Большой адронный коллайдер

Опубликовано 31-01-2012

22

Величайший научный эксперимент в мире, призванный воссоздать в миниатюре условия Вселенной на заре ее существования вскоре после Большого взрыва, произошедшего 14 миллиардов лет назад, запланирован на начало осени.

Европейский центр молекулярной физики под Женевой (CERN) направит два луча из ядер водорода (протонов) навстречу друг другу со скоростью, близкой к скорости света, и сведет их вместе в 27-километровом замкнутом тоннеле коллайдера .

Физики предполагают, что эти сверхмощные столкновения протонов – а затем и гораздо более тяжело заряженных частиц, – породят множество субатомных частиц, никогда прежде не виданных на Земле. В результате появятся новые теории сил и частиц, определяющих судьбы Вселенной.

Вероятное открытие частицы Хиггса, которая, предположительно, наделяет материю массой, привлекает наибольшее внимание. Однако, по словам мисс Джанотти, первым значительным научным достижением этого эксперимента может стать доказательство или опровержение "суперсимметрии" – теории, гласящей, что любая субатомная частица имеет гораздо более тяжелого партнера, или "суперчастицу".

Смежные темы:

Квантовая механика: понимание микро-мира
http://vkontakte.ru/topic-3090109_23874956

Кружок ядерной физики (подраздел темы "Большой адронный коллайдер")
http://vkontakte.ru/topic-3090109_7689990

Энергия и энергетика
http://vkontakte.ru/topic-3090109_21955464

Темная материя и энергия
http://vkontakte.ru/topic-3090109_22137146

Comments Page

Вчера был успешно запущен Большой адронный коллайдер LHC!

Что можно будет изучить на LHC в 2008 году

Во время стадии A будет накоплена интегральная светимость порядка нескольких pb–1. Этого будет достаточно для обнаружения и измерения ключевых процессов Стандартной модели: рождение и распад W- и Z-бозонов, t-кварк–антикварковых пар, тяжелых мезонов и т. д. Все эти процессы были уже изучены ранее, в частности на коллайдере Тэватрон. Наблюдение всех нужных частиц с измеренными ранее значениями масс и ширин распада — важный шаг в проверке того, что детекторы работают правильно, что всё собрано и откалибровано должным образом.

Уже здесь ожидаются некоторые новые результаты. Например, теория пока плохо предсказывает изменение с ростом энергии распределения заряженных адронов по быстроте. На Тэватроне эта величина измерена для полной энергии 1,8 ТэВ, но предсказания разных моделей для энергий LHC существенно различаются. Это связано с тем, что до сих пор недостаточно хорошо понят процесс адронизации.

В стадии B будет накоплено порядка 100 pb–1 интегральной светимости. Это достаточно для набора примерно миллиона W-бозонов, 100 000 Z-бозонов и 10 000 топ-кварковых пар. Такая статистика позволит детально изучить свойства этих процессов и, возможно, улучшить некоторые результаты Тэватрона. При такой светимость станут возможными первые поиски хиггсовского бозона и других явлений.

Светимость коллайдера.
Важной «инструментальной» характеристикой коллайдера является его светимость; чем она больше, тем чаще происходят столкновения частиц из встречных пучков. Светимость зависит от количества частиц в каждом пучке и от того, насколько плотно частицы собраны, то есть насколько хорошо пучок сфокусирован в точке столкновений.

