Конкурсная работа команды IDem 011 W-бозон

БОЛЬШОЙ АДРОННЫЙ КОЛЛАЙДЕР - божественное разочарование?

Большой адро́нный колла́йдер (англ. Large Hadron Collider, LHC; сокр. БАК) — ускоритель заряженных частиц на встречных пучках, предназначенный для разгона протонов и тяжёлых ионов (ионов свинца) и изучения продуктов их соударений. БАК - самая сложная и самая мощная установка в области физики элементарных частиц. БАК построили на территории Швейцарии и Франции, вблизи Женевы,в туннеле на глубине 100 метров. Исследования координирует ЦЕРН - Европейский центр ядерных исследований.

Схема Большого адронного коллайдера

Работают десятки тысяч человек из разных стран. 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 ГэВ. После этого ускорение частиц продолжается в SPS (протонный суперсинхротрон), где энергия частиц достигает 450 ГэВ.

Детектор ATLAS - изучает результаты столкновения частиц

Затем пучок направляют в главное 26,7-километровое кольцо и в точках столкновения детекторы фиксируют происходящие события.[1] Физики ожидают, что БАК откроет новую эру в ФЭЧ, и это поможет найти ответ на главные загадки строения материи и энергии во Вселенной. Окружающий нас мир состоит из частиц трех типов: протонов, нейтронов и электронов. Но для того, чтобы знать устройство нашего мира необходимо изучать те нестабильные частицы, которые напрямую влияют на свойства и поведение обычных частиц – это одно из важных открытий в ФЭЧ. Эти нестабильные частицы, которые живут мгновения, а потом распадаются – невидимая, но неотъемлемая часть нашего мира, заставляющая его крутиться, работать, жить! Ускоритель – одно из средств изучения элементарных частиц. Ускоритель по своей сути микроскоп, разрешающая способность которого определяется длиной волны частиц, используемых для «освещения» фотонов, электронов и протонов. Из законов квантовой физики следует, что для уменьшения длины волны квантовой частицы, необходимо увеличить её энергию! Поэтому строятся коллайдеры высоких энергий! Устройство коллайдера: ускоритель и несколько детекторов, построенных вокруг точек столкновения протонов, которые в ускорителе разгоняются до энергии 7 ТэВ на протон, т.е. полная энергия сталкивающихся протонов 14 ТэВ. Во встречных пучках миллиарды протонов! Всё кольцо БАК поделено на 8 секторов, на каждом участке стоят в ряд магниты, управляющие протонным пучком, формируя орбиту движения протонов. На БАК работают два крупных (ATLAS и GMS) детектора, два средних и два вспомогательных. Детекторы изучают результаты столкновений частиц. Каждый расположен в специально выделенном подземном зале. Их положение в ускорительном кольце показано на схеме. Каждый детектор был создан отдельной группой учёных и инженеров - коллаборацией, насчитывающей не одну тысячу людей. Эта же группа будет контролировать эксперимент. В центре расположены трековые детекторы для измерения траектории частиц, калориметры для измерения их энергий, снаружи - детекторы для регистрации мюонов, свидетельствующих о явлениях, связанных с хигговским бозоном. Всё это погруженно в сильное магнитное поле, направленное вдоль оси пучков, которое искривляет траекторию частиц и позволяет по этому искривлению измерять их импульс.

БАК будет работать в течение нескольких лет и должен будет решить ряд задач поставленных перед ним:1.Открытие хигговского бозона. Физиков интересует хигговский механизм нарушения электрослабой симметрии, который станет основой теории нашего мира, более глубокой, чем Стандартная модель. Хигговский бозон – это “частица - отголосок” этого механизма, который удобно изучать через открытие и изучение хигговского бозона. 2. Поиск суперсимметрии – очень сильной и глубокой теоретической идее об устройстве нашего мира. Возможно, БАК сможет найти ее проявления. 3.Планируют изучение свойств топ - кварков - самых тяжелых

