Большой адронный коллайдер — крупнейший в мире ускоритель частиц, расположенный в Европейском центре ядерных исследований CERN в Швейцарии. Строительство этого сложнейшего устройства в истории человечества обошлось примерно в шесть миллиардов швейцарских франков. Для чего он нужен и как работает?
Что такое Большой адронный коллайдер?
Большой адронный коллайдер создает огромное магнитное поле. Первоначально конечной целью машины, расположенной в Женеве, было найти характерный бозон, известный как «божественная частица». Об открытии новой элементарной частицы было объявлено в 2012 году. В то время некоторые думали, что на этом проект и закончится, но перед учеными, дислоцированными в Швейцарии, были поставлены новые цели. БАК призван помочь людям лучше понять некоторые явления, происходящие в окружающем нас мире. В ближайшие годы Большой адронный коллайдер может позволить человечеству более точно понять, что такое темная материя.
Большой адронный коллайдер: история
Большой адронный коллайдер был создан в умах ученых в середине девяностых годов. Затем Совет ЦЕРН одобрил строительство LHC (Large Hadron Collider) — английской аббревиатуры этого устройства. В 2000 году его предшественник, ускоритель LEP, прекратил работу. Таким образом, оставшиеся после него туннели были местом расположения строящегося БАК. Строительство было завершено в 2008 году. Однако вскоре после запуска устройства произошел серьезный сбой, из-за которого его нельзя было использовать на срок до 14 месяцев. Благодаря его действию удалось добиться огромных успехов в области исследования элементарных частиц. Одним из самых известных научных успехов на сегодняшний день является подтверждение существования бозона Хиггса в 2013 году. Строительство объекта обошлось более чем в 4,5 миллиарда швейцарских франков.
За десять лет своего существования устройство навсегда вошло в массовую культуру. Оказалось, среди прочего, в романе Дэна Брауна «Ангелы и демоны», хотя ЦЕРН указал автору на многочисленные неточности и незнание принципов физики в его интерпретации работы Большого коллайдера.
Работает ли адронный коллайдер?
После открытия бозона Хиггса трудно было бы кому-то сказать, что БАК не выполняет своих задач. Однако в настоящее время устройство проходит модернизацию, чтобы улучшить его и сделать возможным столкновение с еще большим количеством частиц. В 27-километровом тоннеле планируется установить 130 дополнительных магнитов чрезвычайно высокой мощности. Также изменится система питания и охлаждения. Улучшенное оборудование должно получить новое название - H-LLHC (High-Luminosity Large Hadron Collider). Ученые надеются, что примененные модификации позволят провести множество ключевых мировых экспериментов и сделать новые открытия, которые оставят свой след на страницах истории.
Опасен ли БАК?
Некоторые предполагают, что работа Большого адронного коллайдера может закончиться концом света, поскольку они считают, что такое сильное магнитное поле приводит к образованию черных дыр, которые поглощают близлежащее вещество. Ученые, однако, считают, что сообщения такого типа должны быть помещены в разряд интересных, но не лишенных признаков теории заговора.
ЦЕРН доступен для посещений?
Благодаря своей специфической научной деятельности ЦЕРН привлекает внимание миллионов пользователей со всего мира. Европейскую организацию ядерных исследований можно увидеть в Женеве. Это место охотно посещают туристы, приезжающие в Швейцарию. ЦЕРН предлагает, помимо прочего, бесплатное посещение двух постоянных выставок — «Вселенная частиц» и «Микрокосм».
Применение ускорителя частиц и режим работы
Ускорители частиц являются одним из основных устройств для проведения исследований в области ядерной физики. Как следует из названия, он используется для ускорения элементарных частиц и их столкновения друг с другом для проведения ядерных реакций. Это позволяет узнать свойства тестируемых частиц и особенности взаимодействия. Помимо экспериментальных процессов, они широко используются в медицине в качестве средства лучевой терапии для лечения опухолевых заболеваний путем облучения пораженных участков ионизирующим излучением. Также стоит знать, что конструкция ускорителя может быть сложной, например, меньший ускоритель может быть частью другого с большей максимальной энергией. В этом случае речь идет о так называемом инжекторном ускорителе, который предварительно разбивает частицы. Встречаются они и в промышленности для стерилизации, вулканизации или консервации пищевых продуктов. БАК ближе к нам, чем можно было бы ожидать — частицы используют, в частности, для формирования изображения в кинескопах мониторов, телевизоров или осциллографов.
Общий принцип их действия основан на ускорении частиц электрическим полем. Магнитное поле используется для отслеживания или концентрации ускоренных частиц. Он образован блоками электромагнитов, разнесенными с интервалами по окружности или линии ускорителя. Стоит знать, что это не универсальные устройства, и способ их изготовления зависит от возможности импульса конкретных частиц. Например, ускоритель, ускоряющий тяжелые ионы, не сможет сделать то же самое с легкими частицами. Это связано с различием масс частиц и энергетическим порогом, при котором релятивистские эффекты начинают играть свою роль.