Large Hadron Collider
l Большой адронный коллайдер - кольцевой ускоритель заряженных частиц на встречных пучках с кольцом длиной 26, 65 км, проходящим под территориями Швейцарии и Франции. Реализация проекта CMS объединит мировой опыт создания и эксплуатации больших экспериментальных установок, накопленный во всем мире на протяжении последних десятилетий. Подобно тому, как открытие атомной структуры, волновых свойств материи и квантовой механики в начале ХХ столетия обеспечило быстрое развитие науки и технологий, результаты экспериментов на LHC не только дадут возможность установить фундаментальные законы физики частиц, но и могут привести к открытиям, которые определят генеральное развитие науки и технологии в XXI веке. l Проект ускорителя задуман как крупномасштабная международная программа. России было предложено участвовать в его создании. Договоренность закреплена в Протоколе об участии в проекте, подписанном 14 июня 1996 г. CERN и Миннауки России по поручению Правительства Российской Федерации. Согласно этому документу российские институты и промышленные предприятия произведут высокотехнологичное оборудование на сумму 200 млн швейцарских франков в течение 10 лет. Финансовый вклад России, определяющий масштаб последующего участия российских физиков в экспериментах на коллайдере, должен составить 133 млн швейцарских франков, а инвестиции CERN и других западных партнеров в Россию - более 66 млн швейцарских франков. Несмотря на то что финансовый вклад России составит менее 5% общей стоимости проекта, реальная доля участия российских физиков в последующих экспериментальных исследованиях на этом уникальном комплексе составит в среднем 16%. Это результат признания значительного интеллектуального и технологического вклада российских ученых в развитие физики высоких энергий вообще и в осуществление проекта LНС, в частности. l Новый ускоритель будет установлен в уже существующем в CERN кольцевом тоннеле, созданном для электронно-позитронного коллайдера LЕР, и станет крупнейшим в мире ускорителем заряженных частиц. l Ввод ускорителя в строй намечен на 2006 -2007 гг. На коллайдере будут изучаться столкновения двух пучков протонов с суммарной энергией 14 Тэ. В/протон. Эта энергия в миллионы раз больше энергии, выделяемой в единичном акте термоядерного синтеза. l На ускорителе LНС планируется проведение экспериментов ATLAS, СМS, ALICE, LНСb, для каждого из которых на кольце ускорителя будет построен свой инструмент - детектор частиц. В центре каждого детектора будут сталкиваться протоны с частотой около 800 млн раз в секунду. Каждое столкновение даст около 10 млн единиц информации. Для обработки этой информации создаются совершенное электронное оборудование и математическое обеспечение, а также разрабатывается новейшая
Процесс ускорения частиц в коллайдере l Скорость частиц в БАК на встречных пучках близка к скорости света в вакууме. Разгон частиц до таких больших скоростей достигается в несколько этапов. На первом этапе низкоэнергетичные линейные ускорители Linac 2 и Linac 3 производят инжекцию протонов и ионов свинца для дальнейшего ускорения. Затем частицы попадают в PS-бустер и далее в сам PS (протонный синхротрон), приобретая энергию в 28 Гэ. В. После этого ускорение частиц продолжается в SPS (протонный суперсинхротрон), где энергия частиц достигает 450 Гэ. В. Затем пучок направляют в главное 26, 7 -километровое кольцо и в точках столкновения детекторы фиксируют происходящие события.
l Антипрото н — античастица по отношению к протону. Имеет отрицательный электрический заряд и отрицательное барионное число, прочие свойства совпадают со свойствами протона. Впервые открыт в 1955 году на ускорителе протонов в Калифорнийском университете в Беркли. Результаты были опубликованы в Phys. Rev. 100, 947— 950 (1955), а сама работа принесла её авторам Нобелевскую премию по физике за 1959 год. l Антипротоны могут рождаться в высокоэнергетических столкновениях нуклонов с довольно высокой вероятностью. В настоящее время антипротоны получают в больших количествах и используют для протон-антипротонных коллайдеров. Кроме того, антипротоны наблюдаются и в космических лучах. l Взаимодействия протонов с антипротонами. l Кулоновское притяжение между протонами и антипротонами могло бы, в принципе, приводить к образованию их связанного состояния, аналогичного позитронию. Однако, несмотря на многолетние исследования, убедительных доказательств существования этого связанного состояния пока нет. В 2003 году коллаборация BES в Пекине представила новые данные, которые могут быть интерпретированы и как проявление связанного состояния протона и антипротона (см. подробности на странице Текущие открытия в ФЭЧ: связанные состояния протона и антипротона). Эти результаты пока продолжают обсуждаться научным сообществом. l Как и для любой другой античастицы, антипротон может аннигилировать при встрече с протоном. Экспериментальные исследования показывают, что аннигиляция низкоэнергетических протонов и антипротонов идёт с образованием 4 -5 пи-мезонов. При высоких энергиях вероятность аннигиляции протона и антипротона понижается, и сечение этого процесса приближается к сечению процесса столкновения протона с протоном, в согласии с теоремой Померанчука.
Технические характеристики l Светимость БАК во время первого пробега составит всего 1029 частиц/см²·с. Это весьма скромная величина. Однако, после запуска БАК для экспериментальных исследований, светимость будет постепенно повышаться от начальной 5· 1032 до номинальной 1, 7· 1034 частиц/см²·с, что по порядку величины соответствует светимостям современных B-фабрик Ba. Bar (SLAC, США) и Belle (KEK, Япония). Выход на номинальную светимость планируется в 2010 году. l На БАК будут работать шесть детекторов: ALICE (A Large Ion Collider Experiment), ATLAS (A Toroidal LHC Apparatu. S), CMS (Compact Muon Solenoid), LHCb (The Large Hadron Collider beauty experiment), TOTEM (TOTal Elastic and diffractive cross section Measurement) и LHCf (The Large Hadron Collider forward). Детекторы ATLAS и CMS предназначены для поиска бозона Хиггса и «нестандартной физики» , в частности тёмной материи, ALICE — для изучения кварк-глюонной плазмы в столкновениях тяжёлых ионов свинца, LHCb — для исследования физики b-кварков, что позволит лучше понять различия между материей и антиматерией, TOTEM — для изучения несталкивающихся частиц (forward particles), что позволит точнее измерить размер протонов, а также контролировать светимость коллайдера, и, наконец, LHCf — для исследования космических лучей, моделируемых с помощью тех же несталкивающихся частиц.
