2. Адронный коллайдер - конец для Солнечной системы или ее старт?
Адронный коллайдер, в науке чаще всего именуется еще Большим (за счет своих размеров), для обычного человека - непонятное, а порой и пугающее устройство, для людей науки - не самый простой измерительный прибор.
История адронного коллайдера берет свое начало еще в далеких 1980-х годах прошлого столетия. Большой адронный коллайдер был построен на месте своего предшественника — Большого электрон-позитронного коллайдера (Large Electron-Positron collider или LEP). Строительство LEP началось в 1983 году и продолжалось до 1988 года, где расположили ускоритель, в котором производилось столкновение электронов и протонов.
Построенный таким образом ускоритель продолжал свою работу до 2000 года и смог достичь энергетического показателя в 200 ГэВ, после чего был частично демонтирован. А в 2001 на его месте началось строительство Большого адронного коллайдера.
Строительство второго ускорителя продолжалось до 2007 года, а в сентябре 2008 года состоялся его первый запуск. Располагался он на том же месте, что и предыдущий ускоритель на границе на границе между Францией и Швейцарией, в долине Женевского озера (в 15 км от Женевы), на глубине ста метров, строительство и работа с установкой возглавляется Европейской организацией по ядерным исследованиям – ЦЕРН.
Большой адронный коллайдер (БАК) представляет собой сложнейшее устройство, позволяющее производить столкновение адроннов на предсветовых скоростях и фиксировать результаты этих столкновений. В случае с БАК, в качестве адроннов выступают частицы, участвующие в сильном взаимодействии - протоны (составные частицы атомов водорода и атомных ядер).
Необходимое количество протонов получают в дуоплазматроне - первой ступени ускорителя, где происходит обработка газообразного водорода под воздействием высоковольтных энергетических разрядов. Таким образом, у водорода удаляется единственный электрон в его составе и остаются только протоны (в случае использования трития и дейтерия), образуя четвертое агрегатное состояние вещества - плазму. Сразу получить чистую плазму очень затруднительный процесс (так как она включает в себя еще облако молекулярных ионов и неудаленных электронов), поэтому она подвергается фильтрации под действием магнитов и сбивается в узкий пучок.
Полученный пучок протонов проходит через линейный ускоритель LINAC 2, который представляет собой 30-тиметровое кольцо, последовательно увешенное несколькими полыми цилиндрическими электродами. Создаваемое внутри ускорителя электростатическое поле градуировано таким образом, что частицы между полыми цилиндрами всегда испытывают ускоряющую силу в направлении следующего электрода. Разогнанный таким образом пучок электронов достигает трети скорости света и имеет энергию 50 МэВ.
Далее пучок протонов проходит через протон-синхронный бустер (PSB). Он состоит из четырех наложенных колец диаметром 50 метров, в которых располагаются электромагнитные резонаторы. Здесь частицы разгоняются до 91% скорости света и достигают энергии в 1,4 ГэВ, далее они поступают в протонный-синхротрон (PS), диаметр которого составляет 628 метров, оснащенный 27 магнитами, направляющими пучок частиц по круговой орбите. Энергия пучка здесь достигает 26 ГэВ. Предпоследним кольцом для разгона протонов служит Суперпротонный-синхротрон (SPS), с длиной окружности 7 километров, оснащенных 1317-ю магнитами и насыщением пучка протонов до энергии в 450 ГэВ. Далее пучок протонов попадает в основное кольцо – Большой адронный коллайдер (LHC).
Переходы между кольцами ускорителей происходят посредством электромагнитных полей, создаваемых мощными магнитами. Основное кольцо коллайдеро состоит из двух параллельных линий, в которых частицы движутся по кольцевой орбите в противоположном направлении. За сохранение круговой траектории частиц и направление их в точки столкновения отвечают около 10 000 магнитов, масса некоторых из них достигает 27 тонн. Во избежание перегрева магнитов используется контур гелия-4, по которому протекает примерно 96 тонн вещества при температуре -271,25 ° С (1,9 К). Протоны достигают энергии в 6,5 ТэВ (то есть энергия столкновения – 13 ТэВ), при этом их скорость на 11 км/ч меньше скорости света. Таким образом за секунду пучок протонов проходит большое кольцо коллайдера 11 000 раз. Прежде, чем произойдет столкновение частиц, они будут циркулировать по кольцу от 5 до 24 часов.
Так для чего же нужна эта установка и какие угрозы несет человечеству?
Спектр задач исследуемых адронным коллайдером:
1) Изучение топ-кварков (самой тяжелой элементарной частицы);
2) Поиск, подтверждение и изучение Бозона Хиггса;
3) Изучение кварк-глюонной плазмы;
4) Поиск суперсимметрии (теории суперсимметрии);
5) Исследование фотон-фотонных и фотон-адронных столкновений;
6) Проверку экзотических теорий и поиск параллельных вселенных.
Однако, пугающие ученых и общественность явления действительно происходят в адронном коллайдере. Самые невероятные из них: рождение микроскопических черных дыр и создание антиматерии. Тем не менее, ученые сразу успокаивают общественность, даже если микроскопическая черная дыра и образуется в результатах различных экспериментов, продолжительность ее жизни составляет миллионные доли секунды, а энергии недостаточно чтобы запустить цепную реакцию. Полученная масса антиматерии также исчисляется микроскопическим количеством, а для полноценного ее изучения БАКу придется работать не одну тысячу лет при полной загрузке.
На деле, с помощью БАК было открыто 5 новых элементарных частиц (в том числе и Бозон Хиггса), получены первые данные столкновений на рекордных энергиях, показано отсутствие асимметрии протонов и антипротонов, обнаружены необычные корреляции протонов.
Если сегодня практическое применение открытиям, произошедшим на БАК пока не найдено – это не значит, что ученые «возятся на коллайдере зря». Как известно, человек разумный всегда намеревается получить максимум практического применения из имеющихся знаний, а потому знания о природе, накопленные в процессе исследования на БАК, определенно найдут свое применение, рано или поздно!
Надеюсь Вам понравилась моя статья, так что отмечайте е кнопкой нравится, подписывайтесь на канал и оставляйте комментарии (отзывы позволят мне повысит качество статей и определить интересующие Вас области). Следующая статья будет посвящена Бозону Хиггса!