Libmonster ID: UA-2334

Share this article with friends
Заглавие статьи МЕГАПРОЕКТ XXI ВЕКА
Автор(ы) Лидия СМИРНОВА
Источник Наука в России,  № 5, 2009, C. 33-37

Доктор физико-математических наук Лидия СМИРНОВА, Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д. В. Скобельцына Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова

10 сентября 2008 г. в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН, Швейцария) был запущен Большой адронный коллайдер (LHC). Создан он усилиями ученых из более 50 стран мира, в том числе и России. Это ускоритель протонов, представляющий собой кольцевую структуру с периметром 27 км, в котором при столкновении двух ускоренных частиц должна быть достигнута энергия в 14 ТэВ. На нем можно будет выделить достаточное количество редких событий, чтобы ответить на основные вопросы современной физики.

Автор данной статьи с 1993 г. работает руководителем группы ученых НИИЯФа МГУ в эксперименте ATLAS на LHC.

МИР ЧАСТИЦ

В окружающей нас атмосфере, которую извечно бомбардируют и пронизывают частицы космического излучения, происходят их соударения с указанной энергией и даже выше. При этом возникает множество новых частиц, они снова взаимодействуют в атмосфере - в результате на Землю приходит широкий атмосферный ливень, состоящий из проникающих частиц, непрерывно пронизывающих окружающее нас пространство - на улице, дома и даже в подземных залах метро. Вблизи поверхности исследователи в состоянии зарегистрировать отдаленные последствия событий, произошедших в высоких слоях атмосферы, и строить предположения о том, что случилось в самом начале процесса диссипации этой огромной энергии при первичном взаимодействии космического протона с частицей атмосферы. Следует отметить, расстояние между взаимодействием частиц и стадией, на которой мы можем получить информацию, очень велико. И поэтому сделать правильные выводы практически невозможно.

Напомним, как много узнали физики при исследовании потоков космического излучения высокой энергии. В экспериментах были открыты элементар-

стр. 33

ные частицы - позитрон, К-мезоны, в них впервые наблюдали особенности процесса множественного рождения частиц в соударениях высокой энергии. Позже эти результаты были подтверждены в опытах на ускорителях*. На них стало возможным проводить исследования по программе, заранее составленной учеными, т.е. не зависеть от падающей с неба частицы. Ведь предсказать, когда она соприкоснется с выбранным нами местом, можно лишь в терминах вероятности, и, скорее всего, ждать нужного события придется очень долго.

Постепенно энергии частиц, получаемых на ускорителях, увеличивались, опыты становились все более детальными. Появились коллайдеры, где происходит столкновение двух ускоренных частиц. Они позволили получать энергию соударения, эквивалентную взаимодействию самых энергичных частиц космических лучей, но при существенно меньших затратах энергии. Вот тогда и появилась возможность узнать, что происходит непосредственно при взаимодействии протонов очень высокой энергии. А поскольку эти элементарные частицы относятся к классу адронов, то отсюда и название коллайдера - адронный.

Следует отметить, LHC не был первым таким проектом. Его могло и не быть, если бы в начале 90-х годов XX в. было завершено строительство адронного коллайдера под Москвой, в Протвино, в Институте физики высоких энергий, на энергию соударения протонов 3 ТэВ. Позже было начато и также не завершено строительство такого ускорителя в Фермиевской национальной лаборатории (США) на энергию 40 ТэВ. До настоящего времени там работает коллайдер, где сталкиваются протоны и антипротоны с энергией 1,8 ТэВ. На нем сделано несколько замечательных открытий, в том числе - самый тяжелый шестой t-кварк, завершивший таблицу семейства кварков**, наподобие недостающих элементов периодической системы Менделеева (такое сравнение уместно, потому что масса t-кварка практически совпадает с массой атома золота). Здесь же впервые наблюдали осцилляцию состояния нейтрального B-мезона, в состав которого, кроме тяжелого b-кварка, входит s-кварк. Однако американский коллайдер не ответил на самые главные вопросы физики элементарных частиц. Он только позволил приблизиться к их решению, поскольку энергия взаимодействия и частота соударений в нем недостаточно велики, чтобы изучать самые значимые события. Такую энергию и светимость (т.е. частоту соударений) должен обеспечить LHC.

