Large Hadron Collider (LHC) a fost lansat pe 10 septembrie 2008. Nouă zile mai târziu, în cel mai mare accelerator de pe planetă particule elementare a avut loc un accident și oamenii de știință au fost forțați să nu mai lucreze la el. Imediat înainte de lansarea LHC și la ceva timp după defecțiune, în mass-media au apărut o cantitate imensă de știri despre colisionar, dar treptat fluxul de informații uscat. Ce se întâmplă acum cu LHC și în jurul lui?
Start fals
Lansarea LHC a fost așteptată cu nerăbdare nu numai de fizicieni, ci și de oamenii care și-au amintit ultima oară această știință la școală. Această atenție atipică pentru cercetare a fost susținută cu sârguință de jurnaliști, inclusiv de cei departe de știință. In afara de asta, rol important Specialiștii care lucrează la el au jucat un rol în „promovarea” ciocnitorului, care este un comportament atipic pentru oamenii de știință.
După o campanie publicitară atât de activă, specialiștii LHC nu au putut dezamăgi așteptările milioanelor de oameni de pe Pământ și a amâna lansarea acceleratorului. Evenimentul semnificativ a fost programat pentru 10 septembrie 2008, dar cu puțin timp înainte de această dată, oamenii de știință au întâlnit o serie de probleme tehnice. În ziua stabilită, primele fascicule de protoni au trecut de-a lungul inelului de 27 de kilometri al acceleratorului. Cercetătorii au condus protoni, depășind programul planificat anterior.
În următoarele câteva zile, oamenii de știință s-au bucurat că instalația colosală pe care o creaseră funcționa așa cum ar trebui (deși din când în când au apărut dificultăți tehnice minore), iar oamenii obișnuiți au fost fericiți. Dar pe 19 septembrie, în jurul prânzului, situația a scăpat de sub control. Aproximativ o sută de magneți de coliziune au ieșit din starea supraconductoare, ceea ce este posibil la temperaturi sub 1,9 kelvin (-271,3 grade Celsius). Magneții au început să se încălzească, iar când temperatura a ajuns la 100 Kelvin, aproximativ șase tone de heliu lichid au fost eliberate în tunelul de accelerație din sistemul criogenic care menține magnetul în stare supraconductoare.
Magneții eșuați sunt denumiți așa-numiții magneți de îndoire. Sunt necesare pentru a menține fasciculele de protoni pe traiectoria corectă. Sistemul magnetic al LHC include și magneți de focalizare care împiedică protonii încărcați pozitiv să „fugă” din cauza repulsiei electrostatice. Magneți motiv special, instalat în două puncte - unde protonii intră și ies din inelul de accelerație - controlează fasciculul numai în timpul injectării și descarcării acestuia.
Imediat după accident, a devenit clar că ciocnitorul a fost grav avariat, dar o evaluare precisă a pagubelor cauzate a durat mult timp. Tunelul de accelerație este situat la o adâncime de 100 de metri și menține o temperatură constant scăzută. Pentru a înțelege ce și de ce s-a întâmplat pe 19 septembrie, oamenii de știință au trebuit să încălzească secțiunea deteriorată la temperatura camerei și apoi să demonteze parțial structurile LHC.
În concluzia finală a comisiei tehnice a CERN (Centrul European de Cercetare Nucleară, organizatie internationala, care supraveghează proiectul LHC), lansat pe 5 decembrie 2008, s-a ajuns la concluzia că cauza accidentului a fost un defect în instalarea unuia dintre contactele dintre magneți. Valoarea prejudiciului cauzat a fost de . Era planificat să cheltuiască jumătate din această sumă pentru lucrări de reparații, iar restul de 10 milioane urmau să fie cheltuiți pentru achiziționarea de noi magneți.
Puțin mai târziu, directorul general al CERN, Rolf-Dieter Heuer, a anunțat că repararea LHC va costa cu aproape o treime mai mult. Potrivit noilor estimări, costul estimat al lucrării este de . Durata estimată a reparațiilor a crescut și ea. Inițial, au spus reprezentanții CERN, apoi termenul. În prezent, oamenii de știință promit că vor începe lansările de testare de protoni în octombrie 2009.