Методы повышения светимости

Частицы в кольцевом ускорителе летают не сплошным потоком, а разбиты на отдельные компактные сгустки (на жаргоне — «банчи», от английского bunch — сгусток). Существует несколько возможностей для увеличения светимость ускорителей:
–Увеличение частиц в каждом сгустке. Тут есть естественный предел: одноименно заряженные частицы расталкиваются, и потому слишком много частиц в одном сгустке просто не удержишь.
–Увеличение количества сгустков. По этому пути пошли разработчики LHC — при проектной светимости в нём будут циркулировать по 2808 сгустков в каждом из двух встречных пучков. Время между столкновениями сгустков будет составлять всего 25 нс. Это накладывает очень жесткие требования на параметры детектора и электронику, считывающую данные, — ведь за эти 25 нс надо успеть не только зарегистрировать рожденные частицы, но и передать компьютерам всю собранную информацию, а также «очистить» детектор, подготовив его к приему новой порции частиц.
–Сжатие сгустков. Из-за сильного электрического расталкивания сгустки летают по ускорительному кольцу в довольно разреженном состоянии, и только вблизи точек столкновения их сильно сжимают специальные фокусирующие магниты. Правда, минимально достижимый поперечный размер сгустка зависит не только от свойств этого магнита, но и от того, насколько сильно «бултыхаются» частицы внутри сгустка при его движении в ускорителе. Для подавления этого бултыхания пучки требуется охлаждать.

Следует отметить, что далеко не всегда нужно стремиться к максимально возможной светимости. Дело в том, что если в каждом сгустке будет очень много частиц, то при каждом столкновении двух встречных сгустков будет одновременно происходить несколько независимых протон-протонных столкновений. Детектор будет видеть наложенные друг на друга следы сразу всех этих столкновений, и разобраться в них будет еще тяжелее, чем в случае одного-единственного столкновения. Это нежелательное, но неизбежное при высокой светимости явление называется эффектом нагромождения (pile-up).

А в это время в Африке все также умирают от голода дети

вы еще вспомните о стройке 4-го транспортного кольца в Москве,вместо постройки которого,на эти же деньги, влегкую можно было еще построить пару-другую коллайдеров))))

Дети в Африке умирали и во времена Эйнштейна и Марии Склодовской-Кюри. И во времена Аристотеля тоже умирали.
Так что же, из-за этих африканских детей остановить НТП? Никто на это никогда не пойдёт.
Да и сам научно-технический прогресс приближает нас к изобилию и бессмертию. Так что будет и африканским детям счастье

По вспышкам сверхновых можно определить, где еще во Вселенной запускали адронные коллайдеры.)

А какую опасность, по-Вашему, таит в себе БАК?

Аргументы в пользу катастрофического сценария
По мнению сторонников катастрофического сценария, существует принципиальная разница между бомбардировкой Земли космическими частицами и экспериментами на ускорителе. В первом случае сталкиваются прилетающие из космоса ультрарелятивистские (летящие со скоростью, близкой к скорости света) элементарные частицы с элементарными частицами на Земле, скорость которых мала. Образующиеся частицы также являются ультрарелятивистскими и улетают в космическое пространство, не успев причинить Земле никакого вреда. В коллайдере же сталкиваются пучки элементарных частиц, летящие с ультрарелятивистскими скоростями в противоположных направлениях. Образующиеся микроскопические чёрные дыры и другие опасные частицы могут вылетать с любыми скоростями. Некоторые из них будут настолько медленными, что не смогут покинуть Землю.

Общая теория относительности в виде, предложенном Эйнштейном, не допускает возникновения микроскопических чёрных дыр в коллайдере. Однако они будут возникать, если верны теории с дополнительными пространственными измерениями. По мнению сторонников катастрофического сценария, хотя такие теории и умозрительны, вероятность того, что они верны, составляет десятки процентов. Излучение Хокинга, приводящее к испарению чёрных дыр, также является гипотетическим — оно никогда не было экспериментально подтверждено. Поэтому есть достаточно большая вероятность того, что оно не действует.

Кроме того, высока вероятность образования страпелек.

В экспериментах на ускорителях высоких энергий изучаются самые экстремальные состояния материи. Хотя эти экстремальные состояния возникают в крошечных объемах и на совершенно ничтожное время, эти объекты всё же «чужеродны» для привычного нам мира. Поэтому при проектировании новых ускорителей на сверхвысокие энергии полезно задавать себе вопрос: не могут ли эксперименты на этом ускорителе нанести вред окружающему нас миру?
Этот вопрос был, разумеется, поставлен перед началом работы над созданием LHC, и на него был дан отрицательный ответ. Физики-экспериментаторы — по-хорошему консервативные люди, и если бы существовали малейшие поводы для реальных сомнений в безопасности LHC, события развивались бы совсем иначе.

Для того чтобы максимально объективно изучить и изложить положение вещей, при LHC была создана специальная группа LSAG (the LHC Safety Assessment Group), которая снова перепроверила вопросы безопасности LHC. Ее окончательный отчет основан на более свежих теоретических, экспериментальных и наблюдательных данных и подтверждает, а иногда и усиливает более ранние выводы (подобные отчеты делались и раньше, в том числе и для других ускорителей).

Ниже перечислены четыре возможности, которые, в принципе, могли бы привести к «катастрофическому сценарию» экспериментов на LHC. Для каждого варианта кратко описано, при каких теоретических предположениях он мог бы реализоваться, и затем приведены экспериментальные или астрофизические данные, которые доказывают безопасность LHC.

Главный аргумент против «катастрофического сценария» заключается в том, что, по меркам природы, LHC — очень скромный эксперимент. Когда космические лучи бомбардируют Землю, то время от времени происходят столкновения, энергетически эквивалентные столкновениям на LHC. За всё время существования Земли она «накопила» столкновений в сто тысяч раз больше, чем планируется набрать на LHC за время его работы. Если же принять во внимание другие небесные тела, то число возрастает на порядки. Оценено, что каждую секунду (!) во Вселенной происходят миллионы экспериментов, превосходящих LHC по энергии и количеству столкновений.
В прессе иногда пишут, что, согласно ЦЕРНу, официальная оценка вероятности катастрофического сценария — 1 шанс к 50 миллионам. Это неверная информация. Во-первых, в отчетах по безопасности фигурирует не сама вероятность, а ограничение сверху на эту вероятность (то есть утверждается, что эта вероятность заведомо меньше некоторого предела, но какая она на самом деле, не утверждается). Оценить вероятность того, что какая-то экзотическая теория окажется верной, вряд ли возможно, а из наблюдательных данных (то есть отсутствия свидетельств разрушения небесных тел под действием космических лучей) ничего, кроме ограничения сверху, определить нельзя. Во-вторых, фигурирующие в отчете ограничения сверху на много порядков меньше этого числа.

Надо подчеркнуть, что, несмотря на все эти отчеты, время от времени находятся люди, которые считают, что физики ошибаются в расчетах вероятности катастрофы, и поэтому их выводам не доверяют. Как правило, эти люди сами не физики и тем более не специалисты по физике элементарных частиц, поэтому их аргументация не относится к научным утверждениям, используемым специалистами для доказательства безопасности LHC. Такие люди будут появляться и в будущем, о них будут писать СМИ, но к этим сообщениям не стоит относиться серьезно.

Микроскопические черные дыры.
В представлении обыкновенного читателя черные дыры выглядят неким «оплотом зла» — они втягивают в себя всё вещество без разбора и за счет этого растут. Неудивительно, что когда кто-то краем уха слышит про возможность рождения черных дыр на LHC, он может забеспокоиться.
Тут есть распространенное заблуждение, что черные дыры обязательно будут рождаться на LHC, а физики-де пытаются убедить весь мир, что они будут безопасными. На самом деле, черные дыры в том виде, в котором мы их сейчас знаем, вообще не могут рождаться на LHC. А станет этот процесс возможным, только если окажется верной одна очень смелая гипотеза теоретиков — о том, что гравитация становится сильной на масштабе энергий порядка 1 ТэВ. Никакого экспериментального подтверждения эта гипотеза пока не нашла, и большинство физиков полагает, что это лишь занятная математическая конструкция, но не более того.
Тем не менее, нужно рассмотреть вариант, когда эта гипотеза оказывается верной. Тогда, согласно ей, микроскопические черные дыры действительно будут рождаться на LHC и, согласно ей же, — тут же распадаться на обычные частицы. Такая микроскопическая черная дыра просто не успеет ничего начать поглощать.
Можно также совсем отказаться от теоретических рассуждений и воспользоваться наблюдательными данными. Если черные дыры смогут родиться на LHC, то они тогда должны рождаться и при столкновении космических лучей с небесными телами. Тот факт, что Земля, Солнце, а также компактные звезды существуют миллиарды лет и не превратились в черную дыру, означает, что на самом деле этой опасности нет.

Нестабильность вакуума.
Самая глобальная катастрофа, которую можно себе представить, — это разрушение всей Вселенной. Такое могло бы случиться, если бы вакуум в нашем мире был не настоящим, а «ложным» вакуумом, с некоторым запасом энергии. Тогда если бы была возможность перевести вакуум из ложного в настоящий в некотором начальном объеме, то возник бы пузырь настоящего вакуума, который бы расширялся во все стороны со скоростью света и с большим энерговыделением. В результате такого перехода на месте пузыря возникла бы более стабильная Вселенная с иными свойствами.
Надо понимать, что нет никаких теоретических, а тем более экспериментальных свидетельств в пользу гипотезы, что мы живет в ложном вакууме. Это лишь одна из многочисленных «математически разрешенных» идей, которая может иметь, а может и не иметь отношение к реальности. Даже если она верна, то отсюда еще не следует, что переход нынешней Вселенной из ложного в истинный вакуум возможен в процессах столкновения частиц.
Это то, что касается положения дел в теории. А в эксперименте всё намного проще. Если хоть где-то во всей наблюдаемой части Вселенной такой процесс произошел бы в столкновении космических лучей, то разрушилась бы вся Вселенная. Но мы существуем, следовательно, такие процессы не происходят. Не произойдут они на LHC, поскольку природа уже провела огромное число экспериментов масштаба LHC.

Магнитные монополи.
Монополи — это гипотетические объекты, несущие на себе отдельный магнитный заряд. Современная физика не запрещает существование таких объектов, а в некоторых теориях они даже с необходимостью появляются. Проводились многочисленные эксперименты по поиску природных монополей, но все они неизменно давали отрицательные результаты.
Можно часто слышать утверждение, что монополи обязательно будут вызывать распад протона, словно наличие магнитного заряда как-то дестабилизирует протон. Это не так. Прежде всего, неизвестно, распадается ли протон вообще. Здесь тоже ставились многочисленные эксперименты, но ни в одном из них распад ни одного протона не был зарегистрирован.
Когда же говорят про распад протона, то имеют в виду пока чисто теоретические конструкции, не подтвержденные экспериментально. Например, распад протона возникает в теориях Великого объединения (то есть объединения сильного и электрослабого взаимодействий), однако ни одной по-настоящему работающей теории такого типа пока не построено. Именно в таких теориях появляются объекты, способные катализировать протонный распад, и по некоторой случайности эти объекты имеют также магнитный заряд. Так что с точки зрения распада протона «опасны» только гипотетические монополи из теорий Великого объединения, и то если их сечение взаимодействия собычной материей достаточно велико.
Описывают ли эти теории реальность или нет (то есть существуют ли опасные монополи в природе) — пока неизвестно. Еще более неизвестно, могут ли они рождаться на LHC. Однако здесь работает такой же астрофизический критерий, как и для черных дыр. Если такие объекты смогут рождаться на LHC, то они бы в изобилии рождались при бомбардировке космическими лучами поверхности Земли, Солнца и других небесных тел и давно бы их разрушили. А раз этого не произошло, то и от LHC вреда не будет.

