Представляете, круг Большого адронного коллайдера протоны пролетают 11 тыс. раз в секунду! А зачем их так разогнали? Для чего нужны эти эксперименты? Зачем было истрачено почти 5 млрд евро? Куда он делся сейчас? Давайте разбираться вместе.
Описывать строение БАК и вдаваться в подробности я не буду. Это займет огромное количество времени на чтение. Поэтому обозначу основные понятия и приведу самые главные результаты, как я уже это делала с исследованиями на Кольской сверхглубокой скважине. Как говорится: «Коротко и ясно!».
Что это такое и почему «адронный»?
Большой адронный коллайдер простыми словами – это такая труба в форме кольца, в которой при помощи электромагнитных полей разгоняют частицы высокой энергии до скорости света.
Большой – потому что он действительно «большой», длина его основного кольца равна 27 км (а точнее 26 659 м). Проходит под землей на территории Швейцарии (меньшая его часть) и Франции.
Адронный – потому что частицы (которые нужно столкнуть) и есть «адроны». Адроны – это целый класс составных частиц (в основном протоны с энергией центра масс 13 ТэВ и тяжелые ионы), которые подвержены сильному ядерному взаимодействию.
Коллайдер – потому что он «сталкиватель», который назвали от английского слова collider.
Как работает БАК?
Сами протоны смехотворно малы, намного меньше длины волны света, они действительно очень-приочень маленькие. Заставить один врезаться в другой – безумно сложно.
А в Большом адронном коллайдере нужно поразить одну крошечную вещь другой крошечной вещью. Это всё равно, что пытаться попасть пулей в выпущенную пулю... из другой галактики. Единственный способ сделать это – работать с действительно огромным количеством протонов.
Поэтому в БАК запускаются пучки протонов – миллиарды в пучке. Запускаются много раз – миллион раз в секунду. Запускаются часто – месяцами подряд. Всё это для того, чтобы получить несколько столкновений!!!
А скорость настолько велика, что круг в 27 км протоны пролетают 11000 раз в секунду!
Кольцо коллайдера разделено на 8 сегментов-секторов, которые представляют собой трубу соединенную переходными зонами, 7 из которых это детекторы частиц.
Детекторы частиц – это напичканные сложнейшими приборами «фотоаппараты». На БАК их 7 штук. Они серьезно отличаются друг от друга и «фотографируют» различные состояния не только сталкивающихся протонов и ядер, но и «несталкивающихся» пролетающих мимо частиц.
Чтобы протонные пучки развивали скорость и удерживались внутри кольца БАК – на них воздействуют больше тысячи мощных магнитов (1232 дипольных магнита, 392 квадрупольных магнита, а также магниты кикеры и септумы).
Коллайдер работает круглосуточно. Его обслуживают на постоянной основе примерно 1,5 тысяч сотрудников: рабочих и высококвалифицированных инженеров. Кроме этого, туда периодически приезжают группы ученых со всего мира – они проводят эксперименты, изучают полученные данные и уезжают.
Детекторы работают одновременно и набирают статистику поведения всего, что происходит внутри кольца Большого адронного коллайдера. Данные идут непрерывным потоком 20 Гб в секунду. Вся полученная информация хранится в вычислительном центре ЦЕРН, а также ещё в 12 резервных центрах разных стран мира, один из которых находится у нас в Дубне Московской области.
Главная цель Большого адронного коллайдера
Главная цель – посмотреть, что получится после столкновения разогнавшихся пучков протонов и ядер до световой скорости, а также исследовать всё что происходит после разгона адронов до скорости света, измерить размеры летящих протонов, контролировать их, исследовать космические лучи, моделируемые с помощью «несталкивающихся» частиц, попробовать найти медленно движущиеся тяжёлые частицы.
Другими словами, нужно четко зафиксировать поведение частиц, которые образуются при столкновениях, а также просто во время полёта, чтобы проверить, соответствует ли результат предсказаниям теории или может произойти что-то неожиданное.
Если коллайдер «большой», значит есть и «маленький»?
Многие задаются вопросами: «Существует ли Маленький адронный коллайдер? А где он находится? Почему о нем ничего не слышно?». А потому о нем ничего не слышно, потому что его нет! Малый адронный коллайдер не существует, делать его бессмысленно.
