недавно ЦЕРН объявил об открытии частицы, подобной бозону Хиггса, которая была предсказана Питером Хиггсом в 1964 году. Как это открытие может повлиять на состояние современной физической теории? Может ли работа с этой частицей быть рискованной?
Николай Шумейко: Сразу отвечу на последний вопрос - нет, конечно. Это важно, потому что мы не знали, откуда берется масса. Основой теории, которая описывает фундаментальное взаимодействие частиц, является принцип симметрии. Сначала частицы получаются без массы, но в реальности они массивны. Поэтому была изобретена теория спонтанного нарушения симметрии равноправной и безмассовой частицы. Ученые возложили ответственность за возникновение массы на дополнительное скалярное поле и на частицу Хиггса как квант этого поля.

Предполагается, что это поле пронизывает всю Вселенную. Преодоление его изначально безмассовыми частицами придает им массу. Чем больше преодоление поля Хиггса, тем больше масса частиц. Происхождение самой массы остается необъяснимым: пока трудно понять, откуда она берется у самого бозона Хиггса. Открытие бозона - это факт громадной значимости, который позволит объяснить происхождение массы, основной характеристики всего сущего во Вселенной.

Евгений Довгель: Полтора века назад известный австрийский физик и философ Эрнст Мах объяснил эффект массы яснее, чем ЦЕРН с бозоном и коллайдером. "Каждая частица имеет какое-то поле. Совокупность частиц образует тела, которые имеют какое-то поле. Совокупность тел, излучающих звезд, галактик тоже имеет свои электромагнитные, энергетические, гравитационные поля, которые образуют совокупное поле Вселенной. В нем каждая частица, которая имеет свое поле, взаимодействует с веществом Вселенной, тормозится, ускоряется".

Николай Шумейко: Красивые слова без единой формулы и математического утверждения.

Евгений Довгель: Неужели не смешнее сказать, что есть частица, которая отвечает за массу всего во Вселенной?

Николай Шумейко: В основе всего сущего лежит считанное количество частиц. Фактически то, что нас окружает, это два кварка, электрон, электронное и ионное нейтрино. Бозоны заставляют взаимодействовать названные частицы. Все остальные частицы рождаются в экспериментах, столкновениях частиц, при столкновении космических лучей. Теория, которая объясняет такое простое устройства мира, это калибровочная теория фундаментальных взаимодействий. Но за эту красоту приходится платить тем, что все частицы получаются безмассовыми. Единственным математически обоснованным и физически подкрепленным объяснением является механизм спонтанного нарушения калибровочной симметрии, который приводит к существованию бозона Хиггса.

Слово поле не устраивает современную физику?
Николай Шумейко: Любой частице соответствует поле, с помощью которого описывается взаимодействие частиц.

Евгений Довгель: Вы ссылаетесь на новую сущность, которая введена бездоказательным постулированием. Кварки - это бездоказательная идея, она построена на чистой математической абстракции: если мы допустим дробные заряды, сложатся протоны и нейтроны.

Николай Шумейко: Это установлено экспериментально многочисленными неопровержимыми фактами. Эффекты, которые вызваны кварками, ничем другим объяснить нельзя. Мы не можем зарегистрировать свободный кварк, видим только его след, струи вторичных частиц. Люди никак не могут с этим смириться, но такова реальность. Когда-то Эйнштейн не принимал квантовую механику, потому что говорил, что бог не играет в кости. Но ведь от этого никто не отменил квантовую механику, и все поняли, что она не наглядна. Кто может представить, что частица одновременно волна? Такие процессы никогда не будут наглядны, но это не значит, что их нет.

Евгений Довгель: Но и не значит, что есть. Это недоказанное допущение.

Махово положение чем-то доказано?
Евгений Довгель: У каждого есть разум, человек может анализировать и делать собственные выводы.

Здесь делается то же самое. Бозон Хиггса почему-то называют частицей Бога. Почему именно так?
Николай Шумейко: Есть разные мнения. Нобелевский лауреат Леон Ледерман сказал, что бозон Хиггса - God particle. Но перевод оказался неточным. Мне кажется, что бозон образно можно назвать частицей Бога, потому что он отличается от всех других частиц тем, что очень слабо взаимодействует с другими частицами. Только благодаря рекордно высокой энергии, плотности пучков удалось обнаружить всего 8 событий с бозоном Хиггса. Статистика пока маленькая, но эксперименты будут продолжаться, и будет сотни и тысячи событий. Это исключительно редкое явление, которое обеспечивает массу всего сущего, поэтому образно ее можно назвать частицей Бога.

Какие ближайшие планы у экспериментаторов? Будут нарастать мощности или будут более детально исследоваться уже открытые частицы?
Николай Шумейко: Это только начало, предстоит установить свойства этой частицы. Нужно установить - это бозон Хиггса стандартной модели или что-то другое? Будут говорить о новых явлениях, выходить за пределы стандартной модели. В марте 2013 года планируется остановка коллайдера, и в течение 1 года и 8 месяцев он будет модернизироваться. Коллайдер выйдет с энергией 14 ТэВ в системе центра и с повышенной светимостью - 1034. Потом остановка коллайдера планируется в 2018 году на полтора года, и будет в 2 раза повышена светимость. Если к тому времени инженеры решат кое-какие вопросы, то и в 5 раз. Планируется набор статистики, поиск новых и уточнение уже известных явлений, различных параметров, чтобы сделать стандартную модель более точной. Работа ускорителя и установок запланирована до 2030 года.

Исчезновение планеты и разрушение Вселенной, перелет в средневековье по тоннелю времени и поглощающие людей "черные дыры" - главные темы обсуждения блоггеров российского интернет-пространства. Накануне мысли об апокалипсисе посетили многих жителей Рунета в связи с сегодняшним пробным запуском Большого адронного коллайдера (БАК) - самого мощного в истории ускорителя частиц, который находится в туннеле на глубине в 100 метров на границе Швейцарии и Франции.

