Большой адронный коллайдер: назначение, открытия и мифы
Большой адронный коллайдер (БАК) — самый большой и мощный ускоритель частиц в мире. Он был построен Европейской организацией ядерных исследований (ЦЕРН).
10 000 ученых и инженеров из более чем 100 разных стран работали вместе над созданием этого проекта. Его строительство стоило 10 миллиардов долларов. В настоящее время это самая большая и сложная экспериментальная исследовательская установка в мире.
Как выглядит Большой адронный коллайдер
Это гигантский замкнутый туннель, построенный под землей. Он имеет длину 27 километров и уходит на глубину от 50 до 175 метров.
Находится коллайдер на границе Франции и Швейцарии, недалеко от города Женева.
Как работает Большой адронный коллайдер
Слово «коллайдер» в этом случае можно перевести как «сталкиватель». А сталкивает он адроны — класс частиц, состоящих из нескольких кварков, которые удерживаются сильной субатомной связью. Протоны и нейтроны являются примерами адрона.
БАК в основном использует столкновение протонов в своих экспериментах. Протоны — это части атомов с положительным зарядом. Коллайдер ускоряет эти протоны в тоннеле, пока они не достигнут почти скорости света. Различные протоны направлены через туннель в противоположных направлениях. Когда они сталкиваются, то можно зафиксировать условия, подобные ранней Вселенной.
Откуда берутся протоны в для столкновения?
Для этого ионизируются атомы водорода. Атом водорода состоит из одного протона и одного электрона. Во время ионизации удаляется электрон и остаётся нужный для эксперимента протон.
БАК состоит из трёх основных частей:
- Ускоритель частиц. Разгоняет и сталкивает протоны с помощью системы мощных электромагнитов, расположенных вдоль всего тоннеля.
- Детекторы. Результаты столкновения нельзя наблюдать напрямую, поэтому мощные детекторы улавливают максимум данных и направляют их на обработку.
- Грид. С детекторов поступают петабайты данных. Для их интерпретации используется грид-инфраструктура — сеть из компьютеров в 36 странах, которые совместно образуют один суперкомпьютер. Но даже этого хватает только на обработку 1% данных.
Зачем нужен Большой адронный коллайдер
С помощью БАК можно изучить элементарные частицы и способы их взаимодействия. Он уже многому научил нас в области квантовой физики, и исследователи надеются узнать больше о структуре пространства и времени. Наблюдения, которые делают учёные, помогают понять, какой могла быть Вселенная в течение миллисекунд после Большого взрыва.
Какие открытия совершили на БАК
На данный момент самое большое открытие — это бозон Хиггса. Это одно из важнейших открытий 21 века, объясняющее существование массы частиц во Вселенной. Это подтверждает Стандартную модель, с помощью которой сегодня физики описывают взаимодействие элементарных частиц. Именно на этом взаимодействии основано устройство всей Вселенной.
Суть работы бозона Хиггса в том, что благодаря ему другие элементарные частицы могут иметь и передавать свою массу. Но это очень и очень упрощённое понимание, и если Вам интересно, почитайте научную литературу.
С полным списком всех открытий на Большом адронном коллайдере можно ознакомиться на Википедии.
Может ли коллайер уничтожить Землю
С момента запуска БАК стал объектом разнообразных домыслов. Самый известный — в ходе экспериментов может образоваться чёрная дыра и поглотить планету.
Есть две причины, чтобы не волноваться.
- На БАК не происходит ничего такого, чего не делают космические лучи, которые ежедневно попадают на Землю, и эти лучи не создают чёрных дыр.
- Даже если Большой адронный коллайдер действительно создаст чёрную дыру, то она будет крошечной. Чем меньше чёрная дыра, тем короче ее жизнь. Такая чёрная дыра превратится в энергию, прежде чем сможет причинить вред людям.
Надеемся, Вам было интересно, как и нам во время работы над этим материалом!
Источник
Большой Адронный Коллайдер своими глазами
Большинство, конечно, знают о существовании Большого Адронного Коллайдера и видели его фотографии, но вот вероятность посмотреть на него своими глазами для обыкновенного человека, я думаю, меньше, чем вероятность появления бозона Хиггса на этом самом коллайдере. Поэтому, когда летом на элементах.ру появилась маленькая заметка о том, что CERN (Центр Европейских Ядерных Исследований) в конце сентября проводит день открытых дверей, у меня не было сомнений — надо ехать.
Особенностью всего этого является то, что CERN — это не музей, а работающие лаборатории и то, что они показывают является реальными научными установками.
