LHC pentru forma prescurtată (Large Hadron Collider, prescurtat ca LHC) este un accelerator de particule încărcate pe fascicule care se ciocnesc, conceput pentru a accelera protoni și ioni grei (ioni de plumb) și pentru a studia produsele coliziunilor lor. Colizorul a fost construit la CERN (Consiliul European pentru Cercetări Nucleare), situat lângă Geneva, la granița Elveției și Franței. LHC este cea mai mare instalație experimentală din lume. Peste 10 mii de oameni de știință și ingineri din peste 100 de țări au luat parte la construcții și cercetări.

Este numit mare datorită dimensiunii sale: lungimea inelului principal al acceleratorului este de 26 659 m; hadronic - datorită faptului că accelerează hadronii, adică particule grele formate din quarcuri; ciocnitor - datorită faptului că grinzile de particule sunt accelerate în direcții opuse și se ciocnesc în puncte speciale de coliziune.

Specificații BAK

În accelerator, se presupune că se va ciocni cu protoni cu o energie totală de 14 TeV (adică 14 teraelectronvolți sau 14 × 1012 electroni volți) în centrul de masă al particulelor incidente, precum și nuclee de plumb cu o energie de 5 GeV (5 × 109 electroni volți) pentru fiecare pereche de nucleoni care se ciocnesc. La începutul anului 2010, LHC a depășit oarecum energia protonică a titularului recordului anterior - colizorul proton-antiproton Tevatron, care până la sfârșitul anului 2011 a funcționat la N. Enrico Fermi (SUA). În ciuda faptului că reglarea echipamentului durează ani și nu a fost încă finalizată, LHC a devenit deja cel mai mare accelerator de particule cu energie ridicată din lume, printr-un ordin de mărime superior energiei față de alți colizori, inclusiv relativistul greu colisionator de ioni RHIC, care funcționează la Laboratorul Brookhaven (SUA).

Luminozitatea LHC în primele săptămâni de alergare nu a depășit 1029 particule / cm 2 s; totuși, continuă să crească constant. Scopul este de a atinge o luminozitate nominală de 1,7 · 1034 particule / cm 2 · s, care în ordinea mărimii corespunde luminozităților BaBar (SLAC, SUA) și Belle (engleză) (KEK, Japonia).

Acceleratorul este situat în același tunel care a fost ocupat anterior de Marele Colizor Electron-Pozitron. Tunelul cu o circumferință de 26,7 km este pus sub pământ în Franța și Elveția. Adâncimea tunelului este cuprinsă între 50 și 175 de metri, iar inelul tunelului este înclinat cu aproximativ 1,4% față de suprafața pământului. Pentru confinarea, corectarea și focalizarea fasciculelor de protoni, se utilizează 1624 de magneți supraconductori, a căror lungime totală depășește 22 km. Magneții funcționează la 1,9 K (-271 ° C), puțin sub temperatura superfluidă a heliului.

Detectoare LHC

LHC are 4 detectoare principale și 3 detectoare auxiliare:

• ALICE (Un experiment mare de coliziune de ioni)
• ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS)
• CMS (solenoid compact de muon)
• LHCb (The Large Hadron Collider beauty experiment)
• TOTEM (măsurare totală a secțiunii transversale elastice și difractive)
• LHCf (The Large Hadron Collider forward)
• MoEDAL (Detector monopol și exotice la LHC).

ATLAS, CMS, ALICE, LHCb - detectoare mari situate în jurul punctelor de coliziune ale grinzilor. Detectoarele TOTEM și LHCf sunt auxiliare, situate la o distanță de câteva zeci de metri de punctele de intersecție ale grinzilor ocupate de detectoarele CMS și respectiv ATLAS și vor fi utilizate împreună cu cele principale.

Detectoarele ATLAS și CMS sunt detectoare de uz general concepute pentru a căuta bosonul Higgs și „fizica nestandardizată”, în special, materia întunecată, ALICE - pentru a studia plasma quark-gluon în coliziuni de ioni de plumb grei, LHCb - pentru a studia fizica quark-urilor b, care va permite să înțelegem mai bine diferențele dintre materie și antimaterie, TOTEM este conceput pentru a studia împrăștierea particulelor la unghiuri mici, cum ar fi în timpul zborurilor strânse fără coliziuni (așa-numitele particule care nu se ciocnesc, particule înainte), care vă permite să măsurați cu mai multă precizie dimensiunea protonilor, precum și să controlați luminozitatea colizorului și, în cele din urmă, LHCf - pentru studierea razelor cosmice modelate folosind aceleași particule fără coliziune.

De asemenea, asociat cu funcționarea LHC este al șaptelea, destul de nesemnificativ din punct de vedere bugetar și complex, detectorul MoEDAL (experiment), conceput pentru a căuta particule grele în mișcare lentă.

În timpul funcționării coliziunii, coliziunile sunt efectuate simultan în toate cele patru puncte de intersecție ale grinzilor, indiferent de tipul de particule accelerate (protoni sau nuclee). În același timp, toți detectorii colectează statistici în același timp.