Все пучком

Напомним, сегодня впервые по всему 27-километровому кольцу ускорителя провели пучок протонов низкой интенсивности с начальной энергией 450 гигаэлектронвольт - энергией предварительной «ступени», протонного суперсинхротрона SPS. Ранее пучки проходили только по одному из восьми секторов кольца. Запуск БАКа прошел успешно . Тест на минимальной мощности, примерно в 15 раз меньшей "штатной" энергии пучка в 7 тераэлектронвольт, и без столкновений протонов проводился для окончательной проверки работоспособности систем коллайдера, официальное открытие которого состоится 21 октября.

С помощью коллайдера ученые надеются, в частности, ответить на один из ключевых вопросов мироздания - почему элементарные частицы имеют массу. Физики надеются обнаружить следы существования так называемого бозона Хиггса - гипотетической частицы, которая, согласно современным представлениям, отвечает за массу элементарных частиц.

Кроме того, в одном из экспериментов на коллайдере физики будут сталкивать ядра атомов свинца, чтобы получить кварк-глюонную плазму - вещество, существовавшее спустя доли микросекунды после Большого взрыва. Если это удастся, то будет возможно ответить на многие вопросы образования нашего мира, которые пока обсуждаются на умозрительном уровне.

Между тем многие люди восприняли пробный запуск коллайдера как угрозу для своей жизни и в принципе жизни на земле.

Дыры, норы и другие измерения

При этом чаще всего упоминается возможность появления микроскопических "черных дыр" с последующим захватом ими окружающей материи. Предполагается, что "черная дыра" сначала поглотит ускоритель, затем Женеву, а после - и всю планету. Также предполагается, что появятся капли "странного вещества" или возникнут "кротовые норы" в другие измерения . С появлением БАКа связываются и еще одно "ожидание" - появление чего-то вроде машины времени. В любом случае, сходятся во мнении скептики, этот эксперимент невероятно опасен.

Ученым, работающим над большим адронным коллайдером, приходит огромное количество электронных писем с угрозами . Большинство авторов посланий выражают свой протест против запуска ускорителя элементарных частиц. Создателей коллайдера обвиняют в бесчеловечности и желании разрушить мир, а также донимают телефонными звонками со слезными мольбами сказать, что все в порядке, и никто не пострадает.

Остановить запуск Большого адронного коллайдера пытались даже через суд. Сначала житель американского штата Гавайи Вальтер Вагнер, а затем - немецкий профессор химии из Университета Тюбингена Отто Ресслер. Профессор утверждает, что проект БАК нарушает право на жизнь, гарантированное европейской Конвенцией о правах человека. Европейский суд по правам человека в Страсбурге отклонил эту жалобу .

"Конец Рунета"

Пока ученые убеждают весь мир, что для наступления "конца света" нет оснований, в гипотетическую "черную дыру" уже "засосало" практически весь Рунет . Начала эксперимента блоггеры ожидали едва ли не больше самих ученых.

Так, в "Живом журнале" сегодня новость о БАКе занимает первые три места в "самых популярных записях". Основная тема обсуждения обитателей жж-пространства - эксперимент века может плохо кончиться для всего человечества.

Так, известный радиоведущий Сергей Стиллавин в своем блоге высказал сомнения в том, что ученые все просчитали: " Эксперимент - это всегда получение результатов, которые невозможно просчитать на бумаге, в компьютере, в голове. То есть всегда есть шанс получить такой результат, который был неожиданным. И можно смеяться над лохами с высоты академического образования и даже давать гарантии, но какие могут быть "гарантии", когда проводится эксперимент?!".

И добавляет: "Считаю, что научное сообщество обязано сперва научиться побеждать такие болезни, как рак или диабет, а потом уже лезть неумелыми ручонками в проблематику "большого взрыва".

Некоторые блоггеры соглашаются с мнением автора: "В самом деле, неужели ученым нечем больше заняться, кроме поиска каких-то там бозонов? У нас еще полным-полно других проблем, разбирались бы лучше с ними, а не доводили людей до паранойи своим дурацким любопытством".

Другие предлагают "запретить генетику тоже" - "есть вероятность, отличная от нуля, что в процессе поиска лекарства от какого-нибудь заболевания будет случайно найдет вирус или ген, который уничтожит все человечество".

Кто-то шутит, что этот эксперимент может принести и пользу - привести "к появлению альтернативной реальности, в которой не будет никаких болезней, несправедливости, угнетения и воинствующего невежества".

Но большая часть пользователей настроены более оптимистично - они считают, что проблема "конца света" раздута СМИ и людьми с неуравновешенной психикой, а "ученые все хорошо просчитали и нужно им верить".

Между тем, по данным опроса Исследовательского центра портала SuperJob.ru , проведенного 2 месяца назад, для 45% жителей России словосочетание "большой адронный коллайдер" является загадкой.

Именно из-за непонимания предназначения и принципа работы БАКа многие блоггеры оказались в затруднительной ситуации: "Для того, чтобы бояться по-настоящему, мне лично не хватает знаний в области квантовой физики. Впрочем, для того, чтобы НЕ бояться совсем - не хватает все тех же знаний..."

РИА Новости также провели свой опрос и выяснили, слышали ли люди о Большом адронном коллайдере и какие ассоциации он у них вызывает.

Не первый "всадник Апокалипсиса"

Образ "всадников Апокалипсиса" приписывался многим научным изобретениям, в том числе и другим коллайдерам, например ускорителю Бевелак, находящемуся в лаборатории Лоуренса Беркли, созданному в 1970 году для получения сверхплотной материи, состоящей из атомных ядер. В 1974 году два физика предложили, что ее стабильная разновидность может возникнуть из ядер, которые ученые угрожающе именовали "аномальными". Появилась гипотеза, что она может поглощать и обычную материю, сообщает издание "Правда" .

После того как эта информация просочилась в СМИ, люди, далекие от науки, заявили, что сгусток этой аномальной ядерной материи может вначале утонуть в центре Земли, а затем, расширившись, поглотить планету в течение считанных секунд.

