Что сейчас происходит с адронным коллайдером
Ученые объяснили последствия запуска коллайдера в Дубне
«Сила сжатия материи в NICA будет такой, как если бы мы Солнце сжали до размеров Москвы»
Работа первого блока сверхпроводящего коллайдера протонов и тяжёлых ионов NICA запущена в подмосковной Дубне, в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ). Символическую кнопку запуска нажал в пятницу, 20 ноября, на торжественной церемонии премьер-министр Михаил Мишустин.
Комплекс NICA состоит из двух источников частиц, двух линейных ускорителей для тяжелых ионов и протонов, кольцеобразного бустера (предускорителя для тяжелых ионов), нуклотрона (второго предускорителя) и собственно самого коллайдера, где разогнанные пучки частиц будут сталкиваться между собой. Предускорители нужны для поэтапного их разгона.
20 ноября в ОИЯИ дали старт испытаниям бустера для предразгона тяжелых частиц, к примеру, ионов золота, до 500 миллионов электронвольт (эВ). Открытие всего комплекса ускорителей ожидается в 2022 году.
После Большого взрыва появилось вещество и антивещество. Но при абсолютной симметрии не могла бы родиться Вселенная, поскольку, взаимодействуя, частицы и античастицы просто уничтожили бы друг друга. Наша Вселенная существует благодаря нарушению симметрии и, по сути, вся она и есть то превышение материи над антиматерией.
И теперь мы надеемся при помощи комплекса NICA понять процессы происходившие на ранней стадии образования Вселенной и в недрах нейтронных звезд. Чтобы вам было понятнее, сила сжатия материи в NICA будет такой, как если бы мы Солнце сжали до размеров Москвы.
Кроме разгадки тайны мироздани, на новом ускорительном комплекса NICA планируется осуществлять прикладные и фундаментальные исследования в радиобиологии и космической медицине, терапии раковых заболеваний, развитии реакторов и создании новых материалов.
Могут ли новые данные опытов на Большом адронном коллайдере изменить представление о физике
В октябре 2021-го появилась новая информация о результатах опытов на Большом адронном коллайдере. Ученые предполагали, что они могут перевернуть представление о современной физике.
Большому адронному коллайдеру неоднократно прочили роль причины конца света. Крупнейшая в мире экспериментальная установка привлекает внимание своими размерами (длина главного кольца – более 26 км) и непонятным многим предназначением. БАК позволяет изучать поведение разогнанных тяжелых ионов и протонов. Кольцевой ускоритель создает уникальные условия для слежения за элементарными частицами.
Главное открытие Большого адронного коллайдера
В 2012-м система Женевского исследовательского центра позволила обнаружить бозон Хиггса. Открытие позволило окончательно сформировать Стандартную модель. Она показывает, что на все существующие структуры действует 4 основных типа сил:
Последним, согласно Стандартной модели, неподвластны элементарные частицы. Результаты эксперимента LHCb от 2017-го позволили предположить близость нового открытия в этой области. Проект посвящен b-кваркам («прелестным» или от beauty) – 3-му поколению фермионов. Так называют частицы, лежащие в основе любой материи.
Что нового известно об эксперименте LHCb
B-кварки существуют триллионные доли секунды. По Стандартной модели, такой короткий период жизни объясняется наличием только слабых взаимодействий. Ученые предполагали, что определили универсальный механизм b-кварков и более тяжелых b-мезонов. При распаде частицы должны давать одинаковое количество электронов и мюонов.
В 2017-м участники эксперимента LHCb опровергли эту гипотезу. Но тогда, по словам одного из исследователей, Игоря Бойко, точности результатов было недостаточно для объявления об открытии.
«Требовалось хотя бы 5 сигм. Тогда точность оценки составила около 2,5 сигмы», — отметил кандидат физико-математических наук.
Показатель означал погрешность около 1%. В марте 2021-го исследователям удалось довести его до 0,3% (3 сигмы). Новые данные показали, что распад b-кварков ведет к образованию большего количества электронов – соотношение с мюонами составляло примерно 1:0,85. Специалисты предположили, что причиной неоднородности может быть пока неизвестная сила или частица.
Планы по продолжению опытов на Большом адронном коллайдере
Обнаружение новых структур или явлений способно оспорить Стандартную модель. Но пока она остается актуальной. Новые данные экспериментов в Большом адронном коллайдере действительно показали, что распад b-кварков приводит к образованию мюонов почти на 70% чаще, чем электронов. Но точность результатов составила 1,5 сигмы. Ученые планируют продолжить наблюдения, чтобы разобраться в вопросе.
Опыты на БАК предполагают существование пока неизвестной частицы – лептокварка. Она должна помогать лептонам и кваркам взаимодействовать друг с другом.