Accelerarea particulelor într-un colizor

Viteza particulelor din LHC pe fasciculele care se ciocnesc este apropiată de viteza luminii în vid. Accelerarea particulelor la energii atât de mari se realizează în mai multe etape. În prima etapă, acceleratoarele liniare Linac 2 și Linac 3 cu consum redus de energie injectează protoni și ioni de plumb pentru accelerarea ulterioară. Apoi particulele intră în rapelul PS și apoi în PS în sine (sincronul protonului), dobândind o energie de 28 GeV. Cu această energie, ei se mișcă deja cu o viteză apropiată de lumină. După aceea, accelerarea particulelor continuă în SPS (supersincrotronul protonului), unde energia particulelor atinge 450 GeV. Apoi, o grămadă de protoni este direcționată în inelul principal de 26,7 kilometri, aducând energia protonilor la maximum 7 TeV, iar în punctele de coliziune detectoarele înregistrează evenimentele care au loc. Când sunt complet umplute, două fascicule de protoni care se ciocnesc pot conține 2808 ciorchini fiecare. În etapele inițiale de depanare a procesului de accelerație, doar un mănunchi circulă într-un fascicul lung de câțiva centimetri și de o dimensiune transversală mică. Apoi încep să crească numărul de cheaguri. Ciorchinii sunt localizați în poziții fixe unul față de celălalt, care se deplasează sincron de-a lungul inelului. Ciorchinii într-o anumită secvență se pot ciocni în patru puncte ale inelului, unde se află detectoarele de particule.

Energia cinetică a tuturor ciorchinilor de hadroni din LHC, atunci când este complet umplută, este comparabilă cu energia cinetică a unui avion cu reacție, deși masa tuturor particulelor nu depășește o nanogramă și nici măcar nu pot fi văzute cu ochiul liber. Această energie se obține datorită vitezei particulelor apropiate de viteza luminii.

Ciorchinii parcurg un cerc complet al acceleratorului în mai puțin de 0,0001 secunde, făcând astfel peste 10 mii de rotații pe secundă

Obiective și obiective ale LHC

Sarcina principală a Large Hadron Collider este de a afla structura lumii noastre la distanțe mai mici de 10 -19 m prin „sondarea” ei cu particule cu o energie de mai mulți TeV. Până acum, s-au acumulat deja multe dovezi indirecte că la această scară fizicienii ar trebui să deschidă un anumit „nou strat de realitate”, al cărui studiu va da răspunsuri la multe întrebări ale fizicii fundamentale. Ce anume se va dovedi a fi acest strat de realitate nu se știe dinainte. Teoreticienii, desigur, au propus deja sute de fenomene variate care ar putea fi observate la energiile de coliziune ale mai multor TeV, dar experimentul va arăta ceea ce se realizează de fapt în natură.

