Одна из главных новостей в начале июля в науке: большой адронный коллайдер заработает с рекордной мощностью в 13,6 трлн электронвольт. Российские ученые из Объединенного института ядерных исследований в сотрудничестве с зарубежными коллегами обнаружили свидетельства ускорения нейтрино на Большом адронном коллайдере CERN. В 2022 году на Большом адронном коллайдере стартовал третий сеанс работы (LHC Run 3). По сравнению с прошлыми сеансами, в работу коллайдера в этом году существенным образом вмешивались внешние факторы, прежде всего. Запуск в 2008 году большого адронного коллайдера стал настоящим прорывом в науке, который ждали вот уже много лет.
Адронный коллайдер: последние новости
Доклад кандидата физико-математических наук, члена Совета международной научной коллаборации ALICE на Большом адронном коллайдере в Европейском центре ядерных исследований ЦЕРН Г. А. Феофилова. Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого принял участие в международной коллаборации MPD и SPD коллайдеров комплекса NICA Объединённого. Российская технология претендует на мировую уникальность, хотя принцип ее действия очень схож с детектором, установленным на том самом Большом адронном коллайдере в ЦЕРН.
Саврин объяснил, кто отстранил учёных из РФ от Большого адронного коллайдер
это ускоритель заряженных частиц на встречных пучках, предназначенный для разгона протонов и тяжёлых ионов и изучения продуктов их соударений. В подмосковном городе Дубна на базе Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) начался финальный этап строительства российского коллайдера NICA (Nuclotron based Ion Collider fAcility). Создание коллайдера в Дубне имеет большое значение как для России, так и для всех стран-участниц. Россия покидает Большой адронный коллайдер.
Через коллайдер к «Атому»: что посмотреть на выставке-форуме «Россия»
Обе ступени УНК планировалось разместить в общем кольцевом тоннеле, размеры которого по плану превосходили бы кольцевую линию метро Москвы. Из общего с метрополитеном еще и то, что строительство подземных тоннелей вели столичные метростроевцы и специалисты из Алма-Аты. Трудности строительства и что успели сделать Наземная стройплощадка. Объект возводился горным способом с использованием 26 вертикальных шахт. Первые годы строительные работы велись в размеренном режиме, и тоннель продвинулся всего на полтора километра. Проблема заключалась не только в масштабах финансирования и сложности всего мероприятия. В Советском Союзе банально не хватало буровой техники необходимой мощности. В 1987-м правительство выдало декрет о срочной активизации работ, и уже в следующем году Советский Союз впервые за долгое время пошел на покупку за границей современных тоннелепроходческих комплексов.
Когда машины Lovat поступили на баланс Протонтоннельстрой, процесс значительно ускорился. За истекшие 11 лет строительства на глубине, в некоторых местах достигающей 60 метров, появился тоннель с внутренним диаметром в 5 метров. На всей протяженности подземного хода на каждой полуторакилометровой отметке находились просторные залы под крупногабаритное оборудование, которые и выходили на поверхность вертикальными шахтами. Из 12 зданий под инженерное обеспечение в проекте успели построить три. Строительство наземных конструкций велось по всему периметру на 20 промышленных площадках. К многоэтажным производственным зданиям прокладывались трассы водоснабжения, отопление, высоковольтные линии электропередач, сжатый воздух. Консервация подземелья и сегодняшняя ситуация в Подмосковье Нынешнее состояние тоннеля.
С развалом СССР в 1991-м финансирование проекта сократилось до минимума.
Но оказалось, что сам переход от воды до пара изучать не менее интересно, чем кварк-глюонную плазму. С помощью установки NICA можно лучше понять природу возникновения и существования нейтронных звезд. И данная установка поможет раскрыть тайны в описании теории Большого взрыва. Часть пучков можно будет вывести в коллайдер, где они будут крутиться и сталкиваться друг с другом. В это время можно будет переводить пучки на эксперимент с фиксированной мишенью.
Учёные, проживавшие в закрытом населенном пункте, вели на действующем синхротроне дальнейшие разработки. По их задумке У-70 впоследствии стал бы частью будущего крупного советского коллайдера.