Pe lângă înlocuirea sau repararea efectivă a magneților deteriorați, specialiștii CERN au dezvoltat un sistem de diagnosticare care este capabil să identifice daune care ar putea provoca un nou accident. Folosind acest sistem, mai multe conexiuni defecte au fost deja detectate în alte sectoare ale inelului de accelerație. La începutul lunii mai, oamenii de știință au descoperit că unele contacte pot conține defecte de un tip ușor diferit. S-a decis înlocuirea unora dintre ele cu altele noi.
Fondurile pentru eliminarea consecințelor accidentului urmau să fie furnizate de țările membre CERN. Cheltuielile suplimentare în sine nu sunt un eveniment plăcut, iar apoi a lovit criza financiară. Alocarea de fonduri nu pentru a salva economia, ci pentru un dispozitiv de neînțeles cu un nume complex, nu a părut o idee rezonabilă tuturor statelor.
La începutul lunii mai 2009, Austria și-a anunțat. Conform oficiali, guvernul ar putea cheltui cele 17 milioane pe care CERN le merge anual la bugetul CERN cu beneficii mai mari pentru țară. Oamenii de știință austrieci au perceput extrem de negativ decizia guvernului, iar pe 18 mai, cancelarul țării a anunțat că Austria.
Nu numai BAK
În ciuda cantității uriașe de resurse cheltuite pentru repararea LHC, CERN continuă să sprijine altele proiecte științifice. În perioada 10-13 mai, Centrul a găzduit o conferință dedicată discuției lor. Pentru a efectua majoritatea experimentelor, oamenii de știință folosesc inelele acceleratoare „boost” ale LHC (protonii iau viteză în inele mai mici înainte de a intra în tunelul de 27 de kilometri). Programul conferinței și link-uri către textele rapoartelor pot fi găsite.
Tom Hanks în rolul profesorului Langdon. Fotografie din filmul „Îngeri și demoni”
În paralel cu pur activități științifice CERN continuă să desfășoare activ activități educaționale. Concomitent cu premiera filmului lui Ron Howard, a fost lansat un site care explică esența fenomenelor științifice menționate în film. În poveste, personajele principale încearcă să salveze Vaticanul, pe care atacatorii vor să-l distrugă cu ajutorul celui creat la CERN. O parte a site-ului reproduce ceea ce a fost publicat anterior despre antimaterie, dar unele secțiuni ale site-ului dedicate experimentelor la LHC și bosonul Higgs sunt noi.
Baza științifică a filmului, bazată pe romanul cu același nume al lui Dan Brown, nu poate fi numită impecabilă. Cu toate acestea, reprezentanții CERN colaborează în mod activ cu echipa de filmare și folosesc filmul pentru a face publicitate colisionantului. În timpul unei vizite la CERN în februarie, liderul Tom Hanks a dat din cap la ceremonia de relansare a LHC.
O altă categorie de cetățeni (pe lângă iubitorii de film) pe care CERN încearcă să-i implice în experimentele LHC sunt copiii. La sfârșitul lunii martie 2009, „Zernlandia” a apărut pe internet - un site unde puteți face o excursie la desenul animat LHC. Prin finalizarea diferitelor misiuni, vizitatorii site-ului vor afla numele și esența experimentelor efectuate la colisionar și scopul diferitelor instalații LHC.
Ce urmeaza?
Problemele tehnice care au apărut la colisionar sunt grave (dată fiind dimensiunea LHC, foarte grave). Pentru a le elimina, specialiștii CERN vor trebui să depună un efort enorm și este posibil ca în timpul controalelor să fie descoperite noi defecte. Pe acest moment este dificil de spus dacă oamenii de știință vor putea obține suficiente finanțare pentru a încerca din nou să distrugă Pământul și să efectueze un experiment măreț. Cu toate acestea, cercetătorii rămân optimiști, iar viața științifică la CERN continuă să se dezvolte. Și acesta este cel mai important lucru.
