Главная Технологии

Все, что вы хотели узнать, но боялись спросить о самом большом приборе на Земле — обновленном и вновь запущенном Большом адронном коллайдере.

Большой адронный коллайдер (БАК) — крупнейшая машина в истории человечества. 5 апреля он был запущен после остановки, и ожидается, что некоторые открытия, сделанные с его помощью, изменят наше представление о физике.

Первый запуск коллайдера в 2012 году подарил нам бозон Хиггса. Физики надеются, что новая улучшенная версия поможет найти еще более захватывающие частицы.

Впервые идея коллайдера была предложена в 1980-х. Лишь в 2008 году ЦЕРН — Европейская организация ядерных исследований в швейцарской Женеве — завершила строительство. БАК — не единственный ускоритель элементарных частиц, построенный ЦЕРН. Он стал известен в 2012 году — после открытия бозона Хиггса и документального фильма «Страсти по частицам» (Particle Fever), в котором подробно освещается это событие. Повторный запуск вновь привлек внимание всего мира.

Что же делает этот прибор стоимостью 10 млрд долларов? И как он выглядит изнутри?

БАК — это 27-километровый подземный кольцевой тоннель, вдоль которого тянутся сверхпроводящие магниты, трубы ускорителей и огромные камеры, которые фиксируют столкновения протонных пучков, движущихся со скоростью, близкой к световой. В это кольцо можно было бы вписать весь центр Лондона.

БАК расположен в Швейцарии, недалеко от Женевы. Когда в 80-х идея его постройки была предложена впервые, она вызвала насмешки — проект казался слишком грандиозным. Тем не менее в конечном счете он пробил себе дорогу, и в 2008 году строительство БАК было завершено.

Ничего подобного на Земле нет. В трейлере «Страстей по частицам» Моника Данфорд, физик, работающая на БАК, говорит: «Помню, увидев его впервые, я остолбенела. Пять этажей, заполненных специально разработанной микроэлектроникой, спаянной вручную».

Большой адронный коллайдер — это ускоритель частиц. Он посылает пучки протонов в противоположных направлениях вдоль кольца. По мере движения по кольцу БАК они разгоняются до околосветовой скорости, а затем сталкиваются, порождая небольшие катаклизмы. В результате каждого столкновения образуются облака субатомных частиц, которые существуют в течение доли секунды, а затем распадаются. Физики изучают закономерности этого распада и ищут признаки наличия новых, неизученных частиц.

Пучки контролируются сверхпроводящими магнитами БАК. На этой 3D-реконструкции они показаны в разрезе. Температура их работы лишь на несколько градусов выше абсолютного нуля. Два пучка протонов, летящие в противоположных направлениях, изображены в красном и синем цветах.

Когда эти пучки протонов врезаются друг в друга, образуются горячие облака, состоящие из мельчайших частиц. Физики не могут измерить эти частицы непосредственно, поэтому по показаниям детекторов следов частиц создается реконструкция столкновения, похожая на изображение ниже. По ней физики могут измерить положение, скорость, заряда, массу и энергию частицы.

БАК пришлось сделать таким большим, чтобы разогнать протоны до достаточной скорости. Без этого после их столкновения не удалось бы получить облака частиц. Представьте, что вы ведете автомобиль. Чтобы завернуть за угол, вам приходится притормозить. Чтобы избежать снижения скорости полета частиц, физикам было необходимо, чтобы их траектория была как можно ближе к прямой линии. Гигантское кольцо создает очень плавную кривую, что обеспечивает лишь небольшое замедление протонов.

Они летят с такой скоростью, что пучок делает 11 тыс. оборотов вокруг кольца коллайдера за секунду.

Поэтому, когда БАК выйдет на полную мощность, он будет генерировать ценнейшие данные примерно о 100 столкновениях в секунду. За год накапливается такое количество данных, что если записать их на компакт-диски, можно сложить стопку высотой почти 20 километров.

Более 100 тыс. компьютеров пытаются извлечь смысл из этих данных, и на их основе работают тысячи ученых по всему миру. World Wide Web, то есть то, что мы сейчас называем интернетом, был создан в ЦЕРНе в начале 90-х годов для обмена данными между физиками, работающих на разных ускорителях.

В 2012 году мир облетела новость, что с помощью БАК физики обнаружили бозон Хиггса. Это реконструкция столкновения и распада частиц.

Недавно БАК был модернизирован, и через несколько месяцев он снова начнет выдавать данные. Это одна из точек доступа в подземный тоннель БАК. Ближайшая следующая — в трех километрах.

Техники передвигаются по тоннелю на велосипедах.

На кольце коллайдера есть четыре точки столкновения протонов. В каждой из этих точек установлен гигантский детектор. Они ориентированы на регистрацию разных типов частиц. Эти четыре детектора называется ALICE, ATLAS, CMS, и LHCb.

Детектор ALICE более 15 метров высотой. Он весит больше Эйфелевой башни.

В ALICE используется самый большой в мире «теплый» (то есть обычный, не сверхпроводящий) магнит. Он работает при силе тока в 30 тыс. ампер — эквивалент средней молнии.

В диспетчерской ALICE над поступающими данными работают полторы тысячи ученых и инженеров.

ALICE специализируется на обнаружении плазмы определенного типа, возникающей при протон-протонных столкновениях. Физики подозревают, что подобные процессы происходили во время Большого взрыва. Возможно, благодаря ALICE станет понятнее, как устроена материя и что удерживает атомы вместе.

Второй детектор называется ATLAS. Человек на переднем плане дает представление о масштабе.

Это детектор общего назначения. Он регистрирует признаки самых разных явлений: от дополнительных измерений до частиц темной материи.

Третий детектор — CMS. Это тоже прибор общего назначения, как и ATLAS. Его сверхпроводящая катушка генерирует магнитное поле в 100 тысяч раз мощнее магнитного поля Земли.

CMS больше 15 метров в высоту, а его вес превышает 12 тыс. тонн. Он используется для поиска суперсимметричных частиц и частиц темной материи.

Четвертый детектор называется LHCb. Он весит 4,5 тыс. тонн.

С помощью LHCb ученые пытаются понять, почему во вселенной настолько больше материи, чем антиматерии.

5 апреля после двухлетнего перерыва БАК заработает снова. «Прогрев» займет несколько месяцев, но в итоге БАК сможет придавать пучкам на 60% больше энергии, чем до модернизации. Физики считают, что обновленный коллайдер поможет разрешить еще несколько загадок.

Strawberry Cake Media Corp. © 2021 Политика Cookie Редакция Архив

Рекламодателям: ads@ihodl.com

Cвязаться с редакцией: editor@ihodl.com

ihodl.com — иллюстрированное издание о криптовалютах и финансовых рынках.
Мы не даем консультации и не предоставляем инвестиционные услуги. Сообщите нам, если вы получаете такие предложения от нашего имени.