История Адронного Коллайдера l Прошлое… l В первую половину XX века среди европейских достижений основную роль играл прогресс в области физики, от открытия электрона до исследования атомного ядра и его составных частей, от специальной теории относительности to квантовой механики. К несчастью, военные конфликты 1930 -40 х годов прервали этот процесс, поскольку многим ученым пришлось эмигрировать в более спокойные места. Возвращение к мирной жизни ознаменовало ряд решающих перемен. К началу 50 х годов американцы поняли, что для дальнейшего прогресса требуются более сложные инструменты и что инвестиции в фундаментальную науку могут управлять экономическим и политическим развитием. В то время, как европейские ученые все еще полагались на простое оборудование, принцип действия которого был основан на радиоактивности и космическом излучении, в США были построены мощные ускорители. Настольные эксперименты сменились проектами, которыми занимались большие группы ученых и инженеров. l Ряд дальновидных физиков, таких как Раби, Амальди, Аугер и де Ружмон, понимали, что совместная работа – единственный путь вперед в передовых научных исследованиях в Европе. Несмотря на прекрасные интеллектуальные традиции и престижные университеты, ни одна европейская страна не была способна справиться с этими задачами одна. На встрече ЮНЕСКО во Флоренции в 1950 году было рекомендовано создать европейскую лабораторию, и менее чем три года спустя 12 стран, входящих в Европейскую организацию по ядерным исследованиям (Conseil Européen pour la Recherché Nucléaire), подписали соответствующую Конвенцию. Так была создана ЦЕРН, прообраз сети европейских институтов занимающихся проблемами космоса, астрономии и молекулярной биологии, и Европа была готова вернуть свое прославленное место на научной карте мира.
l … настоящее … l ЦЕРН существует, прежде всего, для того, чтобы обеспечить европейских физиков акселераторами, отвечающим требованиям исследований на пределе знаний человечества. Выполняя задачу по обеспечению более высоких энергий взаимодействия, Лаборатория сыграла ведущую роль в разработке установок, обеспечивающих столкновение частиц. Выдающимися “первыми шагами” были протонный коллайдер с накопительными кольцами (ISR), введенный в эксплуатацию в 1971 году, и протон-антипротонный коллайдер Протонного Супер-Синхротрона (SPS), который был запущен в 1981 году и произвел тяжелые частицы W и Z два года спустя, подтвердив тем самым теорию электромагнитных и слабых сил. Главная движущая сила в настоящее время – Большой Электрон-Позитронный Коллайдер (LEP), где измерения, непревзойденные по количеству и качеству, тестируют наше лучшее описание субатомной природы, Стандартную Модель, с точностью 1%, которая вскоре достигнет одной тысячной доли. К 1996 году энергия LEP была удвоена и достигла значения 90 Гэ. В на пучок частиц в LEPII, открыв новое поле для научных исследований. Результаты с более высокой точностью ожидаются в больших количествах до конца текущего десятилетия, и они должны существенно улучшить наши текущие представления о мироустройстве. Миссия LEP/LEPII к тому времени будет почти полностью выполнена.
l … и будущее. . . l Данные, получаемые от LEP, настолько точны, что чувствительны к явлениям, которые происходят при энергиях, превышающих значения энергий самой установки, подобно точным измерениям силы толчков землетрясения при нахождении вдалеке от его эпицентра. Это дает нам предварительное представление о захватывающих научных открытиях, которые могут быть сделаны при более высоких энергиях, и позволяет вычислить параметры установки, дающей возможность сделать эти открытия. Всё свидетельствует о том, что новая физика и ответы на некоторые из самых глубоких вопросов нашего времени находятся в пределах энергий около 1 Тэ. В (1 Тэ. В = 1000 Гэ. В). l Следующий исследовательский инструмент в европейском арсенале физики элементарных частиц, позволяющий найти эту новую физику, – это LHC (Большой Адронный Коллайдер, БАК). В соответствии с эффективной по стоимости стратегией ЦЕРН, предписывающей сооружать новые установки на базе старых, LHC был спроектирован так, чтобы уместиться в 27 -километровом туннеле, содержащем LEP, и получать питание от существующих источников частиц и ранее построенных акселераторов. Многообещающая машина, LHC будет использовать самые продвинутые сверхпроводящий магнит и технологии ускорения, которые когда-либо и где-либо применялись. Эксперименты с LHC, конечно, планируются с учетом теоретически предсказуемых явлений. Однако, они должны быть также подготовлены, насколько это возможно, к сюрпризам. Это потребует высочайшей изобретательности от физиков и инженеров. l LHC – необыкновенно универсальный ускоритель. Он может сталкивать пучки протонов с энергиями 7 на 7 Тэ. В и точки пересечения пучков с небывалой яркостью, давая возможность проводить эксперименты с высокой степенью взаимодействия Он также способен сталкивать пучки тяжелых ионов, например, свинца, с общей энергией столкновения свыше 1250 Тэ. В, что примерно в тридцать раз выше, чем у Релятивистского Коллайдера Тяжелых Ионов (RHIC), который строится в Брукхейвенской лаборатории в США. Совместная работа LEP и LHC может обеспечить протон-электронные столкновения с энергией 1. 5 Тэ. В, что примерно в пять раз больше, чем в данный момент доступно в ускорителе HERA в лаборатории DESY, Германия. Исследовательский, технический и образовательный потенциал Большого Адронного Коллайдера огромен.
Для того чтобы лучше ориентироваться в тех подготовительных работах, которые сейчас проводятся на LHC, стоит взглянуть на общий план ускорителя. Всё кольцо LHC поделено на восемь секторов, границы которых отмечены точками от 1 до 8. На каждом участке (1– 2, 2– 3 и т. д. ) стоят в ряд магниты, управляющие протонным пучком. Благодаря магнитному полю поворотных магнитов сгустки протонов не улетают прочь по касательной, а постоянно поворачиваются, оставаясь внутри ускорительного кольца. Эти магниты формируют орбиту, вдоль которой движутся протоны. Кроме того, специальные фокусирующие магниты сдерживают поперечные колебания протонов относительно «идеальной» орбиты, не давая им задевать стенки довольно узкой (диаметром несколько сантиметров) вакуумной трубы. Общий план кольца LHC с предварительным ускорителем SPS. Стрелками показано направление движения протонов.
l. ЦЕРН (CERN) — Европейская организация по ядерным исследованиям, крупнейшая в мире лаборатория физики высоких энергий. Также иногда переводится как Европейский Центр ядерных исследований. Аббревиатура CERN произошла от фр. Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (Европейский Совет по ядерным исследованиям). В русском языке обычно используется аббревиатура ЦЕРН. l l Общие сведения. ЦЕРН находится на границе Швейцарии и Франции, вблизи Женевы. Территория ЦЕРНа состоит из двух основных площадок и нескольких более мелких. Большой комплекс зданий включает в себя рабочие кабинеты, лаборатории, производственные помещения, склады, залы для конференций, жилые помещения, столовые. Ускорительный комплекс расположен, как на поверхности (старые ускорители Linac, PS), так и под землёй на большой глубине до 100 метров (более современные SPS, LHC). l Основной площадкой является территория близ швейцарского городка Мейран (Meyrin), т. н. site Meyrin. Другой основной площадкой является территория возле французского городка Превесан-Моэн (Prévessin-Moëns) — site Prévessin. Более мелкие площадки разбросаны в ближайших окрестностях вдоль подземного кольца, построенного для ускорителя LEP. l Соглашение по образованию ЦЕРНа было подписано в Париже 29 июня − 1 июля 1953 года представителями 12 европейских стран. Организация была образована 29 сентября 1954 года. В настоящее время число стран-членов возросло до 20. Кроме того, некоторые страны и международные организации имеют статус наблюдателя. В ЦЕРНе постоянно работают около 2500 человек, ещё около 8000 физиков и инженеров из 580 университетов и институтов из 85 стран участвуют в международных экспериментах ЦЕРНа и работают там временно. l Годовые взносы стран-участников ЦЕРНа в 2008 году составляют 1075, 863 миллионов швейцарских франков (около 990 миллионов американских долларов).