Anul acesta, oamenii de știință intenționează să reproducă într-un laborator nuclear acele condiții curate îndepărtate, când nu existau protoni și neutroni, ci o plasmă continuă de quarc-gluoni. Cu alte cuvinte, cercetătorii speră să vadă lumea particulelor elementare așa cum a fost doar o fracțiune de microsecunde după Big Bang, adică după formarea Universului. Programul se numește „Cum a început totul”. În plus, de mai bine de 30 de ani, în lumea științifică s-au construit teorii pentru a explica prezența masei în particulele elementare. Una dintre ele sugerează existența bosonului Higgs. Această particulă elementară este numită și divină. După cum a spus unul dintre angajații CERN, „după ce am prins urmele bosonului Higgs, voi veni la propria bunica și voi spune: uite, te rog, din cauza acestui lucru mic, ai atât de multe kilograme în plus”. Dar existența bosonului nu a fost încă confirmată experimental: toate speranțele stau în acceleratorul LHC.
Large Hadron Collider este un accelerator de particule care le va permite fizicienilor să pătrundă mai adânc în materie decât oricând. Esența lucrării la ciocnizor este studierea ciocnirii a două fascicule de protoni cu o energie totală de 14 TeV per proton. Această energie este de milioane de ori mai mare decât energia eliberată într-un singur act de fuziune termonucleară. În plus, vor fi efectuate experimente cu nuclee de plumb care se ciocnesc la o energie de 1150 TeV.
Acceleratorul LHC va oferi nou nivelîntr-o serie de descoperiri de particule care au început acum un secol. La acea vreme, oamenii de știință tocmai descoperiseră tot felul de raze misterioase: raze X, radiații catodice. De unde provin, originea lor este de aceeași natură și, dacă da, care este?
Astăzi avem răspunsuri la întrebări care ne permit să înțelegem mult mai bine originea Universului. Cu toate acestea, chiar la începutul secolului XXI, ne confruntăm cu noi întrebări, răspunsuri la care oamenii de știință speră să le obțină cu ajutorul acceleratorului LHC. Și cine știe ce noi domenii ale cunoașterii umane vor presupune cercetările viitoare. Între timp, cunoștințele noastre despre Univers sunt insuficiente.
Membru corespondent al Academiei Ruse de Științe de la Institutul de Fizică a Energiei Înalte Serghei Denisov comentează:
- La acest ciocnitor participă mulți fizicieni ruși, care își pun anumite speranțe în descoperirile care se pot întâmpla acolo. Principalul eveniment care se poate întâmpla este descoperirea așa-numitei particule ipotetice Higgs (Peter Higgs este un fizician scoțian remarcabil.). Rolul acestei particule este extrem de important. Este responsabil pentru formarea masei altor particule elementare. Dacă o astfel de particulă este descoperită, va fi cea mai mare descoperire. Ar confirma așa-numitul Model Standard, care este acum utilizat pe scară largă pentru a descrie toate procesele din microcosmos. Până când această particulă nu este descoperită, acest model nu poate fi considerat pe deplin fundamentat și confirmat. Acesta este, desigur, primul lucru pe care oamenii de știință îl așteaptă de la acest colisionar (LHC).
Deși, în general, nimeni nu consideră că acest Model Standard este adevărul suprem. Și, cel mai probabil, conform celor mai mulți teoreticieni, este o aproximare sau, uneori spun ei, o „aproximare cu energie scăzută” la o teorie mai generală, care descrie lumea la distanțe de un milion de ori mai mici decât dimensiunea nucleelor. Este ca și cum teoria lui Newton ar fi o „aproximare cu energie scăzută” față de teoria relativității a lui Einstein. A doua sarcină importantă asociată cu ciocnitorul este să încercăm să trecem dincolo de limitele acestui model standard, adică să facem tranziția la noi intervale spațiu-timp.
Fizicienii vor putea înțelege în ce direcție trebuie să se miște pentru a construi o teorie a fizicii mai frumoasă și mai generală, care să fie echivalentă cu intervale spațiu-timp atât de mici. Procesele care sunt studiate acolo reproduc în esență procesul de formare a Universului, așa cum se spune, „în momentul de față Big bang" Desigur, aceasta este pentru cei care cred în această teorie că Universul a fost creat în acest fel: o explozie, apoi procesează la energii super-înalte. Călătoria în timp despre care se discută poate fi legată de acest Big Bang.