Адронный коллайдер изначально задумывался «большим». Ведь нужно разогнать (до 99,99999% от скорости света) и очень-очень сильно столкнуть протоны друг с другом. Поэтому, всё, что меньше, не даст достаточно энергии, чтобы создать бозон Хиггса. Например, существуют релятивистский коллайдер тяжелых ионов (круг диаметром в 3,8 км) и Теватрон (6,3 км), но это совсем не то.
Хотите мило улыбнуться?
Просто прочитайте: адроны обладают сохраняющимися в процессах сильного взаимодействия квантовыми числами: странностью, очарованием, прелестью и др.
И это не простые слова, а серьезные физические явления! Например, странность S – это квантовое число, которое может описать короткоживущие частицы, «очарованный кварк» – это кварк второго поколения, а «прелестный или красивый кварк» - это кварк третьего поколения. А есть экзотические адроны, которые еще не обнаружены, но вычислены что они точно есть!
Ну разве физики не лирики? Какие милые названия они придумывают!
Так для чего нужен БАК?
Был создан Большой адронный коллайдер для того, чтобы проверить на самом ли деле мы правильно понимаем все то, что происходит в космосе. Ведь то, что мы знаем не может объяснить темную материю, появление черных дыр и физику темной энергии.
Частицы составляют нашу вселенную. Они составляют вас, меня и воздух, которым мы дышим. Понимание этого помогает нам во многих отношениях. Бозон Хиггса нужен нам только для того, чтобы отсекать линии мышления, которые не могут иметь смысла или не могут быть доказаны.
Ведь когда в 1930-ые годы были открыты позитроны (античастицы), то с ними не знали, что делать. Просто стало понятно, что они есть! Но…спустя 40 лет позитроны стали использовать в здравоохранении для диагностики с помощью ПЭТ-сканеров и сейчас успешно используют во благо человечества.
Многие другие экзотические состояния, сделанные в БАК в качестве открытий, такие как пентакварки и другие временные состояния вещества, были описаны в литературе на протяжении десятилетий, и нет никаких неожиданных доказательств, которые были объявлены или опубликованы.
Все просто подтвердилось – и это очень хорошо, значит мы на правильном пути понимания Вселенной! Однако не всё...
Может ли БАК создать черные дыры и уничтожить человечество?
Хочу Вас сразу успокоить – нет, не сможет. Вернее, Большой адронный коллайдер может создавать черные дыры, но они настолько микроскопически малы и настолько мало живут (микросекунды), что ни о каком уничтожении человечества речи быть не может.
И вообще, столкновение протонов не может создать какую-либо нестабильную ситуацию, как это делает ядерный реактор. Если что-то пойдет не так или сломается, ускоритель просто перестанет работать.
Что такое бозоны Хиггса простыми словами
Исследуемая теория была задумана еще в 60-70-х годах ученым физиком Питером Хиггсом. Он предсказал количество и качество частиц, которые могут возникнуть в результате столкновений протонов.
Ученый предполагал, что Вселенная находится в каком-то поле (буквально пронизана им) при взаимодействии с которым частицы приобретают массу. Поэтому нужно было найти и доказать существование бозона Хиггса — как основу материи этого пока неизвестного, но точно существующего поля.
Почти 40 лет Франсуа Энглерт и Питер Хиггс пытались обнаружить эту частицу, но все было безрезультатно. Путем многотысячных экспериментов удалось установить только ее массу.
Бозон Хиггса простым языком – эта частица нестабильна и короткоживущая, она после появления мгновенно распадается. Её чрезвычайно сложно увидеть. Только мощное оборудование сможет «сфотографировать» её существование или хотя бы следы её распада. Но очень важная для Вселенной и отвечает за придание частицами массы.
Если говорить про бозон Хиггса просто, то это такая частица, которая правит всеми. Это последний фрагмент пазла под названием «Стандартная модель», который ответит на вопрос: есть ли еще что-то, чего мы не знаем?
Главный вопрос, на который хотели найти ответ – в какой Вселенной мы живем?
Вариант 1. Если бозон Хиггса окажется легким и будет иметь массу 115 ГэВ (гигоэлектроВольт), тогда верна теория «Суперсимметрии».
Это будет говорить о том, что во Вселенной на любую материю есть своя антиматерия, а на любую частицу, есть своя античастица (у кварков – скварки, у фотона – фатино, у электрона – сэлектроны и т.д.).
Вариант 2. Если бозон Хиггса окажется тяжелее и будет иметь массу 140 ГэВ, то значит верна теория «Мультивселенной», т.е. наша Вселенная не единственная.