История. После успеха международных организаций в урегулировании послевоенных проблем, ведущие европейские физики считали, что подобная организация необходима и для физических экспериментальных исследований. Этими пионерами были Рауль Дотри, Пьер Оже и Лев Коварски во Франции, Эдоардо Амальди в Италии и Нильс Бор в Дании. l Кроме объединения европейских учёных подобная организация была призвана разделить возрастающую стоимость физических экспериментов в области физики высоких энергий между государствами-участниками. Луи де Бройль официально предложил создать европейскую лабораторию на Европейской Культурной Конференции (Лозанна, Швейцария, 1949). Следующий толчок был сделан американским нобелевским лауреатом Исидором Раби в июне 1950 года на пятой Общей конференции ЮНЕСКО во Флоренции(Италия), где он предложил «помочь и поддержать создание региональных исследовательских лабораторий для увеличения международного научного сотрудничества» . На межправительственной встрече ЮНЕСКО в Париже в декабре 1951 года, было принято решение о создании Европейского Совета по ядерным исследованиям. Двумя месяцами позже 11 стран подписало соглашение о создании временного Совета, тогда и возникло название ЦЕРН. На третьей сессии временного Совета в октябре 1952 года Женева (Швейцария) была выбрана для размещения будущей лаборатории. В июне 1953 года в кантоне Женева прошёл референдум, на котором 2/3 проголосовавших согласились на размещение научного центра. Конвенция Совета была подписана постепенно 12 (странами-участниками). 29 сентября 1954 года соглашение подписали Франция и Германия, родилась Европейская Организация по ядерным исследованиям, Совет распался, но французский акроним CERN сохранился.
l l l l Научные достижения лаборатории. Несколько крупных открытий было сделано в экспериментах, проведённых в ЦЕРНе. Наиболее важные из них: ЦЕРНе. 1973: Открытие нейтральных токов с помощью пузырьковой камеры Гаргамель. 1983: Открытие W- и Z-бозонов в экспериментах UA 1 и UA 2. 1989: Определение количества сортов нейтрино в экспериментах на ускорителе LEP. 1995: Создание первых атомов антиматерии — атомов антиводорода в эксперименте PS 210. 2001: Открытие прямого нарушения CP-симметрии в эксперименте NA 48. l В 1984 г. Карло Руббиа и Симон ван дер Мер получили Нобелевскую премию по физике за работы, которые привели к открытию W- и Z-бозонов. l В 1992 г. Нобелевскую премию по физике получил сотрудник ЦЕРН Жорж Шарпак «за изобретение и создание детекторов элементарных частиц, в частности многопроволочной пропорциональной камеры. » l l Интересная информация. В начале XXI века новую волну популярности ЦЕРНу принесла знаменитая книга-бестселлер Дэна Брауна «Ангелы и демоны» . По сюжету книги, в ЦЕРНе был украден большой образец антивещества, при помощи которого злоумышленник задумал взорвать государство Ватикан. l l Ускорители. Ускорительный комплекс ЦЕРНа состоит из шести главных ускорителей: Linac 2, Linac 3. Два линейных ускорителя низкоэнергетических частиц. Используются для инжекции частиц в Протонный Синхротрон (Proton Synchrotron, PS). Один используется для инжекции протонов, другой — тяжёлых ионов. PS Booster, увеличивает энергию частиц из линейных ускорителей для передачи в PS. PS (Proton Synchrotron), 28 Гэ. В Протонный Синхротрон. Запущен в 1959 году. SPS (Super Proton Synchrotron), Протонный Суперсинхротрон. Запущен в 1971 году. Изначально, имел энергию 300 Гэ. В, но пережил несколько улучшений. Диаметр кольца 2 км. Применялся для экспериментов с фиксированной мишенью, как протон-антипротонный коллайдер. Далее использовался для ускорения электронов и позитронов в LEP. ISOLDE (Isotope Separator On-line), установка для исследования нестабильных ядер. Запущена в 1967 году. Предварительное ускорение частиц происходит в PS Booster. Большой адронный коллайдер (LHC, Large Hadron Collider). l l l
l Компьютерные технологии в ЦЕРН. Помимо открытий в области физики, ЦЕРН прославился тем, что в его стенах был предложен гипертекстовый проект Всемирная паутина. Английский и бельгийский учёные Тим Бернерс-Ли и Роберт Кайо в 1989 г. предложили глобальный гипертекстовый проект Всемирной паутины для облегчения обмена информации между группами исследователей больших экспериментов на коллайдере LEP. Первоначально проект использовался только во внутренней сети ЦЕРНа. Первый вебсайт в ЦЕРН появился в 1991 г. Однако, в начале 90 -х, после написания и опубликования спецификаций URI, HTTP и HTML и их поддержки другими узлами интернета, Всемирная паутина становится действительно всемирной. 30 апреля 1993, CERN объявил, что Всемирная паутина будет свободной для всех пользователей. Ещё до создания Всемирной паутины, в начале 80 -х CERN стал пионером в использовании технологии интернета в Европе. Краткое описание истории этого периода можно найти здесь. l В конце 90 -х годов CERN стал одним из центров развития новой компьютерной сетевой технологии Grid. CERN, решив четыре года назад присоединиться к разработкам сети GRID, решив, что подобная система, поможет сохранить и оперативно обработать огромный поток данных, которые появятся после запуска коллайдера (LHC). Под руководством ЦЕРНа, пригласившего в качестве партнеров Европейское космическое агентство и национальные научные организации Европы, создается крупнейший сегмент сети системы - Data. GRID. l В настоящее время CERN входит в крупный Grid-проект EGEE (Enabling Grids for E-scienc. E) и, также, развивает собственные Grid-сервисы. Этим занимается специальное отделение, связанное с коллайдером - LHC Computing Grid. l CERN также является одной из двух точек обмена интернет трафиком в Швейцарии CINP (CERN Internet Exchange Point).
Поставленные задачи l В начале XX века в физике появились две основополагающие теории — общая теория относительности (ОТО) Альберта Эйнштейна, которая описывает Вселенную на макроуровне, и квантовая теория поля, которая описывает Вселенную на микроуровне. Проблема в том, что эти теории несовместимы друг с другом. Например, для адекватного описания происходящего в чёрных дырах нужны обе теории, а они вступают в противоречие. l Эйнштейн многие годы пытался разработать единую теорию поля, но безуспешно, поскольку игнорировал квантовую механику. В конце 1960 -х физикам удалось разработать Стандартную модель (СМ), которая объединяет три[источник? ] из четырёх фундаментальных взаимодействий — сильное, слабое и электромагнитное. Гравитационное взаимодействие по-прежнему описывают в терминах ОТО. Таким образом, в настоящее время фундаментальные взаимодействия описываются двумя общепринятыми теориями: ОТО и СМ. Их объединения пока достичь не удалось из-за трудностей создания теории квантовой гравитации. l Для дальнейшего объединения фундаментальных взаимодействий в одной теории используются различные подходы: теория струн, получившая своё развитие в М-теории (теории бран), теория супергравитации, петлевая квантовая гравитация и др. Некоторые из них имеют внутренние проблемы, и ни у одной из них нет экспериментального подтверждения. Проблема в том, что для проведения соответствующих экспериментов нужны энергии, недостижимые на современных ускорителях заряженных частиц. l БАК позволит провести эксперименты, которые ранее было невозможно провести и, вероятно, подтвердит или опровергнет часть этих теорий. Так, существует целый спектр физических теорий с размерностями больше четырёх, которые предполагают существование «суперсимметрии» — например, теория струн, которую иногда называют теорией суперструн именно из-за того, что без суперсимметрии она утрачивает физический смысл. Подтверждение существования суперсимметрии, таким образом, будет косвенным подтверждением истинности этих теорий.
