Адронный коллайдер и всё о нём

Пучки протонов с энергией 3,5 тераэлектронвольта начали циркулировать по кольцу БАК в обоих направлениях 19 марта 2010 года. Доведя энергию пучков до этого значения, физики побили свой предыдущий рекорд в 1,18 тераэлектронвольта.

Максимальная энергия пучков, которой можно добиться на БАК - 7 тераэлектронвольт (энергия столкновений составит 14 тераэлектронвольт). Для того чтобы проводить эксперименты с таким значением энергии, ученым придется на год прервать работу ускорителя. Во время остановки инженеры заменят электрические контакты и подготовят коллайдер к выходу на экстремальные энергии.

Столкновения элементарных частиц на высоких энергиях помогут ученым воссоздать условия Вселенной сразу после Большого взрыва. Кроме того, в ходе столкновений могут родиться новые частицы, изучение которых поможет исследователям уточнить свои представления о фундаментальных физических законах.

Обнаруженная частица - мезон B+, состоящий из b-антикварка и u-кварка ("верхнего" кварка). Впервые эта частица была обнаружена в 1980-х годах.

"В детекторе LHCb этот мезон просуществовал лишь 1,5 тысячных наносекунды. "Мезон B+ распался, пролетев два миллиметра на две частицы (мезоны J/? and K+), первый из которых распался на два стабильных мюона. Следы мюонов и К+-мезона, пролетевших через детектор, позволили с высокой точностью восстановить цепь событий, которая привела к их появлению", - пишут физики.

Большой адронный коллайдер был вновь запущен после годичного перерыва 20 ноября 2009 года. Создание установки началось в конце 1990-х годов, а в сентябре 2008 года она была торжественно запущена: физики успешно провели пучки протонов в обоих направлениях. Уже через неделю на ускорителе произошла крупная авария, связанная с выходом одного из магнитов из сверхпроводящего состояния.

Это не первая остановка БАК за последнее время. В четверг, 27 мая, эксперименты на ускорителе были прерваны из-за сбоя в подаче электричества на предварительные ускорители SPS (протонный суперсинхротрон) и PS (протонного синхротрона).

Большой адронный коллайдер был вновь запущен после более чем годичного перерыва 20 ноября 2009 года. Причиной столь длительной остановки в работе ускорителя стала поломка электрической сети коллайдера, в результате которой была пробита емкость с жидким гелием.

Остановка БАК произошла в ночь с 28 на 29 мая из-за отключения линии напряжением 18 киловольт, по которой электричество поступает в CERN (Европейский центр ядерных исследований) - организацию, курирующую эксперименты на коллайдере. В результате инцидента выше нормы нагрелись несколько сверхпроводящих магнитов (их рабочая температура составляет 1,9 кельвина, или минус 271,25 градуса Цельсия) Сообщалось, что БАК заработает 2 июня, однако в итоге он был запущен на пять дней позже.

Большой адронный коллайдер - это самый мощный из существующих на планете ускоритель элементарных частиц. С его помощью физики рассчитывают воссоздать условия, существовавшие во Вселенной спустя несколько мгновений после Большого взрыва. Одной из основных целей экспериментов на БАК является поиск бозона Хиггса - частицы, "ответственной" за появления массы у всех других частиц.

Сейчас в коллайдере проводятся столкновения пучков, содержащих по три так называемых номинальных сгустка - то есть сгустков, которые состоят из 110 миллиардов протонов. Чем больше элементарных частиц в пучке, тем выше его светимость - одна из основных характеристик, от которой зависит частота столкновений протонов из встречных пучков. Существует несколько путей повышения светимости: помимо увеличения числа протонов в сгустке можно наращивать количество сгустков или сжимать их. Подробнее об этих трех способах можно прочитать тут.

Большой адронный коллайдер - это самый мощный ускоритель элементарных частиц на планете. Ускорительное кольцо залегает на глубине около ста метров в туннеле длиной 27 километров, находящемся на границе между Швейцарией и Францией. Одна из основных целей экспериментов на коллайдере - уточнение положений Стандартной модели (теории, объясняющей фундаментальные физические взаимодействия).

Светимость – это количества протонов в пучках, которые разгоняются на ускорителе.


Циркулирующие в ускорителе протоны распределены в кольце порциями: сгустками или «банчами» (от английского bunch - «связка»). Увеличение числа столкновений требует поднятия количества протонов, пролетающих за единицу времени через определенное сечение. Для этого среди прочего можно и увеличить количество сгустков.

Большой адронный коллайдер был запущен после годичного перерыва в ноябре 2009 года. Это самый большой в истории ускоритель элементарных частиц. В его 27-километровом кольце сталкиваются разогнанные почти до световой скорости пучки протонов. Изучая результаты этих столкновений, ученые надеются получить новые данные о строении материи. Чем больше столкновений удастся зафиксировать, тем больше шансов, что они столкнутся с новым уникальным событием, например, рождением новых частиц

Дориго добавляет, что физики с Тэватрона расскажут о своем открытии на 35-й конференции по физике высоких энергий, которая пройдет в Париже с 22 по 28 июля.

Автор блога отмечает, что он не знает, на каком из двух детекторов ускорителя - CDF или D0 - был найден бозон Хиггса. Ученые, которые анализировали информацию, поступающую на оба детектора, в течение многих лет сужали возможные пределы энергии и массы, внутри которых могла бы быть найдена "частица бога". В марте физики, работающие на D0, представили последнее уточнение массы еще не открытой частицы.