БАК. Главное 26,7 километровое кольцо ускорителя заряженных частиц

фундаментальных частиц из известных на сегодня. Они намного тяжелее всех остальных кварков. Поэтому физики предполагают, что топ – кварки могут играть важную роль в процессе нарушения электрослабой симметрии. Кроме того, топ - кварки удобный инструмент для поиска хигговского бозона, “божественной частицы”. 4. Изучая кварк - глюонную плазму, ученые планируют построить более совершенную теорию сильных взаимодействий, которая суперважна для ядерной физики и астрофизики.
5. Ультрарелятивистский протон порождает облако фотонов, которые усиливаются в режиме ядерных столкновений, порождая фотон -адронные, фотон - фотонные столкновения. Это еще одна из задач БАК. 6. Не менее важной задачей является проверка теорий устройства нашего мира. Их много, но они НЕ противоречат с имеющимися экспериментальными данными.

Может быть, одна из них будет подтверждена? Тогда за этим грандиозным открытием последует новый период бурного развития ФЭЧ.
Для решения перечисленных задач и ряда других, не менее важных, построен БАК. Невозможно точно предсказать результаты предстоящих экспериментов, но они, без сомнения окажут большое влияние и не только на ФЭЧ. Но, тем не менее, это не единственная цель, ради которой создан данный ускоритель. Возможности нового коллайдера будут превосходить во много раз все уже существующие инструменты ФЭЧ. Ускоритель даст доступ к новому диапазону энергий – терадиапазону. Даже, если «божественная» частица не будет найдена, в физике элементарных частиц откроются новые научные горизонты. Разве может быть БАК божественным разочарованием? Это грандиозный международный проект 21 века в физике элементарных частиц! Доля российских ученых в этом международном проекте тоже немаленькая. В нем задействовано 700 специалистов из России. Общая стоимость заказов, которые получили российские предприятия, по некоторым оценкам достигает 120 миллионов долларов.

Большой адронный коллайдер безопасен! Таковым является мнение передовых ученых мира!
При БАК была создана специальная группа LSAG по проверке безопасности. Эта группа ученых подтверждает и усиливает ранние выводы безопасности БАК. Главный аргумент против «катастрофического сценария» экспериментов на БАК: по меркам природы – это очень скромный эксперимент. По оценке ученых - каждую секунду во Вселенной происходят миллионы экспериментов, превосходящих БАК по энергии и количеству столкновений. Но мы существуем, следовательно, разрушительные процессы не происходят! Названы четыре возможности, которые, в принципе, могли бы нарушить безопасность экспериментов на БАК: макроскопические дыры, нестабильность вакуума, магнитные монополи, странное вещество. Но каждая из этих возможностей опровергается учеными – теоретиками и экспериментаторами. Но, несмотря на это, находятся люди не доверяющие выводам безопасности экспериментов БАК. Эти люди далеки от ФЭЧ, их опасения не обоснованы. О них пишут СМИ, но к подобным сообщениям НЕ стоит относиться серьезно. Европейская лаборатория физики элементарных частиц заявила о том, что будущий эксперимент не представляет очевидной угрозы.

Создание БАК не заканчивает страницу в истории физики, а скорее знаменует начало будущих перспективных исследований!Уже ведутся предварительные работы по ускорителям частиц нового поколения ILC (международный линейный коллайдер), гораздо более мощного, чем его предшественники. ILC позволит физикам проверить и уточнить открытия, сделанные на БАК. Мы верим в позитивные результаты экспериментов на БАК и желаем коллайдеру успешной бесперебойной работы!

Используемые источники:
1. http://rutube.ru/tracks/2562095.html?v=3098cdc1f6e7100bcadd6c3c7ea0d30d
2. http://elementy.ru/LHC
3. http://elementy.ru/LHC/LHC/why
4. http://elementy.ru/LHC/LHC/tasks/higgs
5. http://physics03.narod.ru/Interes/Doclad/bak13.htm