Адронный коллайдер и всё о нём

Уилсон предложил схему, при помощи которой можно было бы еще и дополнительно получать энергию за счет работы ускорителя. Если разогнанные до околосветовых скоростей протоны "останавливать" путем впечатывания в урановую пластину, то в момент удара каждый протон спровоцирует реакцию, которая приведет к рождению около 60 тысяч нейтронов. Атомы урана поглотят большую часть этих нейтронов, и в итоге образуются ядра плутония (соответственно, их также будет около 60 тысяч). Из одного ядра плутония при его делении в ядерном реакторе можно получить около 0,2 гигаэлектронвольта энергии. Таким образом, из 60 тысяч ядер плутония возможно извлечь 12 тысяч гигаэлектронвольт энергии.

На практике количество энергии будет меньше из-за потерь на различных этапах процесса. Кроме того, из конечной суммы необходимо вычесть то количество энергии, которое необходимо затратить, например, на получение пучка протонов и охлаждение всей системы.

В своей статье Уилсон отмечает, что предложенная им схема требует более детального изучения, однако, на взгляд физика, такой подход может в перспективе быть использован для получения энергии. Уилсон проводил расчеты для ускорителей своего времени, а их современные аналоги являются заметно менее энергозатратными, поэтому конечный выход энергии может быть намного выше.

Роберт Уилсон стоял во главе Национальной ускорительной лаборатории имени Энрико Ферми с 1967 по 1978 годы. Благодаря Уилсону, который до этого принимал участие в "Манхэттенском проекте", строительство Фермилаба было завершено раньше запланированного срока. На территории лаборатории расположены несколько скульптур, выполненных физиком.

В 2016 годы работы на БАК вновь будут прерваны, на этот раз для модернизации предварительных ускорителей, которые осуществляют первичный разгон протонов, а также детекторов. После этой остановки до 2020 года ускоритель будет работать на пучках повышенной интенсивности. Далее коллайдер будет модернизирован так, чтобы он мог до 2030 года работать в режиме высокой светимости (чем больше светимость, тем чаще сталкиваются элементарные частицы из встречных пучков).

Наконец, к 2035 году (даже несколько раньше) ученые планируют модернизировать ускоритель и довести энергию пучков до 16,5 тераэлектронвольта. Также не исключено, что на коллайдере будут сталкиваться протоны и электроны.

Планы на отдаленное будущее являются предварительными, так как существующие технологии пока недостаточно развиты для реализации некоторых из намеченных целей. Кроме того, для того чтобы осуществить все задуманные преобразования, ученым необходимо финансирование, а совсем недавно появилась информация о том, что бюджет CERN (Европейского центра ядерных исследований) - организации, которая курирует работу коллайдера, будет сокращен на четверть миллиона долларов до 2015 года. Впрочем, отмечалось, что сокращение финансирования непосредственно БАК не коснется.

Директор Лаборатории физики высоких энергий им. В.И. Векслера и А.М. Балдина Владимир Кекелидзе вспоминает: "Конечно, это была уникальная машина, по значимости соизмеримая с запуском первого спутника. Весь мир тогда аплодировал Советскому Союзу, тому, что мы оказались впереди планеты всей".


Эту машину, а именно – синхрофазотрон, российские ученые создали в 1957 году. С нее, по сути, и началась физика высоких энергий. Но в 2000 году работу магнита весом 36 тонн остановили, так как он потреблял огромное количество энергии, да и соревноваться с передовыми ускорителями в ЦЕРНе уже не мог. В 1992 году синхрофазотрон заменили ускорителем-нуклотроном, который смог сталкивать тяжелые ионы. Сейчас он считается вторым в мире после Большого адронного коллайдера в ЦЕРНе.

Заместитель главного инженера Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ), начальник ускорительного отдела Григорий Трубников рассказал: "Будущие центры, которые создаются сейчас, например, в Германии, базируются на технологиях магнитов нуклотрона. Он выбран как главная и основная модель, мы, фактически, делимся своим опытом для будущих международных центров".

Сейчас в Дубне разработали новый проект - "Ника" - на базе уже существующего ускорителя-нуклотрона. Этот проект поможет воссоздать в лабораторных условиях "Большой взрыв", после которого и образовалась наша Вселенная, и показать то, как начала формироваться наша Солнечная система.

