Адронный коллайдер и всё о нём

Со слов Эванса, в момент ударов субатомные сгустки разогревались более чем до десяти триллионов градусов, что в миллион раз горячее, чем в центре Солнца. Для сравнения: предыдущий опыт по воссозданию условий сразу после Большого взрыва, проведённый в США, достиг показателя в четыре триллиона градусов.




Энергия, "закачанная" в ионы свинца, достигала 287 ТэВ на пучок, — повествует пресс-релиз Европейского центра ядерных исследований. Полученная кварк-глюонная плазма, как считается, очень похожа на ту, что существовала в первые миллионные доли секунды после Большого взрыва.

Поскольку энергия столкновения тяжёлых ионов в БАК более чем на порядок выше, чем в любом предыдущем эксперименте, учёные рассчитывают детальнее разобраться с процессами, происходившими в первые мгновения жизни Вселенной. В частности, опыты с ионами покажут, как кварк-глюонная плазма превращалась в ту материю, что мы видим сегодня. Также, ожидают исследователи, прольётся свет на природу сильного взаимодействия, связывающего кварки в протоны и нейтроны.

А поток данных от коллайдера ожидается большой: помимо детектора ALICE на опыты с ионами свинца переключены другие установки рекордного аппарата — CMS и ATLAS.

Бозон Хиггса может образовываться в ходе столкновений протонов в ускорительном кольце БАК. Он должен распадаться на ряд других частиц (в частности, Z-бозонов), которые могут быть зарегистрированы детекторами коллайдера. Непосредственно Z-бозоны детекторы зафиксировать не могут из-за чрезвычайно короткого времени жизни этих элементарных частиц, однако они могут "поймать" мюоны, в которые превращаются Z-бозоны.

24 сентября 2010 года детектор БАК под названием CMS зарегистрировал рождение четырех мюонов. По характеристикам их движения (в частности, по отклонению в магнитном поле) ученые определили, что масса "породивших" их Z-бозонов составляет около 92 гигаэлектронвольта. Как отмечают ученые, одного подобного события недостаточно, чтобы делать определенные выводы - для того, чтобы доказательно говорить о рождении бозона Хиггса, необходимо зарегистрировать множество событий рождения пар Z-бозонов.

Недавно физики, работающие на американском коллайдере Тэватрон, смогли уточнить границы, в которых лежит масса бозона Хиггса. Ученые показали, что масса этой частицы не находится в пределах от 158 до 175 гигаэлектронвольт. Эти, а также другие результаты, полученные на Тэватроне, стали причиной для поднятия вопроса о продлении работы ускорителя. Изначально планировалось, что эксперименты на Тэватроне будут завершены в сентябре 2011 года, однако сейчас рассматривается возможность трехгодичного продления.

Кроме того, ученые, проводя новые и новые эксперименты на БАКе, все больше убеждаются в наличии так называемого бозона Хиггса, о котором уже неплохо известно в теории, но на практике он так и не был найден. Предполагается, что эта частица отвечает за возникновение массы в материи. Гвидо Тонелли, представитель одного из научных проектов, реализуемых на коллайдере, говорит, что в 2011 году будут проведены новые столкновения протонов и ионов вещества на более высоких энергиях и при столкновении этих элементарных частиц возможно возникновение антивещества и в теории взаимодействие экзотических античастиц и элементарных частиц с положительным зарядом способно показать ученым новые виды измерений, дополняющие традиционные длину, ширину и высоту.

Тонелли говорит, что загадка измерений - это одна из самых больших загадок нашей Вселенной и если удастся ее хотя бы чуть-чуть разгадать, что это уже будет колоссальный успех.

"Многое из этого звучит как фантастика, но еще год назад мы только в теории говорили о многих вещах, которые сейчас уже реализованы на практике. Сейчас многие эксперименты идут гораздо быстрее, чем мы планировали", - говорит Фабиола Джинотти, представитель еще одной исследовательской группы.

По ее прогнозам, существование теоретического бозона Хиггса может быть подтверждено уже в 2011-2012 годам.

В ЦЕРН также рассказали, что БАК работает без перерыва с 31 марта этого года. Однако в ближайшее время потребуется провести ряд технических процедур и коллайдер 6 декабря будет остановлен на "зимние каникулы". Запущен вновь он будет в конце февраля 2011 года. Данная остановка необходима с одной стороны для того, чтобы провести диагностику систем коллайдера, а с другой стороны сэкономить для близлежащих регионов рядом с границей Франции и Швейцарии электроэнергию, потребление которой в зимний период возрастает, а коллайдер представляет собой очень энергоемкую установку.

