Отключить рекламу Создать сайт
Андронный коллайдер. Устройство и назначение. Развитие и технологии на Поэтому.Ру

Поэтому.Ру
доступная энциклопедия обо всём

Что такое большой адронный коллайдер

Запуск этого устройства породил в сети немало слухов, появились даже прогнозы о том, что именно опыты на коллайдере станут причиной апокалипсиса, создав искусственную черную дыру. На самом же деле это устройство может помочь человечеству подняться на новый уровень, благодаря исследованиям, проводимым учеными. Давайте попробуем разобраться, что же т...

Коллайдер как вид

Большой адронный коллайдер (БАК) - это ускоритель заряженных частиц, с помощью которого физики смогут узнать о свойсвтах материи значительно больше, чем было известно раньше. Ускорители используются для получения заряженных элементарных частиц высоких энергий. В основе работы практически любого ускорителя лежит взаимодействие заряженных частиц с электрическим и магнитным полями. Электрическое поле напрямую совершает работу над частицей, то есть увеличивает её энергию, а магнитное поле, создавая силу Лоренца, только отклоняет частицу, не изменяя её энергии, и задаёт орбиту, по которой движутся частицы.

Коллайдер (англ. collide — "сталкиваться") — ускоритель на встречных пучках, предназначенный для изучения продуктов их соударений. Позволяет придать элементарным частицам вещества высокую кинетическую энергию, направить их навстречу друг другу, чтобы произвести их столкновение.

Почему "большой адронный"

Большим коллайдер назван, собственно, из-за своих размеров. Длина основного кольца ускорителя составляет 26 659 м; адронным — из-за того, что он ускоряет адроны, то есть тяжёлые частицы, состоящие из кварков.

Построен БАК в научно-исследовательском центре Европейского совета ядерных исследований (ЦЕРН), на границе Швейцарии и Франции, недалеко от Женевы. На сегодняшний день БАК является самой крупной экспериментальной установкой в мире. Руководителем этого масштабного проекта является британский физик Лин Эванс, а в строительстве и исследованиях принимали и принимают участие более 10 тыс. учёных и инженеров из более чем 100 стран.

Небольшой экскурс в историю

В конце 60-х годов прошлого века физиками была разработана так называемая Стандартная модель. Она объединяет три из четырёх фундаментальных взаимодействий — сильное, слабое и электромагнитное. Гравитационное взаимодействие по-прежнему описывают в терминах общей теориии относительности. То есть, на сегодняшний день фундаментальные взаимодействия описываются двумя общепринятыми теориями: общей теорией относительности и стандартной моделью.

Считается, что стандартная модель должна быть частью некоторой более глубокой теории строения микромира, той частью, которая видна в экспериментах на коллайдерах при энергиях ниже примерно 1 ТэВ(тераэлектронвольт). Главная задача Большого адронного коллайдера — получить хотя бы первые намеки на то, что это за более глубокая теория.

В число основных задач коллайдера входит также открытие и подтверждение Бозона Хиггса. Это открытие подтвердило бы Стандартную Модель возникновения элементарных атомных частиц и стандартной материи. Во время запуска коллайдера на полную мощность целостность Стандартной Модели будет разрушена. Элементарные частицы, свойства которых мы понимаем лишь частично, не будут в состоянии поддерживать свою структурную целостность. У Стандартной Модели есть верхняя граница энергии 1 ТэВ, при увеличении которой частица распадается. При энергии в 7 ТэВ могли бы быть созданы частицы с массами, в десять раз больше чем ныне известные.

Технические характеристики

Предполагается сталкивать в ускорителе протоны с суммарной энергией 14 ТэВ (то есть 14 тераэлектронвольт или 14·1012 электронвольт) в системе центра масс налетающих частиц, а также ядра свинца с энергией 5 ГэВ (5·109 электронвольт) на каждую пару сталкивающихся нуклонов.