К слову, тот ускоритель действует поныне, являясь высокоэнергетичным объектом. На заре восьмидесятых, когда правительство дало отмашку на реализацию проекта ускорителя, в мире отсутствовали аналоги. Мощность американского коллайдера Тэватрона, как и самого передового швейцарского суперпроекта, значительно уступала детищу советских ученых. Проектом нового, самого мощного в мире протонного ускорителя руководил академик-физик Анатолий Логунов — научный наставник Института физики высоких энергий. Из теоретического обоснования УНК следовало, что давно функционирующий У-70 будет использован, как первая разгонная ступень. Проектом предполагалась и вторая. Если на первом этапе пучок протонов из У-70 с энергией 70 ГэВ поднимался до 400—600 ГэВ, то на втором кольце протонная энергия доводилась уже до максимальных величин. Обе ступени УНК планировалось разместить в общем кольцевом тоннеле, размеры которого по плану превосходили бы кольцевую линию метро Москвы.
Из общего с метрополитеном еще и то, что строительство подземных тоннелей вели столичные метростроевцы и специалисты из Алма-Аты. Трудности строительства и что успели сделать Наземная стройплощадка. Объект возводился горным способом с использованием 26 вертикальных шахт. Первые годы строительные работы велись в размеренном режиме, и тоннель продвинулся всего на полтора километра. Проблема заключалась не только в масштабах финансирования и сложности всего мероприятия. В Советском Союзе банально не хватало буровой техники необходимой мощности.
По его словам, в Дубне планируют изучать физику именно в этой промежуточной области. Это поможет понять, каким же образом формировалось наше вещество, все, что окружает человека, весь мир, а также почему он именно такой, как мы его видим. То есть это не физика далеких элементарных частиц, чем занимаются ученые с другими коллайдерами. Это та область, которая пытается изучить вещество, которое было сразу после момента Большого взрыва, и то состояние вещества, которое присутствует сегодня в нейтронных звездах», — отметил Бутенко. Когда они соберутся друг за другом, возникнет кольцо, магнитная система, где в дальнейшем будут ускоряться и сталкиваться пучки ионов. Первый магнит уже установили на его место. Всего таких 80, а периметр всей орбиты пучка — чуть больше 500 метров. Это длина траектории пучка, когда он крутится по кольцу. Это все необходимо, потому что получить голые ядра ионов, которые необходимы для проведения эксперимента, сразу невозможно. Для этого и создаются каскады ускорителей, пояснил Бутенко. После этого начинает работать уже сам коллайдер. И так 100 раз. При этом в Дубне будут работать с ионами золота. Можно было бы взять в разработку и ионы свинца, как в LHC, а можно было бы работать и с ионами урана. Но последний не лучшая субстанция, это достаточно грязное вещество. Вот и все. Возможно, мы будем работать с висмутом, у которого ядро более круглое. Коллайдер не строится под один сорт ионов, мы будем заниматься разными сортами ионов.
Адронный коллайдер: последние новости
Получайте на почту один раз в сутки одну самую читаемую статью. Присоединяйтесь к нам в Facebook и ВКонтакте. Подписка Отписаться можно в любой момент. На закате существования Советского Союза в Подмосковье стартовало строительство крупнейшего инновационного объекта - коллайдера. Этот проект мог стать научной революцией 80-х, ведь на тот момент аналогов ему в мире еще не было. Мощности Тэватрона в США и швейцарского суперколлайдера значительно уступали советской разработке. Но пришли 90-е, а с ними и развал Союза. Финансирование по понятным причинам прекратилось, и сегодня ускоритель частиц в законсервированном виде по-прежнему занимает километры подземелья под Протвино. Самый большой коллайдер в мире Первые строительные работы. Его то ударными темпами строили, то вовсе забрасывали. Ну а результат оказался плачевным.
Тоннели коллайдера по габаритам не уступали кольцевой линии столичного метро. И вся эта махина под лесами Подмосковья осталась недостроенной. В 1960-м, задолго до принятия решения о стратегическом строительстве крупнейшего научного объекта Советского Союза, был основан засекреченный поселок Серпухов-7. Место выбирали, исходя из геологических соображений. Грунт на том участке Московской области представлял собой дно древнего моря, что позволяло само по себе защищать от сейсмической активности возведенные подземные объекты.
Для того, чтобы разогнать частицы, там используются радиочастотные резонаторы. В 27-километровом ускорителе в двух местах стоят резонаторы, постоянно меняется электрическое поле, частица пролетает, получает «пинок», пролетает еще 27 км, затем снова получает «пинок» и так далее. Она летает почти со скоростью света, поэтому этот процесс происходит 10 тыс. Даже двигаясь несколько минут, она уже получает огромную энергию.
