Что такое большой адронный коллайдер?

Что такое большой адронный коллайдер?

Большинство людей знают, что большой адронный коллайдер - это огромная машина для сталкивания атомов. Он пересекает французско-швейцарскую границу, и стоит настолько дорого, что более десятку правительственных неправительственных органов пришлось скинуться на его постройку. Весь проект ведется тысячами ученых из сотен стран, под руководством Европейского агентства ядерных исследований, CERN. Основные детекторы просто огромны, для их обслуживания необходимы леса, а так же едва ли не хирургическая аккуратность при работе. Грубо говоря, это просто огромная петля, но давайте поближе ее рассмотрим.

В реальности, коллайдер это несколько очень больших петель, выстроенных в порядке усиления мощности. Получается, что ускоренные частицы вроде протона требуют разное оборудование для достижения нужной скорости. Магниты могут разогнать частицу с 99% до 99.9999% скорости света, но это совсем не те магниты, что разгоняют частицу с 1% до 15% скорости света. Как таковой, коллайдер питается ускорителями частиц, работающих в последовательности, чтобы достичь финального разгона в 7 тера-электрон-вольт (ТэВ) и более.

Что такое большой адронный коллайдер?

Эта карта показывает основной круг коллайдера и суперпротонный синхротрон.

Первый это линейный ускоритель частиц (LINAC 2), который производит какие-то жалкие 50 мега-электрон-вольт (МэВ) и передает экспериментальные протоны на первый из цепи замкнутых акселераторов, протонный синхротронный ускоритель (Pb). Петля Pb быстро разгоняет частицы до 2ГэВ, и передает их на протонный синхротрон, который продолжает ускорение до 28 ГэВ. Оттуда, протонный синхротрон передает частицу на... суперпротонный синхротрон, который может достигать энергии в 400ГэВ и выше. Физики практически предложили улучшить СПС до супер-СПС (да, супер-суперпротонный синхротрон), чтобы протоны могли достигать ТэВ перед тем, как выйти на последний круг самого коллайдера.

Эти частицы движутся со скоростью, очень близкой к скорости света, перед тем, как перейти к самому коллайдеру. Но разгон протона на эти несколько последних процентов становится решающим для современных физических экспериментов. Разбивать протоны на кварки это одно, но коллайдер может сталкивать частицы с такой силой, что в точке столкновения будет искажаться пространство, открывая бесконечно краткое окно в истинно квантовый мир. Это не так-то просто, и далеко не дешево.

Что такое большой адронный коллайдер?

LINAC является самым простым из ускорителей, и, тем не менее, он абсолютный зверь.

Обратите внимание, что кольцо коллайдера это не эксперимент сам по себе, но инструмент для их проведения при помощи определенного ресурса - сверхзаряженных частиц. Как именно эти сверхзаряженные частицы должны использоваться описано во время самих экспериментов, которые проводятся в разных участках кольца и с разными целями. Есть всего семь экспериментов, но внимание стоит уделить всего четырем: ATLAS, ALICE, CMS, и LHCb.

ATLAS, вероятно, самый популярный из всех экспериментов коллайдера. Именно из него CERN получила необходимые данные для исследования бозона Хиггса. Название расшифровывается как A Toroidal LHC ApparatuS (тодориальный аппарат большого адронного коллайдера), и его диаметр более 80 футов. ATLAS был разработан как универсальный детектор 40 миллионов пересечений лучей в секунду, и собирает столько информации об этих пересечениях, сколько вообще возможно.

CMS, или Compact Muon Solenoid (компактный мюонный соленоид) - это попытка достичь того же результата, что и ATLAS, но иными средствами. Еще "детектор общего назначения" CMS меньше, но более магнитно концентрирован, чем ATLAS. Он разработан для наблюдения за тем же феноменом, что и ATLAS, но допускает чуть больше компромиссов в процессе. CMS также внес вклад в поиски бозона Хиггса, но не так популярен в СМИ.

Что такое большой адронный коллайдер?

ATLAS против CMS

ALICE, с другой стороны, более специализирован. Названный A Large Ion Collider Experiment (эксперимент большого адронного коллайдера), он не ставит себе целью разогнать частицы до предела, так как он измеряет эффекты "тяжелых ядер", например, свинца, которому нужно 2-3ТэВ для столкновения. Это создает уровень деструктивной энергии, которая может подтолкнуть атомы к формированию кварк-глюонной плазмы, где они могут свободно перемещаться, и их можно исследовать в этом состоянии. Это означает, что ALICE разработан для наблюдения за концепцией под названием квантовая хромидинамика (QCD), и он улучшает научное понимание этого принципа еще с момента первого запуска в 2010 году.

Что такое большой адронный коллайдер?

ATLAS, определенно, самый визуально впечатляющий эксперимент на коллайдере.

Потому есть и Large Hadron Collider beauty (красота большого адронного коллайдера), который недавно подтвердил частицу собственного открытия: пентакварк. LHCb разработан для исследования экзотического поведения материи и, собственно, природы антиматериально-материальной асимметрии Вселенной. Основной вопрос этого эксперимента - почему вообще во Вселенной есть материя? Теория гласит, что в начале Вселенной, большой взрыв должен был создать равное количество материи и антиматерии. Эти два материала уничтожают друг друга при взаимодействии, так как так получилось, что на текущем этапе так много материи, и так мало антиматерии? LHCb разработан как раз для ответа на этот вопрос.

Мысли о следующем большом шаге для науки частиц, вероятно, остаются в коллайдере еще на некоторое время. И вместо создания нового проекта, ученые озабочены более сильным разгоном в существующем коллайдере. Ускоритель снова распахнул свои двери после длительной серии модернизаций. Никто не говорит, как много раз еще можно толкнуть физику в этом направлении до следующего совершенно нового проекта настолько же масштабного.

Система Orphus
comments powered by Disqus
 
Top