Căutarea unei noi fizici Modelul standard nu poate fi considerat teoria supremă a particulelor elementare. Ar trebui să facă parte dintr-o teorie mai profundă a structurii micromondei, partea care este vizibilă în experimentele pe colizori la energii sub aproximativ 1 TeV. Astfel de teorii sunt denumite în mod colectiv „Fizică nouă” sau „Dincolo de modelul standard”. Sarcina principală a Large Hadron Collider este de a obține cel puțin primele indicii despre ceea ce este această teorie mai profundă. Pentru a unifica în continuare interacțiunile fundamentale într-o teorie, se utilizează diverse abordări: teoria șirurilor, care a fost dezvoltată în teoria M (teoria brane), teoria supergravității, gravitația cuantică în buclă, etc. Unele dintre ele au probleme interne și niciuna dintre ele nu are confirmare experimentală. Problema este că, pentru a efectua experimentele corespunzătoare, sunt necesare energii care nu pot fi atinse în acceleratoarele moderne de particule încărcate. LHC va permite experimentele care anterior erau imposibile și este probabil să confirme sau să infirme unele dintre aceste teorii. Astfel, există un întreg spectru de teorii fizice cu dimensiuni mai mari de patru care presupun existența „supersimetriei” - de exemplu, teoria șirurilor, care uneori se numește teoria superstringului tocmai pentru că fără supersimetrie își pierde sensul fizic. Confirmarea existenței supersimetriei ar fi astfel o confirmare indirectă a adevărului acestor teorii. Studiul quarkilor de sus Quarkii de sus sunt cei mai grei quarks și, în plus, sunt cele mai grele particule elementare descoperite până acum. Conform ultimelor rezultate Tevatron, masa sa este de 173,1 ± 1,3 GeV / c 2. Datorită masei sale mari, quarkul de sus a fost observat până acum doar la un singur accelerator - Tevatron; alte acceleratoare pur și simplu nu aveau suficientă energie pentru producția sa. În plus, quarkii de top sunt de interes pentru fizicieni nu numai prin ei înșiși, ci și ca „instrument de lucru” pentru studierea bosonului Higgs. Unul dintre cele mai importante canale de producție pentru bosonul Higgs din LHC este producția asociativă împreună cu o pereche top-quark-antiquark. Pentru a separa în mod fiabil astfel de evenimente de fundal, este mai întâi necesar să se studieze ele însele proprietățile quark-urilor superioare. Studierea mecanismului de simetrie electrodebolită Unul dintre principalele obiective ale proiectului este de a demonstra experimental existența bosonului Higgs, o particulă prezisă de fizicianul scoțian Peter Higgs în 1964 în cadrul modelului standard. Bosonul Higgs este un cuantum al așa-numitului câmp Higgs, când trece prin care particulele experimentează rezistență, pe care o reprezentăm drept corecții la masă. Bosonul în sine este instabil și are o masă mare (mai mare de 120 GeV / c 2). De fapt, fizicienii sunt interesați nu atât de bosonul Higgs în sine, cât de mecanismul Higgs pentru ruperea simetriei interacțiunii electro-slabe. Studii cu plasmă Quark-gluon Este de așteptat ca aproximativ o lună pe an să aibă loc în accelerator în modul de coliziune nucleară. În această lună, colizorul va accelera și se va ciocni în detectoare nu în protoni, ci în nuclee de plumb. Într-o coliziune inelastică a două nuclee la viteze ultrarelativiste, o bucată densă și foarte fierbinte de materie nucleară se formează pentru o perioadă scurtă de timp și apoi se dezintegrează. O înțelegere a fenomenelor care apar în acest caz (tranziția materiei în starea plasmei quark-gluon și răcirea acesteia) este necesară pentru a construi o teorie mai perfectă a interacțiunilor puternice, care va fi utilă atât pentru fizica nucleară, cât și pentru astrofizică. . Căutarea supersimetriei Prima realizare științifică semnificativă a experimentelor la LHC poate fi dovada sau infirmarea „supersimetriei” - teoria conform căreia orice particulă elementară are un partener mult mai greu, sau „superparticulă”. Studiul coliziunilor foton-hadron și foton-foton Interacțiunea electromagnetică a particulelor este descrisă ca fotoni de schimb (în unele cazuri, virtuali). Cu alte cuvinte, fotonii sunt purtători ai câmpului electromagnetic. Protonii sunt încărcați electric și înconjurați de un câmp electrostatic, astfel încât acest câmp poate fi considerat ca un nor de fotoni virtuali. Orice proton, în special un proton relativist, include un nor de particule virtuale ca parte integrantă. Când protonii se ciocnesc, particulele virtuale care înconjoară fiecare dintre protoni interacționează între ele. Din punct de vedere matematic, procesul de interacțiune a particulelor este descris printr-o serie lungă de corecții, fiecare dintre acestea descriind interacțiunea prin particule virtuale de un anumit tip (a se vedea diagramele Feynman). Astfel, atunci când se studiază coliziunea protonilor, este studiată și indirect interacțiunea materiei cu fotonii de mare energie, ceea ce prezintă un mare interes pentru fizica teoretică. Este, de asemenea, luată în considerare o clasă specială de reacții - interacțiunea directă a doi fotoni, care se pot ciocni atât cu protonul contrapropagator, dând naștere la coliziuni tipice foton-hadron, cât și între ele. În regimul coliziunilor nucleare, datorită încărcării electrice mari a nucleului, influența proceselor electromagnetice este și mai importantă. Testarea teoriilor exotice La sfârșitul secolului al XX-lea, teoreticienii au prezentat un număr imens de idei neobișnuite despre structura lumii, care sunt denumite în mod colectiv „modele exotice”. Acestea includ teorii cu gravitație puternică la o scară energetică de ordinul 1 TeV, modele cu un număr mare de dimensiuni spațiale, modele preon în care quarks și leptonii constau în particule, modele cu noi tipuri de interacțiuni. Faptul este că datele experimentale acumulate sunt încă insuficiente pentru a crea o singură teorie. Și toate aceste teorii sunt în sine compatibile cu datele experimentale disponibile. Deoarece aceste teorii pot face predicții specifice pentru LHC, experimentatorii intenționează să testeze predicțiile și să caute urme ale anumitor teorii în datele lor. Se așteaptă ca rezultatele obținute la accelerator să poată limita imaginația teoreticienilor acoperind unele dintre construcțiile propuse. Se așteaptă, de asemenea, să fie detectate și alte fenomene fizice în afara modelului standard. Este planificat să se studieze proprietățile bosonilor W și Z, interacțiunile nucleare la energii ultra-înalte, procesele de creare și descompunere a quarcurilor grele (b și t).

Unde se află marele coliziune de hadroni?

În 2008, CERN (Consiliul European pentru Cercetări Nucleare) a finalizat construcția unui accelerator de particule super-puternic numit Large Hadron Collider. În limba engleză: LHC - Large Hadron Collider. CERN este o organizație științifică interguvernamentală internațională fondată în 1955. De fapt, acesta este principalul laborator din lume în domeniile energiilor înalte, fizicii particulelor și energie solara... Aproximativ 20 de țări sunt membre ale organizației.

De ce este nevoie de Large Hadron Collider?

În vecinătatea Geneva, într-un tunel circular de beton de 27 de kilometri (26 659 m), a fost creat un inel de magneți supraconductori pentru a accelera protonii. Se presupune că acceleratorul va ajuta nu numai să pătrundă în secretele microstructurii materiei, ci va face posibilă și înaintarea în căutarea unui răspuns la întrebarea noilor surse de energie în adâncurile materiei.

În acest scop, simultan cu construcția acceleratorului în sine (în valoare de peste 2 miliarde de dolari), au fost creați patru detectoare de particule. Dintre acestea, două sunt universale mari (CMS și ATLAS) și două sunt mai specializate. Costul total al detectoarelor se apropie, de asemenea, de 2 miliarde de dolari. Peste 150 de institute din 50 de țări, inclusiv ruse și bieloruse, au participat la fiecare dintre marile proiecte CMS și ATLAS.

Vânătoarea evazivă a bosonului Higgs

Cum funcționează acceleratorul de coliziuni de hadroni? Colizorul este cel mai mare accelerator de protoni care operează pe fascicule care se ciocnesc. Ca urmare a accelerației, fiecare dintre grinzi va avea o energie în sistemul de laborator de 7 teraelectron-volți (TeV), adică 7x1012 electroni-volți. Atunci când protonii se ciocnesc, se formează multe particule noi, care vor fi înregistrate de detectoare. După analiza particulelor secundare, datele obținute vor ajuta la răspunsul la întrebări fundamentale care îi preocupă oamenii de știință angajați în fizica și astrofizica micromondelor. Printre principalele întrebări se numără detectarea experimentală a bosonului Higgs.

