Видео ролик – Как устроен коллайдер от простого к сложному

В среду, 10 сентября 2008 года, в 11:30 по московскому времени инженеры и ученые, собравшиеся на границе Швейцарии и Франции, нажмут на большую красную кнопку и пучки протонов начнут движение по кольцу Большого адронного коллайдера. В четырех местах кольца протоны будут с огромной энергией сталкиваться друг с другом. Чудовищная сила удара приведет к рождению новых частиц с необычными свойствами. Так, при столкновениях появятся капельки так называемой "страной материи", или "страпельки", которые превращают в "странную материю" все, с чем контактируют.

Кроме того, столкновение протонов неизбежно приведет к образованию антиматерии – антипода "обычной" материи, из которой состоят люди, деревья, стенки туннеля БАК и сама планета Земля. При контакте частиц "обычной" и антиматерии обе они взаимоуничтожаются.

В БАК будет достигнута энергия, достаточная для образования микроскопических черных дыр, – объектов огромной массы, которые притягивают к себе всю находящуюся поблизости материю. Сначала маленькая, постепенно черная дыра будет поглощать вещество и увеличиваться в размерах. Чем больше она будет становиться, тем быстрее будет поглощать материю. В конце концов возникшая в туннеле БАК черная дыра поглотит всю Землю.

Сколь бы величественна в своей чудовищности не была эта картина, ничего подобного 10 сентября не произойдет. Как будут развиваться события на реальном БАК, а не БАК из научной фантастики?

В среду, 10 сентября 2008 года, в 11:30 по московскому времени инженеры и ученые, собравшиеся на границе Швейцарии и Франции, запустят в туннель БАК длиной 27 километров пучок протонов. Сначала протоны пройдут по первому сегменту кольца (всего их четыре), потом по второму и, наконец, к концу дня элементарные частицы начнут циркулировать по всему кольцу ускорителя. Энергия инжекции (энергия, с которой протоны запускают в ускоритель) будет составлять 450 гигаэлектронвольт. Никаких столкновений частиц 10 сентября происходить не будет, так как все они будут двигаться в одном направлении (по часовой стрелке).

На следующий день (или через несколько дней – пока трудно сказать точнее), ученые запустят протоны по кольцу БАК в противоположном направлении. Если оба запуска пройдут нормально, инженеры приступят к настройке огромных магнитов, которые выступают в роли регулировщиков движения протонов. Когда частицы запускаются в ускоритель, они движутся по прямой. Для того чтобы они не улетали за пределы кольца (и не повредили сам БАК), магниты искривляют траекторию движения протонов, заставляя их "держаться в полосе".

В первые несколько дней работы коллайдера специалисты должны убедиться, что элементарные частицы стабильно циркулируют по кольцу ускорителя. Если работа магнитов отлажена недостаточно, то орбита движения протонов может быть сбита. В этом случае подача протонов в БАК прекратится до тех пор, пока инженеры не настроят все параметры магнитной системы.

Факты о Большом адроном коллайдере
Длина окружности кольца ускорителя БАК равна 26659 метров
Максимальная скорость протонов в кольце ускорителя будет составлять 99,99 процентов скорости света. За одну секунду пучок элементарных частиц сделает 11245 полных кругов по ускорителю
Каждую секунду частицы будут сталкиваться около 600 миллионов раз. Температура в месте столкновения будет в 100 тысяч раз больше, чем температура в центре Солнца
Внутри вакуумных труб, по которым движутся протоны, поддерживается давление 10-13 атмосфер
Движением потока протонов управляют 9300 магнитов. Они охлаждаются до температуры -193,2 градуса по Цельсию (80 градусов по Кельвину) с помощью 10080 тонн жидкого гелия. Затем в охлаждающие модули заливают 60 тонн жидкого гелия и температура магнитов падает до -271,3 градуса по Цельсию (1,9 градусов по Кельвину)

Только после того как работа магнитов будет полностью проверена, ученые планируют в первый раз столкнуть два пучка протонов. Энергия столкновений должна составить 900 гигаэлектронвольт (при энергии инжекции каждого пучка в 450 гигаэлектронвольт). Такие столкновения не должны приводить к рождению опасных частиц. Ученые утверждают это не только из теоретических, но и из практических соображений: с такой энергией протоны сталкивались в других ускорителях, например в Теватроне, расположенном в штате Иллинойс в США (максимальная энергия столкновения в этом ускорителе составляла 1,96 тераэлектронвольт).

Во время "пробных" столкновений инженеры БАК смогут протестировать работу детекторов. Всего в кольце ускорителя находятся четыре детектора: два больших ATLAS и CMS (по размеру они сравнимы с собором Парижской Богоматери), и два поменьше – ALICE и LHCb. Детекторы не только регистрируют сигнал от столкновения, но также усиливают его (одна из составных частей детекторов – экраны из вольфрамата свинца – были созданы российскими физиками). Конструкция больших и малых детекторов несколько отличается, однако и те, и другие переводят сигналы от столкновения частиц в электрические импульсы.

Если все системы будут работать без сбоев, то к концу 2008 года ученые рассчитывают добиться энергии столкновений в 10 тераэлектронвольт. Дополнительное ускорение пучкам протонов придают магниты, расположенные вдоль туннеля ускорителя. После того как эта цель будет достигнута, БАК остановят до начала 2009 года (эксперимент экспериментом, а от рождественских каникул физики отказываться не намерены). Протоны начнут сталкиваться с той самой чудовищной энергией в 14 тераэлектронвольт (с такой энергией, например, сталкиваются в полете два комара) не раньше нового года.