При этом нужны магниты, которые удерживают частицы в окружности. Размер коллайдера зависит от магнитов. Если бы мы могли сделать более мощный магнит, устройство было бы меньше. Но есть еще одна причина, почему нам нужны магниты. Ведь пучок состоит из протонов, которые отталкиваются друг от друга, и их нужно сфокусировать, чтобы произошло как можно больше столкновений. Так устроен БАК — там разгоняют сотни известных частиц, чтобы получить одну новую. Она проживает очень маленький промежуток времени, разваливается на частицы, которые разлетаются в разные стороны со скоростью света. Но как зафиксировать новую частицу, если она так мало живет? Как зафиксировать открытие?
Для фиксации ученым нужен очень хороший фотоаппарат. В этой роли используется огромный детектор элементарных частиц, он снимает каждое столкновение протонов и ядер свинца. На БАК таких детекторов четыре. Самый тяжелый детектор — CMS, его масса около 18 тыс. Каждая линия здесь — это след рожденной частицы. Это реальная фотография, слева можно увидеть, что он сделан 4 июля 2016 года в 16 часов 18 минут 25 секунд. Таких столкновений происходит до 100 млн в секунду. Как сделать открытие? Для простоты допустим, что есть новая частица, которая распадается на известные нам частицы.
Например, когда искали Бозон Хиггса, ученые уже предполагали, что он должен распадаться на два фотона. Это означает, что детектор должен не просто понимать, куда и с какой траекторией разлетелись частицы, но и какими они были. Этим обусловлены размеры детектора и их структура — это так называемая структура матрешки. Первые слои детекторов — пиксельные, по технологии они похожи на пиксели, которые есть в камерах смартфонов, но они ловят не фотоны, а частицы. Допустим, заряженная частица пролетает и пиксели зажигаются — потом можно увидеть их траекторию, а если следа нет, значит, частица была незаряженной. Структура БАК Затем идут калориметр, который уничтожает частицы, после чего остаются «ливни», по их размеру можно определить энергию частицы. А по траектории можно понять импульс протона, калибраторы могут определить их энергию, после этого можно понять массу частиц. Как появился Бозон Хиггса? Представим, что есть столкновение, в котором рождаются только фотоны.
Значит, мы можем ловить их, и они будут появляться в разных процессах. Теперь предполагаем, что в этих же процессах очень редко рождается Бозон Хиггса. Он обладает массой, распадается на два фотона, и в этом процессе должен соблюдаться закон сохранения импульса и энергии. Как эти два фотона будут отличаться от фотонов, которые появляются в других процессах? Законами сохранения — Бозон Хиггса обладает определенной массой и импульсом. И если мы посчитаем так называемую инвариантную массу, то есть их суммарный импульс и энергию, то сможем посчитать массу бозона.
В принципе, с той стороны оно происходит сильнее. Допустим, мы перестанем работать на Большом адронном коллайдере — мы перестанем работать на установке мирового класса. Но эти проекты тоже предполагались как международные, там многие технологии совершенно уникальные — от немцев, от итальянцев. Сейчас все эти коллабораторы ушли, в результате эти проекты будут как-то реализовываться внутренними силами. Они будут совсем не на том уровне реализовываться, как реализовывались бы, если бы это было международное сотрудничество». Представитель одного из четырех главных экспериментов на Большом адронном коллайдере сообщил The Guardian, что причиной отказа большинства участников коллабораций от публикации статей стали не сами ученые из России, а заявления руководителей российских научно-исследовательских организаций, которые весной высказывались в поддержку действий России. Газета напоминает о письме, опубликованном в журнале Science в марте прошлого года, в котором группа влиятельных западных ученых призвала «не бросать» коллег из России и не возлагать на них ответственность за происходящее. По мнению физика, международное сотрудничество должно быть приоритетом для научного сообщества, а холодная война осталась холодной в том числе благодаря контактам между российскими и американскими учеными.