Владиаир Кекелидзе пояснил: первые шаги сделаны не только в этих делах. "Этот коллайдер мы планируем запустить в 2016 году, и это будет, фактически, передовой фронт исследований физики тяжелых ионов, который будет недостижим в других центрах мира. Мы рассчитываем, что с созданием этого коллайдера центр этих исследований переместится в Дубну.

Проект "Ника" сами ученые из ЦЕРНа называют "младшим братом" Большого адронного коллайдера. Но если в Женеве хотят найти мельчайшие элементарные частицы, то задача проекта "Ника" - изучить сам процесс возникновения этих частиц несколько миллиардов лет назад. В ЦЕРНе заинтересовались амбициозным проектом и подписали соглашение о взаимном сотрудничестве.

Вице-директор Объединенного института ядерных исследований Михаил Иткис рассказал: " Первые шаги сделаны не только в этих делах, но и в том, чтобы организовать совместные школы для учителей. Одна уже прошла в ЦЕРНе, другая – в Дубне. Сейчас мы совместно будем в Казахстане проводить школу".

Генеральный директор ЦЕРН Рольф-Дитер Хойер рассказал: "Интерес ЦЕРНа к проекту "Ника" очень велик. Прежде всего, это специалисты высокого уровня, которые будут применять и свой опыт, и свое знание в строительстве проекта "Ника". И я уверен, что это даст очень интересные результаты. И ЦЕРН очень хочет участвовать в этом".

Чтобы помочь коллегам, из ЦЕРНа в Дубну уже прислали специальное оборудование. Так, дрейфовые камеры везли на грузовиках через всю Европу три недели. Это первый вклад ЦЕРН в будущий проект "Ника". С помощью камер можно будет сфотографировать то, что образуется в результате столкновения пучков частиц. Они будут действовать как некий телескоп во времени и, возможно, помогут разгадать некоторые тайны мироздания.

Экспериментальные наблюдения рождения B-мезонов показали, что эффективное сечение рождения этих частиц в несколько раз больше теоретически предсказанных значений. Это несоответствие получило название b-проблемы. Авторы новой работы, в числе прочего, хотели проверить, будет ли b-проблема проявлять себя на БАК, где были достигнуты огромные энергии столкновений.

Пока специалисты обработали не очень большое количество информации, однако на данный момент они не обнаружили b-проблемы. В ближайшем будущем ученые намерены продолжить обработку данных и уточнить предварительные результаты.

Большой адронный коллайдер - самый крупный на планете ускоритель элементарных частиц (длина его ускорительного кольца составляет 27 километров). Он был запущен в сентябре 2008 года, однако через 9 дней из-за аварии его работа была прервана более чем на год. После повторного запуска в ноябре 2009 года на БАК были достигнуты рекордные энергии столкновений. Недавно один из руководителей проводимых на коллайдере экспериментов обнародовал планы его развития до 2035 года.

Авторы статьи анализировали данные, поступающие на детектор CMS (Compact Muon Solenoid). В числе прочего они оценивали, под каким углом рожденные частицы разлетаются от места столкновения - эта информация необходима для определения свойств новых частиц. 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.

Специалисты предлагают несколько возможных объяснений наблюдаемого эффекта, однако пока ни одно из них не подтверждено необходимым количеством доказательств. 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.

Тем не менее, авторы работы отмечают, что обнаруженный эффект необходимо дополнительно подтвердить, так как он представляет собой "очень слабое проявление в очень сложном окружении". Эти слова ученых цитирует Agence France-Presse.

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.

Каждый дополнительный год работы Тэватрона обойдется в 50 миллионов долларов. В своем сообщении Оддон отмечает, что после консультаций с физиками-экспериментаторами руководству ускорительной лаборатории удалось выкроить средства для поддержания работы Тэватрона за счет снижения темпов выполнения двух других экспериментов.

Дополнительные 35 миллионов могут быть выделены по итогам решения департамента энергетики, в ведении которого находится Фермилаб. Представители департамента, в свою очередь, должны согласовать бюджетные траты с Белым домом.

Оддон отмечает, что отрицательное решение может быть озвучено на любом этапе переговорного процесса, в то время как положительного ответа не приходится ждать раньше февраля 2011 года, когда президент США Барак Обама утвердит бюджет страны на 2012 год.