Изучение топ -кварков t-кварк или истинный кварк (англ. truth) или верхний кварк (англ. top) — кварк с зарядом +(2/3)e, принадлежащий к третьему поколению. Имея массу 170, 9 Гэ. В, он является наиболее массивной среди всех частиц Стандартной Модели (за исключением пока не обнаруженного бозона Хиггса); его масса близка к массе ядра золота. Время жизни t-кварка составляет 10− 25 с, в 20 раз меньше временно й шкалы сильного взаимодействия. Ввиду короткого времени жизни он не успевает после возникновения адронизоваться (стать частью адрона) и ведёт себя как «голый» кварк; таким образом, не существует адронов, содержащих валентный t-кварк (виртуальные t-кварки, строго говоря, присутствуют в любом адроне). Распадается почти всегда на b-кварк и W-бозон (слабый распад); около 9 % распадов происходят с излучением лёгкого заряженного лептона (электрона или мюона) и соответствующего нейтрино. Распад с вылетом тяжёлого τ-лептона пока не наблюдался с достаточно значимой статистикой. Электромагнитные каналы распада подавлены (радиативный распад в более лёгкие u- или c-кварк по реакциям t→γu, t→γc не обнаружен, экспериментальная вероятность таких реакций менее 0, 6 %). Аналогичные слабые реакции с вылетом вместо фотона Z-бозона (t→Z 0 u, t→Z 0 c) предсказаны, но достоверно пока не наблюдались (вероятность менее 14 %). Распад t-кварка за счёт сильного взаимодействия запрещён. Был открыт в 1995 г. в экспериментах на коллайдере Теватрон в американской лаборатории Фермилаб коллаборациями CDF и D 0. В настоящее время (до запуска Большого адронного коллайдера) Теватрон — был единственным в мире экспериментальным комплексом, где могли появляться t-кварки. Энергия сталкивающейся протон-антипротонной пары в системе центра масс на этом ускорителе равна 1960 Гэ. В. При такой энергии пары t-кварк+t-антикварк рождаются с сечением около 7 пикобарн, что совпадает с предсказанием Стандартной Модели (6, 7 -7, 5 пикобарн для массы t-кварка 175 Гэ. В). .
Изучение механизма электрослабой симметрии l l Одной из основных целей проекта является экспериментальное доказательство существования бозона Хиггса — частицы, предсказанной шотландским физиком Питером Хиггсом в 1960 году в рамках Стандартной Модели. Бозон Хиггса является квантом так называемого поля Хиггса, при прохождении через которое частицы испытывают сопротивление, представляемое нами как масса[источник? ]. Сам бозон нестабилен и имеет большу ю массу (более 120 Гэ. В). На самом деле, физиков интересует не столько сам хиггсовский бозон, сколько хиггсовский механизм нарушения симметрии электрослабого взаимодействия. Именно изучение этого механизма, возможно, натолкнёт физиков на новую теорию мира, более глубокую, чем СМ. Бозон Хиггса, или Хиггсовский бозон (иногда говорят просто хиггс) — элементарная частица, квант поля Хиггса, с необходимостью возникающая в Стандартной Модели вследствие хиггсовского механизма спонтанного нарушения электрослабой симметрии. По построению, хиггсовский бозон является скалярной частицей, то есть обладает нулевым спином. Постулирован Питером Хиггсом в 1960 году (по другим данным, в 1964 году), в рамках Стандартной Модели отвечает за массу элементарных частиц. l При минимальной реализации хиггсовского механизма должен возникать один нейтральный хиггсовский бозон; в расширенных моделях спонтанного нарушения симметрии может возникнуть несколько хиггсовских бозонов различной массы, в том числе и заряженные. l Поиски хиггсовского бозона в Европейском центре ядерных исследований на Большом электронпозитронном коллайдере (LEP) (эксперимент завершён в 2001 году, энергия 104 Гэ. В на каждый пучок, то есть суммарная энергия пучков в системе центра масс 208 Гэ. В) не увенчались успехом: были зафиксированы три события-кандидата на детекторе ALEPH при массе 114 Гэ. В, два — на DELPHI и одно — на L 3. Такое количество событий приблизительно соответствовало ожидавшемуся уровню фона. Предполагается, что вопрос о существовании бозона Хиггса прояснится окончательно после вступления в строй Большого адронного коллайдера (LHC).
l В 2001 году была проведена повторная обработка данных эксперимента D 0 по определению массы t-кварка, проводившегося на синхротроне Тэватрон в Национальной ускорительной лаборатории им. Энрико Ферми, в ходе этой обработки была получена уточнённая оценка массы, что привело к переоценке верхней границы массы бозона Хиггса до 251 Гэ. В. l В СМИ бозон Хиггса охарактеризовали как «частицу бога» . Предположения, что эта частица создаёт всю массу Вселенной, вызвали страхи, что искусственное её получение может вызвать цепную реакцию непроизвольного роста массы с появлением чёрной дыры. С другой стороны, невозможность открыть этот бозон может скомпрометировать всю физику элементарных частиц.
Изучение кварк-глюонной плазмы l Ожидается, что в ускорителе в режиме ядерных столкновений будут происходить не только протонные столкновения, но и столкновения ядер свинца. При неупругом столкновении двух ядер на ультрарелятивистских скоростях на короткое время образуется и затем распадается плотный и очень горячий комок ядерного вещества. Понимание происходящих при этом явлений (переход вещества в состояние кварк-глюонной плазмы и её остывание) нужно для построения более совершенной теории сильных взаимодействий, которая окажется полезной как для ядерной физики, так и для астрофизики.
Поиск суперсимметрии l Первым значительным научным достижением экспериментов на БАК может стать доказательство или опровержение «суперсимметрии» — теории, гласящей, что любая элементарная частица имеет гораздо более тяжёлого партнера, или «суперчастицу» .
Изучение фотон-адронных и фотон-фотонных столкновений l Протоны электрически заряжены, поэтому ультрарелятивистский протон порождает облако почти реальных фотонов, летящих рядом с протоном. Этот поток фотонов становится ещё сильнее в режиме ядерных столкновений, из-за большого электрического заряда ядра. Эти фотоны могут столкнуться как со встречным протоном, порождая типичные фотонадронные столкновения, так и друг с другом.