Она проживает очень маленький промежуток времени, разваливается на частицы, которые разлетаются в разные стороны со скоростью света. Но как зафиксировать новую частицу, если она так мало живет? Как зафиксировать открытие? Для фиксации ученым нужен очень хороший фотоаппарат. В этой роли используется огромный детектор элементарных частиц, он снимает каждое столкновение протонов и ядер свинца. На БАК таких детекторов четыре. Самый тяжелый детектор — CMS, его масса около 18 тыс. Каждая линия здесь — это след рожденной частицы. Это реальная фотография, слева можно увидеть, что он сделан 4 июля 2016 года в 16 часов 18 минут 25 секунд. Таких столкновений происходит до 100 млн в секунду. Как сделать открытие? Для простоты допустим, что есть новая частица, которая распадается на известные нам частицы. Например, когда искали Бозон Хиггса, ученые уже предполагали, что он должен распадаться на два фотона. Это означает, что детектор должен не просто понимать, куда и с какой траекторией разлетелись частицы, но и какими они были. Этим обусловлены размеры детектора и их структура — это так называемая структура матрешки. Первые слои детекторов — пиксельные, по технологии они похожи на пиксели, которые есть в камерах смартфонов, но они ловят не фотоны, а частицы. Допустим, заряженная частица пролетает и пиксели зажигаются — потом можно увидеть их траекторию, а если следа нет, значит, частица была незаряженной. Структура БАК Затем идут калориметр, который уничтожает частицы, после чего остаются «ливни», по их размеру можно определить энергию частицы. А по траектории можно понять импульс протона, калибраторы могут определить их энергию, после этого можно понять массу частиц. Как появился Бозон Хиггса? Представим, что есть столкновение, в котором рождаются только фотоны. Значит, мы можем ловить их, и они будут появляться в разных процессах. Теперь предполагаем, что в этих же процессах очень редко рождается Бозон Хиггса. Он обладает массой, распадается на два фотона, и в этом процессе должен соблюдаться закон сохранения импульса и энергии. Как эти два фотона будут отличаться от фотонов, которые появляются в других процессах? Законами сохранения — Бозон Хиггса обладает определенной массой и импульсом. И если мы посчитаем так называемую инвариантную массу, то есть их суммарный импульс и энергию, то сможем посчитать массу бозона. Но есть огромный фон — миллиард огромных фотонов. Чтобы отделить одни фотоны от других, мы предполагаем, что все они родились из бозонов Хиггса, получаем гладкое распределение и смотрим на неоднородности. Так можно увидеть, что как-то пар фотонов чуть больше, чем других. Значит, именно там родилась частица, которая распадаются на фотоны с конкретными характеристиками. Так и выглядит открытие бозона Хиггса. Как ловят уникальные фотоны Для чего еще нужен БАК? Во Вселенной еще много неизвестных процессов, чьи принципы работы нам непонятны. Например, Вселенная существует, а, согласно современным теориям, количество материи и антиматерии должно быть одинаковым. Если в столкновении частиц на коллайдере родилось пять кварков, то родилось и пять антикварков. Но если бы это выполнялось и после Большого взрыва, — нас не должно было существовать, Вселенная была бы пустой, наполненной фотонами.
Студент из Новочеркасска принял участие в создании российского адронного коллайдера
США снова вернёт себе мировое лидерство в этой сфере, если создаст на своей территории «коллайдер мечты» — ускоритель на мюонах. Мюоны в современном представлении физиков — это неделимые частицы в отличие от протонов , которые сталкивают на БАК , поэтому при столкновении мюонов будет выделяться больше энергии и, как следствие, можно будет изучать более тяжёлые частицы и искать следы тёмной материи. В то же время следует понимать, что в течение следующих десяти лет такой проект физически неосуществим. Если по нему будет принято решение, то эти годы уйдут на проектирование и доказательство осуществимости проекта. Впрочем, рабочий проект такого масштаба — это рывок вперёд как по науке, так и по технологиям. Фактически это будет следование за инфляцией, но угрозы смелым проектам такое финансирование нести не будет, что позволит физикам в США оставаться впереди учёных в других странах. Эти средства помогут продолжить уже реализуемые проекты, например, такие как обсерватория им. Тем самым урон может быть нанесён даже мировой фундаментальной физике, которая включает работы американских учёных. БАК близок к исчерпыванию своих возможностей. После открытия бозона Хиггса там не осталось пространства для резкого движения вперёд.
Для прорывных открытий нужно что-то новое и определённый объём старого, а именно денег. Но результат того стоит, добавил он: «Физика элементарных частиц привела к революциям в медицинских приложениях, материаловедении и даже к созданию iPhone и Всемирной паутины». Все фундаментальные частицы были найдены экспериментально, а их характеристики были измерены и согласованы с теорией. Впрочем, остаются небольшие расхождения между теорией и практикой, что заставляет продолжать эксперименты, и особенно это касается такой «молодой» частицы, как бозон Хиггса. Следует сказать, что в данных БАК учёные ещё не встречали распада бозона Хиггса на Z-бозон и фотон, что косвенно подтверждает редкость такого явления. Учёные подтвердили, что бозон Хиггса действительно может распадаться на Z-бозон и фотон. Дальнейшие наблюдения за подобным каналом распада или подтвердит физику в рамках Стандартной модели, или заставит усомниться в её завершённости. Новые наблюдения за бозоном Хиггса будут проводиться на модернизированном БАК, возможности которого улучшались поэтапно и теперь достигли максимального значения — в прошлом году энергию столкновений подняли до 13,6 ТэВ. В ближайшие годы статистика по распаду бозона Хиггса на Z-бозон и фотон будет набираться и даст чёткий ответ на вопрос: понимаем ли мы устройство нашего мира, или нет?