Oricum ar fi, LHC este un progres destul de serios în adâncurile microlumii. Prin urmare, se pot deschide lucruri complet neașteptate. Voi spune un lucru: proprietăți complet noi ale spațiului și timpului pot fi descoperite la LHC. În ce direcție vor fi deschise este greu de spus acum. Principalul lucru este să străpungi din ce în ce mai mult.
Referinţă
Organizația Europeană pentru Cercetare Nucleară (CERN) este cel mai mare centru de cercetare din lume în domeniul fizicii particulelor. Până în prezent, numărul țărilor participante a crescut la 20. Aproximativ 7.000 de oameni de știință, reprezentând 500 de centre de cercetare și universități, utilizează echipamente experimentale CERN. Apropo, Institutul Rus de Fizică Nucleară SB RAS a fost, de asemenea, implicat direct în lucrările la Large Hadron Collider. Specialiștii noștri sunt ocupați în prezent cu instalarea și testarea echipamentelor care au fost dezvoltate și fabricate în Rusia pentru acest accelerator. Large Hadron Collider este de așteptat să fie lansat în mai 2008. După cum a spus Lyn Evans, șeful proiectului, acceleratorului îi lipsește doar o parte - un buton mare roșu.
Momentul relansării LHC a fost deja amânat de mai multe ori din cauza descoperirii de noi probleme cu acesta. În special, la mijlocul lunii iulie 2009, la ciocnizor au fost descoperite probleme de etanșare și scurgeri în sistemul de răcire din sectoarele 8-1 și 2-3, din cauza cărora lansarea civizorului a fost din nou amânată.
CERN a anunțat că fasciculele de protoni vor începe să circule în jurul inelului de 27 de kilometri din nou la mijlocul lunii noiembrie, ciocnirile de particule începând cu câteva săptămâni mai târziu.
Specialiștii CERN intenționează să efectueze mai întâi coliziuni la energia etapei anterioare a acceleratorului - 450 gigaelectronvolți pe fascicul și abia apoi să crească energia la jumătate din proiectare - până la 3,5 teraelectronvolți pe fascicul.
Cu toate acestea, fizicienii notează că, chiar și la această energie, obiectivul de a crea un ciocnitor - detectarea bosonului Higgs, particula responsabilă de masa tuturor celorlalte particule elementare - poate fi atins.
LHC va funcționa în acest mod până la sfârșitul anului 2010, după care va fi oprit în pregătirea tranziției la o energie de 7 teraelectronvolți pe fascicul.
În mai 2009, filmul de aventură „Îngeri și demoni” bazat pe cartea cu același nume a lui Dan Brown a fost lansat în întreaga lume.
CERN joacă un rol cheie în intriga acestei lucrări, iar mai multe scene ale filmului au fost filmate în sediul CERN. Întrucât filmul conține elemente de ficțiune, inclusiv în descrierea a ceea ce și cum este studiat la CERN, conducerea CERN a considerat că este util să prevină acele întrebări care vor apărea inevitabil la mulți spectatori ai filmului. În acest scop, a fost lansat un site special Îngeri și Demoni - știința din spatele poveștii. Vorbește într-o formă accesibilă despre acestea fenomene fizice, care sunt țesute în intriga filmului (în primul rând, producția, depozitarea și proprietățile antimateriei).
Dezvoltarea intrigii începe cu două evenimente aparent fără legătură, dar totuși cheie pentru film: moartea actualului Papă și finalizarea experimentelor cu Large Hadron Collider. În urma testelor, oamenii de știință obțin o antimaterie care poate fi comparată ca forță cu cea mai mare. armă puternică. Societatea secretă a Illuminati decide să folosească această invenție în scopuri proprii - să distrugă Vaticanul, centrul catolicismului mondial, care acum a rămas fără cap.
Materialul a fost pregătit pe baza informațiilor de la RIA Novosti și a surselor deschise
Unde este amplasat Large Hadron Collider?
În 2008, CERN (Consiliul European pentru Cercetare Nucleară) a finalizat construcția unui accelerator de particule super-puternic numit Large Hadron Collider. În engleză: LHC – Large Hadron Collider. CERN este o organizație interguvernamentală internațională organizare stiintifica, înființată în 1955. De fapt, este cel mai important laborator din lume în domeniul energiei înalte, fizicii particulelor și energie solara. Aproximativ 20 de țări sunt membre ale organizației.