Небывалая светимость L = 2 * 10 см-2 с-1, которая будет достигнута на LHC, позволит не только открыть новые объекты, но и уточнить свойства уже известных частиц и процессов. А эти знания необходимы для теории фундаментальных взаимодействий. Редкие события, как правило, несут более ценную информацию. Для достаточного их количества уже


* См.: А. Сисакян. Мировая слава Дубны. - Наука в России, 2006, N 2 (прим. ред.).

** См.: П. Ермолов, Е. Шабалина. Тяжелые кварки: поиск продолжается. - Наука в России, 2001, N 3 (прим. ред.).

стр. 34

планируется увеличение светимости коллайдера в разы после нескольких лет его работы.

КАЖДОЙ ЧАСТИЦЕ - ПО СУПЕРПАРТНЕРУ

Протон и электрон - мельчайшие частицы окружающего нас мира. Но если электрон поныне рассматривается как элементарная, или неделимая частица, то протон имеет структуру, обнаруженную в опытах на ускорителях, когда его бомбардировали электронами высокой энергии. Позже выяснилось, что структурными элементами протона служат точечные частицы - кварки и глюоны. То есть летящий с большой скоростью протон представляет собой уже пучок частиц, каждая из которых несет долю его импульса.

Значит, при соударении протонов происходят взаимодействия точечных кварков и глюонов, причем разного характера и с участием цветовых зарядов. Большинство из них носит мягкий характер (с малыми переданными импульсами). Кстати, начальные протоны бесцветны. В результате же обмена глюонами возникают цветовые заряды, между ними натягиваются цветовые струны. В какой-то момент они рвутся, и на месте разрывов возникают новые кварки. Этот процесс длится до тех пор, пока среда не станет однородно бесцветной, а кварки объединятся в стабильные наблюдаемые адроны: мезоны, протоны, нейтроны. Но иногда, а при энергии LHC примерно в каждом десятом соударении, взаимодействия носят жесткий характер. Тогда происходят реакции,

стр. 35

не осуществимые в мягких взаимодействиях, и могут рождаться новые типы кварков и других частиц.

ОТВЕТИТ ТОЛЬКО ЭКСПЕРИМЕНТ

Человек всегда стремился понять и объяснить явления окружающего мира. Открытие нового означает, что его нельзя объяснить в известных понятиях и закономерностях. Описать процессы на Земле и во Вселенной можно только на основе уже полученных знаний и созданных теорий. Правильны они или нет, может ответить только эксперимент. Он выбирает верную теорию, которую мы можем потом использовать для того, чтобы ориентироваться в физическом пространстве нашего мира и Вселенной, оценивать физические процессы эволюции.

XX в. дал очень много для понимания процессов в мире элементарных частиц. Лептоны (к которым относятся и электроны) и кварки служат элементарными объектами современной теории взаимодействий частиц, известной как Стандартная модель. Но сама она порождает много вопросов, потому что не в состоянии объяснить причины наблюдаемых явлений и закономерностей. Почему известные элементарные частицы имеют столь разные массы? Почему все элементарные частицы фермионы? Почему спектр наблюдаемых состояний адронов именно таков? Существуют ли адроны с более сложной кваркглюонной структурой, чем известные состояния из двух и трех кварков? Какие более фундаментальные взаимодействия и законы обусловливают переходы одних типов тяжелых кварков в другие? И почему таких переходов не существует для лептонов? Точны или спонтанно нарушены глобальные дискретные симметрии физического мира* - пространственная (Р), зарядовая (С), комбинированная (СР) и временная (Т) четности?

БОЗОН ХИГГСА

Самым интригующим является вопрос о существовании бозона Хиггса. Можно сказать, что именно для его обнаружения и был построен LHC. Ранее на встречных пучках в ЦЕРНе (1984 г.) был зарегистрирован заряженный векторный бозон W. Позднее на ускорителе встречных пучков электронов и позитронов наблюдался нейтральный векторный бозон Z. Их открытием было подтверждено подобие электромагнитных и слабых взаимодействий, составляющих основу Стандартной модели. Поиск бозона Хиггса - продолжение этих изысканий.

Открытие бозона Хиггса прояснит механизм, обусловливающий наличие массы у элементарных частиц. Предсказать величину его массы теоретически не удается, но можно ожидать, что весь диапазон возможных масс бозона Хиггса будет доступен для его обнаружения на LHC. На решение данной задачи нацелены два основных самых крупных экспериментальных детектора - ATLAS и CMS**.

В случае, если теоретические предпосылки не подтвердятся, бозон Хиггса не будет найден. Но даже результат "неоткрытия" будет нести огромной важности информацию, необходимую для определения основ теории фундаментальных взаимодействий.