Физики, анализирующие данные детектора CMS, прицельно искали похожее явление - ранее подобный эффект был зафиксирован на коллайдере - RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider - релятивистский коллайдер тяжелых ионов), на котором проходят столкновения не протонов, а ядер. Предполагается, что в случае столкновения ядер, корреляции являются следствием "натяжения" силовых полей, образующихся при столкновении частиц. Физик Эдуард Шуряк в своей статье обсуждает эту гипотезу и постулирует, что в случае ее правомерности при соударении протонов на БАК должна появляться "взрывная сердцевина". Пока теоретики не разработали детальной теории такого развития событий.

В другой работе приведены теоретические расчеты корреляций, результаты которых более или менее совпадают с тем, что было зафиксировано на коллайдере. Еще одна группа физиков из российского Протвино предложила оригинальное объяснение обнаруженного эффекта: ученые предположили, что корреляции связаны с вращением горячей материи, которое происходит в случае, если столкновение не совсем центральное.

Ожидается, что по мере накопления статистики ученые смогут более глубоко проанализировать произошедшее и предложить еще какие-либо гипотезы. Кроме того, не исключено, что зафиксированный эффект в действительности не является новым - такой вывод можно будет сделать в том случае, если его удастся получить при численном моделировании с применением только "стандартных" подходов и моделей.

После завершения сеанса столкновения протонов начнутся эксперименты с ионами свинца, а затем коллайдер будет остановлен на новогодние каникулы.

Большой адронный коллайдер - самый мощный в мире ускоритель заряженных частиц. Он был построен в 27-километровом подземном тоннеле на границе Швейцарии и Франции. Торжественное открытие коллайдера состоялось 21 сентября 2008 года, однако из-за аварии эксперименты удалось начать только осенью 2009 года, а на полную мощность БАК заработал в марте 2010 года.

Программа столкновений протонов была завершена вчера, и к этому моменту светимость в два раза превысила указанную величину. При обработке собранных за прошедшие месяцы данных учёные, напомним, сузили диапазон возможных масс возбуждённых кварков и обнаружили неожиданный корреляционный эффект, подобный тому, который ранее наблюдался на Релятивистском коллайдере тяжёлых ионов.

«Мы довольно точно оценили свои возможности и добились желаемого, — резюмирует генеральный директор ЦЕРН Рольф-Дитер Хойер (Rolf-Dieter Heuer). — Это позволяет надеяться на успешное выполнение плана в будущем году».

Оставшиеся недели 2010-го физики посвятят опытам с ионами свинца. Их целью станет получение кварк-глюонной плазмы и исследование её свойств, проясняющих природу сильного взаимодействия. «Мы установим экспериментальный рекорд температуры и плотности вещества», — утверждает представитель коллаборации ALICE Дэвид Эванс (David Evans).

Опыты будут продолжаться до 6 декабря, после чего БАК ожидает плановая остановка. В феврале 2011 года работа продолжится: учёные вновь вернутся к столкновениям протонов.

Энергия столкновений ионов свинца на БАК в несколько раз превысит аналогичный показатель для предыдущего "рекордсмена" - коллайдера RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider - релятивистский коллайдер тяжелых ионов). Регистрировать рождение новых частиц при столкновениях ионов будет, в первую очередь, детектор ALICE, но также и другие детекторы БАК.

Для того чтобы получить положительно заряженные ионы свинца, атомы этого элемента предварительно лишают всех электронов. Разгон ионов происходит постепенно и предварительно специалисты добиваются стабильной циркуляции пучка. Для того чтобы в коллайдере происходили столкновения, необходимо запустить в тоннель два пучка, движущихся в противоположных направлениях. Отработка условий для каждого из них проводилась отдельно.

Эксперименты со свинцом будут проводиться вплоть до новогодних каникул, когда работу ускорителя приостановят.

Недавно физики сообщили о регистрации в ходе экспериментов на БАК странного явления - при некоторых столкновениях образующиеся частицы разлетались от места своего рождения не абсолютно независимо друг от друга.

Ученые уже предложили возможные объяснения нового эффекта, о которых можно прочитать здесь. (_http://lenta.ru/artic...9/24/collider/)