A devenit „celebru” bosonul Higgs - o particulă ipotetică, care este una dintre componentele principale ale așa-numitului model clasic standard al particulelor elementare. Numit după teoreticianul britanic Peter Higgs, care i-a prezis existența în 1964. Bosonii Higgs, fiind cuantele câmpului Higgs, sunt considerate a fi relevante pentru întrebările fundamentale ale fizicii. În special - la conceptul de origine a maselor de particule elementare.

În perioada 2-4 iulie 2012, o serie de experimente la colizor au dezvăluit o anumită particulă care poate fi corelată cu bosonul Higgs. Mai mult, datele au fost confirmate atunci când au fost măsurate atât de sistemul ATLAS, cât și de sistemul CMS. Încă se discută dacă notorul boson Higgs este cu adevărat descoperit sau este o altă particulă. Faptul este că bosonul detectat este cel mai greu dintre cele înregistrate anterior. Pentru a rezolva o întrebare fundamentală, au fost invitați principalii fizicieni ai lumii: Gerald Guralnik, Karl Hagen, Francois Engler și Peter Higgs însuși, care au fundamentat teoretic existența unui boson numit după el în 1964. După analiza setului de date, participanții la studiu tind să creadă că bosonul Higgs a fost într-adevăr descoperit.

Mulți fizicieni sperau că studiul bosonului Higgs va dezvălui „anomalii” care îi vor face pe oameni să vorbească despre așa-numita „Fizică nouă”. Cu toate acestea, până la sfârșitul anului 2014, aproape întreaga gamă de date acumulate în ultimii trei ani ca urmare a experimentelor la LHC a fost procesată și nu au fost dezvăluite abateri interesante (cu excepția unor cazuri). De fapt, s-a dovedit că dezintegrarea cu doi fotoni a notorului boson Higgs era, potrivit cercetătorilor, „prea standard”. Cu toate acestea, experimentele programate pentru primăvara anului 2015 pot surprinde lumea științifică cu noi descoperiri.

Nici un boson

Căutarea bosonului Higgs nu este un scop în sine pentru un proiect uriaș. Pentru oamenii de știință, este, de asemenea, important să se caute noi tipuri de particule care să permită judecarea interacțiunii unificate a naturii într-un stadiu incipient al existenței Universului. Acum oamenii de știință disting patru interacțiuni fundamentale ale naturii: puternică, electromagnetică, slabă și gravitațională. Teoria sugerează că, în stadiul inițial al universului, ar fi putut exista o singură interacțiune. Dacă se descoperă particule noi, această versiune va fi confirmată.

Fizicienii sunt, de asemenea, îngrijorați de originea misterioasă a masei particulelor. De ce particulele au deloc masă? Și de ce au astfel de mase și nu altele? Pe parcurs, aici ne referim întotdeauna la formula E=mc². Orice obiect material are energie. Întrebarea este cum să o eliberezi. Cum să creăm tehnologii care să permită eliberarea acesteia dintr-o substanță cu eficiență maximă? Aceasta este principala problemă energetică de astăzi.

Cu alte cuvinte, proiectul Large Hadron Collider îi va ajuta pe oamenii de știință să găsească răspunsuri la întrebări fundamentale și să extindă cunoștințele despre micro-lume și, astfel, despre originea și dezvoltarea Universului.

Contribuția oamenilor de știință și a inginerilor bieloruși și ruși la crearea LHC

În faza de construcție, partenerii europeni de la CERN au apelat la un grup de oameni de știință din Belarus cu experiență serioasă în acest domeniu pentru a participa la crearea detectoarelor pentru LHC încă de la începutul proiectului. La rândul lor, oamenii de știință din Belarus au invitat colegi de la Institutul Comun de Cercetare Nucleară din orașul științific Dubna și alte institute rusești să coopereze. Specialiștii în echipă au început să lucreze la așa-numitul detector CMS - „Solenoid compact de muoni”. Se compune din mai multe subsisteme complexe, fiecare dintre acestea fiind conceput pentru a îndeplini sarcini specifice, în timp ce împreună oferă identificarea și măsurarea exactă a energiilor și a unghiurilor de emisie ale tuturor particulelor produse în momentul coliziunilor de protoni în LHC.

La crearea detectorului ATLAS au participat și specialiști bieloruși-ruși. Acesta este un dispozitiv înalt de 20 m capabil să măsoare traiectoria particulelor cu o precizie ridicată: până la 0,01 mm. Senzorii sensibili din interiorul detectorului conțin aproximativ 10 miliarde de tranzistori. Scopul prioritar al experimentului ATLAS este de a detecta bosonul Higgs și de a studia proprietățile acestuia.

Fără exagerări, oamenii de știință au adus o contribuție semnificativă la crearea detectoarelor CMS și ATLAS. Unele componente importante au fost fabricate la uzina de construcție a mașinilor de la Minsk. Revoluția din octombrie (MZOR). În special, calorimetrul hadronului final pentru experimentul CMS. În plus, fabrica a produs elemente extrem de sofisticate ale sistemului magnetic al detectorului ATLAS. Acestea sunt produse de dimensiuni mari, care necesită stăpânirea tehnologiilor speciale de prelucrare a metalelor și a prelucrării ultra-precise. Potrivit tehnicienilor CERN, comenzile au fost executate cu brio.

