Большой адронный коллайдер

Десятилетиями ученые придумывают и изобретают приспособления для более качественного исследования различных физических, природных, космических явлений. С этой целью был создан и Большой адронный коллайдер – проект довольно успешный и абсолютно уникальный.

По своей сути БАК является ускорителем заряженных частиц на своеобразных встречных пучках, и осуществляет разгон ионов свинца и протонов с целью изучения результатов их соударений.

Что это за зверь такой?

БАК – это самая сложная экспериментальная установка и самый высокоэнергичный ускоритель элементарных частиц в мире. По своим параметрам он превосходит протон‑антипротонный коллайдер Национальной ускорительной лаборатории им. Энрико Ферми (Fermi National Accelerator Laboratory, штат Иллинойс, США) и релятивистский коллайдер тяжелых ионов Брукхейвенской национальной лаборатории (Brookhaven National Laboratory, штат Нью‑Йорк, США). Общая стоимость проекта, осуществляемого при активном содействии российских специалистов из Курчатовского института (Москва), Института теоретической и экспериментальной физики им. А.И.Алиханова (Москва), Института физики высоких энергий (Протвино, Московская обл.), Института ядерной физики им. Г.И.Будкера СО РАН (Новосибирск) и прочих научно‑исследовательских учреждений, превышает 8 млрд долларов.

В реальности, коллайдер это несколько очень больших петель, выстроенных в порядке усиления мощности. Большой адронный коллайдер располагается в туннеле с длиной окружности 26,7 км (в том же, который прежде занимал Большой электрон‑позитронный коллайдер) на глубине порядка от 0,05 до 0,17 км. В целях удержания и коррекции протонных пучков используются 1624 сверхпроводящих магнита, которые будут работать при температуре 1,9 градуса по шкале Кельвина (или же минус 271,3 градуса по шкале Цельсия, что лишь немногим превышает отметку абсолютного нуля). Предполагается, что скорость разогнанных протонов составит 0,999999998 от скорости света, а количество столкновений частиц, происходящих в ускорителе каждую секунду, достигнет 800 млн.

Бюджет проекта по состоянию на ноябрь 2009 года составил 6 млрд долл. для строительства установки, которое продолжалось семь лет. Ускоритель частиц создавался под руководством ЦЕРН. В проекте было задействовано примерно 700 специалистов из России, которые участвовали в разработке детекторов БАК. Общая стоимость заказов, которые получили российские предприятия, по некоторым оценкам достигала 120 млн долл.

В строительстве и исследованиях участвовали и участвуют более 10 тысяч учёных и инженеров более чем из 100 стран.

Как долго он работает?

В августе 2008 года были проведены первые предварительные испытания Большого адронного коллайдера, во время которых по одному из его колец пучок заряженных частиц прошел расстояние в три километра. И уже в сентябре этого же года коллайдер был официально запущен. Затем произошла небольшая авария, остановившая коллайдер на ремонт сроком почти на год, и 20 ноября 2009 года провели первые после ремонтных работ испытания проекта.

Все последующие годы непрерывно проводились исследования самых разных направлений и уровней, в ходе которых БАК переводился в различные режимы. Данные испытания позволили ученым пользоваться многочисленными результатами для продвижения науки в самых разных отраслях.

В 2013 году провели очередную серию протон-ионных столкновений, а летом работа БАКа была официально приостановлена для проведения плановых технических работ. Ремонт и модернизацию планируется проводить до конца 2014 года, значительно повысив при этом мощность и КПД уникального коллайдера.

Зачем он нужен?

Результаты, к которым пришли специалисты при помощи Большого адронного коллайдера, не могут не радовать как ученых, так и мировую общественность. Среди наиболее важных итогов можно выделить:

• Открытие Бозона Хиггса и вычисление его массы;
• Доказательства отсутствия ассиметрии антипротонов и протонов;
• Изучение основных статистических свойств протонных столкновений;
• Получение новых, предсказанных и впервые обнаруженных, частиц;
• Исследование событий рождения адронных струй;
• Получение признаков возникновения в ядерных столкновениях кварк-глюонной плазмы;
• Обнаружение нестандартных корреляций протонов, которые вылетают в противоположных друг от друга направлениях.

Большой адронный коллайдер является известным и популярным во всем мире научным проектом, который к тому же зачастую обыгрывается и описывается в различных художественных книгах, фильмах, мультипликации. Однако при всей его популярности и приносимой научной пользе существует немало мнений о том, что грандиозная установка не может считаться абсолютно безопасной.

Что обнаружили?

Наиболее важным событием за всю историю Большого адронного коллайдера стало открытие бозона Хиггса. Еще с 1960-х годов считалось, что бозон Хиггса — часть поля Хиггса, невидимого поля, проходящего сквозь пространство и влияющего на все частицы. Согласно предположениям физиков, именно благодаря этому полю у частиц есть масса (или же сопротивление при передвижении).

В 2012 году, спустя три года экспериментов, физики доказали существование бозона Хиггса. Было высчитано, что сразу после столкновения бозон Хиггса разлагался на другие частицы, следуя определенным закономерностям. Данные, собранные после столкновения протонов, помогли понять и предсказать эти закономерности.

Это открытие невероятно важно: поле Хиггса — краеугольный камень стандартной модели. Благодаря ему, все другие уравнения становятся в разы понятней. Мы смогли обнаружить его спустя 50 лет после того, как его существование было предсказано на бумаге, а это значит, что мы на верном пути в изучении устройства нашей вселенной.

Что дальше?

Европейская организация по ядерным исследованиям работает над созданием нового гигантского кольцевого ускорителя элементарных частиц, который по всем параметрам превзойдет существующий ныне Большой адронный коллайдер, лишь по размерам он увеличится более чем в 10 раз.

Это, в свою очередь, позволит открыть новые частицы и даст более чёткое понимание тёмной материи. Длина международного линейного коллайдера, к примеру, будет составлять 32 километра. В отличие от БАК, где частицы разгоняются по кругу, в этом проекте они будут сталкиваться друг с другом напрямую. Проект всё еще рассматривается, но учёные надеются, что такой ускоритель получится построить в Японии, и он начнёт свою работу к 2026 году.