De ce este nevoie de Large Hadron Collider?
În vecinătatea Genevei, un inel de magneți supraconductori a fost creat pentru a accelera protonii într-un tunel circular de beton de 27 de kilometri (26.659 m). Este de așteptat ca acceleratorul nu numai să ajute la pătrunderea în misterele microstructurii materiei, ci să facă posibil și să avanseze în căutarea unui răspuns la întrebarea noilor surse de energie în adâncurile materiei.
În acest scop, odată cu construcția acceleratorului propriu-zis (care costă peste 2 miliarde de dolari), au fost create patru detectoare de particule. Dintre acestea, două sunt mari universale (CMS și ATLAS) și două sunt mai specializate. Costul total al detectorilor se apropie, de asemenea, de 2 miliarde de dolari. Peste 150 de institute din 50 de țări, inclusiv rusă și belarusă, au participat la fiecare dintre marile proiecte CMS și ATLAS.
Vânătoarea evazivă a bosonului Higgs
Cum funcționează acceleratorul colisionarului cu hadron? Civizorul este cel mai mare accelerator de protoni care operează pe fascicule care se ciocnesc. Ca urmare a accelerației, fiecare dintre fascicule va avea o energie în sistemul de laborator de 7 teraelectron volți (TeV), adică 7x1012 electron volți. Când protonii se ciocnesc, se formează multe particule noi, care vor fi înregistrate de detectoare. După analiza particulelor secundare, datele obținute vor ajuta să răspundă la întrebări fundamentale care îi preocupă pe oamenii de știință implicați în fizica microlumilor și astrofizică. Printre problemele principale se numără detectarea experimentală a bosonului Higgs.
Acum faimosul boson Higgs este o particulă ipotetică care este una dintre componentele principale ale așa-numitului model clasic, standard, al particulelor elementare. Numit după teoreticianul britanic Peter Higgs, care a prezis existența sa în 1964. Bosonii Higgs, fiind cuante din câmpul Higgs, se crede că sunt relevanți pentru întrebările fundamentale din fizică. În special, la conceptul de origine a maselor de particule elementare.
În perioada 2-4 iulie 2012, o serie de experimente de coliziune au dezvăluit o anumită particulă care poate fi corelată cu bosonul Higgs. Mai mult, datele au fost confirmate atunci când au fost măsurate atât de sistemul ATLAS, cât și de sistemul CMS. Există încă dezbateri despre dacă notoriul boson Higgs a fost într-adevăr descoperit sau dacă este o altă particulă. Cert este că bosonul descoperit este cel mai greu detectat vreodată. Fizicieni de frunte ai lumii au fost invitați să rezolve întrebarea fundamentală: Gerald Guralnik, Carl Hagen, Francois Englert și însuși Peter Higgs, care a fundamentat teoretic existența unui boson numit în cinstea lui încă din 1964. După analizarea matricei de date, participanții la studiu tind să creadă că bosonul Higgs a fost într-adevăr descoperit.
Mulți fizicieni au sperat că studiul bosonului Higgs va dezvălui „anomalii” care ar duce la vorbirea despre așa-numitul „ Fizică nouă" Cu toate acestea, până la sfârșitul anului 2014, aproape întregul set de date acumulat în ultimii trei ani ca urmare a experimentelor la LHC a fost procesat și nu au fost identificate abateri interesante (cu excepția cazurilor izolate). De fapt, s-a dovedit că dezintegrarea cu doi fotoni a notoriului boson Higgs sa dovedit a fi, potrivit cercetătorilor, „prea standard”. Cu toate acestea, experimentele planificate pentru primăvara lui 2015 pot surprinde lumea științifică cu noi descoperiri.
Nu doar un boson
Căutarea bosonului Higgs nu este scopul în sine al unui proiect gigant. De asemenea, este important ca oamenii de știință să caute noi tipuri de particule care să permită judecarea interacțiunii unificate a naturii în stadiul incipient al existenței Universului. Oamenii de știință disting acum patru interacțiuni fundamentale natura: puternică, electromagnetică, slabă și gravitațională. Teoria sugerează că în primele etape ale universului ar fi putut exista interacțiune unificată. Dacă sunt descoperite noi particule, această versiune va fi confirmată.