Светимость БАК во время первых недель работы пробега была не более 1029 частиц/см²·с, тем не менее она продолжает постоянно повышаться. Целью является достижение номинальной светимости в 1,7·1034 частиц/см²·с, что по порядку величины соответствует светимостям BaBar (SLAC, США) и Belle(KEK, Япония).

Ускоритель расположен в том же туннеле, который прежде занимал Большой электрон-позитронный коллайдер, под землёй на территории Франции и Швейцарии. Глубина залегания туннеля — от 50 до 175 метров, причём кольцо туннеля наклонено примерно на 1,4 % относительно поверхности земли. Для удержания, коррекции и фокусировки протонных пучков используются 1624 сверхпроводящих магнита, общая длина которых превышает 22 км. Магниты работают при температуре 1,9 K (−271 °C), что немного ниже температуры перехода гелия в сверхтекучее состояние.

Детекторы БАК

На БАК работают 4 основных и 3 вспомогательных детектора:

  • ALICE (A Large Ion Collider Experiment)
  • ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS)
  • CMS (Compact Muon Solenoid)
  • LHCb (The Large Hadron Collider beauty experiment)
  • TOTEM (TOTal Elastic and diffractive cross section Measurement)
  • LHCf (The Large Hadron Collider forward)
  • MoEDAL (Monopole and Exotics Detector At the LHC).

Первый из них настроен для исследования столкновений тяжёлых ионов. Температура и плотность энергии образованной при этом ядерной материи достаточной для рождения глюонной плазмы. Внутренняя система слежения (ITS) в ALICE состоит из шести цилиндрических слоев кремниевых датчиков, окружающих пункт столкновения и измеряющих свойства и точные положения появляющихся частиц. Таким образом могут быть легко обнаружены частицы, содержащие тяжелый кварк.

Второй предназначен для исследования столкновений между протонами. Длина ATLAS – 44 метра, 25 метров в диаметре и вес приблизительно 7000 тонн. В центре тоннеля сталкиваются лучи протонов, это самый большой и самый сложный из когда либо построенных датчиков такого типа. Датчик фиксирует все, что происходит во время и после столкновения протонов. Целью проекта является обнаружение частиц, до этого не зарегистрированных и не обнаруженных в нашей вселенной.

CMS - один из двух огромных универсальных детекторов элементарных частиц на БАК. Около 3600 ученых из 183 лабораторий и университетов 38 стран, поддерживают работу CMS (На рисунке - устройство CMS).

Самый внутренний слой — основанный на кремнии трекер. Трекер — самый большой в мире кремниевый датчик. У этого есть 205 m2 кремниевых датчиков (приблизительно область теннисного корта), включающих 76 миллионов каналов. Трекер позволяет измерять следы заряженных частиц в электромагнитном поле.

На втором уровне находиться Электромагнитный калориметр. Адронный Калориметр, находящийся на следующем уровне, измеряет энергию отдельных адронов, произведенных в каждом случае.

Следующий слой CMS Большого Адронного Коллайдера – огромный магнит. Большой Соленоидный Магнит составляет 13 метров в длину и имеет 6-метровый диаметр. Состоит он из охлаждаемых катушек, сделанных из ниобия и титана. Этот огромный соленоидный магнит работает на полную силу, чтоб максимизировать время существования частиц соленоидный магнит.

Пятый слой — мюонные детекторы и ярмо возврата. CMS предназначен для исследования различных типов физики, которые могли бы быть обнаружены в энергичных столкновениях LHC. Некоторые из этих исследований заключаются в подтверждении или улучшенных измерениях параметров Стандартной Модели, в то время как многие другие — в поисках новой физики.

О Большом адронном коллайдере можно рассказывать много и долго. Надеемся, что наша статья помогла разобраться в том, что же такое БАК и для чего он необходим учёным.

