Старт

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