Всё-таки их можно улавливать и учёные это делают с 1956 года. Однако в коллайдерах нейтрино ещё не получали, пока в 2022 году на БАК не поставили серию экспериментов, уверенно доказавших детектирование нейтрино, полученных искусственным путём. Трек нейтрино на фотоэмульсионной плёнке. Детектор поместили в один из боковых служебных коридоров коллайдера, но это не означает, что открытие рукотворных «призрачных частиц» не имеет важного научного значения. До сих пор учёные фиксировали в основном нейтрино низких энергий, тогда как из глубин космоса к нам приходят нейтрино высоких энергий. На БАК были получены как раз высокоэнергичные частицы, что открывает возможность использовать полученные данные для понимания астрофизических процессов. Отдельно приятно, что значительную часть теоретической работы и обработку данных провели российские физики. В экспериментах по физике нейтрино для регистрации частиц использовалась ядерная фотоэмульсия — чередование вольфрамовых пластин для замедления нейтрино с фоточувствительной эмульсией. В предыдущих экспериментах на БАК были детектированы шесть частиц-кандидатов на роль высокоэнергетических нейтрино.
Третий запуск БАК в 2022 году с повышенной яркостью дал настолько много данных, что их статистическая значимость превысила 16 сигм при требуемом уровне достоверности 5 сигм. Иначе говоря, сомнения в детектировании на БАК высокоэнергетических нейтрино при таких условиях стремятся к нулю. Тем самым БАК стал инструментом, который полностью воспроизводит весь спектр известных современной физике элементарных частиц, включая бозон Хиггса, ради поиска которого, собственно, Большой адронный коллайдер и строился. Чтобы не останавливать эксперименты на БАК, планировалось приостановить работу других ускорителей в комплексе, но теперь озвучено иное решение. Согласно ранее утверждённым планам по проведению экспериментов на БАК, остановка самого главного ускорителя ЦЕРН должна была произойти 13 декабря.
Григорий Трубников: «Цель вот таких экспериментов на таких проектах — узнать, глубже понять фундаментальные законы строения материи. Это самое главное. Что потом с ними дальше делать, обязательно кто-то придумает. Даже не сомневайтесь. Может быть, в мирном, а может, не совсем в мирном русле».
Ученый также успокоил тех, кто опасается, что в результате подобных экспериментов может возникнуть «черная дыра, которая всех нас засосет». Это невозможно по той причине, что эксперимент проводится в земных условиях. Григорий Трубников: «Тут на Земле нет гигантских искусственных плотностей, которые есть, например, в нейтронной звезде, где, если взять полулитровую бутылку и наполнить ее веществом из нейтронной звезды, она будет весить 350 миллиардов тонн. Это гораздо больше, чем наша Земля и много таких подобных планет. Таких условий у нас здесь в принципе создать невозможно». Еще одной темой беседы стали отношения российских ученых с зарубежными коллегами, в том числе из покидающих совместные проекты стран. Григорий Трубников: «Человеческие контакты, я называю это цеховая солидарность, остались. И я теми, с кем у меня совместные публикации, что в Германии, что в Штатах, что в других странах, спокойно общаюсь. Но они общаются, к сожалению, очень как бы сдержанно и ограничено, и не с корпоративных адресов, а с личных.