Оказалось, однако, что свободно можно посещать только те места, которые находятся на поверхности земли, а коллайдер, как всем известно, находится глубоко под землей. Для посетителей CERN выбрал несколько точек в коллайдере на которые можно было взять именной билет (бесплатно) на специальном сайте и количество этих билетов было строго ограничено. Причем одному человеку разрешалось взять только один билет. Не буду вдаваться в подробности, как я мониторил их сайт на предмет появления билетов — как я потом понял билеты появлялись в случайные промежутки времени (что вобщем-то справедливо, поскольку давало шанс всем желающим получить билет). В конце концов мне досталось посещение CMS — Compact Muon Solenoid — одного из двух детекторов, на котором был открыт бозон Хиггса (второй детектор — Атлас).
Compact Muon Solenoid — это такой самый большой в мире соленоид, в котором создается магнитное поле и исследуются распады заряженных частиц, в основном мюонов. Мое путешествие к данному детектору началось с поезки на автобусе к точке 5 — где этот самый прибор находится. Надо сказать, что длина окружности коллайдера составляет 27 километров на территории Франции и Швейцарии и перемещаться между различными точками представляет непростую транспортную задачу. К счастью, организаторы пустили бесплатные автобусы между всеми интересными местами и я приехал туда на таком автобусе. Само здание на поверхности представляет собой довольно большое сооружение с воротами.
На этой фотографии видно, что находится внутри здания.
Надо сказать, что посетители должны регистрироваться по своему билету и получить бэдж. Перед самыми воротами людей делят на группы по 15 человек и выделяют по одному гиду из числа местных сотрудников. Нашей группе достался молодой американский аспирант, работающий на коллайдере. У всех отбирают сумки и выдают каски. Это я, готов к погружению спуску.
Перед спуском под землю наш аспирант рассказывает о том, что такое CMS и для чего он нужен. Народ внимательно слушает рассказ про мюоны и магнитное поле.
Далее аспирант говорит, что детектор построен группой стран, кажная из которых внесла определенное количество денег. Кроме России. Россия оказалась самой хитрой умной и получила свое место за сцинтилляционные кристаллы, которые раньше использовались в какой-то военной программе, а потом их хотели выбросить, но не выбросили, а отдали в CERN. После рассказа, заставившего меня гордиться своей Родиной, наш гид провел короткий инструктаж по технике безопасности, который заключался в том, что все будет хорошо, и если даже мы застрянем в лифте то нас быстро вытащат.
Наконец мы идем к лифту:
И набиваемся в него как сельди в бочке.
После непродолжительного спуска, при котором у всех заложило уши, мы оказываемся на глубине около 100 метров. Двери лифта открываются и мы оказываемся в half-life:
Мы идем по длинному подземному коридору:
Коридор резко заканчивается и мы оказываемся в огромном зале высотой с пятиэтажный дом и огромным цилиндром посередине. Невозможно описать словами это зрелище. Пожалуй, даже фотографии не передают грандиозности сооружения!
Тысячи проводов опутывают цилиндр. Как сказал наш гид, в этом детекторе миллионы измерительных каналов, а энергии, запасенной магнитным полем достаточно, чтобы расплавить десять тонн золота.
Грандиозность сооружения вызывает уважение и восторг за возможности человеческого гения.
Наш гид что-то объясняет зачарованным гостям.
А там у нас есть та-а-акой прибор.
Видно, что здесь несколько этажей.
Интересно, как местные инженеры разбираются со всеми этими проводами?
Постепенно продвигаемся вдоль детектора.
Видны детали крупным планом.
Наконец детектор заканчивается и мы поднимаемся по лестнице вверх.
Автопортрет на фоне детектора.
Опять попадаем в коридор.
Здесь находится телепорт в другое измерение хитрый шлюз. Для того, чтобы пройти через него, надо посмотреть в такую штуку, которая находится на уровне головы.
Но сегодня она не работает.
а стене висят различные знаки. Особенно впечатляет знак, висящий под красной лампой.
Мы попадаем в вычислительный центр. Конечно, это небольшой вычислительный центр, который используется для предварительной обработки и хранения информации.
Видны стойки с оборудованием.
Далее находится шахта, по которой доставляется оборудование.
Напоследок, наш гид рассказывает про историю создания этого детектора.
Все идут к лифту и едут наверх.
Как известно, все это создается с целью познания природы и попыткой описать с помощью как можно меньшего числа уравнений. И вот к чему это привело на сегодняшний день: все наши текущие знания записаны в виде лагранжиана стандартной модели на этом камне. Надо добавить только гравитацию?
Если данная тема вызовет интерес я могу также рассказать про центр управления коллайдером и главный вычислительный центр.
Источник