Проверка экзотических теорий l l Теоретики в конце XX века выдвинули огромное число необычных идей относительно устройства мира, которые все вместе называются «экзотическими моделями» . Сюда относятся теории с сильной гравитацией на масштабе энергий порядка 1 Тэ. В, модели с большим количеством пространственных измерений, преонные модели, в которых кварки и лептоны являются составными частицами, модели с новыми типами взаимодействия. Дело в том, что накопленных экспериментальных данных оказывается всё ещё недостаточно для создания одной-единственной теории. А сами все эти теории совместимы с имеющимися экспериментальными данными. Поскольку в этих теориях можно сделать конкретные предсказания для БАК, экспериментаторы планируют проверять предсказания и искать следы тех или иных теорий в своих данных. Ожидается, что результаты, полученные на ускорителе, смогут ограничить фантазию теоретиков, закрыв некоторые из предложенных конструкций. Также ожидается обнаружение физических явлений вне рамок Стандартной Модели. Планируется исследование свойств W и Z-бозонов, ядерных взаимодействий при сверхвысоких энергиях, процессов рождения и распадов тяжёлых кварков (b и t).
Эксперимент LHCb
l Существование антивещества для кого-то - лишь тема научно-фантастических романов, а для физиков - это серьезный вопрос, будоражащий их умы. Почему антивещества практически больше нет в нашем мире? В момент Большого взрыва вещество и антивещество возникли в равных количествах, однако сегодня мы, кажется, живем во Вселенной, состоящей целиком из вещества. Куда же делось антивещество? Когда встречаются вещество и антивещество, происходит их взаимоуничтожение аннигиляция, не оставляя после себя ничего, кроме энергии. Поэтому кажется странным, что вообще еще что-то осталось. Возможно, в космосе существуют целые области, заполненные только антивеществом, и даже планируются эксперименты по его поиску. Большинство же ученых полагает, что существует некоторая, трудно уловимая разница в способах существования вещества и антивещества в природе, благодаря которой очень небольшая часть вещества осталась нетронутой, из нее и создана Вселенная, в которой мы обитаем. Если это так, то достаточно было всего одного, оставшегося нетронутым, протона на каждый миллиард исчезнувших в результате аннигиляции с антипротоном. В 1966 году академик А. Д. Сахаров выделил три необходимых условия для возникновения неоспоримого дисбаланса вещества и антивещества. Первое условие говорит о том, что протоны должны распадаться, но так медленно, что за всю историю Земли из всех протонов на ней должно было распасться по объему немногим более крошки. Второе условие является ограничением возможных способов охлаждения Вселенной после "Большого взрыва". Третье определяет разницу между веществом и антивеществом. С тех пор одной из задач экспериментов было и остается измерить эту разницу. Цель эксперимента LHCb - найти ответ на этот вопрос. Детектор LHCb - специализированный прибор, сконструированный с единственной, уже описанной, целью. Поэтому он менее сложен, чем большие детекторы проекта БАК, такие как ATLAS и CMS, предназначенные для решения глобальных задач. Это позволяет сконцентрировать усилия разработчиков на создании наиболее совершенного детектора для так называемой физики В-мезонов, при распаде которых наиболее ярко проявляется асимметрия между веществом и антивеществом. В сооружении этого детектора принимают участие 565 физиков из 47 институтов 15 стран. Возьмем мысленно частицу и заместим ее античастицей, посмотрим в зеркало и поменяем направление времени. Подвергнув этим манипуляциям любые взаимодействия частиц, мы должны получить результат, неотличимый от оригинала. Основанная на этом факте теория, называется СРТсимметрией, где буквы С, Р и Т обозначают симметрии взаимодействий частиц: С - зарядовое сопряжение - осуществляет замещение частицы ее двойником, античастицей. Р - четность, или пространственная инверсия, соответствует зеркальному отображению, в котором перевернуты все три координаты; это, как если бы отражение в зеркале не только было повернуто задом наперед, но также меняло местами лево и право, верх и низ, соответственно. Последняя характеристика Т - обращение времени. Сначала физики полагали, что при проведении симметричного преобразования любого взаимодействия между частицами результат будет неизменен, симметрия сохраняется.
Однако экспериментальные исследования показали, что при слабых взаимодействиях происходит нарушение как Р-, так и Ссимметрии. Немного позже выяснилось, что и сочетание С- и Р-симметрий не сохраняется. Это нарушение СР-инвариантности впервые было обнаружено при распаде частиц, названных нейтральными каонами в БНЛ. Это было подтверждением третьего условия Сахарова, который определил, что нарушение СРинвариантности необходимо для возникновения дисбаланса вещества и антивещества. Измерить нарушение СР-инвариантности не так просто. l Вернемся к аналогии с зеркалом. Представьте, что вы тысячу раз машете себе в зеркало рукой и только один раз ловите, что ваше отображение отвечает вам другой рукой, - это можно сравнить, при некотором воображении, с нарушением СР-инвариантности. Стандартная модель может быть расширена за счет включения понятия СР-инвариантности, но она не объясняет этого явления. Существует даже предположение, что знание степени нарушения СР-инвариантности, согласованное с теорией Стандартной модели, недостаточно для расчетов дисбаланса вещество-антивещество. На эксперимент LHCb возложено немало надежд. Он позволил бы не только объяснить, почему после "Большого взрыва" осталось достаточно вещества, чтобы наша Вселенная могла возникнуть, но и открыть новое направление в физике. Изучение нарушения СР-инвариантности при распаде Вмезонов проводится в экспериментальных лабораториях Германии, США и Японии. Эксперимент LHCb будут проводить несколько позже, но именно здесь физика В-мезонов достигнет своего апогея. Экстремально высокая энергия ускорителя БАК позволит эксперименту LHCb измерить гораздо больше распадов В-мезонов с нарушением СР-инвариантности, чем предыдущие эксперименты. Тем самым Стандартная модель пройдет доскональную проверку, и появится объяснение того, почему природа предпочла вещество в этом грандиозном споре.