Его то ударными темпами строили, то вовсе забрасывали. Ну а результат оказался плачевным. Тоннели коллайдера по габаритам не уступали кольцевой линии столичного метро. И вся эта махина под лесами Подмосковья осталась недостроенной. В 1960-м, задолго до принятия решения о стратегическом строительстве крупнейшего научного объекта Советского Союза, был основан засекреченный поселок Серпухов-7. Место выбирали, исходя из геологических соображений. Грунт на том участке Московской области представлял собой дно древнего моря, что позволяло само по себе защищать от сейсмической активности возведенные подземные объекты. В 1965-м отсутствующий на карте Серпухов получил статус поселка городского типа и обновленное имя — Протвино — по названию мелкой местной реки Протвы. А спустя 2 года в Протвино запустили крупнейший на тот момент ускоритель частиц — протонный синхротрон У-70. Учёные, проживавшие в закрытом населенном пункте, вели на действующем синхротроне дальнейшие разработки. По их задумке У-70 впоследствии стал бы частью будущего крупного советского коллайдера. К слову, тот ускоритель действует поныне, являясь высокоэнергетичным объектом. На заре восьмидесятых, когда правительство дало отмашку на реализацию проекта ускорителя, в мире отсутствовали аналоги. Мощность американского коллайдера Тэватрона, как и самого передового швейцарского суперпроекта, значительно уступала детищу советских ученых. Проектом нового, самого мощного в мире протонного ускорителя руководил академик-физик Анатолий Логунов — научный наставник Института физики высоких энергий. Из теоретического обоснования УНК следовало, что давно функционирующий У-70 будет использован, как первая разгонная ступень.
Поэтому мы не распадаемся: потому что электронная оболочка и атомы, которые взаимодействуют с другими атомами и обмениваются фотонами, они связаны. Структура атома Атом состоит из электронов и ядра, которые обмениваются фотонами, поэтому они связаны вместе. А ядро — из нейтронов и протонов. А почему ядро не разваливается? Потому что протоны положительно заряжены и отталкиваются, а нейтроны не заряжены. Значит, у них тоже есть какое-то взаимодействие в пределах ядра, — оно называется сильным. Сильное взаимодействие — это обмен глюонами. На картинке ниже представлены все виды взаимодействия, которые существуют в принципе. Обведенное — это та материя, из которой мы состоим. Протоны и нейтроны состоят из двух типов кварков. Они связаны между собой гелионами — голубые буквы. Они образовали протоны и нейтроны, потом на них надо нацепить электроны, они цепляются с помощью фотонов. А еще есть частицы нейтрино, даже через палец моей руки проходят миллиарды частиц в секунду. Чтобы их поймать строят огромные детекторы элементарных частиц. Например, один из них находится в Японии — это огромная шахта, заполненная водой, где нейтрино можно ловить поштучно. Есть и другие типы частиц, которые нас не окружают в том, что они нестабильные, короткоживущие и тяжелее, не распадаются на более легкие частицы. Из чего состоит все вокруг Как работает энергия? Чтобы понимать работу БАК, также нужно знать, как работает энергия. В школьной программе объясняется, что тело обладает энергией, когда может совершать работу. Я бы сказал, что тело обладает энергией, когда оно может что-то сделать. Например, если я уроню предмет, то, падая, он может развалиться — это и есть работа, порвались электромагнитные связи, он обладает потенциальной энергией, когда я его подкину. Еще важно, что есть закон сохранения энергии — если я подкидываю предмет, то даю ему кинетическую энергию, в максимуме она переходит в потенциальную энергию, а потом переходит назад. Тепловая энергия — это тоже кинетическая энергия. Если потереть руку — она станет теплее, то есть кинетическая энергия передается в тепловую, молекула начинает двигаться быстрее и тем самым кинетическая энергия переходит опять же в кинетическую энергию молекул моей руки. Но потом пришел Эйнштейн и с помощью своей знаменитой формулы сказал, что масса — это энергия. Это открыло огромные возможности, оказалось, что кинетическую энергию можно перегонять в энергию массы и обратно. Если мы разгоним частицы до огромных энергий и столкнем их, то запасенная кинетическая энергия может перейти в рождение новых частиц. Так и устроен адронный коллайдер. Ускорители нужны именно поэтому: там разгоняют частицы протонов до кинетической энергии, которая в 10 тыс. Поэтому с точки зрения физиков БАК нужен, чтобы создавать новые частицы. Например, Бозон Хиггса именно так и был открыт. Что делает коллайдер? Для того, чтобы разогнать частицы, там используются радиочастотные резонаторы. В 27-километровом ускорителе в двух местах стоят резонаторы, постоянно меняется электрическое поле, частица пролетает, получает «пинок», пролетает еще 27 км, затем снова получает «пинок» и так далее. Она летает почти со скоростью света, поэтому этот процесс происходит 10 тыс. Даже двигаясь несколько минут, она уже получает огромную энергию. При этом нужны магниты, которые удерживают частицы в окружности.
