Большой адронный коллайдер

Получить большую энергию частиц можно не только путём их ускорения в электрическом поле. Можно получить значительный выигрыш в энергии, если столкнуть два пучка одинаковых частиц с одинаковыми энергиями. Чтобы при этом сталкивающиеся пучки эффективно взаимодействовали, необходимо создать в области столкновения высокую плотность частиц. Ускорители такого типа были созданы и получили название ускорителей на встречных пучках или коллайдеров. Самый крупный в мире Большой электрон-позитронный коллайдер создан в лаборатории ЦЕРН в начале 1980-х гг. Он расположен на территории сразу двух стран - Швейцарии и Франции, и его окружность составляет 27 км.

Энергия в системе центра масс сталкивающихся частиц, достигнутая на нём, к концу 2000 г. составила 209 ГэВ. В декабре 1991 г. Совет ЦЕРН одобрил проект ускорителя нового поколения - Большого адронного коллайдера (сокращённо БАК), строительство которого началось в 2001 г. В настоящее время БАК является самой большой сверхпроводящей установкой в мире. Достаточно сказать, что напряжённость удерживающего магнитного поля достигает величины 8Тл (для сравнения - магнитное поле Земли составляет около 2 * 10^-5 Тл). Для удержания, коррекции и фокусировки протонных пучков (помимо протонов коллайдер рассчитан на тяжёлые ионы - ионы свинца) используется 1624 сверхпроводящих магнита, общая длина которых превышает 22 км. Магниты длиной 15 м работают при температуре 1,9 К (-271°C), что немного ниже температуры перехода гелия в сверхтекучее состояние.

В многоступенчатой криогенной системе БАК циркулирует 12 млн литров жидкого азота и почти миллион литров жидкого гелия. В ходе работы БАК за день потребляет 2-3 грузовика жидкого азота и порядка 500 литров жидкого гелия. В 2015 г. протоны во встречных пучках были разогнаны до энергии 6,5 ТэВ, и полная энергия столкновений составила 13 ТэВ.

Интересно знать:

В течение нескольких лет на создание волокон для БАК уходило свыше четверти всего производимого в мире ниобий-титанового сплава.

Внутри ускорителя идут рядом друг с другом две вакуумные трубы, по которым циркулируют два встречных протонных пучка, каждый в своём направлении. Эти две трубы объединяются в одну только в специально выделенных четырёх местах, где происходят столкновения встречных протонных пучков. Именно вокруг них построены шесть детектеров - два крупных (с двумя вспомогательными) и два средних.