Fizicienii sunt, de asemenea, îngrijorați de originea misterioasă a masei particulelor. De ce particulele au masă? Și de ce au astfel de mase și nu altele? Apropo, aici ne referim întotdeauna la formulă E=mc². Orice obiect material are energie. Întrebarea este cum să-l eliberăm. Cum să creăm tehnologii care să permită eliberarea acestuia dintr-o substanță cu eficiență maximă? Aceasta este principala problemă energetică astăzi.
Cu alte cuvinte, proiectul Large Hadron Collider va ajuta oamenii de știință să găsească răspunsuri la întrebări fundamentale și să extindă cunoștințele despre microcosmos și, astfel, despre originea și dezvoltarea Universului.
Contribuția oamenilor de știință și inginerilor bieloruși și ruși la crearea LHC
În faza de construcție, partenerii europeni de la CERN au apelat la un grup de oameni de știință din Belarus cu experiență serioasă în acest domeniu pentru a lua parte la crearea detectorilor pentru LHC încă de la începutul proiectului. La rândul lor, oamenii de știință din Belarus au invitat colegii de la Institutul Comun pentru Cercetare Nucleară din orașul științific Dubna și alții să coopereze instituțiile rusești. Specialiștii ca o singură echipă au început să lucreze la așa-numitul detector CMS - „Compact Muon Solenoid”. Constă din multe subsisteme complexe, fiecare proiectat pentru a îndeplini sarcini specifice și, împreună, oferă identificarea și măsurarea precisă a energiilor și unghiurilor de plecare ale tuturor particulelor produse în timpul coliziunilor de protoni la LHC.
La crearea detectorului ATLAS au participat și specialiști bieloruși-ruși. Aceasta este o instalație de 20 m înălțime capabilă să măsoare traiectoriile particulelor cu o precizie ridicată: până la 0,01 mm. Senzorii sensibili din interiorul detectorului conțin aproximativ 10 miliarde de tranzistori. Scopul prioritar al experimentului ATLAS este detectarea bosonului Higgs și studierea proprietăților acestuia.
Fără a exagera, oamenii de știință noștri au adus o contribuție semnificativă la crearea detectorilor CMS și ATLAS. Unele componente importante au fost fabricate în Minsk Uzina de constructii de masini lor. revoluția din octombrie(MZOR). În special, calorimetre cu hadron de capăt pentru experimentul CMS. În plus, planta a produs foarte elemente complexe sistemul magnetic al detectorului ATLAS. Acestea sunt produse de dimensiuni mari care necesită tehnologii speciale de prelucrare a metalelor și prelucrare de ultra-precizie. Potrivit tehnicienilor CERN, comenzile au fost finalizate cu brio.
Nici „contribuția indivizilor la istorie” nu poate fi subestimată. De exemplu, inginer Candidatul de Științe Tehnice Roman Stefanovich este responsabil pentru mecanica de ultraprecizie în proiectul CMS. Ei spun chiar în glumă că fără el CMS-ul nu ar fi fost construit. Dar serios, putem spune destul de sigur: fără el, termenele de asamblare și punere în funcțiune cu calitatea cerută nu ar fi fost respectate. Un alt ingineri electronici ai noștri, Vladimir Cehovsky, care a trecut de o competiție destul de dificilă, depanează astăzi electronica detectorului CMS și a camerelor sale de muoni.
Oamenii noștri de știință sunt implicați atât în lansarea detectorilor, cât și în partea de laborator, în funcționarea, întreținerea și actualizarea acestora. Oamenii de știință din Dubna și colegii lor din Belarus își ocupă pe deplin locul în comunitatea internațională de fizică CERN, care lucrează pentru a obține noi informații despre proprietățile profunde și structura materiei.
Video
Recenzie de pe canal Știință simplă, arătând clar principiul de funcționare al acceleratorului:
Recenzie de la uanaal Galileo:
Lansare Hadron Collider 2015: