Физика элементарных частиц развивается стремительными темпами и поэтому всегда актуальной является тема экспериментальной техники. Самым масштабным научным проектом в этой сфере стало создание Большого адронного коллайдеру.
Большой адронный коллайдер создан в Европейском центре ядерных исследований (CERN), на границе Швейцарии и Франции. БАК находится на глубине до 175 метров и имеет протяженность в 27 км.
Большим коллайдер назван из-за своих размеров, адронным – через то, что он ускоряет адроны (частицы,состоящие из кварков), коллайдером (англ. collide – сталкиваться) – через то, что пучки элементарных частиц ускоряются в противоположных направлениях и сталкиваются в специальных местах.
Проект БАК был создан 1984 года, за его реализацию взялись лишь в 2001 году. Запуск состоялся коллайдеру 10 сентября 2008 года и его считают довольно успешным. Официальную церемонию открытия Большого адронного коллайдера был запланирован на 21 октября 2008 года. Но официально ВАК запустили только 20 ноября 2009 года, через то, что произошла техническая авария. Большой адронный коллайдер создавался в основном ради того, чтобы выявить бозоны Хиггса и сымитировать состояние Вселенной через миллиардную долю секунды после Большого взрыва. Сейчас основными задачами ВАК являются:
- поиск суперсимметрии
- исследование кварк-глюонной плазмы
- изучение топ-кварков
- поиск “темной материи“
- поиск дополнительных измерений и черных дыр
Принцип работы адронного коллайдеру заключается в следующем: заряженные частицы направляются потоками на встречу друг другу. Во время столкновений частиц в коллайдере происходят определенные процессы: выброс энергии, разрушение частиц, что столкнулись и рождения новых. Именно эти процессы являются предметом пристального исследования ученых. Заряженные частицы разгоняют в коллайдере с помощью электромагнитного поля до сверхвысоких скоростей, почти до скорости света.
Для удержания и фокусировки пучков элементарных частей используется около 1624 сверхпроводящих магнитов, которые работают при температуре 1,9 К (около 2710С). Поэтому для поддержания их работы требуется целая «фабрика» по производству жидкого гелия. Расчетное потребление энергии коллайдеру во время работы составляет 180 МВт. Для сооружения ускорителя и системы из шести детекторов, которые собирают информацию о процессах, происходящих при столкновениях частиц, надо было о’объединить усилия многих стран. Финансирование и разработку проекта БАК осуществляли более 10 тысяч ученых и инженеров, представителей различных университетов и лабораторий с более 100 стран мира. На строительство Большого адронного коллайдера потрачено около $8 млрд.
ВАК позволяет увидеть и исследовать начальные процессы зарождения материи во Вселенной. В результате большой энергии столкновений в адронном коллайдере должна образовываться плазма, подобная веществе при процессе так называемого «Большого взрыва». По теории ученых, именно «Большой взрыв» сформировал сгустки первоначальной материи.
Внутри Большого адронного коллайдеру поддерживается температура, которая ниже температуры космоса почти на полтора градуса. Система охлаждения позволяет підтримувти температуру -271.3 °C, в то время когда температура космоса может достигать -270 °C. Это позволяет достичь сверхпроводимости в кабелях установки, благодаря которому протоны почти достигают скорости света. Чтобы зафиксировать сверхбыстрый движение частиц и их столкновения, на БАК установлены специальные детекторы в виде цифровых фотокамер, которые способны фиксировать до 600 млн. кадров в секунду.
В самом холодном месте в нашей Вселенной, ученые CERN сумели получить горячую вещество, которая только известна человечеству. Столкнув ионы золота, исследователи получили кварк-глюонную плазму с температурой 4 трлн °C, которая в 250 000 раз горячее температуры Солнца.
Создание ВАК способствовало развитию концепция Всемирной паутины. Ученым CERN необходимо было оперативно передавать электронную информацию и общаться между собой на больших расстояниях, что поспособствовало созданию специальной системы World Wide Web.
Еще один значительный вклад ВАК в науку полянає в том, что на основе детекторов элементарных частиц, установленных на адронном коллайдере, ученым CERN удалось создать приборы, что делают цветные рентгеновские снимки и позволяют врачам ставить более точные диагнозы.
Аналогом ВАК в Советском Союзе был ускоритель в городе Протвино, Московской области. Строительство ускорительно-накопительного комплекса с проектной энергией пучка 3000 Гэв (протон – протонного коллайдера на сверхпроводящих магнитах) началось в 1983 году. В течение 11 лет в стабильных и сухих породах на глубине от 20 к 60 метров (в зависимости от рельефа местности) был построен 21-километровый туннель, внутренний диаметр которого равнялся 5 километров.
На протяжении всего тоннеля каждые полтора километра были построены подземные залы для размещения крупногабаритного оборудования, которые были пов’связаны с поверхностью вертикальными шахтами. В канале были смонтированы электромагнитная система, вакуумная система, приборы наблюдения за пучком. К сожалению, лихие 90-е не пощадили и эту постройку: деньги закончились и проект был заморожен.
Украина тоже внесла свой вклад в функционирование Большого адронного коллайдеру. В частности, украинские ученые из Харьковского Физико-Технического Института, с НТК «Институт монокристаллов» и физик-теоретик Г. М. Зинов’ев принимали участие в части проекта БАК – работах над системой детектирования ALICE (внутренней трековой системой).
Интересно, что Большой адронный коллайдер рассчитан на функционирование в течение только 10 лет. Но ученые уверяют, что по завершению этого периода в мире уже с’появится гораздо больший и более мощный его аналог.
[…] Большой адронный коллайдер […]
Comments are closed.