Через коллайдер к «Атому»: что посмотреть на выставке-форуме «Россия»
Что происходит с международным сотрудничеством? Исследования таких масштабов проводятся с участием тысяч ученых и инженеров, в том числе из России и Белоруссии. А еще в марте часть западных и украинских специалистов отказались соседствовать с ними в списках соавторов, пишет The Guardian. Сообщается, что за почти 11 месяцев конфликта на Украине в подвешенном состоянии оказались более 70 исследований — работы выложены на препринт-портал arXiv, но без списка авторов и спонсоров. О значении «анонимной науки» для ученых рассуждает астрофизик, профессор РАН Сергей Попов: Сергей Попов астрофизик, профессор «Если публикация вышла на препринт-портале, в принципе, часто этого достаточно. Конечно, всегда хочется довести все до журнальной публикации, но для обмена информацией внутри научного сообщества, для того, чтобы сообщество понимало, что конкретный исследователь принимал участие в таком-то проекте, этого достаточно. Известный пример: Григорий Перельман свои работы публиковал только в виде препринтов — тем не менее все про них прекрасно знают. Другое дело, если до такой стадии не доходит, то есть результаты вообще не представлены, не опубликованы, это, конечно, плохо. Но я замечу, что происходит это в больших коллаборациях.
Туннель с длиной окружности 26,7 км проложен под землёй на территории Франции и Швейцарии. Подземное расположение продиктовано снижением стоимости строительства, минимизацией влияния на эксперименты элементов ландшафта, а также улучшением радиационной защиты. Ускорительное кольцо состоит из 8 дуг так называемых секторов , и вставок между ними — прямых участков, на концах которых расположены переходные зоны. Единичным рабочим участком называется октант — область между серединами соседних дуг со вставкой в центре; кольцо содержит таким образом 8 октантов. Оно состоит из узкой вакуумной трубы, движение частиц в которой управляется с помощью электромагнитных устройств: поворотных и фокусирующих магнитов, ускоряющих резонаторов. Магнитная система В секторах установлены поворотные дипольные магниты 154 в каждом секторе, всего 1232 , благодаря полю которых сгустки протонов постоянно поворачиваются, оставаясь внутри ускорительного кольца[12]. Эти магниты представляют собой обмотку из кабеля, содержащего до 36 жил 15-миллиметровой толщины, каждая из которых состоит, в свою очередь, из очень большого числа 6000-9000 отдельных волокон диаметром 7 мкм. Совокупная длина кабелей — 7600 км, отдельных жил — 270000 км. Каждый кабель может держать до 11,85 килоампер тока и создавать магнитное поле с индукцией 8,33 Тесла, перпендикулярное плоскости кольца — для этого обмотка осуществляется вдоль, а не вокруг вакуумной трубы ускорителя. Полная энергия, запасённая в одном магните, составляет примерно 10 МДж. Каждый дипольный магнит имеет длину 15 метров и весит около 35 тонн. Несмотря на свои преимущества, она имеет и трудности: не описывает гравитационное взаимодействие , не объясняет существования тёмной материи и тёмной энергии.
Но апокалипсиса так и не произошло. В ожидании пока стандартная модель мира затрещит по швам самый большой ускоритель частиц залегающий в местном подземелье чаще ломался сам. Это уже потом один из журналистов переделал его в «частицу Бога», — поясняет профессор Карл Якобс. Чтобы впервые столкнуть протоны на скорости выше световой, открыть новые частицы и приблизится к пониманию создания Вселенной ученые со всего мира натерпелись. Сразу после запуска в 2008-м коллайдер преследовали то перебои с электричеством, то поломка защитной системы, то потоп из жидкого гелия. Впрочем, наши ученые признаются, рекорды на космических скоростях серьезно двинули отечественную науку, без которой коллайдера просто не было бы. И когда они сталкиваются, вы в два раза увеличиваете энергию. Вот, принцип встречных пучков. Это разработка советских ученых, — рассказывает президент Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» Михаил Ковальчук Этот принцип впервые был реализован в России, в 60-х прошлого века наши ученые создали первый циклотрон прототип БАК и лучшие нейтронные реакторы. Свой большой и самый мощный коллайдер мы не успеем закончить из-за развала СССР, зато от соревнования с США перейдем к научному сотрудничеству в Европе. Ведь, чтобы смоделировать большой взрыв мало просто разогнать частицы.