Nici „contribuția indivizilor la istorie” nu ar trebui subestimată. De exemplu, un inginer, dr. Roman Stefanovich, este responsabil pentru mecanica ultra-precisă în proiectul CMS. Ei chiar spun în glumă că fără aceasta, CMS nu ar fi fost asamblat. Dar, serios, putem spune cu siguranță: fără el, timpii de asamblare și punere în funcțiune cu calitatea necesară nu ar fi fost îndeplinite. Celălalt inginer electronic al nostru Vladimir Cehovski, după ce a trecut o competiție destul de dificilă, depanează astăzi electronica detectorului CMS și a camerelor sale de muoni.

Oamenii de știință sunt implicați atât în ​​lansarea detectoarelor, cât și în partea de laborator, în funcționarea, întreținerea și actualizarea acestora. Oamenii de știință din Dubna și colegii lor din Belarus își iau locul pe bună dreptate în comunitatea fizică internațională CERN, care lucrează pentru a obține noi informații despre proprietățile profunde și structura materiei.

Poate că întreaga lume cunoaște cea mai ambițioasă structură științifică din Europa - Large Hadron Collider, care este construit nu departe de orașul elvețian Geneva.

Înainte de lansare, au existat multe zvonuri panicoase despre sfârșitul viitorului lumii și că instalația ar provoca daune ireparabile ecologiei Elveției. Cu toate acestea, anii trec, colizorul funcționează, dar lumea rămâne aceeași. De ce a fost construită o structură atât de imensă și scumpă? Să ne dăm seama.

Ce este marele coliziune de hadroni?

Nu este nimic mistic în proiectarea Marelui Collider de Hadroni sau LHC. Acesta este doar un accelerator de particule elementare încărcate, care este necesar pentru accelerarea particulelor grele și pentru studiul produselor formate atunci când acestea se ciocnesc cu alte particule.

Există mai mult de o duzină de instalații similare în întreaga lume, inclusiv acceleratoare rusești în Dubna lângă Moscova și în Novosibirsk. LHC a fost lansat pentru prima dată în 2008, dar, din cauza unui accident care a avut loc la scurt timp, a funcționat la o putere redusă pentru o lungă perioadă de timp și abia în 2015 a devenit posibilă funcționarea unității la capacitatea sa de proiectare.

Ca aproape toate instalațiile similare, LHC este un tunel în formă de inel. Acesta este situat la o adâncime de aproximativ 100 de metri, la granița dintre Franța și Elveția. Strict vorbind, sistemul LHC include două instalații, una cu diametru mai mic și cealaltă cu diametru mai mare. Lungimea tunelului mare depășește dimensiunile tuturor celorlalte acceleratoare existente astăzi și este de 25,5 kilometri, motiv pentru care colizorul a fost numit cel Mare.

Pentru ce este construit colizorul?

Fizicienii moderni au reușit să dezvolte un model teoretic care combină trei interacțiuni fundamentale dintre cele patru existente și se numește Model standard (SM). Cu toate acestea, nu poate fi încă considerată o teorie cuprinzătoare a structurii lumii, deoarece zona pe care oamenii de știință a numit-o teoria gravitației cuantice și care descrie interacțiunea gravitațională rămâne practic neexplorată. Rolul principal în acesta, conform teoriei, ar trebui să fie jucat de mecanismul de formare a masei de particule, numit bosonul Higgs.


Oamenii de știință din întreaga lume speră că cercetările efectuate la LHC vor permite studierea experimentală a proprietăților bosonului Higgs. În plus, studiul quarkurilor prezintă un interes considerabil - acesta este numele particulelor elementare care formează hadroni (datorită lor, colizorul se numește hadronic).

Cum funcționează LHC?

După cum sa menționat deja, LHC este un tunel rotund format din inele principale și auxiliare. Pereții tunelului sunt compuși din numeroși electromagneti puternici care generează un câmp care accelerează microparticulele. Accelerația inițială are loc în tunelul auxiliar, dar particulele câștigă viteza necesară în inelul principal, după care particulele care se grăbesc spre ele se ciocnesc, iar rezultatul coliziunii lor este înregistrat de instrumente extrem de sensibile.

Ca urmare a numeroaselor experimente, în iulie 2012, conducerea CERN (Consiliul European pentru Cercetare Nucleară) a anunțat că experimentele au detectat bosonul Higgs. În prezent, studiul acestui fenomen continuă, deoarece multe dintre proprietățile sale diferă de cele prezise teoretic.

De ce au nevoie oamenii de un LHC?

Costurile de construcție ale LHC au fost, potrivit diverselor surse, de peste 6 miliarde de dolari. Suma devine mult mai impresionantă atunci când vă amintiți costurile anuale de funcționare ale instalației. De ce trebuie să suportați costuri atât de semnificative, ce beneficii va aduce colizorul oamenilor obișnuiți?

Cercetările planificate și care au loc deja la LHC, în viitor, pot deschide accesul la energie ieftină pentru oameni, care poate fi obținut literalmente din aerul subțire. Aceasta va fi poate cea mai ambițioasă revoluție științifică și tehnologică din istoria omenirii. În plus, după ce au înțeles mecanismul bosonului Higgs, oamenii pot obține controlul asupra unei forțe care rămâne complet dincolo de controlul oamenilor - asupra gravitației.