Считается, что в первые мгновения после Большого взрыва Вселенная пребывала в состоянии кварк-глюонной плазмы, и некоторые теоретики полагали, что она могла вести себя как газ. Собранные на БАК данные опровергают эту точку зрения.

Кроме того, в ходе экспериментов с ионами свинца физики получили данные, ставящие под сомнение еще одну гипотезу, касающуюся кварков и глюонов. Часть специалистов придерживается мнения, что число глюонов в заданном объеме не может превышать некоторого предельного значения. Однако в ходе столкновений ионов образовывалось больше глюонов, чем предсказывается в рамках этой гипотезы. Впрочем, этот результат не означает, что верхнего предела не существует - просто он может оказаться больше, чем считалось. Об этом пишет New Scientist.

Ученые отмечают, что пока рано делать из полученных данных определенные выводы относительно устройства Вселенной. Они не исключают, что в самые первые доли секунды после Большого взрыва она все же могла вести себя как газ, однако обнаружить признаки такого поведения кварк-глюонной плазмы при столкновениях ионов свинца достаточно сложно.

Недавно в ходе экспериментов на БАК было зафиксировано рождение пары Z-бозонов - событие, важное для "поимки" бозона Хиггса. Z-бозоны - это элементарные частицы, которые могут образовываться из других элементарных частиц, например, из бозона Хиггса.

Пока специалисты не могут объяснить природу этого явления, но полагают, что оно связано с микроскопическими пылинками в тоннеле ускорителя, которые попадают в пучок, - ученые называют их UFO (сокращение от английского unidentified falling objects - неопознанные падающие объекты). Для того чтобы предотвратить сбрасывание пучка при пролете пылинок (если это они), ученые увеличили пороговое значение энерговыделения, которое определяет подачу сигнала на сброс. Тем не менее, скачки продолжились и после введения этой меры.

Физики опасаются, что после выхода на более высокие энергии подобные скачки будут повторяться чаще, и это может помешать нормальной работе коллайдера. Ученые, занимающиеся экспериментами на БАК, намерены обсудить, в чем точная причина скачков, и как можно избежать их.

В настоящее время на коллайдере идут эксперименты по столкновениям ионов свинца. При этом образуется особое состояние вещества - так называемая кварк-глюонная плазма. Считается, что именно в этом состоянии Вселенная была в первые мгновения после Большого взрыва. Первые полученные данные позволили ученым найти новые подтверждения гипотезы о том, что в эти мгновения Вселенная вела себя как жидкость, а не как газ.

Кроме того, на главном "конкуренте" БАК - американском коллайдере Тэватрон недавно были получены результаты, которые также можно рассматривать как доказательство того, что бозон Хиггса может быть найден.

Шестого декабря прошли последние эксперименты на БАК в 2010 году. Работы на коллайдере возобновятся 24 января 2011 года, а пучки протонов начнут циркулировать в ускорительном кольце не раньше февраля.

Гипотеза о возможном появлении черных дыр на Большом адронном коллайдере была одной из популярных теорий противников запуска ускорителя, которые обращались в ООН и в суды с целью не допустить запуска установки. По мнению противников коллайдера, при столкновении протонов могут образовываться черные дыры, которые грозят поглотить Землю.

Черные дыры возникают на конечных стадиях эволюции массивных звезд. Когда в таких звездах выгорает термоядерное горючее - водород или гелий, давление газа уже не может противостоять гравитации и тяготение схлопывает звезду в черную дыру. Этот объект отличается тем, что вторая космическая скорость для него больше скорости света, и покинуть его не может никакое излучение и никакая информация.

Напомним, 6 декабря Большой адронный коллайдер завершил свой первый рабочий год и ушел на каникулы до февраля 2011 года.

Большой адронный коллайдер - 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.
По материалам:
РИА Новости

В настоящее время основные работы по изучению нарушения CP-симметрии проводятся в Японии - там работает коллайдер KEKB (именно полученные на нем данные анализировали Макото Кобаяси и Тосихидэ Масакава - два из трех нобелевских лауреата 2008 года). В июне 2010 года японское правительство объявило, что выделит 100 миллионов долларов на модернизацию KEKB - после проведения необходимых работ он будет называться SuperKEKB. Общая сумма, которую необходимо выделить на модернизацию, составляет 300 миллионов долларов.

