Большой адронный коллайдер (LHC) - чудо современной физики элементарных частиц, которое позволило исследователям проникнуть в глубины реальности. Его происхождение простирается вплоть до 1977 года, когда сэр Джон Адамс, бывший директор Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН), предложил построить подземный туннель, в котором мог бы разместиться ускоритель частиц, способный достигать необычайно высоких энергий. Историческая статья 2015 года физика Томаса Шернера-Садениуса.
Проект был официально одобрен двадцатью годами позже, в 1997 году, и началось строительство 27,5-километрового кольца длиной 16,5 миль, проходящего под французско-швейцарской границей, способного ускорять частицы до 99,99% скорости света и разбивать их. вместе. Внутри кольца 9 300 магнитов направляют пакеты с заряженными частицами в двух противоположных направлениях со скоростью 11 245 раз в секунду, в конечном итоге объединяя их для лобового столкновения. Объект способен создавать около 600 миллионов столкновений каждую секунду, извергая невероятное количество энергии и, время от времени, экзотическую и никогда не замеченную тяжелую частицу. БАК работает при энергиях в 6,5 раз выше, чем у предыдущего рекордного ускорителя частиц, выведенного из эксплуатации Терватрона Фермилаба в США.
Стоимость строительства LHC составляет 8 миллиардов долларов, из которых 531 миллион долларов поступили из Соединенных Штатов. Более 8000 ученых из 60 разных стран участвуют в его экспериментах. Ускоритель впервые включил свои лучи 10 сентября 2008 года, столкнувшись с частицами, которые достигли лишь десятимиллионной части своей первоначальной проектной интенсивности.
Перед началом операций некоторые боялись, что новый атомный разрушитель разрушит Землю, возможно, создав всепоглощающую черную дыру. Но любой уважаемый физик заявил бы, что такие опасения являются необоснованными.
«LHC безопасен, и любое предположение о том, что он может представлять риск, является чистой выдумкой», - сказал в прошлом году LiveScience генеральный директор CERN Роберт Аймар.
Это не значит, что объект не может быть потенциально вредным, если используется не по назначению. Если бы вы засунули руку в луч, который фокусирует энергию авианосца в движении на ширину менее миллиметра, это сделало бы дыру прямо через него, и тогда излучение в туннеле убило бы вас.
Новаторские исследования
За последние 10 лет LHC разбил атомы вместе для своих двух основных экспериментов, ATLAS и CMS, которые работают и анализируют свои данные отдельно. Это делается для того, чтобы ни одно сотрудничество не влияло на другого, и чтобы каждое из них обеспечивало проверку своего родственного эксперимента. Приборы создали более 2000 научных работ по многим направлениям физики элементарных частиц.
4 июля 2012 года научный мир затаив дыхание наблюдал, как исследователи на LHC объявили об открытии бозона Хиггса, последнего кусочка головоломки в теории пятилетней давности, называемой Стандартной моделью физики. Стандартная модель пытается учесть все известные частицы и силы (кроме гравитации) и их взаимодействия. Еще в 1964 году британский физик Питер Хиггс написал статью о частице, которая теперь носит его имя, объясняя, как возникает масса во Вселенной.
Хиггс - это поле, которое пронизывает все пространство и затягивает каждую движущуюся через него частицу. Некоторые частицы бродят медленнее через поле, и это соответствует их большей массе. Бозон Хиггса является проявлением этой области, за которой физики гонялись полвека. БАК был явно построен, чтобы наконец захватить этот неуловимый карьер. В конце концов, обнаружив, что Хиггс имел 125-кратную массу протона, Питер Хиггс и бельгийский физик-теоретик Франсуа Энглерт были удостоены Нобелевской премии в 2013 году за предсказание его существования.
Даже с Хиггсом в руках физики не могут отдыхать, потому что в Стандартной модели все еще есть некоторые дыры. С одной стороны, это не имеет отношения к гравитации, которая в основном покрыта теориями относительности Эйнштейна. Это также не объясняет, почему вселенная состоит из материи, а не из антивещества, который должен был быть создан в примерно равных количествах в начале времени. И в нем совершенно ничего не говорится о темной материи и темной энергии, которые еще не были открыты при ее создании.
Перед включением LHC многие исследователи сказали бы, что следующая великая теория - это суперсимметрия, которая добавляет похожих, но гораздо более массивных партнеров-близнецов ко всем известным частицам. Один или несколько из этих тяжелых партнеров могли бы стать идеальным кандидатом для частиц, составляющих темную материю. И суперсимметрия начинает контролировать гравитацию, объясняя, почему она намного слабее трех других фундаментальных сил. До открытия Хиггса некоторые ученые надеялись, что в конечном итоге бозон будет немного отличаться от того, что предсказывала Стандартная Модель, намекая на новую физику.
Но когда появился Хиггс, это было невероятно нормально, именно в том массовом диапазоне, о котором говорила стандартная модель. Несмотря на то, что это большое достижение для Стандартной модели, физики остались без каких-либо хороших результатов. Некоторые начали говорить о потерянных десятилетиях, преследующих теории, которые звучали хорошо на бумаге, но, кажется, не соответствуют фактическим наблюдениям. Многие надеются, что следующие запуски LHC помогут разобраться с этой проблемой.
LHC закрылся в декабре 2018 года, чтобы пройти два года модернизации и ремонта. Когда он вернется в режим онлайн, он сможет разбивать атомы вместе с небольшим увеличением энергии, но с удвоенным числом столкновений в секунду. То, что он найдет, это чья-то догадка. Уже говорят о еще более мощном ускорителе частиц, который заменит его, расположен в той же области, но в четыре раза больше, чем LHC. Строительство огромной замены может занять 20 лет и 27 миллиардов долларов.