Ныне имеется множество разных моделей, предполагающих существование частиц с экзотическими свойствами. Для каждой из них проводится моделирование взаимодействий в детекторах для выяснения особенностей поведения, которые в итоге позволят их обнаружить. К ним, например, относятся лептоны с двойным электрическим зарядом.


* См.: Л. Смирнова. Симметрии и их нарушения в микромире. Наука в России, 1997, N 6 (прим. ред.).

** См.: Л. Смирнова. Шаг в двадцать первый век. - Наука в России, 1996, N 1 (при. ред.).

стр. 36

КВАРК-ГЛЮОННАЯ ПЛАЗМА

На LHC можно будет ускорять не только протоны, но и ядра различных атомов (вплоть до золота) до энергии 2,5 ТэВ на нуклон. Соударения ускоренных ядер представляют сложную картину. Если каждый нуклон есть пучок элементарных кварков и глюонов, то в ядре - множество таких пучков. При столкновении они перекрывают друг друга, деформируются, происходят многократные цветовые обмены. Новые состояния, возникающие в жестких взаимодействиях, испытывают влияние ядерного вещества. От этих процессов ожидают ценную информацию о поведении элементарных объектов в ядерном веществе. Но самое важное заключается в том, что при соударениях ядер может возникнуть новое состояние - кваркглюонная плазма. Важно определить плотность энергии, необходимой для квантового перехода материи в это состояние, определить его характеристики. Надеемся, что эксперименты по столкновению ускоренных ядер позволят выяснить особенности поведения ядерного вещества в столь экстремальных условиях. А поскольку в космических лучах присутствуют ядра, ускоренные до масштаба энергий коллайдера, то понимание особенностей состояния вещества при их взаимодействиях крайне важно.

ГЛОБАЛЬНАЯ СИСТЕМА GRID

Следует отметить, уже сегодня мы получили очень много от самого строительства LHC и его уникальных установок. К примеру, технологические достижения ряда наукоемких производств обязаны заказам, связанным с созданием этого комплекса. Российскими и зарубежными специалистами разработаны и получены материалы с оригинальными свойствами для использования в установках коллайдера, вместе с тем имеющими более широкий спектр применения.

Пожалуй, наиболее впечатляющими и очевидными являются достижения компьютерных технологий.

Толчок к их развитию вызван необходимостью обработки огромного количества экспериментальных данных. Кстати, именно в ЦЕРНе впервые была осуществлена передача информации между компьютерами, что привело к созданию Интернета в 1989 г. Параллельно была организована международная компьютерная высокоскоростная сеть для обработки научной информации GRID (от анг. grid - решетка, сеть). В нее включены все научные исследовательские центры, институты и университеты мира. И если ее исходным мотивом служила задача обработки данных LHC, то сейчас она активно используется для решения других задач, требующих больших вычислительных мощностей. Это, в первую очередь, расчеты для изготовления новых эффективных лекарственных препаратов и метеорологических прогнозов. После успешного запуска LHC в сентябре 2008 г. в одном из соединений магнитов коллайдера произошел неожиданный нагрев и разрыв электрического контакта. Поскольку магниты находились в состоянии глубокого охлаждения для достижения условий сверхпроводимости, то устранение последствий потребует определенного времени. Нужны анализ причин произошедшего, проверка состояния других компонентов. Но в конце 2009 г. LHC снова начнет работу и постепенно достигнет требуемых параметров. Можно надеяться, что и физические результаты не заставят себя ждать.


© elibrary.com.ua

Permanent link to this publication:

https://elibrary.com.ua/m/articles/view/МЕГАПРОЕКТ-XXI-ВЕКА-Большой-андронный-коллайдер

Similar publications: LRussia LWorld Y G


Publisher:

Валентин ПротопоповContacts and other materials (articles, photo, files etc)

Author's official page at Libmonster: https://elibrary.com.ua/CashBack

Find other author's materials at: Libmonster (all the World)GoogleYandex

Permanent link for scientific papers (for citations):

МЕГАПРОЕКТ XXI ВЕКА. Большой андронный коллайдер // Kiev: Library of Ukraine (ELIBRARY.COM.UA). Updated: 21.07.2014. URL: https://elibrary.com.ua/m/articles/view/МЕГАПРОЕКТ-XXI-ВЕКА-Большой-андронный-коллайдер (date of access: 02.08.2021).