Решение отложить модернизацию коллайдера до конца 2012 года связано с тем, что весь прошлый год ускоритель работал практически без перебоев. Физики надеются, что за дополнительные два года экспериментов собрать достаточно данных для уточнения природы бозона Хиггса. Ученые полагают, что даже при текущей энергии столкновений протонов в 7 тераэлектронвольт (также обсуждается вопрос об увеличении энергии столкновений до 8 тераэлектронвольт) им удастся "вычеркнуть" большие значения масс из всех возможных для этой частицы. Кроме того, специалисты не исключают, что им удастся зафиксировать события рождения бозона Хиггса при столкновениях.

Бозон Хиггса - это частица, существование которой предсказано в рамках Стандартной модели (наиболее общепринятая теория, объясняющая устройство физического мира). Бозон Хиггса отвечает за наличие у других частиц массы. Помимо БАК поиск этой частицы ведется на американском ускорителе Тэватрон. В 2010 году обсуждался вопрос о продлении его работы (сотрудники Национальной ускорительной лаборатории имени Энрико Ферми, где расположен Тэватрон, даже нашли возможность выделять ежегодно из своего бюджета 15 миллионов долларов на эти цели), однако из-за финансовых трудностей эти планы были свернуты. Эксперименты на Тэватроне будут прекращены в сентябре 2011 года.

Сами ученые говорят, что чем с большей энергией коллайдер работает, тем более удивительные физические данные получаются. "Наша задача при работе с БАК остается неизменной - понять фундаментальные моменты возникновения материи и изучить правила, которые ведут к возникновению материи в пространстве", - говорит Аарон Домингез, физик из Университета Небраски в США и один из членов команды физиков БАКа.

Ранее специалисты, работающие в CERN, говорят, что их эксперименты с Большим адронным коллайдером сейчас превосходят все ранее заявленные ожидания и идут с опережением графика. Кроме этого, физики надеются уже в следующем году экспериментально доказать наличие дополнительного, четвертого, измерения, которое расширит наше существующее пространство.

Конечно, подобное четвертое измерение вначале будет существовать в микромире - на уровне атомов и потоков энергии, однако сам факт существования еще хотя бы одного измерения является научным прорывом, уверены физики. В будущем использовать факт дополнительного измерения исследователи надеются в целях исследований и экспериментов.

Кроме того, ученые, проводя новые и новые эксперименты на БАКе, все больше убеждаются в наличии так называемого бозона Хиггса, о котором уже неплохо известно в теории, но на практике он так и не был найден. Предполагается, что эта частица отвечает за возникновение массы в материи. Гвидо Тонелли, представитель одного из научных проектов, реализуемых на коллайдере, говорит, что в 2011 году будут проведены новые столкновения протонов и ионов вещества на более высоких энергиях и при столкновении этих элементарных частиц возможно возникновение антивещества и в теории взаимодействие экзотических античастиц и элементарных частиц с положительным зарядом способно показать ученым новые виды измерений, дополняющие традиционные длину, ширину и высоту.

Тонелли говорит, что загадка измерений - это одна из самых больших загадок нашей Вселенной и если удастся ее хотя бы чуть-чуть разгадать, то это уже будет колоссальный успех.

"Многое из этого звучит как фантастика, но еще год назад мы только в теории говорили о многих вещах, которые сейчас уже реализованы на практике. Сейчас многие эксперименты идут гораздо быстрее, чем мы планировали", - говорит Фабиола Джинотти, представитель еще одной исследовательской группы.

По ее прогнозам, существование теоретического бозона Хиггса может быть подтверждено уже к 2011-2012 годам.

В ЦЕРН также рассказали, что БАК работает без перерыва с 31 марта этого года. Однако в ближайшее время потребуется провести ряд технических процедур и коллайдер 6 декабря будет остановлен на "зимние каникулы". Запущен вновь он будет в конце февраля 2011 года. Данная остановка необходима с одной стороны для того, чтобы провести диагностику систем коллайдера, а с другой стороны сэкономить для близлежащих регионов рядом с границей Франции и Швейцарии электроэнергию, потребление которой в зимний период возрастает, а коллайдер представляет собой очень энергоемкую установку.