При таких энергиях ученые надеются обнаружить рождение новых частиц (правда, образования "страпелек" не ожидается). С момента стабилизации высокоэнергетичных пучков на детекторы польется нескончаемый поток данных. Эксперимент, проводимый на коллайдере, не похож на химические или биологические опыты, когда ученые совершают некие действия (например, добавляют в культуру клеток лекарство), смотрят на результат и исходя из него проводят следующие опыты. После того как БАК выйдет на свои номинальные параметры, ученые будут непрерывно анализировать получаемую информацию. Основой для выводов, которые будут делать исследователи, является статистика. Столкновения частиц – достаточно редкое явление даже в благоприятных для этого условиях коллайдера. Чтобы доказать или опровергнуть какую-то теорию, необходимы тысячи столкновений.

Lenta.ru

“Стоимость каждой из установок – более 500 миллионов долларов. Из известных нам частиц состоит лишь 4% Вселенной, остальное – нечто неизвестное. В экспериментах на коллайдере мы надеемся ответить на этот вопрос. Исследования будут длиться лет 20. Первые столкновения будут зарегистрированы в этом году. В следующем году начнутся регулярные исследования этих столкновений”, – пояснил профессор Научно-исследовательского института ядерной физики МГУ Эдуард Боос.

“Большой адронный коллайдер – не единственный, существующий на Земле. Есть один ещё в пригороде Чикаго, но его энергия в 7 раз меньше. Ничего принципиального в отношении страшилок, которые появились в прессе, нет. Коллайдеры абсолютно безопасны. В природе постоянно происходит столкновения частиц, ускоренные в природе естественным образом, с такой же мощностью. Только в Солнечной системе природа произвела миллиард программ адронного коллайдера. Всесторонний анализ позволяет уверенно утверждать, что все коллайдеры абсолютно безопасны”.

“Сотрудничество России с CERN длится более 40 лет. Это очень плодотворное сотрудничество, – продолжил Директор Института ядерной физики РАН Виктор Матвеев. – Это сотрудничество дало развить мощные ведущие научные школы. Были созданы специальные институты, установки, школы, которые очень авторитетны во всё мире. Наши физики с самого начала участвовали в разработке как ускорителя, так и детекторов. Россия специально заключила протокол с CERN, по которому наша страна обязалась вкладываться не только интеллектуально, но и материально – 200 миллионов швейцарских франков. Мы полностью выполнили эти обязательства”.

БАК строился в исследовательском центре Европейского совета ядерных исследований усилиями физиков всего мира и основной его задачей является открытие бозона Хиггса (важнейшей из экспериментально не найденных частиц). Идея проекта БАК родилась в 1984 году и была официально одобрена десятью годами позже, а его строительство его началось в 2001 году на территории Франции и Швейцарии (туннель длиной 26,7 километров)  после окончания работы предыдущего менее мощного аналога.

Некоторые специалисты и представители общественности высказывают опасения, что имеется отличная от нуля вероятность выхода проводимых в коллайдере экспериментов из-под контроля и развития цепной реакции, которая при определённых условиях теоретически может уничтожить всю планету. Наиболее часто упоминается теоретическая возможность появления в коллайдере микроскопических черных дыр, а также теоретическая возможность образования магнитных монополей с последующей цепной реакцией захвата окружающей материи.

В блогах появились записи, которые моделируют возможные последствия от обоих случаев. В случае образования черной дыры всю землю начнет постепенно засасывать:

Видеоролик:

Второй случай попытался смоделировать телеканал BBC:

Видеоролик ВВС:

Несмотря на то, что ученые указывают на небольшую вероятность возникновения катастрофы, в российском ИТ-сообществе Habrahabr.ru отслеживается паническое настроение по поводу “вероятности отличной от нуля”:

Same: появится черная дыра и коллайдер пропадет в ней. Читал много теорий на счет этого аппарата и некотрые убедительны. Если было бы голосование о закрытии этого проекта, то я, не задумываясь, ответил бы “закрыть”. Страшно, когда теория не подтверждается.

xOr: В “Гипперионе” Дэна Симмонса ученые в результате ошибки создали в центре Земли черную дыру, что и привело к гибели планеты. Остается только надеятся что размышления фантаста так и останутся размышлениями и нашему общему дому на самом деле ничего не угрожает.

Makiavelli: Буквально год назад смотрел программу BBC, где рассказывалось о том, как человечество может быть уничтожено без учета внешних угроз из Космоса. В программе упоминалось об этой установке. По сценарию программы данный эксперимент вышел из под контроля, и была создана черная дыра, которая почти моментально разрослась и засосала всё вокруг. Мне кажется, что желание поиграть со спичками заложено в человеке с детства и поэтому люди занимаются столь странными исследованиями. Соглашусь с мнением моего товарища, что наш мир находится в руках безумцев.

Mokhanoid: БАК — случай другой. Очень даже другой по сравнению, например, с упомянутым термоядом: вобщем-то мы знаем, что термоядерная реакция в атмосфере земной долго не держится (взрывали уже водородную бомбу, которая кстати, весьма нехило потрепала атмосферу, и все катаклизмы, которые мы сейчас имеем, вполне возможно – отголосок этого события, есть такие расчёты. И вобщем-то то было совершенно идиотски безумно безответсвенное испытание.

Думаете, после чего Сахаров  испугался и стал великим гуманистом? После того, как эта бомба звездой горела в атмосфере несколько минут). А оценка того, что всё будет хорошо с LHC основывается на неподтверждённых теоретических моделях. Мы не наблюдаем, насколько мне известно, результатов лобовых столкновений частиц с энергией в 14 TeV, с достаточной достоверностью, чтобы быть уверенными в том, что никаких стабильных чёрных дыр и стрэнджлетов в ходе них не формируется

Владислав Цыплухин
08.07.2008 09:21