Другой "опасный объект" - релятивистский ускоритель тяжелых ионов, размещающийся в Брукхейвенской Национальной лаборатории в Нью-Йорке, пущенный в 2000 году с целью получения еще одной разновидности ранее предсказанной сверхплотной формы материи - кварко-глюонной плазмы.

Это исследование также вызвало большое беспокойство общественности и подозрение, не может ли материя такой плотности коллапсировать в "черную дыру" и, разумеется, поглотить нашу планету.

Успокоительное от ученых

Психологи считают, что этот страх перед коллайдером - естественный страх человека перед неизвестным. Как пояснила доктор психологических наук, профессор Варвара Моросанова , "Появление первых машин вызывало страх у людей. Если говорить вообще о древности, солнечные затмения как неизвестное что-то вызывало взрывы массовых страхов, фантазий. Если говорить о нашем времени, мы все хорошо помним историю с атомной энергетикой, недоверие к атомным станциям, к чему сейчас человечество возвращается".

Чтобы убедить общество в безвредности эксперимента, ученые-разработчики коллайдера собрали пресс-конференцию. Нобелевский лауреат Робер Аймар, являющийся генеральным директором CERN, Европейской организации ядерных исследований, официально заявил: "Любые предположения, что он может представлять риск, - чистая фантазия".

Ученые уверяют, что эксперимент безопасен. Проводились исследования, которые показывают, что частицы космических лучей имеют энергии, значительно превосходящие энергию коллайдера - природа постоянно "ставит" эксперименты, подобные экспериментам на БАКе, но это не привело к катастрофе.

"В природе постоянно происходит столкновение частиц с такими же или с еще более высокими энергиями. И, например, в данный момент прямо у нас над головой каждую секунду происходит столкновение частиц с еще более высокими энергиями", - пояснил вчера РИА Новости член-корреспондент РАН, член рабочей группы по безопасности БАК Игорь Ткачев.

"Черные дыры", которые, согласно некоторым теориям, могут появиться при работе коллайдера, согласно тем же теориям, будут иметь время жизни столь малое, что просто не успеют начать поглощать материю, заверяют специалисты.

"Эти черные дыры, если они и родятся, жить будут очень мало. Сразу испарятся. Даже до стенки коллайдера не долетят", - считает замдиректора НИИ Ядерной физики МГУ, координатор участия российских институтов в создании БАК Виктор Саврин.

Материал подготовлен редакцией rian.ru на основе информации РИА Новости и открытых источников

5 (100%) 1 vote[s]

Большой адронный коллайдер самый мощный в мире ускоритель элементарных частиц – , испытания которого идут в Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН), еще до своего пуска стал предметом судебного иска. Кто и почему судился с учеными?

Не судите большой адронный коллайдер… Жители штата Гавайи Уолтер Вагнер и Луис Санчо обратились в федеральный окружной суд Гонолулу с иском против ЦЕРНа, а также американских участников проекта – Министерства энергетики, Национального научного фонда и Национальной лаборатории ускорителей имени Э. Ферми вот по какой причине.

⦳⦳⦳⦳⦳

Американские обыватели опасались, что столкновения имеющих огромную энергию субатомных частиц, которые будут проводиться в ускорителе, чтобы имитировать события, происходившие во Вселенной в первые мгновения после Большого Взрыва, могут создать объекты, угрожающие существованию Земли .

Большой адронный коллайдер в Церне. В рамке – моделирование процесса рождения бозона Хиггса в детекторе CMS

Опасность, по мнению истцов, представляют в первую очередь так называемые черные дыры – физические объекты, которые могут поглотить часть объектов на нашей планете – например, какой-нибудь крупный город.

Несмотря на то что иск поступил в суд в начале апреля 2008 года, специалисты вовсе не отнеслись к нему как к первоапрельской шутке.

А устроили 6 апреля в Центре ядерных исследований день открытых дверей, пригласив на экскурсию по ускорителю представителей общественности, журналистов, студентов и школьников, чтобы те не только смогли своими глазами увидеть уникальный научный инструмент, но и получить исчерпывающие ответы на все интересующие их вопросы.

Прежде всего, конечно, организаторы проекта постарались убедить посетителей в том, что БАК никак не может стать виновником «конца света».

Да, находящийся в кольцевом туннеле с длиной окружности в 27 км коллайдер (от англ. collide – «сталкиваться») способен разгонять протонные пучки и сталкивать их с энергией до 14 тераэлектронвольт 40 млн раз в секунду.

Физики полагают, что при этом можно будет воссоздать условия, которые возникли спустя одну триллионную долю секунды после Большого Взрыва, и таким образом получить ценную информацию о самом начале существования Вселенной.

Большой адронный коллайдер и черная дыра

Но вот относительно того, что при этом возникнет черная дыра или вообще неизвестно что, представитель ЦЕРНа Джеймс Джилльс высказал большие сомнения. И не только потому, что оценка безопасности коллайдера постоянно проводится теоретиками, но и исходя просто из практики.

«Важным аргументом в пользу того, что эксперименты ЦЕРНа безопасны, является уже само существование Земли, – сказал он.

– Наша планета постоянно подвергается воздействию потоков космического излучения, энергия которых не уступает, а зачастую и превосходит церновские, – и до сих пор не уничтожена ни черной дырой, ни иными причинами.

Между тем, как мы подсчитали, за время существования Вселенной природой выполнено по меньшей мере 1031 программ, подобных той, что мы только собираемся осуществить»…

Не видит он особой опасности и в возможности возникновения неконтролируемой реакции аннигиляции с участием античастиц, которые возникнут в результате экспериментов.

«Антивещество в ЦЕРНе действительно производят, – подтвердил ученый в интервью журналу New Scientist.

– Однако тех его крох, что можно искусственно создать на Земле, не хватило бы даже на самую маленькую бомбу.

