Швейцария – это место, где нашли последнюю недостающую частицу. Частица — термин, который часто употребляется в физике для обозначения объектов, которые в исследованиях можно считать неделимыми, а точнее, которых нельзя разделить. Эту частицу пророчили 50 лет назад, а последние 20 – гонялись за ней. Это Бозон Хиггса. Звучит страшно, но я сейчас объясню зачем она. Бозон Хиггса – это последний элемент пазла, «Стандартная модель». Что такое стандартная модель? Это, так называемый «код» вселенной. Если компьютерный код состоит из нулей и единичек, то код вселенной выглядит так:
Это универсальный код ко всему на свете – все что мы знаем на сегодняшний день: все люди, вода, воздух, небо, планеты, мурчание кота, свет, тепло, запахи, видео в “TikTok”. Даже мысль послушать этот доклад состоит из этой модели.
Ну что, стало понятно? Не так уж и сложно – правда?
К стандартной модели мы еще вернемся. А сейчас, давайте поймем, что такое Бозон Хиггса, и какова его роль?
Популярная формула, которую мы начнем проходить в 7 классе на физике, E = MC2 говорит, что масса и энергия – это одно и тоже. То есть на языке физики я – это 6 квинтиллионов джоули (единица измерения энергии) или 37 килограмм. 36 килограмм и 610 грамм из этого – это энергия, не дающая моим частицам, разлетится, как в «мстителях»
А 390 грамм из этого – сами частицы. Странно, да? Вот эту массу им дает «Поле бозонов Хиггса». Частицы движутся сквозь них и вязнут как ложка в меде. Вспомните как тяжело бегать по песку – такое ощущение что у вас увеличилась масса. Так же и частицы пробираются сквозь поле Хиггса и получают таким образом массу. Чем больше вязнешь – тем больше масса. Вся вселенная пронизана полем Хиггса. Поэтому, где бы не появилась частица поле Хиггса подскажет ей её массу. Именно так частицы понимают кто они есть. К примеру, без поля Хиггса Электрон, сомневался, что он электрон. Если бы мы могли видеть поле Хиггса, то люди бы там видели примерно вот так:
А хлопок руками – это возмущение поля:
Точнее тот самый бозон Хиггса.
СМИ прозвали эту частицу «Частицей бога». Получить её в чистом виде невероятно сложно. Она существует в нашем мире только 1 Сиптилеонную секунду (это вот столько - 1/100000000000000000000)
Что бы поймать её и построили Большой Адронный Коллайдер. И он находится здесь, в Швейцарии. Идея из этого простая – разбить протоны и посмотреть, что из этого получиться.
Все начинается с этого баллона:
В нем находится обычный водород (H2). Но нам нужен не он – а его протоны.
От атома водорода отрывают электроды и затем их запускают их в «Линейный ускоритель». По сути, это большой электромагнит, который играет роль 1 ступени ракеты. Их запускают пучками по 30 сантиметров, по-научному – банчами. Затем протоны запускают в бустер – где их разгоняют до 91% от скорости света, потом, в синхротрон – где они разгоняются до 99,9% от скорости света, затем, суперсинхротрон разгоняет их еще быстрее, ну и наконец, банчи запускают в главное кольцо длинной до 27 километров. Это на 7 километров больше кольцевой линии московского метро, только здесь вместо поездов гоняют банчи. Здесь они разгоняются до 99,99999999997% от скорости света. Это максимальная скорость, которую получал человек. Внутри этого кольца столько магнитов, сколько хватит что бы разогнать “Boing 747”. Одни магниты ускоряют пучки, каждый раз давая им электромагнитный пинок и изгибают их что бы заставить вращаться по кругу, а другие – удерживают протоны вместе, не давая им разлететься. По сути, вся труба – это большой магнит. Пучки в трубе летят в разные стороны, чтобы потом разбиться и устроить самое мощное ДТП со времен Большого взрыва. Окей, мы разогнали частицы и устроили самое мощное ДТП. Что будем делать дальше? Фотографировать! Но нам потребуется не обычные фотоаппараты. А какие тогда? Вот такие:
Это главная часть коллайдера – детекторы. По сути, это огромные фотоаппараты, которые регистрируют квантовую магию.
Основных детекторов на коллайдере 4: Atlas – самый большой, длинной в 46 метров и на котором зафиксировали Бозон Хиггса, Alice – на котором создают большой взрыв в миниатюре, LHCb – на котором изучают вопрос почему мир и антимир не семмитричны и CMS или компактный мюонный соляной, который конечно вообще не компактный, а весит как Ельфевая башня. Это 5-этажные Швейцарские часы, каждая деталь которых отрабатывает определенную функцию.
