Մի քանի տարի առաջ ես պատկերացում չունեի, թե ինչ հադրոնային բախիչներ՝ Հիգս բոզոն, և ինչու են հազարավոր գիտնականներ ամբողջ աշխարհում աշխատում Շվեյցարիայի և Ֆրանսիայի սահմանին գտնվող հսկայական ֆիզիկական համալսարանում՝ հողի մեջ թաղելով միլիարդավոր դոլարներ:
Հետո ինձ, ինչպես նաև մոլորակի շատ այլ բնակիչների համար մեծ հադրոնային կոլայդեր արտահայտությունը, նրանում լույսի արագությամբ բախվող տարրական մասնիկների իմացություն և մեկը. ամենամեծ հայտնագործություններըվերջերս - Հիգսի բոզոնը:

Եվ այսպես, հունիսի կեսերին ես հնարավորություն ունեցա սեփական աչքերով տեսնել, թե ինչի մասին է այսքան խոսվում, և ինչի մասին այսքան իրարամերժ լուրեր են պտտվում։
Դա պարզապես կարճ էքսկուրսիա չէր, այլ ամբողջ օր անցկացված միջուկային ֆիզիկայի աշխարհի ամենամեծ լաբորատորիայում՝ CERN-ում: Այստեղ մեզ հաջողվեց շփվել հենց ֆիզիկոսների հետ և շատ հետաքրքիր բաներ տեսնել այս գիտական ​​կամպուսում, իջնել դեպի սրբություններ՝ Մեծ հադրոնային կոլայդեր (և ի վերջո, երբ այն գործարկվի և փորձարկումներ կատարվեն, ցանկացած մուտք դեպի դրան անհնար է դրսից), այցելեք բախիչի համար հսկա մագնիսների արտադրության գործարան, Ատլասի կենտրոնում, որտեղ գիտնականները վերլուծում են կոլայդերում ստացված տվյալները, գաղտնի այցելում են կառուցվող նորագույն գծային կոլայդերը և նույնիսկ, գրեթե ինչպես որոնումներում, գործնականում քայլեք տարրական մասնիկի փշոտ ճանապարհով՝ ծայրից մինչև վերև: Եվ տեսեք, թե որտեղից է ամեն ինչ սկսվում...
Բայց այս ամենի մասին առանձին գրառումներում։ Այսօր միայն Մեծ հադրոնային կոլայդերը:
Եթե ​​կարելի է պարզ անվանել, ապա իմ ուղեղը հրաժարվում է հասկանալ, թե ԻՆՉՊԵՍ կարելի էր սկզբում հորինել, հետո կառուցել նման բան։

2. Շատ տարիներ առաջ այս նկարը դարձավ համաշխարհային ճանաչում։ Շատերը կարծում են, որ համատեքստում սա Մեծ հադրոնն է: Փաստորեն, սա ամենամեծ դետեկտորներից մեկի՝ CMS-ի մի հատված է։ Նրա տրամագիծը մոտ 15 մետր է։ Սա ամենամեծ դետեկտորը չէ։ Ատլասի տրամագիծը մոտ 22 մետր է:

3. Մոտավորապես հասկանալու համար, թե ինչ է դա ընդհանրապես և որքան մեծ է բախողը, նայենք արբանյակային քարտեզին։
Սա Ժնևի արվարձան է՝ Ժնևի լճին շատ մոտ։ Հենց այստեղ է հիմնված CERN-ի հսկայական կամպուսը, որի մասին առանձին-առանձին կխոսեմ մի փոքր ուշ, և բախվողների մի փունջ գտնվում է ստորգետնյա տարբեր խորություններում: Այո այո. Նա մենակ չէ։ Նրանցից տասը կա: Մեծ հադրոնը պարզապես պսակում է այս կառուցվածքը, պատկերավոր ասած՝ լրացնելով բախողների շղթան, որոնց միջոցով տարրական մասնիկները արագանում են։ Այս մասին ես կխոսեմ նաև առանձին՝ մասնիկի հետ միասին անցնելով Մեծից (LHC) մինչև առաջին՝ գծային Linac-ը:
LHC օղակի տրամագիծը գրեթե 27 կիլոմետր է և գտնվում է 100 մետրից մի փոքր ավելի խորության վրա (նկարի ամենամեծ օղակը):
LHC-ն ունի չորս դետեկտոր՝ Alice, Atlas, LHCb և CMS: Իջանք CMS դետեկտորի մոտ։