Эксперименты ATLAS и CMS
l За последние тридцать лет эксперименты в области физики частиц и теоретические разработки привели к глобальному пониманию свойств элементарных частиц вещества и сил, действующих между ними. Работы, проводимые во многих лабораториях мира, и, в особенности, в ЦЕРН на коллайдере ЛЭП со встречными электрон-позитронными пучками, продемонстрировали превосходное соответствие между теоретическими вычислениями в рамках Стандартной модели и большим многообразием точных измерений. Но мы уже знаем, что Стандартная модель может быть только этапом на пути к более совершенной теории остается слишком много вопросов, на которые может ответить только проект БАК. Физики теперь понимают, что фотоны, не имеющие массы, ответственны за дальнодействующие электромагнитные силы. Силы слабого взаимодействия действуют только на малых расстояниях, потому что частицы, за них отвечающие, W- и Z-бозоны, очень тяжелые: только один Z-бозон с массой более 90 Гэ. В/c 2 почти в два раза тяжелее атома железа. Как Вы уже знаете, предполагается, что частицы приобретают свои массы путем взаимодействия с частицей, названной хиггсовским бозоном, которую еще только предстоит открыть. Эксперименты ЦЕРН, выполненные на коллайдере ЛЭП, уже включали в себя поиск хиггсовских бозонов. Но, даже если хиггсовские бозоны оказались слишком тяжелыми, чтобы их можно было получить на коллайдере ЛЭП, с помощью точных измерений свойств других частиц в процессе проведения экспериментов можно приблизительно сказать, насколько тяжелыми они могут оказаться. Предполагается, если они, конечно, существуют, что масса их составляет более 115 Гэ. В/c 2, и, почти наверняка, она меньше 1000 Гэ. В/c 2. Это как раз тот уровень энергии, при котором будут проводить исследования на ускорителе БАК. Таким образом, либо хиггсовские бозоны будут экспериментально найдены, либо придется пересмотреть наши представления о Вселенной. Другая животрепещущая проблема состоит в следующем. Известно, что кварки основной строительный материал, из которого состоят протоны и нейтроны атомных ядер. Лептоны составляют класс частиц, куда входит, в частности, знакомый каждому электрон, участвующий в формировании атомов и молекул. Так, несмотря на то, что "верхний" и "нижний" кварки и вместе с ними электрон являются основными строительными кирпичиками всех известных стабильных веществ, эксперименты по столкновению частиц высоких энергий обнаружили существование двух дополнительных семейств, или поколений, каждого из этих строительных кирпичиков. Эти дополнительные семейства настолько тяжелы, что не могут быть составляющими частицами материи, так как быстро распадаются со временем. Зададим себе вопрос, почему Природа создала именно три семейства частиц, а не другое их количество, зачем вообще необходимо их копирование? Стандартная модель не отвечает на этот вопрос. Некоторые физики предполагают, что ответ кроется в том, что кварки и лептоны не явля- ются фундаментальными частицами, а состоят из более элементарных частиц, которые еще предстоит открыть. Только предельно возможные уровни энергии ускорителя БАК позволят нам на практике проверить эти и другие теории. Существует ряд теорий, развивающихся параллельно Стандартной модели, которые пытаются объяснить некоторые, оставшиеся пока без ответа, загадки.
l l Одна из наиболее привлекательных - уже знакомая нам SUSY. В этой теории на каждый кварк должна существовать другая частица с равным зарядом, но с другой массой, называемая " скварк", а на каждый лептон - свой "слептон". Такие переносчики энергии, как фотоны, W- и Z-бозоны, также должны иметь партнеров, а хиггсовский бозон может приобретать даже нескольких партнеров. Для разрешения еще не раскрытых тайн элементарных частиц и фундаментальных сил в 2007 году на ускорителе БАК будут запущены два самых крупных эксперимента - ATLAS и CMS. Эксперимент ATLAS осуществляется при широком мировом сотрудничестве ученых и инженеров: в нем принимают участие 1850 физиков из 150 университетов и лабораторий многих стран, из которых 18 - страныучастницы ЦЕРН, и 16 не являются странами-участницами. Его главным инструментом будет детектор высотой 20 метров, способный измерять траектории частиц с точностью до 0, 01 мм. Находящиеся внутри детектора чувствительные датчики будут содержать около 10 млрд. транзисторов, почти так же много, как звезд в Млечном Пути. Основная цель эксперимента ATLAS - обнаружить хиггсовский бозон и изучить его свойства. Участники сотрудничества ATLAS будут работать в поисках открытия, которое смогло бы объяснить тот факт, что кварки и лептоны обладают массами. Если предполагаемый вариант решения загадки масс с помощью хиггсовского поля неверен, то эксперимент ATLAS все же поможет найти верное решение. Загадка существования идентичных семейств основных кирпичиков материи, которая не объясняется Стандартной моделью, послужила дополнительной причиной для сооружения детектора ATLAS. Суперсимметричные партнеры известных частиц пока еще не найдены, но их массы могут оказаться такими большими, что энергии существующих ускорителей недостаточно, чтобы их получить. Весьма важным следствием, вытекающим из этой теории, является то, что многие из этих частиц-партнеров, возможно, будут получены при энергиях БАК. Конструкция детектора ATLAS позволяет открыть новые частицы и новые явления, которые можно ожидать при расширении Стандартной модели за счет теории суперсимметрии. Таким образом детектор ATLAS предназначен для проведения всесторонних исследований на ускорителе БАК. Он будет идентифицировать частицы, полученные при столкновениях "лоб в лоб" двух пучков протонов, определять их энергии и направление движения. Ожидается около тысячи миллионов столкновений в секунду. Для сравнения представим, что все люди на Земле, включая детей, вдруг позвонили по телефону одновременно двадцати абонентам. Компьютеры ATLAS будут обрабатывать полученную информацию со скоростью, позволяющей отобрать одно из 10 миллионов соударений, которое может служить доказательством нового явления. Только эти соударения будут регистрироваться на различных носителях информации. Детектор CMS - высокоэффективный прибор общего назначения, целью которого является поиск новых направлений в физике, какие бы формы они не приняли. Детектор, весящий 12, 5 тыс. тонн, спроектирован и строится при широком мировом сотрудничестве 2250 физиков из 33 стран. Он предназначен не только для поиска хиггсовских бозонов.
l l Это - универсальный детектор, и коллектив ученых, который будет работать на нем, будет заниматься также поиском новых неизученных явлений. К таким явлениям относятся следствия теории SUSY, которая стоит за пределами положений Стандартной модели. SUSY объясняет, почему различные взаимодействия имеют разные силы, она также может объяснить наличие таинственного "темного" вещества во Вселенной, которое, как мы знаем, существует, но мы не можем его увидеть. Если теория SUSY верна, "темное" вещество, возможно, состоит из еще не обнаруженных суперпартнеров обычных частиц Пока мы не знаем, верна ли именно эта теория или какая-либо другая - определенный ответ мы надеемся получить с помощью детектора CMS. Детектор CMS выполнен по самой передовой технологии. Он состоит из многих слоев, каждый из которых сконструирован так, чтобы выполнять специфические задачи, но все вместе они обеспечат возможность идентифицировать и точно измерять энергии всех частиц, возникающих в момент протон-протонных столкновений на ускорителе БАК. Слои детектора CMS устроены в виде цилиндрических "луковиц", охватывающих пространство, где сталкиваются пучки. Благодаря такой многослойности детектора в этом эксперименте можно будет проводить поиск хиггсовских бозонов в широком диапазоне масс. В целом, детектор CMS будет иметь 15 млн. индивидуальных детекторных каналов, контролируемых мощными компьютерами. Последние также будут синхронизировать работу детекторов с работой ускорителя БАК, обеспечивая безукоризненную готовность CMS регистрировать любое интересное столкновение. На ускорителе БАК сгустки протонов будут пересекать друга 40 млн. раз в секунду, и каждое пересечение этих сгустков будет давать 20 протон-протонных столкновений. Таким образом, за секунду произойдет около 800 млн. столкновений. Не все из них вызовут интерес исследователей. Большая часть столкновений будет происходить вскользь. Столкновения "лоб в лоб" будут достаточно редки, и процессы с возникновением новых частиц будут также редки. Ожидается, например, что на каждые 10 миллионов столкновений возникнет один хиггсовский бозон. Это означает, что даже при 800 миллионах столкновений в секунду хиггсовский бозон можно будет наблюдать лишь один раз в день. Поиск иголки в стоге сена по сравнению с этой задачей кажется детской забавой.