Пиксельные и трековые детекторы отслеживают путь частиц, вылетающих при столкновении:
Колориметры – останавливают и поглощают их, чтобы измерить энергию:
И наконец, снаружи стоят огромные пластины для мюонов – частиц, которые прошивают вообще все:
Вот они, мюонные паруса:
Все это нужно, чтобы частицы, летящие со скоростью света, устроили самое красивое шоу:
Детекторы – это не только мощные фотоаппараты, это еще и машины времени. Aliсe, про которую я вам рассказывал ранее, переносит нас на 14 миллиардов лет назад, когда атомов ещё не было. В Alice достигается температура в 9 триллионов градусов. Это невообразимо много. Это в 1000 раз жарче, чем в центре солнца. Но чтобы достичь такой температуры, только протонов уже не хватит. Нужно что-то потяжелее. Здесь сталкивают ядра свинца. Если в CMS сталкивают «машины», то в Alice сталкивают поезда. Вот как они разлетаются на миллионы деталей:
Но откуда столько частиц? Дело в том, что на квантовом уровне происходит нечто странное. Внутри, при такой энергии появляются частицы, которых не было изначально. Представьте, что вы сталкиваете 2 арбуза, а получаете апельсины, яблоки и даже манго. В этом и суть квантовой механики. При этом законы физики это не нарушает. Масса остается прежней. Было 10 кг арбузов, стало 10 кг других фруктов. Каждый раз вылетают разные фрукты. Поэтому надо сталкивать много раз, чтобы появился джекпот. Таких столкновений в секунду происходят миллионы. Чтобы собрать данные о всех столкновениях нужен суперкомпьютер:
В этом помещении находится невероятное количество процессоров и очень жарко. Оно в длину и ширину около 60 метров.
Коллайдер называют «Рудником данных». Все процессоры в год обрабатывают около 100 петабайт информации. Это около миллиона гигабайт.
Помните, мы говорили ранее про Бозон Хиггса? Он должен был помочь нам понять, в какой вселенной мы живем. Если он окажется легким – 115 GeV, то верна теория суперсимметрии, а если он окажется тяжелым – 140 GeV, то верна другая теория, о том, что наш мир не единственный и мы живем в мульти вселенной. Суперсимметрия – это не обычная симметрия правого и левого, а это симметрия антиматерии и взаимодействия. В суперсимметричном мире все переворачивается с ног на голову. У каждой частицы появляется свой партнер. Их функции меняются. Если в обычном мире бозоны – это строители, а остальные частицы стандартной модели – это кирпичи и бозоны «выстраивают» их, то в суперсимметричном мире кирпичи выстраивают строителей. А мульти вселенная означает что вселенных много, и в каждой может произойти все что угодно. Но какая из двух теорий оказалась верна? В какой вселенной мы живем? Все решилось в этом зале:
Физики занимали очередь заранее, с ночи, как за новым «айфоном». Вопрос в какой вселенной мы живем зависело от одного – от массы бозона Хиггса и существует ли он вообще. И вот в 9 утра по местному времени конференция началась. Ученые долго показывали графики и непонятные для нас рисунки, но главные были эти:
Кривые ровные, кроме одного места – 125 GeV. Это значит, что там есть частица. Это тот самый бозон Хиггса, за которым охотились ученые. Шанс что они ошиблись 1 к 3500000. Пока все пожимали друг другу руки, на одном месте тихо заплакал один человек.
Этот пожилой мужчина – Питер Хиггс. Он плачет, потому что не надеялся дожить до этого момента. Теория, которую он создал 50 лет назад, оказалась верна. Произошло важнейшее событие физики 21 века, которое оставила ученых в недоумении. Серьезно? 125 GeV? Мы ждали орла или решку, а монета падает на ребро. То есть результат оказался посередине. Вес бозона Хиггса 125 GeV.
Если раньше наука двигалась маленькими шажками, то сейчас, несется со скоростью фуры. Но возможно, мы совсем скоро упремся в стену и не будем отрывать новые частицы. Возможно, мы дошли до великой пустыни физики. Когда мы не сможем больше ничего открыть и все, это предел. Больше частиц новых нет. Даже если мы построим огромный ускоритель, вокруг черной дыры в центре галактики, мы ничего нового не откроем.
Пока наш разум не способен понять как использовать бозон Хиггса в своих целях, но рано или поздно мы это поймем. Возможно мы научимся отключать массу, и любая материя, будет расщепляться на частицы при нашем желании.
Все что делается в Швейцарии – делается в первый раз. У этих машин нет ни коммерческого, ни военного потенциала. С экономической точки зрения – это пустая трата денег, но для ученых коллайдер бесценен. Ведь он помогает ответить на самые детские вопросы. Кто мы такие? Из чего состоит мир? С чего все научилось? И чем все закончится?
Прокачивай свои мозги со мной. Материал взят - канал "ТОПЛЕС":
Копирование доклада разрешено