Блеск и нищета ускорителя Что сейчас происходит с Большим адронным коллайдером
Большой адронный коллайдер (БАК) был запущен 10 сентября 2008 года. Через девять дней в крупнейшем на планете ускорителе элементарных частиц произошла авария, и ученые вынуждены были прекратить работу на нем. Непосредственно перед запуском БАК и спустя некоторое время после поломки в СМИ появлялось огромное количество новостей о коллайдере, но постепенно информационный поток иссяк. Что сейчас происходит с БАК и вокруг него?
Фальстарт
Запуска БАК с нетерпением ждали не только физики, но и люди, которые последний раз вспоминали об этой науке в школе. Такое нетипичное внимание к исследованиям старательно поддерживалось журналистами, в том числе и далекими от науки. Кроме того, важную роль в «раскрутке» коллайдера сыграли работающие на нем специалисты, что является нетипичным для ученых поведением.
После проведения столь активной рекламной кампании специалисты БАК не могли обмануть ожидания миллионов жителей Земли и отложить запуск ускорителя. Знаменательное событие было намечено на 10 сентября 2008 года, однако незадолго до этого срока ученые столкнулись с рядом технических проблем. В назначенный день первые пучки протонов прошли по 27-километровому кольцу ускорителя. Исследователи прогнали протоны сначала по часовой стрелке, а потом и против, перевыполнив намеченную ранее программу.
Сразу после аварии стало ясно, что коллайдер получил серьезные повреждения, однако точная оценка причиненного ущерба заняла длительное время. Туннель ускорителя находится на глубине 100 метров, и в нем поддерживается стабильно низкая температура. Для того чтобы понять, что и почему произошло 19 сентября, ученым необходимо было прогреть поврежденную секцию до комнатной температуры, а затем частично разобрать конструкции БАК.
В итоговом заключении технической комиссии CERN (Европейский центр ядерных исследований, международная организация, курирующая проект БАК), выпущенном 5 декабря 2008 года, был сделан вывод, что причиной аварии стал брак при монтаже одного из контактов между магнитами. Размер причиненного ущерба был оценен в 21 миллион долларов. На ремонтные работы планировалось потратить половину этой суммы, а оставшиеся 10 миллионов должны были пойти на покупку новых магнитов.
Два наиболее сильно поврежденных участка. Фото с сайта cern.ch
Помимо собственно замены или ремонта поврежденных магнитов специалисты CERN разработали диагностическую систему, которая способна выявлять повреждения, способные спровоцировать новую аварию. С помощью этой системы уже были обнаружены несколько дефектных соединений в других секторах ускорительного кольца. В начале мая ученые выяснили, что некоторые контакты могут содержать дефекты несколько иного типа. Часть из них было решено заменить на новые.
Средства на устранение последствий аварии должны были предоставить страны-участники CERN. Дополнительные расходы и сами по себе не являются приятным событием, а тут еще грянул финансовый кризис. Выделение средств не на спасение экономики, а на непонятный прибор со сложным названием показалось разумной идеей не всем государствам.
В начале мая 2009 года Австрия заявила о своем желании выйти из CERN. По мнению официальных лиц, правительство смогло бы с большей пользой для страны потратить 17 миллионов, которые ежегодно уходят в бюджет CERN. Австрийские ученые восприняли решение правительства крайне негативно, и 18 мая канцлер страны объявил о том, что Австрия останется в составе CERN.
Не только БАК
Несмотря на то что на ремонт БАК уходит огромное количество ресурсов, CERN продолжает поддерживать и другие научные проекты. С 10 по 13 мая в Центре прошла конференция, посвященная их обсуждению. Для проведения большей части экспериментов ученые задействуют «разгоночные» ускорительные кольца БАК (перед тем как попасть в 27-километровый туннель, протоны набирают скорость в меньших по размеру кольцах). Программу конференции и ссылки на тексты докладов можно найти здесь.
Том Хэнкс в роли профессора Лэнгдона. Кадр из фильма «Ангелы и демоны»
Параллельно с чисто научной деятельностью CERN продолжает активно вести просветительскую работу. Одновременно с премьерой фильма Рона Говарда «Ангелы и демоны» был запущен сайт, на котором разъясняется суть упоминающихся в картине научных явлений. По сюжету главные герои пытаются спасти Ватикан, который злоумышленники хотят разрушить при помощи созданной в CERN антиматерии. Частично на сайте воспроизводится опубликованная ранее научно-популярная статья об антивеществе, но некоторые разделы сайта, посвященные экспериментам на БАК и бозону Хиггса, являются новыми.
Научную основу картины, снятой по мотивам одноименного романа Дэна Брауна, нельзя назвать безукоризненной. Тем не менее, представители CERN активно сотрудничают со съемочной группой и используют фильм для рекламы коллайдера. Во время визита в CERN в феврале исполнитель главной роли Том Хэнкс дал согласие принять участие в церемонии повторного запуска БАК.