Эксперимент ALICE
l Кварки и глюоны (последние служат переносчиками сильного взаимодействия), которые в нынешней "холодной" Вселенной заключены внутри протонов и нейтронов, на ранней стадии образования Вселенной еще слишком быстро двигались, чтобы соединиться между собой. Они находились в состоянии, которое называется кварк-глюонной плазмой (КГП). Цель эксперимента ALICE - найти и изучить ее. Ученые думают, что КГП возможно еще существует сегодня в центрах нейтронных звезд, которые настолько плотные, что небольшой кусочек их вещества, с булавочную головку, должен весить как тысяча огромных самолетов. Даже если КГП действительно существует, то добраться до нее мы пока не можем. Чтобы представить первый момент зарождающейся Вселенной, ученые должны создать КГП в лаборатории. Для этого они сталкивают ионы, т. е. атомы, с которых "содраны" электроны, друг с другом при очень высоких энергиях, при этом нейтроны и протоны так сильно сжимаются между собой, что как бы "расплавляются". Результаты экспериментов ЦЕРН 80 -х и 90 -х годов по расщеплению ионов кислорода, серы и свинца на стационарных мишенях подали некоторую надежду на то, что КГП может быть создана на короткое время до перехода в обычное вещество в результате охлаждения. На ускорителе БАК ионы свинца будут сталкиваться "лоб в лоб" при энергиях в 300 раз выше, чем те, которых достигают сегодня в экспериментах ЦЕРН. Физики полагают, что для создания КГП необходимы именно такие высокие энергии, которые позволят экспериментаторам ALICE подробно изучить свойства КГП. Строящийся детектор ALICE будет настоящим произведением искусства, оптимальным образом приспособленным для решения этой задачи. До начала проведения экспериментов с тяжелыми ионами в ЦЕРН мировое физическое сообщество получит данные подобных экспериментов из Брукхейвенской национальной лаборатории (БНЛ, США), где проведение этих работ уже начато в 2000 году. Эти исследования должны восполнить промежуток между сегодняшними экспериментами и будущими на ускорителе БАК, давая возможность физикам обобщить полученные результаты для наиболее полного понимания вещества в состоянии КГП. Детектор ALICE строится с учетом приобретенного опыта в современных и предстоящих экспериментах с тяжелыми ионами и будет оптимальным образом приспособлен для поиска этих и других подобных явлений. В его сооружении сотрудничают 900 физиков из 77 институтов 28 стран мира. Никто не может с абсолютной точностью сказать, что можно ожидать от перехода обычного вещества в состояние КГП. Теоретики предсказывают различные явления, например, нагрев вещества при этом переходе и затем его охлаждение. В течение нескольких лет с помощью экспериментов ЦЕРН проводились поиски подобных явлений. Объединенные результаты 7 экспериментов на сверхпроводящем протонном синхротроне, представленные в 2000 году, показали, что КГП может быть получена в лабораторных условиях. Однако, вероятнее всего, лишь при расщеплении ионов свинца на свинцовых мишенях можно достичь температур вещества в состоянии КГП.
l На ускорителе БАК столкновение ионов свинца должно нагревать вещество до температур, при которых получение КГП станет обычным делом. Когда сталкиваются два ядра, возникают новые частицы. Иногда среди них появляются частицы, состоящие из тяжелых "очарованных" кварков и антикварков. Количество таких -частиц обычно имеет тенденцию к росту с увеличением массы ядер, участвующих во взаимодействиях. Но когда ядра свинца сталкиваются "лоб в лоб" при огромных энергиях, происходит нечто совершенно отличное: число возникающих -частиц резко уменьшается и сравнимо с их числом при столкновении легких ядер или даже при столкновениях, где ядра свинца взаимодействуют вскользь. Это может означать, что возбужденное состояние очарованных кварков и антикварков в среде КГП препятствует их соединению между собой, тем самым, оставляя мало шансов на выживание -частиц. Так как многие частицы, образовавшиеся при столкновении тяжелых ионов, распадаются на электронные пары, это можно использовать для изучения процессов, происходящих после столкновений. Расчеты показывают, что в веществе в состоянии КГП некоторые частицы, распадающиеся на электронные пары, должны быть легче. Это способствует их более легкому возникновению, и, соответственно, этих частиц должно быть больше; кроме того, должно возникать больше электронных пар. Именно это подтвердили результаты экспериментов ЦЕРН по расщеплению ионов серы и свинца на золотых мишенях. Еще один фактор, указывающий на то, что КГП могла быть ненадолго сформирована, был обнаружен во время подсчета количества образовавшихся частиц, содержащих, так называемые, "странные" кварки. Ожидается, что внутри КГП должно быть большое количество странных кварков, поэтому их подсчет даст информацию об эволюции столкновений и о том, была ли образована КГП. Эксперименты реально показывают, что количество странных кварков возрастает при росте температуры столкновений, но пока еще не ясно, можно ли это рассматривать как убедительное свидетельство образования КГП. Основная задача детектора ALICE - регистрация огромного числа частиц, которые возникают в результате столкновений. В сегодняшних экспериментах ЦЕРН уровень энергий таков, что при каждом столкновении возникает около 1500 частиц. Эксперименты на ускорителе БАК доведут это количество до 50000. Большая часть этих столкновений должна быть зарегистрирована и идентифицирована, и только потом может возникнуть ясная картина происходящего, - возможно, будет найден ключевой сигнал, указывающий на различные стадии преобразования обычного вещества в КГП и обратно.
Интересное о коллайдере
l Жилы сверхпроводимого кабеля, производимого для LHC, если их соединить в одну линию, могли бы обогнуть экватор 6, 8 раз. А если соединить в одну линию все волокна жил, ими можно было бы обогнуть расстояние от Земли до Солнца 5 раз и осталось бы еще достаточно для нескольких путешествий на Луну. l Часть LHC станет самым большим холодильником в мире. В него можно будет вместить 150 000 обычных холодильников, заполненных сосисками, причем температура будет ниже, чем в открытом космосе. l Уровень вакуума в LHC сравним с открытым космосом. Если бы это была автомобильная шина с пробоиной, молекул газа так мало, что ей бы потребовалось 10 000 лет, чтобы спуститься.
l В пещеру ATLAS можно поместить неф Собора Парижской Богоматери. l Когда круговой туннель ЦЕРН длиной 27 км между Женевским озером и горным хребтом Юра, был вырыт, его два конца встретились с ошибкой всего лишь в один сантиметр. l LEP был чувствителен к отправлению скоростных поездов со станции Женева. Рельсы питаются от постоянного тока, но заземление не очень хорошее. Сеть электрического заземления LEP имеет бóльшую проводимость, и, таким образом, часть тока от поезда возвращалась через вакуумную камеру LEP. Большой Андронный Коллайдер, конструируемый ЦЕРН, может быть самым амбициозным научным предприятием из всех, когда-либо бывших. Результаты экспериментов с LHC, возможно, изменят наши фундаментальные представления о Вселенной. l l ЦЕРН – самая крупная лаборатория в мире, посвященная исследованиям в фундаментальной науке.