Но если это так, тогда для ученных это будет глобальным поражением. Ведь наши современные законы физики (череда последовательных открытий и умозаключений) – это точное доказательство кто мы. А если Вселенных много, это значит мы живем в случайном мире и все наши знания случайны.
Так какая из двух теорий оказалась верна?
И вот 4 июля 2012 года ЦЕРН официально объявил об открытии бозона Хиггса на Большом адронном коллайдере и… объявили его массу!!!
На глазах ученого стояли слезы – он не верил, что доживет до момента, когда его бозоны будут найдены в действительности. А раз есть бозоны Хиггса, то значит есть и поле Хиггса. Он знал, что они существуют, но доказательства пришли только после столкновений адронов в Большом адронном коллайдере.
Итак, какая же масса оказалась у бозона Хиггса?
Когда предоставили графики исследований, то оказалось… что масса бозона Хиггса, того самого, за которым охотились ученые всего мира, равняется 125 ГэВ. Шанс того, что они ошиблись равняется 1:3500000.
Итак, произошло событие мирового уровня в мире физики, но… это снова поставило в тупик всех ученых – все ждали либо 115 ГэВ (и тогда верна теория «Суперсимметрии) либо 140 ГэВ (тогда мы живем в Мультивселенной), а оказалось, что масса бозона находится посередине и составляет 125 ГэВ.
Эту частицу назвали «частицей Бога», но тогда сам Бог скрывает от нас правду миротворения! Он опять дал нам лишь подсказку. Мы думали либо так, либо так, а оказалось – посередине. И мы не знаем, что значит эта середина.
Является ли БАК бесполезным и зачем были истрачены 5 млрд евро?
С точки зрения финансов – это чистая трата денег и времени. Ведь 20 лет и 5 млрд евро было потрачено на строительство этого Большого адронного коллайдера. Никаких денег эти исследования (на данный момент времени и данный уровень развития человечества) принести не могут.
С точки зрения науки – это прорыв, но не такой глобальный, как ожидали.
Это многомиллиардный проект, который является одним из крупнейших научных достижений человечества, и все, конечно же потребовали бы исключительных результатов от него. Однако «Москва не сразу строилась».
Большой адронный коллайдер смог ответить только на 3% от поставленных перед ним задач. Другими словами, то, что сейчас получили – это только начало и 97% еще предстоит узнать.
Ложка дегтя в бочке с мёдом
15 января 2023 года в британской газете The Guardian вышла статья, которая поясняет, почему с марта 2022 года нет публикаций с результатами новых исследований. А ведь в течение того года на Большом адронном коллайдере было проведено более 70 научных работ.
Оказывается всё это из-за СВО. Работающие в ЦЕРН исследователи отказались указывать в соавторах российских и белорусских специалистов (работы есть, но публиковать их не будут). Кроме того, организация решила не продлевать соглашение о сотрудничестве с нашей страной, действие которого истечет в 2024-м.
А из-за сложившейся политической ситуации в мире Большой адронный коллайдер в декабре полностью остановили. Из-за нехватки электроэнергии он в данный момент времени не работает.
Вместо заключения
Главное и практически единственное открытие Большого адронного коллайдера – это бозон Хиггса. Сейчас мы узнали (и это действительно прорыв!) что он является возбуждением поля Хиггса, который отвечает за придание частицами массы.
Что с ним делать человечество пока не знает. Но возможно, что через 20-30 лет, мы сможем как Танос, по щелчку пальца, разорвать связь между кварками и тогда всё живое и неживое просто разлетится в пыль.
А возможно и теорию относительности Эйнштейна можно нарушить. Великий ученый утверждал, что ни один предмет не может двигаться в пространстве быстрее скорости света. Но что будет, если мы сможем создать реактивный двигатель, который будет отбрасывать топливо со скоростью света. И, соответственно, земляне получат космический корабль, способный летать со скоростью света! Варп-двигатели из «СтарТрека» станут реальностью и человечество сможет путешествовать в другие миры.
В большинстве фантастических блокбастеров путешествия в другие миры измеряются тысячекратным превышением скорости света. Кто знает, может мы добьемся и этого. Как говорится: «Бойтесь мечтать – мечты сбываются!». Поле Хиггса мы же смогли обнаружить!
Понравилась статья? Если «да», то ставьте лайк. Лайк – лучшее спасибо! Пишите комментарии – это возможность поспорить и найти истину.