Desigur, descoperirile care vor fi făcute cu ajutorul marelui colizor de hadroni nu ne vor permite să stăpânim tehnologia de conversie a materiei în energie sau să creăm un avion antigravitațional chiar mâine - rezultatele practice sunt așteptate doar în viitorul îndepărtat. Cu toate acestea, experimentele vor face posibilă mai mulți pași mici spre înțelegerea esenței structurii Universului.

Cum funcționează Large Hadron Collider

Acceleratorul LHC va funcționa pe baza efectului de supraconductivitate, adică capacitatea anumitor materiale de a conduce electricitatea fără rezistență sau pierdere de energie, de obicei la temperaturi foarte scăzute. Pentru a menține fasciculul de particule pe linia sa circulară, sunt necesare câmpuri magnetice mai puternice decât cele utilizate anterior în alte acceleratoare CERN.

Large Hadron Collider, un accelerator de protoni construit în Elveția și Franța, nu are analogi în lume. Această structură inelară lungă de 27 km a fost construită la o adâncime de 100 de metri.

În el, cu ajutorul a 120 de electro-magneți puternici la o temperatură aproape de zero absolut - minus 271,3 grade Celsius, se presupune că accelerează fasciculele de protoni care se ciocnesc pentru a se apropia de viteza luminii (99,9%).Cu toate acestea, într-o serie de locuri, traseele lor se vor intersecta, ceea ce va permite protonilor să se ciocnească. Particulele vor fi ghidate de câteva mii de magneți supraconductori.Când există suficientă energie, particulele se vor ciocni, astfel oamenii de știință vor crea un model de Big Bang.Mii de senzori vor înregistra momentele coliziunii. Consecințele unei coliziuni de protoni și vor deveni subiectul principal de studiu al lumii. [ http://dipland.ru / Cybernetics / Large_andronny_collider_92988]

Specificații

Acceleratorul ar trebui să coliziune protoni cu o energie totală de 14 TeV (adică 14 tera electron-volt sau 14 1012 electroni volți) încentrul sistemului de masă particule incidente, precum și nuclee conduce cu o energie de 5 GeV (5 109electronvolți) pentru fiecare pereche de ciocnire nucleoni. La începutul anului 2010 LHC a depășit deja ușor energia protonului deținătorului record anterior - colizorul proton-antiproton Tevatron care până la sfârșitul anului 2011 a lucrat înLaboratorul Național al Acceleratorului. Enrico Fermi(STATELE UNITE ALE AMERICII ). În ciuda faptului că reglarea echipamentului durează ani și încă nu a fost finalizată, LHC a devenit deja cel mai mare accelerator de energie al particulelor elementare din lume, printr-un ordin de mărime superior energiei față de alți colizori, inclusiv relativistul colizor greu de ioni RHIC care lucrează în Laboratorul Brookhaven(STATELE UNITE ALE AMERICII).

Detectoare

LHC are 4 detectoare principale și 3 detectoare auxiliare:

· ALICE (Un experiment mare de coliziune de ioni)

ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS)

CMS (solenoid compact de muon)

LHCb (Experimentul de frumusețe Large Hadron Collider)

TOTEM (Măsurarea totală a secțiunii transversale elastice și difractive)

LHCf (Marele coliziune de hadroni înainte)

MoEDAL (Detector monopol și exotice la LHC).

ATLAS, CMS, ALICE, LHCb - detectoare mari situate în jurul punctelor de coliziune ale grinzilor. Detectoarele TOTEM și LHCf sunt auxiliare, situate la o distanță de câteva zeci de metri de punctele de intersecție ale grinzilor ocupate de detectoarele CMS și respectiv ATLAS și vor fi utilizate împreună cu cele principale.

Detector CMS

Detectoarele ATLAS și CMS sunt detectoare de uz general concepute pentru a căuta bosonul Higgs și „fizica nestandardizată”, în special materie întunecată , ALICE - pentru studiuplasma quark-gluon în coliziuni de ioni de plumb grei, LHCb - pentru cercetarea fizicăb-carcuri pentru a înțelege mai bine diferențele dintre materie și antimaterie , TOTEM - conceput pentru a studia împrăștierea particulelor la unghiuri mici, cum ar fi în timpul zborurilor strânse fără coliziuni (așa-numitele particule care nu se ciocnesc, particule înainte), care vă permite să măsurați mai precis dimensiunea protonilor, de asemenea ca control al luminozității colizorului și, în cele din urmă, LHCf - pentru cercetareraze cosmice modelat folosind aceleași particule care nu se ciocnesc.

LHC este, de asemenea, asociat cu al șaptelea, destul de nesemnificativ din punct de vedere bugetar și complex, detectorul MoEDAL (experiment), conceput pentru a căuta particule grele în mișcare lentă.

În timpul funcționării coliziunii, coliziunile sunt efectuate simultan în toate cele patru puncte de intersecție ale grinzilor, indiferent de tipul de particule accelerate (protoni sau nuclee). În același timp, toți detectorii colectează statistici în același timp.