Странное вещество.
На стыке ядерной физики и физики элементарных частиц есть одно направление исследований, которое бурно развивается в последние годы. Это изучение свойств ядерного вещества при высоких температурах и давлениях. Уже установлено, что в зависимости от условий ядерная материя может существовать в разных состояниях, и эти состояния обладают разной степенью устойчивости.
Всё это разнообразие состояний реализуется лишь при очень высоких температурах или давлениях. В нормальных же условиях ядерное вещество образует обычные ядра, состоящие из протонов и нейтронов. Однако некоторое время назад у теоретиков закралось подозрение (а не доказательство!), что одно из этих состояний — так называемая странная материя (то есть ядерное вещество с большой концентрацией странных кварков) — может оказаться стабильнее обычной ядерной материи. Если это так, то тогда капелька такой странной материи, которую называют «стрейнджлет» (strangelet) или «страпелька», родившись на ускорителе, будет стабильной. Более того, она может вступать в реакцию с обычными ядрами и превращать их тоже в странную материю. Иными словами, возникает еще один вариант «сценария катастрофы», при котором страпелька разрушает всю Землю, превращая ее в комок странной материи.
Такого, конечно, не произойдет — здесь тоже применимы указанные выше астрофизические аргументы. Однако из всех предложенных сценариев катастрофы, этот опирается, по крайней мере, на общепринятую область физики элементарных частиц. Она хорошо исследована в эксперименте, в частности на ускорителе тяжелых ионов RHIC и на более ранних экспериментах с меньшей энергией. Результаты многолетних опытов говорят об отсутствии образования устойчивых страпелек в столкновении ультрарелятивистских ядер, а также указывают на то, что теории, предсказывавшие образование страпелек, неверны.
Что касается LHC, то вероятность рождения страпелек — даже если они и существуют! — там будет еще меньше, чем в ускорителях на меньшие энергии. Это неудивительно, поскольку страпельки должны быть очень хрупкими объектами и могут существовать только при низкой температуре. Температуры, возникающие при столкновении ультрарелятивистских ядер, на порядки выше, поэтому ядерное вещество просто испаряется тепловым образом. Кроме того, даже если бы страпельки и образовывались в столкновении ядер и оказывались устойчивыми относительно испарения, они бы разрушились при первом же столкновении с обычными ядрами из-за своей большой скорости.

Итак,- давайте продолжим дискуссию…
Что же каждый оживает от результатов работы этого устройства?

1) Обнаружить новую частицу,отвественную за массу
2) Обнаружить дополнительные измерения пространства
3) Обнаружить микро черные дыры

Что еще?

есть ли какие-либо новости относительно экспериментов на коллайдере?

пока ремонтируют)

Физики, работающие на Большом адронном коллайдере (БАК), зарегистрировали новый эффект, который пока не может быть объяснен существующими теориями.

В ходе экспериментов на БАК пучки протонов разгоняются до околосветовых скоростей и сталкиваются друг с другом в нескольких местах 27-километрового ускорительного тоннеля.

В результате столкновений, происходящих с огромными энергиями (правда, локализованными на чрезвычайно маленьком пространстве), рождаются новые частицы. Ученые следят за этими процессами, напоминающими процессы, которые происходили сразу после Большого взрыва, анализируя данные, поступающие на детекторы коллайдера.

Физики установили, что траектории движения некоторых из образующихся при столкновениях пучков протонов частиц оказываются связаны друг с другом – то есть они разлетаются не независимо друг от друга.

Представитель группы ученых, анализирующих данные CMS, Гуидо Тонелли (Guido Tonelli) не исключает, что физики столкнулись с первым проявлением "новой физики", наблюдать которую возможно благодаря огромным энергиям столкновений на БАК.

Большой адронный коллайдер – самый крупный на планете ускоритель элементарных частиц. Он был запущен в сентябре 2008 года, но через 9 дней произошла авария, приостановившая эксперименты более чем на год. Повторный запуск БАК состоялся в ноябре 2009 года. До конца 2011 года столкновения пучков протонов будут проходить на энергиях 7 тераэлектронвольт. Затем работа коллайдера будет прервана на год, и в это время специалисты подготовят его к выходу на энергию столкновений в 14 тераэлектронвольт.

http://lenta.ru/news/2010/09/22/finding/