Хранить же и накапливать антивещество исключительно трудно (а некоторые его виды – вообще невозможно)»…

Большой адронный коллайдер и бозон

Поиски бозона. Кстати, тот же журнал писал, что российские специалисты – профессор Ирина Арефьева и доктор физико-математических наук Игорь Волович из Математического института имени Стеклова в Москве – полагают, что масштабный эксперимент в ЦЕРНе может привести и к появлению первой… машины времени в мире.

Я попросил прокомментировать это сообщение профессора Ирину Ярославовну Арефьеву. И вот что она рассказала:

«Мы все еще довольно мало знаем об устройстве окружающего нас мира. Помните, древние греки полагали, что все объекты состоят из атомов, что в переводе с греческого означает “неделимый”.

Однако со временем выяснилось, что и сами атомы имеют довольно сложное устройство, состоят из электронов, протонов и нейтронов. В первой половине XX века вдруг оказалось, что те же электроны с протонами и нейтронами в свою очередь могут делиться на ряд частиц.

Поначалу их опрометчиво назвали элементарными. Однако к настоящему времени выясняется, что и многие из этих так называемых элементарных частиц могут в свою очередь делиться…

В общем, когда теоретики попытались свести все полученные знания в рамках так называемой Стандартной модели, то оказалось, что центральным ее звеном, по некоторым данным, являются хиггс-бозоны».

Загадочная частица получила свое название по имени профессора Питера Хиггса из Эдинбургского университета. В отличие от профессора Хиггинса из известного мьюзикла, он занимался не обучением правильному произношению симпатичных девушек, а познанием законов микромира.

И еще в 60-х годах прошлого столетия сделал такое предположение: «Вселенная вовсе не пуста, как нам кажется.

Все ее пространство заполнено некоей тягучей субстанцией, через которую осуществляется, например, гравитационное взаимодействие между небесными телами, начиная от частиц, атомов и молекул и кончая планетами, звездами и галактиками».

Говоря совсем уж попросту, П. Хиггс предложил вернуться к идее «всемирного эфира», которая однажды была уж отвергнута. Но поскольку физики, как и прочие люди, не любят сознаваться в своих ошибках, то новую-старую субстанцию теперь называют «полем Хиггса».

И ныне считается, что именно оно, это силовое поле, придает ядерным частицам массу. А их взаимное притяжение обеспечивается носителем гравитации, который вначале было назвали гравитоном, а теперь – хиггс-бозоном.

В 2000 году физикам показалось, что они, наконец, «поймали» бозон Хиггса. Однако серия экспериментов, предпринятых для проверки первого эксперимента, показала, что бозон снова ускользнул. Тем не менее многие ученые уверены, что частица все-таки существует.

И чтобы поймать ее, надо просто построить более надежные ловушки, создать еще более мощные ускорители. Один из самых грандиозных приборов человечества всеобщими усилиями был построен в ЦЕРНе близ Женевы.

Впрочем, ловят бозон Хиггса не только для того, чтобы убедиться в справедливости предвидения ученых, найти еще одного кандидата на роль «первокирпичика Вселенной».

«Есть, в частности, и экзотические предположения по поводу устройства Вселенной,

– продолжала свой рассказ профессор И.Я. Арефьева.

– Традиционная теория говорит о том, что мы живем в четырехмерном мире

– три пространственные координаты плюс время.

Большой адронный коллайдер теория измерений

Но есть гипотезы предполагающие, что на самом деле измерений больше – шесть или десять, а то и больше. В этих измерениях сила гравитации может быть существенно выше, чем привычное нам g.

А гравитация, согласно уравнениям Эйнштейна, может влиять на течение времени. Отсюда и возникла гипотеза о “машине времени”. Но она даже если и существует, то в течение очень короткого времени и в очень малом объеме»…

Столь же экзотична, по мнению Ирины Ярославовны, и гипотеза об образовании при столкновении встречных пучков миниатюрных черных дыр. Даже если они и образуются, то время жизни их будет столь ничтожно, что их будет чрезвычайно трудно просто обнаружить.

Разве что по косвенным признакам, например рентгеновскому излучению Хокинга, да и то уже после того, как сама дыра исчезнет.

Словом, реакции, по некоторым расчетам, будут происходить в объеме всего лишь 10–20 куб. см и настолько быстро, что экспериментаторам придется немало поломать голову, чтобы поставить нужные датчики в соответствующих местах, получить данные и затем соответствующим образом их интерпретировать.

Продолжение следует… С той поры, когда профессором Арефьевой были сказаны вышеприведенные слова, до момента написания данных строк прошло почти пять лет.

За это время состоялся не только первый пробный пуск БАКа и еще несколько последующих. Как вы теперь сами знаете, все остались живы, и ничего страшного не произошло. Работы продолжаются…

Ученые только жалуются, что им очень трудно следить за исправностью всего оборудования этой уникальной научной установки. Тем не менее они уже мечтают о строительстве гигантского ускорителя частиц следующего поколения – Международного линейного коллайдера (International Linear Collider, ILC).

ЦЕРН, Швейцария. Июнь 2013.

Во всяком случае, вот что пишут по этому поводу Барри Бэриш, заслуженный профессор Калифорнийского технологического института, который руководит работами по проектированию Международного линейного коллайдера, его коллеги

– Николас Уокер Уокер, специалист в области физики ускорителей из Гамбурга, и Хитоши Ямамото, профессор физики в университете Тохоку в Японии.

Большой адронный коллайдер будущего

«Конструкторы ILC уже определили основные параметры будущего коллайдера, – сообщают ученые.

– Его длина – около 31 км; основную часть займут два сверхпроводящих линейных ускорителя, которые обеспечат электрон-позитронные столкновения с энергией 500 ГэВ.

Пять раз в секунду ILC будет генерировать, ускорять и сталкивать почти 3000 электронных и позитронных сгустков в импульсе длительностью 1 мс, что соответствует мощности 10 МВт для каждого пучка.

КПД установки составит около 20 %, следовательно, полная мощность, которая понадобится ILC для ускорения частиц, составит почти 100 МВт».

Для создания пучка электронов мишень из арсенида галлия будет облучаться лазером; при этом в каждом импульсе из нее будут выбиваться миллиарды электронов.

Эти электроны сразу будут ускорены до 5 ГэВ в коротком линейном сверхпроводящем ускорителе, а затем инжектированы в 6,7-километровое накопительное кольцо, расположенное в центре комплекса.

Двигаясь в кольце, электроны будут генерировать синхротронное излучение, и сгустки сожмутся, что увеличит плотность заряда и интенсивность пучка.

На середине пути при энергии 150 Мэв электронные сгустки будут слегка отклонены и направлены в специальный магнит, так называемый ондулятор, где некоторая часть их энергии преобразуется в гамма-излучение.

Гамма-фотоны попадут на мишень из титанового сплава, вращающуюся со скоростью около 1000 оборотов в минуту.

При этом образуется множество электрон-позитронных пар. Позитроны будут захвачены, ускорены до 5 ГэВ, после чего попадут в другое сжимающее кольцо и, наконец, во второй главный линейный сверхпроводящий ускоритель на противоположном конце ЛС.

Когда энергия электронов и позитронов достигнет конечной величины в 250 ГэВ, они устремятся к точке столкновения. После столкновения продукты реакции будут направляться в ловушки, где и зафиксируются.

Большой адронный коллайдер видео

Словосочетание «Большой адронный коллайдер» настолько глубоко осело в массмедиа, что о данной установке знает подавляющее количество людей, в числе которых и те, чья деятельность никоим образом не связано с физикой элементарных частиц, и с наукой вообще.

Действительно, столь масштабный и дорогой проект не мог обойти стороной СМИ – кольцевая установка длиной почти в 27 километров, ценою в десяток миллиардов долларов, с которой работает несколько тысяч научных сотрудников со всего мира. Немалую лепту в популярность коллайдера внесла так называемая «частица Бога» или бозон Хиггса, который был успешно разрекламирован, и за который Питер Хиггс получил нобелевскую премию по физике в 2013-м году.

Прежде всего следует отметить, что Большой адронный коллаейдер не строился с нуля, а возник на месте своего предшественника — Большого электрон-позитронного коллайдера (Large Electron-Positron collider или LEP). Работа над 27-микилометровом тоннелем началась в 1983-м году, где в дальнейшем планировалось расположить ускоритель, который будет осуществлять столкновение электроном и позитронов. В 1988-м году кольцевой тоннель сомкнулся, при этом рабочие подошли к проведению тоннеля столь тщательно, что расхождение между двумя концами тоннеля составило всего 1 сантиметр.

Ускоритель проработал до конца 2000-го года, когда достиг своего пика – энергии в 209 ГэВ. После этого начался его демонтаж. За одиннадцать лет своей работы LEP принес физике ряд открытий, в числе которых – открытие W и Z бозонов и их дальнейшие исследования. На основе результатов этих исследований был сделан вывод о сходстве механизмов электромагнитного и слабого взаимодействий, вследствие чего начались теоретические работы по объединению этих взаимодействий в электрослабое.

В 2001-м году на месте электрон-позитронного ускорителя началась постройка Большого адронного коллайдера. Строительство нового ускорителя завершилось в конце 2007-го года. Он располагался на месте LEP – на границе между Францией и Швейцарией, в долине Женевского озера (в 15 км от Женевы), на глубине ста метров. В августе 2008-го года начались испытания коллайдера, а 10-го сентября произошел официальный запуск БАКа. Как и в случае с предыдущим ускорителем, строительство и работа с установкой возглавляется Европейской организацией по ядерным исследованиям – ЦЕРН.

ЦЕРН

Вкратце стоит сказать об организации CERN (Conseil Européenne pour la Recherche Nucléaire). Данная организация выступает в роли крупнейшей мировой лаборатории в области физики высоких энергий. Включает три тысячи постоянных сотрудников, и еще несколько тысяч исследователей и ученых из 80 стран принимают участие в проектах ЦЕРНа.

На данный момент участниками проекта является 22 страны: Бельгия, Дания, Франция, Германия, Греция, Италия, Нидерланды, Норвегия, Швеция, Швейцария, Великобритания – учредители, Австрия, Испания, Португалия, Финляндия, Польша, Венгрия, Чехия, Словакия, Болгария и Румыния – присоединившиеся. Однако, как уже было сказано выше – еще несколько десятков стран так или иначе принимают участие в работе организации, и в частности – на Большом адронном коллайдере.

Как работает Большой адронный коллайдер?

Что такое Большой адронный коллайдер и как он работает – основные вопросы, интересующие общественность. Рассмотрим эти вопросы далее.

Коллайдер (collider) – в переводе с английского означает «тот, кто сталкивает». Задача такой установки состоит в столкновении частиц. В случае с адроннмы коллайдером, в роли частиц выступают адроны – частицы, участвующие в сильном взаимодействии. Таковыми являются протоны.

Получение протонов

Долгий путь протонов берет свое начало в дуоплазматроне – первой ступени ускорителя, куда поступает водород в виде газа. Дуоплазматрон представляет собой разрядную камеру, где через газ проводится электрический разряд. Так водород, состоящий всего из одного электрона и одного протона, теряет свой электрон. Таким образом образуется плазма – вещество, состоящее из заряженных частиц – протонов. Конечно, получить чистую протонную плазму сложно, поэтому далее образованная плазма, включающая также облако молекулярных ионов и электронов, проходит фильтрацию для выделения облака протонов. Под действием магнитов протонная плазма сбивается в пучок.

Предварительный разгон частиц

Новообразованный пучок протонов начинает свой путь в линейном ускорителе LINAC 2, который представляет собой 30-тиметровое кольцо, последовательно увешенное несколькими полыми цилиндрическими электродами (проводниками). Создаваемое внутри ускорителя электростатическое поле градуировано таким образом, что частицы между полыми цилиндрами всегда испытывают ускоряющую силу в направлении следующего электрода. Не углубляясь целиком в механизм разгона протонов на данном этапе, отметим лишь, что на выходе с LINAC 2 физики получают пучок протонов с энергией 50 МэВ, которые уже достигают 31% скорости света. Примечательно, что при этом масса частиц возрастает на 5%.

К 2019-2020-му году планируется замена LINAC 2 на LINAC 4, который будет разгонять протоны до 160 МэВ.

Стоит отметить, что на коллайдере также разгоняют ионы свинца, которые позволят изучить кварк-глюонную плазму. Их разгоняют в кольце LINAC 3, аналогичном LINAC 2. В дальнейшем также планируются эксперименты с аргоном и ксеноном.

Далее пакеты протонов поступают в протон-синхронный бустер (PSB). Он состоит из четырех наложенных колец диаметром 50 метров, в которых располагаются электромагнитные резонаторы. Создаваемое ими электромагнитное поле имеет высокую напряженность, и проходящая через него частица получает ускорение в результате разности потенциалов поля. Так спустя всего 1,2 секунды частицы разгоняются в PSB до 91% скорости света и достигают энергии в 1,4 ГэВ, после чего поступают в протонный-синхротрон (PS). Диаметр PS составляет 628 метров и оснащен 27 магнитами, направляющими пучок частиц по круговой орбите. Здесь частиц протоны достигают 26 ГэВ.

Предпоследним кольцом для разгона протонов служит Суперпротонный-синхротрон (SPS), длина окружности которого достигает 7 километров. Будучи оснащенным 1317-ю магнитами SPS разгоняет частицы до энергии в 450 ГэВ. Спустя примерно 20 минут пучок протонов попадает в основное кольцо – Большой адронный коллайдер (LHC).

Разгон и столкновение частиц в LHC

Переходы между кольцами ускорителей происходят посредством электромагнитных полей, создаваемых мощными магнитами. Основное кольцо коллайдеро состоит из двух параллельных линий, в которых частицы движутся по кольцевой орбите в противоположном направлении. За сохранение круговой траектории частиц и направление их в точки столкновения отвечают около 10 000 магнитов, масса некоторых из них достигает 27 тонн. Во избежание перегрева магнитов используется контур гелия-4, по которому протекает примерно 96 тонн вещества при температуре -271,25 ° С (1,9 К). Протоны достигают энергии в 6,5 ТэВ (то есть энергия столкновения – 13 ТэВ), при этом их скорость на 11 км/ч меньше скорости света. Таким образом за секунду пучок протонов проходит большое кольцо коллайдера 11 000 раз. Прежде, чем произойдет столкновение частиц, они будут циркулировать по кольцу от 5 до 24 часов.

Столкновение частиц происходит в четырех точках основного кольца LHC, в которых располагаются четыре детектора: ATLAS, CMS, ALICE и LHCb.

Детекторы Большого адронного коллайдера

ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS)

— является одним из двух детекторов общего назначения на Большом адронном коллайдере (LHC). Он исследует широкий спектр физики: от поиска бозона Хиггса до частиц, которые могут составлять темную материю. Хотя он имеет те же научные цели, что и эксперимент CMS, ATLAS использует иные технические решения и другую конструкцию магнитной системы.

Пучки частиц из LHC сталкиваются в центре детектора ATLAS, образуя встречные обломки в виде новых частиц, которые вылетают из точки столкновения во всех направлениях. Шесть различных детектирующих подсистем, расположенных в слоях вокруг точки столкновения, записывают пути, импульс и энергию частиц, позволяя их индивидуально идентифицировать. Огромная система магнитов искривляет пути заряженных частиц, так что их импульсы можно измерить.

Взаимодействия в детекторе ATLAS создают огромный поток данных. Чтобы обработать эти данные, ATLAS использует расширенную «триггерную» систему, позволяющую сообщать детектору, какие события записывать, а какие игнорировать. Затем для анализа зарегистрированных событий столкновения используются сложные системы сбора данных и вычисления.

Детектор имеет высоту 46 метров и ширину – 25 метров, при этом его масса составляет 7 000 тонн. Эти параметры делает ATLAS самым большим детектором частиц, когда-либо созданным. Он находится в тоннеле на глубине в 100 м вблизи главного объекта ЦЕРН, недалеко от деревни Мейрин в Швейцарии. Установка состоит из 4 основных компонентов:

• Внутренний детектор имеет цилиндрическую форму, внутреннее кольцо находится всего в нескольких сантиметрах от оси проходящего пучка частиц, а внешнее кольцо имеет диаметр в 2,1 метра и длину 6,2 метра. Он состоит из трех различных систем датчиков, погруженных в магнитное поле. Внутренний детектор измеряет направление, импульс и заряд электрически заряженных частиц, образующихся при каждом протон-протонном столкновении. Основные элементы внутреннего детектора: пиксельный детектор (Pixel Detector), полупроводниковая система слежения (Semi-Conductor Tracker, SCT) и трековый детектор переходного излучения (Transition radiation tracker, TRT).

• Калориметры измеряют энергию, которую частица теряет, когда проходит через детектор. Он поглощает частицы, возникающие при столкновении, тем самым фиксирую их энергию. Калориметры состоят из слоев «поглощающего» материала с высокой плотностью — свинца, чередующегося со слоями «активной среды» — жидкого аргона. Электромагнитные калориметры измеряют энергию электронов и фотонов при взаимодействии с веществом. Адронные калориметры измеряют энергию адронов при взаимодействии с атомными ядрами. Калориметры могут останавливать большинство известных частиц, кроме мюонов и нейтрино.

LAr (Liquid Argon Calorimeter) — калориметр ATLAS

• Мюонный спектрометр – состоит из 4000 индивидуальных мюонных камер, использующих четыре различные технологи, позволяющие, идентифицировать мюоны и измерить их импульсы. Мюоны обычно проходят через внутренний детектор и калориметр, а потому требуется наличие мюонного спектрометра.

• Магнитная система ATLAS изгибает частицы вокруг различных слоев детекторных систем, что упрощает отслеживание треков частиц.

В эксперименте ATLAS (февраль 2012 г.) работают более 3 000 ученых из 174 институтов из 38 стран.

CMS (Compact Muon Solenoid)

— является детектором общего назначения на Большом адронном коллайдере (LHC). Как и ATLAS, имеет широкую физическую программу, начиная от изучения стандартной модели (включая бозон Хиггса) до поиска частиц, которые могут составлять темную материю. Хотя он имеет те же научные цели, что и эксперимент ATLAS, CMS использует иные технические решения и другую конструкцию магнитной системы.

Детектор CMS построен вокруг огромного магнита соленоида. Представляет собой цилиндрическую катушку сверхпроводящего кабеля, которая генерирует поле в 4 тесла, примерно в 100 000 раз превышающее магнитное поле Земли. Поле ограничено стальным «хамутом», который является массивнейшим компонентом детектора, масса которого — 14 000 тонн. Полный детектор имеет длину — 21 м, ширину — 15 м и высоту — 15 м. Установка состоит из 4 основных компонентов:

• Магнит соленоида – крупнейший магнит в мире, который служит для изгиба траектории заряженных частиц, вылетающих из точки столкновения. Искажение траектории позволяет различить положительно и отрицательно заряженные частицы (т.к. они изгибаются в противоположных направлениях), а также измерить импульс, величина которого зависит от кривизны траектории. Огромные размеры соленоида позволяют расположить трекер и калориметры внутри катушки.
• Кремниевый трекер — состоит из 75 миллионов отдельных электронных датчиков, расположенных в концентрических слоях. Когда заряженная частица пролетает через слои трекера, она передает часть энергии каждому слою, объединение этих точек столкновения частицы с различными слоями позволяет в дальнейшем определить ее траекторию.
• Калориметры – электронный и адронный см. калориметры ATLAS.
• Саб-детекторы – позволяют детектировать мюоны. Представлены 1 400 мюонными камерами, которые слоями располагаются вне катушки, чередуясь с металлическими пластинами «хамута».

Эксперимент CMS является одним из крупнейших международных научных исследований в истории, в котором принимают участие 4300 человек: физики в области элементарных частиц, инженеры и техники, студенты и вспомогательный персонал из 182 институтов, 42 стран (февраль 2014 года).

ALICE (A Large Ion Collider Experiment)

— представляет собой детектор тяжелых ионов на кольцах большого адронного коллайдера (LHC). Он предназначен для изучения физики сильно взаимодействующего вещества при экстремальных плотностях энергии, где образуется фаза вещества, называемая кварк-глюонной плазмой.

Вся обычная материя в сегодняшней вселенной состоит из атомов. Каждый атом содержит ядро, состоящее из протонов и нейтронов (кроме водорода, не имеющего нейтронов), окруженного облаком электронов. Протоны и нейтроны, в свою очередь, состоят из кварков, связанных вместе с другими частицами, называемыми глюонами. Никакой кварк никогда не наблюдался изолированно: кварки, а также глюоны, по-видимому, постоянно связаны вместе и ограничены внутри составных частиц, таких как протоны и нейтроны. Это называется конфайнментом.

Столкновения в LHC создают температуры более чем в 100 000 раз более горячее, чем в центре Солнца. Колллайдер обеспечивает столкновения между свинцовыми ионами, воссоздавая условия, аналогичные тем, которые имели место сразу после Большого Взрыва. В этих экстремальных условиях протоны и нейтроны «расплавляются», освобождая кварки от их связей с глюонами. Это и есть кварк-глюонная плазма.

В эксперименте ALICE используется детектор ALICE массой 10 000 тонн, 26 м в длину, 16 м в высоту и 16 м в ширину. Устройство состоит из трех основных комплектов компонентов: трэкинговых устройств, калориметров и детекторов-идентификаторов частиц. Также его разделяют на 18 модулей. Детектор находится в тоннеле на глубине 56 м под, недалеко от деревни Сент-Денис-Пуйи во Франции.

Эксперимент насчитывает более 1 000 ученых из более чем 100 институтов физики в 30 странах.

LHCb (Large Hadron Collider beauty experiment)

– в рамках эксперимента проводится исследование небольших различий между веществом и антиматерией, изучая тип частицы, называемый «бьюти-кварк» или «b-кварк».

Вместо того, чтобы окружать всю точку столкновения с помощью закрытого детектора, как ATLAS и CMS, эксперимент LHCb использует серию сабдетекторов для обнаружения преимущественно передних частиц — тех, которые были направлены вперед в результате столкновения в одном направлении. Первый сабдетектор установлен близко к точке столкновения, а остальные — один за другим на расстоянии 20 метров.

На LHC создается большое изобилие различных типов кварков, прежде чем они быстро распадаются на другие формы. Чтобы поймать b-кварки, для LHCb были разработаны сложные движущиеся следящие детекторы, расположенные вблизи движения пучка частиц по коллайдеру.

5600-тонный детектор LHCb состоит из прямого спектрометра и плоских детекторов. Это 21 метр в длину, 10 метров в высоту и 13 метров в ширину, он находится на глубине 100 метров под землей. Около 700 ученых из 66 различных институтов и университетов вовлечены в эксперимент LHCb (октябрь 2013 г.).

Другие эксперименты на коллайдере

Помимо вышеперечисленных экспериментов на Большом адронном коллайдере есть другие два эксперимента с установками:

• LHCf (Large Hadron Collider forward) — изучает частицы, выброшенные вперед после столкновения пучков частиц. Они имитируют космические лучи, исследованием которых и занимаются ученые в рамках эксперимента. Космические лучи — это естественные заряженные частицы из космического пространства, которые постоянно бомбардируют земную атмосферу. Они сталкиваются с ядрами в верхней атмосфере, вызывая каскад частиц, которые достигают уровня земли. Изучение того, как столкновения внутри LHC вызывают подобные каскады частиц, поможет физикам интерпретировать и откалибровать крупномасштабные эксперименты с космическими лучами, которые могут охватывать тысячи километров.

LHCf состоит из двух детекторов, которые расположены вдоль LHC, на расстоянии 140 метров с обеих сторон он точки столкновения ATLAS. Каждый из двух детекторов весит всего 40 килограммов и имеет размеры 30 см в длину, 80 см в высоту и 10 см в ширину. В эксперименте LHCf участвуют 30 ученых из 9 институтов в 5 странах (ноябрь 2012 г.).

• TOTEM (Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation) – эксперимент с самой длинной установкой на коллайдере. Его задачей является исследование самих протонов, путем точного измерения протонов, возникающих при столкновениях под малыми углами. Эта область известна как «прямое» направление и недоступна другим экспериментам LHC. Детекторы TOTEM распространяются почти на полкилометра вокруг точки взаимодействия CMS. TOTEM имеет почти 3 000 кг оборудования, в том числе четыре ядерных телескопа, а также 26 детекторов типа «римский горшок». Последний тип позволяет расположить детекторы максимально близко к пучку частиц. Эксперимент TOTEM включает около 100 ученых из 16 институтов в 8 странах (август 2014 года).

Зачем нужен Большой адронный коллайдер?

Крупнейшая международная научная установка исследует широкий спектр физических задач:

• Изучение топ-кварков. Данная частица является не только самым тяжелым кварком, но и самой тяжелой элементарной частицей. Исследование свойств топ-кварка также имеет смысл, потому что он является инструментом для исследования .
• Поиск и изучение бозона Хиггса. Хотя ЦЕРН утверждает, что бозон Хиггса был уже обнаружен (в 2012-м году), пока о его природе известно совсем немного и дальнейшие исследования могли бы внести большую ясность в механизм его работы.

• Изучение кварк-глюонной плазмы. При столкновениях ядер свинца на больших скоростях – в коллайдере образуется . Ее исследование может принести результаты, полезные как для ядерной физики (улучшение теории сильных взаимодействий), так и для астрофизики (изучение Вселенной в ее первые моменты существования).
• Поиск суперсимметрии. Это исследование направлено на опровержение или доказательство «суперсимметрии» — теории, согласно которой любая элементарная частица имеет более тяжелого партнера, называемого «суперчастицей».
• Исследование фотон-фотонных и фотон-адронных столкновений. Позволит улучшить понимание механизмов процессов подобных столкновений.
• Проверка экзотических теорий. К этой категории задач относятся самые нетрадиционные – «экзотические», например, поиск параллельных вселенных посредством создания мини-черных дыр.

Кроме этих задач, существует еще множество других, решение которых также позволит человечеству понимать природу и окружающий нас мир на более качественном уровне, что в свою очередь откроет возможности для создания новых технологий.

Практическая польза Большого адронного коллайдера и фундаментальной науки

Прежде всего, следует отметить, что фундаментальные исследования привносят вклад в фундаментальную науку. Применением же этих знаний занимается прикладная наука. Сегмент общества, не осведомленный в пользе фундаментальной науки зачастую не воспринимает открытие бозона Хиггса или создание кварк-глюонной плазмы, как нечто значимое. Связь подобных исследований с жизнью рядового человека – неочевидно. Рассмотрим краткий пример с атомной энергетикой:

В 1896-м году французский физик Антуан Анри Беккерель открыл явление радиоактивности. Долгое время считалось, что к ее промышленному использованию человечество перейдет нескоро. Всего за пять лет до запуска первого в истории ядерного реактора великий физик Эрнест Резерфорд, собственно открывший атомное ядро в 1911-м году, говорил, что атомная энергия никогда не найдет своего применения. Переосмыслить свое отношение к энергии, заключенной в ядре атома, специалистам удалось в 1939 году, когда немецкие ученые Лиза Мейтнер и Отто Ган обнаружили, что ядра урана при облучении их нейтронами делятся на две части с выделением огромного количества энергии - ядерной энергии.

И лишь после этого последнего звенья ряда фундаментальных исследований в игру вступила прикладная наука, которая на основе этих открытий изобрела устройство для получения ядерной энергии – атомный реактор. Масштаб открытия можно оценить, ознакомившись с долей выработки электроэнергии атомными реакторами. Так в Украине, например, на АЭС выпадает 56% выработки электроэнергии, а во Франции и вовсе – 76%.

Все новые технологии основываются на тех или иных фундаментальных знаниях. Приведем еще пару кратких примеров:

• В 1895-м году Вильгельм Конрад Рентген заметил, что под действием рентгеновского излучения фотопластинка затемняется. Сегодня рентгенография – одно из наиболее применяемых исследований в медицине, позволяющая изучить состояние внутренних органов и обнаружить инфекции и опухали.
• В 1915-м году Альберт Эйнштейн предложил свою . Сегодня эта теория учитывается при работе GPS спутников, которые определяют местоположение объекта с точностью до пары метров. GPS применяется в сотовой связи, картографии, мониторинге транспорта, но в первую очередь – в навигации. Погрешность спутника, не учитывающего ОТО, с момента запуска росла бы на 10 километров в день! И если пешеход может воспользоваться разумом и бумажной картой, то пилоты авиалайнера попадут в затруднительную ситуацию, так как ориентироваться по облакам – невозможно.

Если сегодня практическое применение открытиям, произошедшим на LHC еще не найдено – это не значит, что ученые «возятся на коллайдере зря». Как известно, человек разумный всегда намеревается получить максимум практического применения из имеющихся знаний, а потому знания о природе, накопленные в процессе исследования на БАК, определенно найдут свое применение, рано или поздно. Как уже было продемонстрировано выше – связь фундаментальных открытий и использующих их технологий иногда может быть совсем не очевидна.

Напоследок, отметим так называемые косвенные открытия, которые не ставятся как изначальные цели исследования. Они встречаются довольно часто, так как для совершения фундаментального открытия, обычно, требуется внедрение и использование новых технологий. Так развитие оптики получило толчок от фундаментальных исследований космоса, строящихся на наблюдениях астрономов через телескоп. В случае с ЦЕРН – так возникла повсеместно применяемая технология – Интернет, проект, предложенный Тимом Бернерсом-Ли в 1989-м году для облегчения поиска данных организации ЦЕРН.