Впрочем, остаются небольшие расхождения между теорией и практикой, что заставляет продолжать эксперименты, и особенно это касается такой «молодой» частицы, как бозон Хиггса. Следует сказать, что в данных БАК учёные ещё не встречали распада бозона Хиггса на Z-бозон и фотон, что косвенно подтверждает редкость такого явления. Учёные подтвердили, что бозон Хиггса действительно может распадаться на Z-бозон и фотон. Дальнейшие наблюдения за подобным каналом распада или подтвердит физику в рамках Стандартной модели, или заставит усомниться в её завершённости. Новые наблюдения за бозоном Хиггса будут проводиться на модернизированном БАК, возможности которого улучшались поэтапно и теперь достигли максимального значения — в прошлом году энергию столкновений подняли до 13,6 ТэВ. В ближайшие годы статистика по распаду бозона Хиггса на Z-бозон и фотон будет набираться и даст чёткий ответ на вопрос: понимаем ли мы устройство нашего мира, или нет? Всё-таки их можно улавливать и учёные это делают с 1956 года. Однако в коллайдерах нейтрино ещё не получали, пока в 2022 году на БАК не поставили серию экспериментов, уверенно доказавших детектирование нейтрино, полученных искусственным путём. Трек нейтрино на фотоэмульсионной плёнке. Детектор поместили в один из боковых служебных коридоров коллайдера, но это не означает, что открытие рукотворных «призрачных частиц» не имеет важного научного значения. До сих пор учёные фиксировали в основном нейтрино низких энергий, тогда как из глубин космоса к нам приходят нейтрино высоких энергий. На БАК были получены как раз высокоэнергичные частицы, что открывает возможность использовать полученные данные для понимания астрофизических процессов. Отдельно приятно, что значительную часть теоретической работы и обработку данных провели российские физики. В экспериментах по физике нейтрино для регистрации частиц использовалась ядерная фотоэмульсия — чередование вольфрамовых пластин для замедления нейтрино с фоточувствительной эмульсией. В предыдущих экспериментах на БАК были детектированы шесть частиц-кандидатов на роль высокоэнергетических нейтрино. Третий запуск БАК в 2022 году с повышенной яркостью дал настолько много данных, что их статистическая значимость превысила 16 сигм при требуемом уровне достоверности 5 сигм. Иначе говоря, сомнения в детектировании на БАК высокоэнергетических нейтрино при таких условиях стремятся к нулю. Тем самым БАК стал инструментом, который полностью воспроизводит весь спектр известных современной физике элементарных частиц, включая бозон Хиггса, ради поиска которого, собственно, Большой адронный коллайдер и строился. Чтобы не останавливать эксперименты на БАК, планировалось приостановить работу других ускорителей в комплексе, но теперь озвучено иное решение. Согласно ранее утверждённым планам по проведению экспериментов на БАК, остановка самого главного ускорителя ЦЕРН должна была произойти 13 декабря. Согласно изменённому плану, остановка БАК начнётся 28 ноября. При этом под вопросом остаётся возможность запустить БАК в марте 2023 года. Чем закончится эта зима для Европы, сегодня сказать невозможно, поэтому перенос экспериментов может произойти не только этой осенью, но также весной. В этой связи напомним, что учёные начали призывать к «озеленению» фундаментальной науки. Современные научные инструменты и инструменты ближайшего будущего должны быть более энергоэффективными, поскольку они потребляют всё больше и больше энергии. В этом плане можно было бы позавидовать России с её богатейшими запасами разнообразных энергоресурсов. Однако необходимо понимать простую вещь, наука может успешно развиваться только в международном сотрудничестве. Так было всегда и стало особенно важным по мере умножения научных знаний. Современные инструменты для изучения частиц и, прежде всего, разнообразные ускорители, потребляют так много энергии, что оказывают пагубное с точки зрения экологии воздействие на окружающую среду. Это ведёт к устойчивому мнению, что все будущие проекты ускорителей должны подвергаться строжайшей экологической экспертизе. Примерное расположение коллайдера Future Circular Collider. Его ещё называют «хиггсовской фабрикой». Это колоссально поднимет потребление энергии комплексом, что заставляется задуматься о будущей энергоэффективности экспериментов.
Самарские ученые смоделируют международный эксперимент на первом российском адронном коллайдере
Большой адронный коллайдер впервые запустили в 2008 году. Коллайдер сегодня — CERN заявила о прекращении сотрудничества с 500 связанными с Россией специалистами. В ЦЕРН допускали, что могут остановить работу Большого адронного коллайдера в случае необходимости. Запуск в 2008 году большого адронного коллайдера стал настоящим прорывом в науке, который ждали вот уже много лет.