4. Բացի այս չորս դետեկտորներից, ստորգետնյա տարածքի մնացած մասը թունել է, որի մեջ կա այս կապույտ հատվածների շարունակական աղիքներ: Սրանք մագնիսներ են: Հսկա մագնիսներ, որոնցում ստեղծվում է խելահեղ մագնիսական դաշտ, որի մեջ տարրական մասնիկները շարժվում են լույսի արագությամբ։
Ընդհանուր առմամբ դրանք 1734-ն են։

5. Մագնիսի ներսում հենց այդպիսի բարդ կառուցվածք կա։ Այստեղ ամեն ինչ շատ է, բայց ամենահիմնականը ներսում երկու խոռոչ խողովակներ են, որոնց մեջ թռչում են պրոտոնային ճառագայթներ։
Չորս տեղերում (նույն դետեկտորներում) այս խողովակները հատվում են, և պրոտոնային ճառագայթները բախվում են։ Այն վայրերում, որտեղ նրանք բախվում են, պրոտոնները ցրվում են տարբեր մասնիկների մեջ, ինչը ամրագրվում է դետեկտորների կողմից։
Սա համառոտ խոսելու համար է, թե ինչ է այս անհեթեթությունը և ինչպես է այն աշխատում:

6. Այսպիսով, հունիսի 14, առավոտ, CERN. Մենք հասնում ենք մի աննկատ ցանկապատի, որի վրա կա դարպաս և փոքրիկ շենք։
Սա մեծ հադրոնային կոլայդերի չորս դետեկտորներից մեկի մուտքն է՝ CMS:
Այստեղ ես ուզում եմ մի փոքր կանգ առնել՝ խոսելու այն մասին, թե ինչպես մեզ հաջողվեց ընդհանրապես հասնել այստեղ և ում շնորհիվ։
Եվ այդ ամենի «մեղքը» Անդրեյն է՝ մեր մարդը, ով աշխատում է CERN-ում, և ում շնորհիվ մեր այցը ոչ թե ինչ-որ կարճատև ձանձրալի էքսկուրսիա էր, այլ աներևակայելի հետաքրքիր և հագեցած հսկայական տեղեկություններով:
Անդրեյը (նա կանաչ շապիկով է) երբեք դեմ չէ հյուրերին և միշտ ուրախ է նպաստել միջուկային ֆիզիկայի այս Մեքքա այցելելուն:
Գիտե՞ք ինչն է հետաքրքիր։ Սա մուտքի ռեժիմ է Collider-ում և CERN-ում ընդհանրապես:
Այո, ամեն ինչ մագնիսական քարտի վրա է, բայց ... աշխատողն իր անցագրով մուտք ունի տարածքի և օբյեկտների 95%-ը։
Եվ միայն նրանք, որտեղ բարձր մակարդակՃառագայթման վտանգ, անհրաժեշտ է հատուկ մուտք. սա հենց կոլայդերի ներսում է:
Եվ այսպես՝ առանց խնդիրների աշխատակիցները տեղաշարժվում են տարածքում։
Մի պահ այստեղ ներդրվել են միլիարդավոր դոլարներ և շատ անհավանական սարքավորումներ:
Հետո հիշում եմ Ղրիմի մի քանի լքված առարկաներ, որտեղ ամեն ինչ վաղուց կտրված է, բայց, այնուամենայնիվ, ամեն ինչ մեգագաղտնի է, ոչ մի դեպքում չես կարող կրակել, իսկ առարկան Աստված գիտի, թե ինչ է. ռազմավարական մեկը.
Պարզապես այստեղ մարդիկ իրենց գլխով ադեկվատ են մտածում։

7. Ահա թե ինչ տեսք ունի CMS տարածքը: Արտաքինում ձեզ համար ոչ մի ցուցադրություն, իսկ ավտոկայանատեղիում գտնվող սուպեր մեքենաները: Բայց նրանք կարող են իրենց թույլ տալ դա: Ուղղակի կարիք չկա։