Comments:



Reviews of professional authors
Order by: 
Per page: 
 
  • There are no comments yet
Related topics
Publisher
804 views rating
21.07.2014 (2569 days ago)
0 subscribers
Rating
0 votes
Related Articles
«Мы могли бы ШАНТАЖИРОВАТЬ весь мир – и нам бы давали деньги на обслуживание». Тишина!! Занавес!! Украинская дипломатия испустила последний вздох. Думаете все? Ведь уже сказанного с лихвой хватит чтобы поставить под сомнение авторитет США, как мирового лидера. Итак, нардеп выразил уверенность, что встреча Байдена с Зеленским пройдет «на повышенных тонах», дескать Украина имеет на это право по итогам соглашения между США и Германией по СП-2.
Catalog: Разное 
3 days ago · From Naina Kravetz
Как нам без всякой мистики побеседовать с человеческой душой и узнать у нее тайны Мира.
Catalog: Философия 
4 days ago · From Олег Ермаков
ОПЫТ ВЕНГЕРСКИХ РЕФОРМ. К 100-ЛЕТИЮ СО ДНЯ РОЖДЕНИЯ ЯНОША КАДАРА
Catalog: История 
4 days ago · From Україна Онлайн
ЗАРУБЕЖНАЯ ИСТОРИОГРАФИЯ ГАБСБУРГСКОЙ МОНАРХИИ. XX - начало XXI века
Catalog: История 
4 days ago · From Україна Онлайн
СОВРЕМЕННЫЙ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ КРИЗИС В ГРЕЦИИ И ГРЕКО-ГЕРМАНСКИЕ ОТНОШЕНИЯ
Catalog: История 
4 days ago · From Україна Онлайн
ИСТОРИЯ СОВЕТСКО-ВЕНГЕРСКИХ ОТНОШЕНИЙ В 1945-1989 годах
Catalog: История 
4 days ago · From Україна Онлайн
Х. Духхардт. МИР В ЕВРОПЕ РАННЕГО НОВОГО ВРЕМЕНИ. ИЗБРАННЫЕ ТРУДЫ 1979-2011
Catalog: История 
5 days ago · From Україна Онлайн
Превращаясь в пыль, литий неизбежно поднимается в воздух и отравляет все живое вокруг. Самое меньшее, чем грозит литиевая пыль – это слепота. Погибает рыба, питьевая вода становится непригодной для употребления. Кроме того вода является главным ресурсом для добычи лития. Ее катастрофические сокращение отмечают местные жители всех разрабатываемых месторождений.
Catalog: Экология 
6 days ago · From Naina Kravetz
БОЛГАРСКИЕ СЛУШАТЕЛИ АРТИЛЛЕРИЙСКОГО ОФИЦЕРСКОГО КЛАССА (1901-1914 годы)
Catalog: История 
6 days ago · From Україна Онлайн
ДИНАСТИЧЕСКАЯ ДИПЛОМАТИЯ В РОССИЙСКО-ФРАНЦУЗСКИХ ОТНОШЕНИЯХ 1856-1870 годов
Catalog: Право 
6 days ago · From Україна Онлайн

Actual publications:

Latest ARTICLES:

ELIBRARY.COM.UA is an Ukrainian library, repository of author's heritage and archive

Register & start to create your original collection of articles, books, research, biographies, photographs, files. It's convenient and free. Click here to register as an author. Share with the world your works!
МЕГАПРОЕКТ XXI ВЕКА. Большой андронный коллайдер
 

Contacts
Watch out for new publications: News only: Chat for Authors:

About · News · For Advertisers · Donate to Libmonster

Ukraine Library ® All rights reserved.
2009-2021, ELIBRARY.COM.UA is a part of Libmonster, international library network (open map)
Keeping the heritage of Ukraine


LIBMONSTER NETWORK ONE WORLD - ONE LIBRARY

US-Great Britain Sweden Serbia
Russia Belarus Ukraine Kazakhstan Moldova Tajikistan Estonia Russia-2 Belarus-2

Create and store your author's collection at Libmonster: articles, books, studies. Libmonster will spread your heritage all over the world (through a network of branches, partner libraries, search engines, social networks). You will be able to share a link to your profile with colleagues, students, readers and other interested parties, in order to acquaint them with your copyright heritage. After registration at your disposal - more than 100 tools for creating your own author's collection. It is free: it was, it is and always will be.

Download app for smartphones