Consum de energie

În timpul funcționării coliziunii, consumul estimat de energie va fi de 180 M W ... Consumul total estimat de energie CERN pentru 2009, ținând cont de colizorul de lucru - 1000 GWh, din care 700 GWh vor cădea pe accelerator. Aceste costuri energetice reprezintă aproximativ 10% din consumul total anual de energie. Cantonul Geneva ... CERN în sine nu produce energie, având doar rezervăgeneratoare diesel. [http://ru.wikipedia.org/wiki/]

Poate că, în câțiva ani, Internetul va lăsa loc unei noi integrări mai profunde a computerelor la distanță, permițând nu numai transferul de la distanță a informațiilor localizate în diferite părți ale lumii, ci și utilizarea automată a resurselor de calcul la distanță. În legătură cu lansarea Large Hadron Collider, CERN lucrează de câțiva ani la crearea unei astfel de rețele.

Faptul că Internetul (sau ceea ce este notat prin termenul web) a fost inventat de Organizația Europeană pentru Cercetare Nucleară (CERN) a fost mult timp un fapt manual. În jurul semnului „În aceste coridoare s-a creat o rețea mondială” într-unul dintre coridoarele obișnuite ale clădirii obișnuite CERN, spectatorii se înghesuie întotdeauna în timpul zilei de deschidere. Acum, Internetul este utilizat de oamenii din întreaga lume pentru nevoile lor practice și inițial a fost creat astfel încât oamenii de știință care lucrează la același proiect, dar situați în diferite părți ale planetei, să poată comunica între ei, să împărtășească date, să publice informații la care era posibil să fie accesat de la distanță.

Sistemul GRID al CERN (în engleză grid - lattice, network) este un alt pas înainte, o nouă etapă în integrarea utilizatorilor de computere.

Face posibilă nu numai publicarea datelor care se află în altă parte a planetei, ci și utilizarea resurselor la distanță ale mașinii fără a-și părăsi locul.

Desigur, computerele obișnuite nu joacă un rol special în furnizarea puterii de calcul, prin urmare, prima etapă a integrării este conexiunea centrelor supercomputerelor din lume.

Crearea acestui sistem a fost provocată de Large Hadron Collider. Deși GRID este deja utilizat pentru o serie de alte sarcini, nu ar exista fără un colizor și invers, fără GRID, procesarea rezultatelor colizorului este imposibilă.

Harta serverului GRID //

Oamenii care lucrează în colaborările LHC se află în diferite părți ale planetei. Se știe că nu numai europenii lucrează la acest dispozitiv, ci și toate cele 20 de țări - participanți oficiali la CERN, în total există aproximativ 35 de țări. Teoretic, pentru a asigura funcționarea LHC, a existat o alternativă la GRID - extinderea propriilor resurse de calcul ale centrului de calcul CERN. Dar resursele care erau la momentul formulării problemei erau complet insuficiente pentru modelarea funcționării acceleratorului, stocarea informațiilor din experimentele sale și prelucrarea lor științifică. Prin urmare, centrul de calculatoare ar trebui să fie foarte semnificativ reconstruit și modernizat, ar trebui achiziționate mai multe computere și facilități de stocare a datelor. Dar asta ar însemna că toate fondurile ar fi concentrate în CERN. Acest lucru nu a fost foarte acceptabil pentru țările aflate departe de CERN. Desigur, nu erau interesați să sponsorizeze resurse care ar fi foarte greu de utilizat și, mai degrabă, erau înclinați să își mărească potențialul de calcul, mașină. Prin urmare, ideea s-a născut pentru a folosi resursele acolo unde sunt.

Nu încercând să concentrăm totul într-un singur loc, ci să unim ceea ce este deja în diferite părți ale planetei.