Исследователи, задействованные в экспериментах на Тэватроне, не раз заявляли, что им удастся обнаружить бозон Хиггса быстрее, чем их коллегам, работающим на Большом адронном коллайдере. Так, "тэватронщики" утверждали, что их шансы получить "частицу бога" в худшем случае составляют 50 на 50. В лучшем случае вероятность рождения бозона Хиггса в Тэватроне равна 96 процентам.

Кольцевой ускоритель-коллайдер Тэватрон находится в Национальной ускорительной лаборатории Энрико Ферми в штате Иллинойс. Длина его ускорительного кольца составляет 6,3 километра. Длина ускорительного кольца БАК равна 27 километрам.

Одна из работающих на Тэватроне физиков Симона Ролли (Simona Rolli) рассказала корреспонденту New Scientist, что он не знает, откуда Дориго получил информацию об обнаружении бозона Хиггса, так как в лаборатории Энрико Ферми, где находится Тэватрон, никаких известий об этом не появлялось. Ролли предположила, что в основе слухов об обнаружении бозона Хиггса могут лежать полученные в мае результаты, касающиеся несоответствия в числе полученных на коллайдере мюонов и и антимюонов. Эти данные могут помочь физикам понять, почему в природе наблюдается заметно больше материи по сравнению с антиматерией. Подробнее о майских результатах можно прочитать здесь, а о материи и антиматерии - тут.

Поиск бозона Хиггса (частицы, необходимой для подтверждения Стандартной Модели - основной теории, которая объясняет фундаментальные физические взаимодействия) - одна из основных целей экспериментов на Большом адронном коллайдере - самом крупном ускорителе элементарных частиц на планете. При этом физики, работающие на Тэватроне, не раз заявляли, что им удастся обнаружить эту частицу раньше коллег с БАК, не в последнюю очередь потому, что гигантский ускоритель более чем на год выбывал из строя из-за произошедшей аварии. Нобелевский лауреат по физике 1988 года Леон Ледерман (Leon Lederman), который работал и на БАК и на Тэватроне, заявил корреспонденту британской газеты The Daily Telegraph, что если американские физики первыми обнаружат "частицу Бога", этот факт можно сравнить с тем, как "ваша мачеха сорвется в пропасть, будучи за рулем вашего BMW".

Если есть в Париже высокая кухня и высокая мода, то требовалось лишь время, чтобы столица Франции приняла у себя конференцию по физике высоких энергий. Тысячи ученых собрались, чтобы обсудить, как работает, и работает ли вообще самый амбициозный и дорогостоящий научный проект последних лет — Большой адронный коллайдер.
Бозон Хигса или «частицу Бога» — первозданную материю, из которой есть пошла наша Вселенная, коллайдер пока не открыл. С другой стороны — и не уничтожил Вселенную черной дырой, как того опасались скептики.
Сегодня мы видим, что первая установка работает просто великолепно, точно так же, как мы ожидали, на основе долгих расчетов и моделирования работы этих установок, — говорит руководитель эксперимента на Большом адронном коллайдере Андрей Голутвин. — Мы видим хорошо известные частицы и стандартные модели. И это нам дает большую уверенность, что вскоре, когда ускоритель выйдет на проектную мощность, мы увидим что-нибудь новое.
На открытие конференции, которая продлится в Париже целую неделю, прибыл и президент Франции Николя Саркози. Реноме научного проекта, запуск которого откладывался несколько раз подряд, срочно нуждается в поддержке. Чтобы наполнить смыслом и содержанием и сам коллайдер и результаты первых месяцев его бесперебойной работы, Европейский центр ядерных исследований CERN объявил, что сейчас установка полностью готова к вторжению в неизведанные области физики.
Мы пролили первый луч света в этой темной Вселенной, — считает генеральный директор Европейского центра ядерных исследований (CERN) Рольф Хойер. — Это фантастика! Но мы начали всего 4 месяца назад. Можно сказать, всей машине — всего-то 4 месяца. И за это время мы увеличили энергию столкновения частиц больше чем в тысячу раз.
Чтобы объяснить простым обывателям, чем занимаются тысячи людей со всего мира на границе Франции и Швейцарии, сотрудники CERN записали и разместили в Интернете композицию в стиле рэп. Популярность ролика завидная — музыкальную лекцию посмотрели уже пять миллионов человек.
Дело, которым мы занимаемся, без сомнения, важно для всего мира, поскольку мы развиваем фундаментальную науку и изучаем происхождение и состав Вселенной, чтобы каждый из нас мог реализовать извечную потребность человечества — понять, в каком мире мы живем, — объясняет руководитель проекта международного линейного коллайдера в Национальном центре научных исследований CNRS Ги Вормсер.
Главный и пока единственный вывод, который физики представили мировой общественности, — большая 30-километровая труба стоимостью в 4 миллиарда долларов — по крайней мере, работает. А вот какие именно тайны мироздания с ее помощью можно постичь, похоже, пока что загадка и для самих ученых.

Специалисты БАК извлекли детектор 20 июля - LHCf расположен так, что на него постоянно попадает огромное количество жесткого излучения, и материал детектора довольно быстро приходит в негодность. В 2009 и 2010 годах ученые собирали с детектора данные, полученные при энергии столкновения пучков 0,9 тераэлектронвольт, а с 30 марта по 19 июля 2010 года - при полной энергии столкновений 7 тераэлектронвольт.

Физики планируют в 2011 году установить на место извлеченного детектора более устойчивый к радиации вариант. Также ученые планируют получить данные с LHCf в 2013 году, когда коллайдер должен выйти на проектную мощность столкновений 14 тераэлектронвольт.