l Многие детали детектора ATLAS, являющегося составной частью LHC, были сконструированы с использованием мастерства бывших оборонных специалистов и предприятий, через сотрудничество с Международным научно-технологическим центром. l Если хиггсовский бозон существует, LHC сможет обнаружить эту частицу. Подтверждение или опровержение первого признака хиггсовской частицы – захватывающая перспектива! l Нобелевской премией по физике были дважды награждены ученые, чьи эксперименты проводились в ЦЕРН. Лаборатория также может похвастаться еще несколькими нобелевскими лауреатами среди своих физиков. l 1 октября 2003 г. ЦЕРН и Калифорнийский технологический институт установили новый рекорд скорости наземной передачи данных через Интернет, передав 1, 1 терабайт данных менее чем за 30 минут через 7000 км сети. Это эквивалентно передаче полнометражного DVDфильма за 7 секунд.
l В 1984 г. переводчик ЦЕРН, Francois Siohan, вошел во Французскую книгу рекордов Гиннеса за езду на горном велосипеде. Между 6: 15 утра и 7: 15 пополудни 1 июля, он забрался на высоту 8848 м, что равно высоте Эвереста, проехав на велосипеде 13 раз между вершинами Gex и La Faucille горного хребта Юра. l В 1960 -х гг. основным каналом передачи данных в ЦЕРН был знаменитый велосипед на связи. Магнитные ленты с данными загружались в корзину на велосипеде и доставлялись в вычислительный центр. l The Grid – сервис, позволяющий распределять вычислительные мощности и емкости для хранения данных по Интернету. Его конечная цель – превратить глобальную компьютерную сеть в один огромный вычислительный ресурс. l Проверка теории, объясняющей, почему светит Солнце – теории слабых сил – одно из самых больших достижений ЦЕРН.
l Открытие нейтрального тока было объявлено в ЦЕРН в 1973 г. Теория была окончательно подтверждена в 1983 г. прямым исследованием частиц W и Z. l C 1962 г. ЦЕРН посетили 38 глав государств. l Противопожарное и спасательное оборудование ЦЕРН покрывает 40 км подземных туннелей, предусматривает риски радиационного и химического заражения, а также защищает наземные сооружения. Пожарные ЦЕРН тренируются в технике альпинизма и умении обращаться с канатами на случай чрезвычайных происшествий в туннеле. l В 2003 г. 6, 1% трафика (что составляло 54 868 пассажиров) в Международном аэропорту Женевы относилось к ЦЕРН. l Рентгеновские и радиофармацевтические технологии получения изображения в медицине были разработаны физикамиядерщиками, так же, как и лучевая терапия для больных раком. l Акселераторы частиц используются для ускорения процесса высыхания краски на банках с безалкогольными напитками.
l В пожарной бригаде ЦЕРН работают пожарные 9 различных национальностей: болгары, британцы, чехи, голландцы, финны, французы, немцы, испанцы и итальянцы. На вызове они переговариваются по радио только пофранцузски. l Луна и объемы воды/снега в горах Юра немного меняют земную поверхность в этом месте, что изменяет форму окружности кольца LEP. Таким образом, LEP выявил орбиту Луны. l Понимание всех различных сил природы в единой системе – одна из конечных целей физики. Десятилетия экспериментов в ЦЕРН направлены на достижение этой цели. l 99. 999999 % объема атома – пустое пространство. Если бы протон был горошиной и находился в середине Олд-Траффорда, электроны были бы за его пределами. l Когда протоны прибывают в LHC, они путешествуют со скоростью, равной 0, 999997828 скорости света. Каждый протон проходит вокруг 27 -километрового кольца более 11 000 раз в секунду. l Номинальный пучок протонов в LHC будет иметь энергию, эквивалентную кинетической энергии человека в автомобиле Subaru, едущему со скоростью 1700 км/ч.
l Новосибирские ученые приступили к созданию протонной машины для лечения рака, которая по своей технологии один в один повторяет конструкцию большого адронного коллайдера. l Технология будущего лечения онкобольных за протонами и ионами, уверены физики. l - Адронный коллайдер можно использовать в лечении онкозаболеваний, - говорит физик ИЯФ Евгений Левичев. Протонный ускоритель, который мы начали делать, и большой адронный коллайдер отличаются лишь размерами. Если последний в длину достигает 30 километров, то наша установка всего лишь 800 метров. l Ажиотаж с запуском коллайдера, а потом с внезапной его поломкой у многих людей вызвал скепсис. Но новосибирские ученые нашли другое применение машине века - лечение рака. l Первый этап по созданию протонной машины прошел успешно. Ученые подготовили макеты, которые будут в основе установки. l - Сейчас у нас заключен контракт с Китаем на создание двух установок, - говорит Евгений Левичев. Это протонный охладитель, который позволит очертить опухоль, не задевая расположенные рядом органы - пищевод, кишечник. И вторая установка - на основе протонов для лечения рака. l - Через полтора года мы запустим первую установку и проверим ее пригодность для терапии. Предполагается, что за год с помощью такой установки можно будет принять 2000 человек. Если все пройдет хорошо, то установка будет готова через 2, 5 года. Сейчас уже готовы критические узлы, или прототипы, которые исследуются и изучаются. Готовится радиационное защищенное помещение, где и будет устанавливаться эта машина. Там есть инжектор, который производит частицы, и ускоритель. Скорость протонов будет та же самая, что и в коллайдере, - скорость света. Именно такая скорость необходима для разрушения раковой опухоли.
Ученые будут проверять вино с помощью ускорителя частиц l Специалисты Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН) будут определять возраст и происхождение редких бутылок вина с помощью пучка заряженных частиц, разогнанных в ускорителе, говорится в сообщении ЦЕРНа. l Метод был разработан для лондонской фирмы The Antique Wine Company, которая специализируется на покупке и продаже особо ценных вин. l Бутылку вина помещают под пучок заряженных частиц, выходящий из ускорителя. При взаимодействии частиц с бутылочным стеклом испускается рентгеновское излучение, характеристики которого зависят от свойств стекла, что позволяет определять возраст и место производства вина, не открывая бутылки. l Этот метод работает благодаря тому, что заводы используют различные технологии производства стекла, кроме того, технология менялась со временем. В результате бутылки имеют своеобразную "подпись" - где и когда они были изготовлены. l Специалисты уже получили данные для 80 бутылок бордо разного времени производства и из различной местности, которые будут использоваться в качестве эталонов для сравнения. Всего фирма продает и покупает около десяти тысяч бутылок вина ежегодно. l Обычно для определения возраста вина, произведенного после 1950 года, применяется метод изотопа цезия 137, но с его помощью сложно оценивать более старые вина. Новый метод работает без ограничений по времени.
Скачать презентацию Large Hadron Collider l Большой адронный коллайдер
02114213fb03cf0ec4acd3b4f26598eb.ppt