LHC este, în primul rând, o mare poveste de groază. Dar este ea atât de periculoasă și ar trebui să mă tem de ea? Da și nu! În primul rând, tot ceea ce vor învăța fizicienii și astrofizicienii este deja cunoscut în prealabil (vezi mai jos). Și ceea ce constituie o amenințare reală, din tărâmul presupunerilor lor, se dovedește a fi o amenințare complet diferită. De ce sunt atât de încrezător să vorbesc despre acest lucru, ci doar pentru că am făcut 60 de descoperiri științifice ale proprietăților eterului Universului și, prin urmare, totul se știe despre eter, dar deocamdată sunt singur. În primul rând, știința este fundamental greșită în ceea ce privește găurile negre. „Găurile negre” sunt nucleele tuturor galaxiilor. Ele sunt uriașe și nu pot fi create artificial în miniatură în niciun fel. Si de aceea? Orice galaxie este un oscilator natural gigant care se extinde ciclic și se contractă cu o perioadă de zeci de miliarde de ani. La sfârșitul contracției, majoritatea galaxiilor capătă forma unei bile (nucleu). Întregul Univers, inclusiv toate galaxiile, este format în principal din eter. Eterul este un lichid compresibil continuu ideal, comprimat la presiune colosală, are o densitate extraordinară și, cel mai important, vâscozitatea sa se dovedește a fi zero. Nucleul este „gaura neagră”, dar spre deosebire de conceptul general acceptat al acestuia, nu este și nu poate fi, orice materie sub nici o formă - doar eter. Contracția galaxiei este urmată imediat de expansiunea acesteia. În special, de la forma sferică, începe să se formeze suplimentar o formă în formă de disc. Ca urmare a expansiunii eterului în el, presiunea sa statică în interior scade. Milioane de ani mai târziu, apare prima presiune critică, la care o varietate de particule sub-elementare apar din eter ca picături de rouă, inclusiv fotoni, radiații dure - raze X, „particule ale lui Dumnezeu” și altele. Galaxia devine vizibilă, luminoasă. Dacă este orientat spre noi lateral, atunci în centru în jurul axei există un punct negru sau o pată neagră - eterul în care materia nu este formată. Se formează la diametre mari. Există o zonă sau o centură vizibilă în care se formează materia. Mai mult, pe măsură ce partea în formă de disc se extinde, materia devine mai complexă. Particulele subelementare sunt stoarse din toate părțile de eter. Eterul însuși dintre particule formează paraboloizi de rotație cu o presiune statică mai mică decât în ​​eterul din jur. Cele mai mici secțiuni transversale ale paraboloizilor la mijlocul distanței dintre centrele de masă ale acestor particule determină forțele de comprimare a particulelor din presiunea necompensată asupra acestora din părțile opuse. Sub acțiunea forțelor de stoarcere, particulele sunt puse în mișcare. Există o mulțime de particule, astfel încât forțele rezultate din forțele de zdrobire se dovedesc a fi zero pentru o lungă perioadă de timp. De-a lungul a sute de milioane de ani, acest echilibru este deranjat treptat. Unele dintre ele se lipesc, încetinindu-și mișcarea, altele nu au timp să treacă și, sub influența forțelor de stoarcere, încep să se rotească în jurul particulelor mai masive lipite, formând atomi. Apoi, miliarde de ani mai târziu, moleculele se formează în același mod. Materia devine treptat mai complexă: se formează stele gazoase, apoi stele cu planete. Pe planete, sub influența tuturor acelorași forțe de stoarcere, materia devine mai complexă. Formate: substanțe gazoase, lichide și solide. Apoi, pe unele dintre ele, apar flora și fauna și, în cele din urmă, ființele vii dotate cu inteligență - oameni și extratereștri. Astfel, în regiunile îndepărtate ale galaxiei, pe măsură ce partea în formă de disc se extinde, materia devine mai complexă, cu cât se află mai departe de centrul nucleului. În nucleul însuși, presiunea statică, aparent, se dovedește întotdeauna a fi mai mare decât cea critică, prin urmare, formarea materiei în el se dovedește a fi imposibilă. Gravitația ca atare nu există deloc. În Univers și, în special, în galaxii, operează legea stoarcerii universale (extrudare). Nucleul galactic este o „gaură neagră”, dar nu posedă forțele de tragere în materie. Lumina prinsă într-o astfel de gaură pătrunde liber prin ea, în ciuda pretențiilor că acest lucru este presupus imposibil. Deoarece eterul Universului este un lichid compresibil indivizibil, nu are temperatură. Numai materia are temperatură, deoarece este discretă (constă din particule). Prin urmare, senzaționalul Big Bang și teoria universului termic se dovedesc a fi eronate. Deoarece Legea stoarcerii universale (extrudării) funcționează în Univers, nu există o gravitate inexplicabilă ca atare, luată de oamenii de știință pur și simplu - pe credință. Prin urmare, relativitatea generală se dovedește a fi inconsistentă - teoria generală a relativității a lui A. Einstein și toate teoriile bazate pe diferite tipuri de câmpuri și sarcini. Pur și simplu nu există câmpuri și taxe. Găsește o explicație simplă și directă pentru cele patru mari interacțiuni. În plus, atracția se explică prin stoarcere, iar respingerea - prin extrudare. În ceea ce privește taxele: spre deosebire de tarifele atrăgătoare (fenomen - stoarcere), precum și încărcăturile similare se resping (fenomenul - împingere). Prin urmare, o serie întreagă de teorii devin, de asemenea, de nesuportat. Cu toate acestea, nu ar trebui să leșinăm de frică din cauza formării de "găuri negre" în LHC - Large Hadron Collider. Nu l-ar fi creat niciodată, oricât de umflat ar fi personalul său și indiferent de asigurările de jurământ pe care le-a dat. Pentru a crea „particule ale lui Dumnezeu” (bosonul Giggs), aparent, _ este imposibil și nu este recomandabil. Aceste particule în sine, în formă finită, ajung la noi din prima zonă a galaxiei noastre Calea Lactee și nu ar trebui să ne temem cu atât mai mult de ele. Bosonul atacă Pământul de miliarde de ani și în acest timp nu s-a întâmplat nimic periculos. Cu toate acestea, de ce trebuie să vă fie frică? Există, de asemenea, un pericol foarte mare, de care cei care experimentează pe LHC nici măcar nu știu! În LHC, particulele relativ grele sunt accelerate până la inaccesibile până la viteze luminoase. Și, dacă numai dintr-un anumit motiv, ei deviază de la o anumită traiectorie de mișcare și, prin urmare, cad într-un detector sau în altă parte, atunci, având o viteză mare și o energie specifică și încearcă să o mărească, vor începe să bată electronii de atomi de substanțe neradioactive, provocând astfel o reacție nucleară necunoscută anterior. După aceea, va începe fisiunea spontană a nucleelor ​​din aproape toate substanțele. Mai mult, va fi o explozie atomică a unei forțe nevăzute anterior. De aceea va dispărea: mai întâi LHC cu Elveția, apoi Europa și întregul glob. Deși totul se poate opri aici, noi toți vom dispărea. Aceasta va fi o catastrofă la scară cosmică. Prin urmare, înainte de a fi prea târziu, personalul LHC trebuie să dea dovadă de curaj și să suspende imediat experimentele la LHC până când se află adevăratul motiv: va fi așa sau nu? Poate, din fericire, mă înșel. Ar fi bine dacă așa ar fi. Doar o echipă de oameni de știință poate da răspunsul corect la această întrebare. Kolpakov Anatoly Petrovich, inginer mecanic