Для любознательных
Вступление в действие самого крупного и передового коллайдера с высокоэнергетическими частицами привел в восторг ученых со всего мира. Реализация этого проекта, над которым трудились многие годы, была окончена. Запуск Большого Адронного Коллайдера (БАК) произошел в сентябре 2008 года после масштабной работы европейской организации по ядерным исследованиям. Однако недавно произошел неожиданный инцидент в момент, когда БАК достиг своей максимальной энергии. Что привело к этому, и каковы были последствия?
Проект разработки коллайдера, который начался в 1998 году и завершился в 2008 году, объединил усилия 10 тысяч специалистов из различных университетов и научных организаций. БАК был установлен в специальном тоннеле недалеко от границ Швейцарии и Франции близ Женевы. БАК, расположенный на глубине 100 метров, имеет форму кольца, протяженность которого составляет 27 километров, и напоминает форму тора. Его основная задача - ускорение элементарных частиц. Первое успешное столкновение протонов было достигнуто в марте 2010 года.
В БАКе имеется четыре точки пересечения, где ускоренные частицы сталкиваются. Но помимо этого, здесь также возможно ускорение тяжелых ионов, например, свинца.
БАК предоставляет ученым возможность проверить теории физики элементарных частиц. Кроме того, он откроет путь к изучению свойства бозона Хиггса - элементарной частицы с постоянной массой, которая играет роль посредника во взаимодействии между различными частицами. Как уже упоминалось, главная функция коллайдера - ускорение частиц, причем он фактически объединяет два отдельных потока частиц, что приводит к их столкновениям. Построение такой установки влечет за собой ряд сложностей, однако они оправдывают себя, поскольку в качестве инструмента для исследований она является крайне эффективной, ведь использование коллайдера позволяет ученым расширить знания о строении субатомного мира.
Первоначально запуск был отложен, и первые эксперименты состоялись только в 2009 году. Основной целью ученых было определение существования бозона Хиггса. Специалисты в области ядерных исследований ожидали, что коллайдер сможет генерировать несколько бозонов Хиггса в минуту. Первая фаза эксплуатации коллайдера продолжалась до 2013 года, вторая проходила с 2015 по 2018 год. В настоящее время (с 2022 года) идет третья фаза экспериментов.
Во время запуска БАКа в третий раз ученые обнаружили нечто странное - они зафиксировали трещину в магнитном поле Земли, протяженностью около 14 часов. Этого оказалось достаточно для проникновения солнечных ветров через эту трещину, что стало причиной геомагнитных бурь и, в конечном счете, северного сияния. Но как вообще возникла трещина? А причиной стало воздействие доминанты области совместного вращения. Это плазменные структуры крупных размеров, формирующиеся в гелиосфере в результате взаимодействия медленных и быстрых потоков солнечных ветров. При их перемещении от Солнца к Земле в области совместного вращения в сжатых магнитных полях могут образовываться ударные волны, результатом чего и является северное сияние.
Событие 7 июля. Тогда произошла геомагнитная буря класса G1. Представляет ли она угрозу? Как оказалось, нет, то есть, это обычное явление. Магнитное поле играет роль защитного барьера, предотвращающего разрушительное воздействие солнечных бурь на Землю. Трещины обычно появляются и исчезают достаточно быстро. Однако, зафиксированная 7 июля, демонстрировала, что они могут существовать на магнитном поле длительное время - в данном случае более 10 часов.
Эксперт подчеркивает, что магнитное поле обычно служит надежной защитой, но иногда через его трещины может проникать достаточное количество энергии, что может вызвать проблемы с энергетическими системами и радиосвязью. К счастью, в данном случае появление трещины не имело серьезных последствий для нас.
Планируется увеличение максимальной энергии коллайдера до 14 тераэлектронвольт. А с июня 2018 года ведутся работы по увеличению светимости установки, что сделает возможным улучшение точности наблюдений и визуализацию некоторых процессов. Эти нововведения будут полезны для научных исследований с 2027 года. В настоящее время проходит третий этап эксплуатации БАКа, который является как бы промежуточным.
Первый запуск в основном был направлен на изучение основных характеристик бозона Хиггса. Во время второго запуска были выявлены основные способы его распада. Предполагается, что третий запуск должен увеличить имеющийся объем данных примерно вдвое. После этого потребуется дополнительное время на подготовку к четвертому запуску, который может начаться в 2029 году. К тому моменту частота столкновений в коллайдере будет примерно в 10 раз выше. Четвертый запуск будет намного продолжительнее и, по оценкам, завершится примерно в 2042 году, предоставляя ученым полный набор необходимых данных.