Источник: Поэтому.Ру
Оценить статью
Читайте также:
Ещё из мира вещей


Аккуратные стопочки монет - это, несомненно, красиво и даже весьма впечатляюще, но когда эти же монеты оттягивают карман - приятного мало. Зато бумажн...
Без мобильника - как без рук. Причём с момента появления этого устройства прошло совсем немного времени. Если кто вспомнит первые мобильные телефон, т...
Это военное подразделение можно считать легендарным. Хотя в рядах Французского Иностранного легиона служило немало людей с весьма сомнительной репутац...
Интернет-торговля сегодня - одно из весьма прибыльных и востребованных направлений развития бизнеса. Мы уже писали о первых шагах в этой области, но с...
Последнее сражение, несущее конец славе полководцев - это всегда событие мирового масштаба. Одним из таких сражений, перевернувших в очередной раз укл...
Фотоаппарат-мыльница, пульт от телевизора, кварцевые часы и даже калькулятор - эти и тысячи других вещей в нашем мире работают от батареек. Кто придум...

avatar
5 Ligida
Я не имею отношения к физике, поэтому эта статья полезна для меня. В последнее время вся фантастика крутится вокруг БАК. Не плохо знать, что это. Я так понимаю, что ученные возлагают большие надежды на эти исследования. Действительно, было бы интересно узнать результат их многолетней работы!
avatar
4 Girrr
Бозон Хигса был найден и тишина, сейчас планируется модернизация БАК с увеличением общей мощности всего оборудования. Я в ожидании предстоящих перемен.
avatar
3 DimaDeztroy
С точки зрения квантовой физики, есть вероятность в 20% что при столкновении элементарных частиц создастся освобождение темной материи. В свою очередь это как искусственная черная дыра.
avatar
2 l0m0s
Конечно чудо получилось. И как говорят, зарегистрировали бозон Хиггса. НО!!! Все данные об исследованиях закрыты. Шумиха вокруг данных исследований утихла. Великих переломов в квантовой физике не наблюдается. Вопрос: А действительно - ли строилась данная система для таких исследований? ЧТО нашли учёные на самом деле? И какого оружия ждать в ближайшее время? Человек существо агрессивное, взяв палку он не пошёл копать коренья, а пошёл отбирать их у соседа. Ждём...
avatar
1 Alix7
Помню перед первым запуском БАКа, ученые давали интервью журналистам. Очень насмешил один ответ. Когда у них спросили, не будет ли чего-то необычного при запуске, они ответили, что не будет. «Так зачем же его запускать?», на что был получен ответ «мы ждем чуда!».
avatar
Аккуратные стопочки монет - это, несомненно, красиво и даже весьма впечатляюще, но когда эти же монеты оттягивают карман - приятного мало. Зато бумажн...
Даже если у нас нет своего маленького, но вполне успешного дела, нам приходится регулярно в той или иной форме сталкиваться с налоговой отчётностью. А...
Без мобильника - как без рук. Причём с момента появления этого устройства прошло совсем немного времени. Если кто вспомнит первые мобильные телефон, т...
Языков на свете - великое множество. Но есть среди них особенные: им тысячи лет и на некоторых из них уже сотни лет никто или почти никто не говорит. ...
Независимо от того, как часто мы убираем дома, всегда и везде найдётся пыль. Покрывающая ровным слоем горизонтальные поверхности, собирающаяся в непри...


Всегда разное

"Штамп в паспорте - пустая формальность" - сегодня это мнение никого не удивляет и не шокирует. Никто не заставит идти в загс и уж тем более...
Не смейтесь. Слова эти совсем не ругательные. Просто они научные и обозначают очень безобидных и даже полезных существ, которых чаще всего н...
Не все могут позволить себе держать дома собаку или кошку. Попугайчики - довольно шумно и хлопотно. Хомяки или мышки какие-нибудь - не всяко...
Автомобилей вокруг множество и самые известные марки узнают в любой стране буквально с одного взгляда. Но кто придумывает названия для автом...




Внимание! Копирование любых материалов без ссылки на сайт www.poetomu.ru запрещено законом и преследуется профессиональными юристами совместно с органами прокуратуры и судами
Дизайн сайта — Студия Ариф