8. CERN-ը՝ որպես աշխարհում առաջատար գիտության կենտրոնֆիզիկայի բնագավառում PR-ի առումով օգտագործում է մի քանի տարբեր ուղղություններ։ Դրանցից է այսպես կոչված «Ծառը»։
Հրավիրում է դպրոցի ուսուցիչներըֆիզիկայում ից տարբեր երկրներև քաղաքներ։ Դրանք ցուցադրվում և պատմվում են այստեղ։ Այնուհետև ուսուցիչները վերադառնում են իրենց դպրոցները և իրենց տեսածը հայտնում աշակերտներին: Որոշ ուսանողներ, ոգեշնչված պատմվածքից, մեծ հետաքրքրությամբ սկսում են ֆիզիկա սովորել, հետո ֆիզիկական մասնագիտությունների համար գնում են համալսարաններ և ապագայում գուցե նույնիսկ աշխատանքի են անցնում այստեղ։
Բայց քանի դեռ երեխաները դպրոցում են, նրանք նաև հնարավորություն ունեն այցելելու CERN և, իհարկե, իջնելու Մեծ հադրոնային կոլայդեր։
Ամսական մի քանի անգամ լինում են հատուկ «օրեր բաց դռներ» տարբեր երկրներից ժամանած շնորհալի երեխաների համար, ովքեր սիրահարված են ֆիզիկային:
Նրանք ընտրվում են հենց այն ուսուցիչների կողմից, ովքեր եղել են այս ծառի հիմքում և առաջարկներ են ներկայացնում Շվեյցարիայի CERN գրասենյակին:
Պատահաբար, այն օրը, երբ մենք եկանք տեսնելու Մեծ հադրոնային կոլայդերը, այստեղ եկավ Ուկրաինայից այդպիսի խմբերից մեկը՝ երեխաներ, Գիտությունների Փոքր ակադեմիայի սաներ, ովքեր անցան դժվարին մրցույթ։ Նրանց հետ մենք իջանք 100 մետր խորություն՝ Կոլայդերի հենց սիրտը։

9. Փառք մեր կրծքանշաններով։
Այստեղ աշխատող ֆիզիկոսների պարտադիր տարրերն են լապտերով սաղավարտը և ոտքի վրա մետաղական թիթեղով կոշիկները (բեռը ընկնելիս մատները պաշտպանելու համար)

10. Օժտված երեխաներ, ովքեր կրքոտ են ֆիզիկայով: Մի քանի րոպեից նրանց տեղը կկատարվի՝ նրանք կիջնեն Մեծ հադրոնային կոլայդեր

11. Աշխատողները դոմինո են խաղում և հանգստանում մինչև հաջորդ հերթափոխը ստորգետնյա:

12. Վերահսկիչ և կառավարման կենտրոն CMS. Համակարգի գործունեությունը բնութագրող հիմնական սենսորներից առաջնային տվյալները հավաքվում են այստեղ:
Կոլայդերի շահագործման ժամանակ այստեղ շուրջօրյա աշխատում է 8 հոգուց բաղկացած թիմ։

13. Պետք է ասել, որ այս պահին Խոշոր հադրոնային կոլայդերը կանգնեցվել է երկու տարի՝ բախիչի վերանորոգման և արդիականացման ծրագիր իրականացնելու համար։
Փաստն այն է, որ 4 տարի առաջ դրա վրա վթար է տեղի ունեցել, որից հետո բախիչը ամբողջ հզորությամբ չի աշխատել (վթարի մասին կխոսեմ հաջորդ գրառման մեջ)։
Արդիականացումից հետո, որը կավարտվի 2014 թվականին, այն պետք է գործի էլ ավելի մեծ հզորությամբ։
Եթե ​​կոլայդերը հիմա աշխատեր, հաստատ չէինք կարողանա այցելել

14. Հատուկ տեխնիկական վերելակով մենք իջնում ​​ենք ավելի քան 100 մետր խորություն, որտեղ գտնվում է Collider-ը։
Վերելակը անձնակազմին փրկելու միակ միջոցն է արտակարգ իրավիճակ, որովհետեւ այստեղ աստիճաններ չկան։ Այսինքն՝ սա CMS-ի ամենաապահով տեղն է։
Ըստ ցուցումների՝ ահազանգի դեպքում ողջ անձնակազմը պետք է անմիջապես բարձրանա վերելակ։
Այստեղ ավելորդ ճնշում է ստեղծվում, որպեսզի ծխի դեպքում ծուխը ներս չմտնի, մարդիկ չթունավորվեն։

15. Բորիսն անհանգստանում է, որ ծուխ չկա

16. Խոր. Այստեղ ամեն ինչ ներծծված է կոմունիկացիաներով

17. Անվերջ մղոններ լարեր և տվյալների մալուխներ

18. Խողովակների հսկայական քանակ կա։ Այսպես կոչված կրիոգենիկա. Բանն այն է, որ մագնիսների ներսում հելիումն օգտագործվում է հովացման համար։ Անհրաժեշտ է նաև այլ համակարգերի հովացում, ինչպես նաև հիդրավլիկ:

19. Դետեկտորում տեղակայված տվյալների մշակման սենյակներում տեղակայված են հսկայական թվով սերվերներ։
Նրանք խմբավորվում են այսպես կոչված անհավատալի կատարողական խթանիչների մեջ:
Օրինակ, 40,000,000 իրադարձություններից 3 միլիվայրկյանում առաջին գործարկիչը պետք է ընտրի մոտ 400 և տեղափոխի դրանք երկրորդ ձգանին` ամենաբարձր մակարդակին:

20. Օպտիկամանրաթելային խելագարություն.
Համակարգչային սենյակները գտնվում են դետեկտորի վերևում, ինչպես կա շատ փոքր մագնիսական դաշտ, որը չի խանգարում էլեկտրոնիկայի աշխատանքին:
Հնարավոր չէր լինի տվյալներ հավաքել հենց դետեկտորում։

21. Գլոբալ ձգան. Այն բաղկացած է 200 համակարգչից

22. Ի՞նչ է Apple-ը: Դելլ!!!

23. Սերվերի կաբինետները ապահով կողպված են

24. Զվարճալի նկարչություն օպերատորի աշխատատեղերից մեկի վրա։

25. 2012 թվականի վերջին Հիգսի բոզոնը հայտնաբերվեց Մեծ հադրոնային կոլայդերում անցկացված փորձի արդյունքում, և այս իրադարձությունը լայնորեն նշվեց CERN-ի աշխատակիցների կողմից։
Տոնակատարությունից հետո շամպայնի շշերը դեն չէին նետում՝ կարծելով, որ սա մեծ բաների միայն սկիզբն է։

26. Բուն դետեկտորի մոտեցման վրա ամենուր կան ճառագայթային վտանգի մասին նախազգուշացնող նշաններ:

26. Collider-ի բոլոր աշխատակիցներն ունեն անհատական ​​չափաչափեր, որոնք պետք է բերեն ընթերցողին և գրանցեն իրենց գտնվելու վայրը:
Դոզաչափը կուտակում է ճառագայթման մակարդակը և սահմանային դոզանին մոտենալու դեպքում տեղեկացնում է աշխատակցին, ինչպես նաև առցանց տվյալները փոխանցում է հսկիչ կետ՝ զգուշացնելով, որ բախողի մոտ մարդ կա, որը վտանգի տակ է։

27. Դետեկտորի դիմաց՝ բարձր մակարդակի մուտքի համակարգ։
Դուք կարող եք մուտք գործել՝ կցելով անձնական քարտ, դոզիմետր և անցնելով ցանցաթաղանթի սկանավորում

28. Ինչ եմ անում

29. Եվ ահա այն՝ դետեկտորը: Ներսում գտնվող փոքրիկ խայթոցը նման է գայլիկոնի, որը պարունակում է հսկայական մագնիսներ, որոնք այժմ շատ փոքր են թվում: Այս պահին մագնիսներ չկան, քանի որ. արդիականացման փուլում է

30. Աշխատանքային վիճակում դետեկտորը միացված է և նման է մեկ ամբողջության

31. Դետեկտորի քաշը 15 հազար տոննա է։ Այստեղ ստեղծվում է անհավանական մագնիսական դաշտ։

32. Համեմատեք դետեկտորի չափը ներքևում աշխատող մարդկանց և մեքենաների հետ

33. Մալուխ կապույտ գույնի- հզորություն, կարմիր - տվյալներ

34. Հետաքրքիր է, որ շահագործման ընթացքում Մեծ Հադրոնը ժամում սպառում է 180 մեգավատ էլեկտրաէներգիա։

35. Ընթացիկ սենսորային սպասարկման աշխատանքներ

36. Բազմաթիվ սենսորներ

37. Եվ նրանց հզորությունը ... օպտիկական մանրաթելերը հետ են վերադառնում

38. Անհավանական խելացի մարդու տեսք.

39. Մեկուկես ժամ ստորգետնյա թռչում է հինգ րոպեի պես... Վերադառնալով մահկանացու երկիր՝ դու ակամա մտածում ես... ԻՆՉՊԵՍ կարելի է դա անել:
Իսկ ԻՆՉՈՒ՞ են դա անում…

Որտե՞ղ է գտնվում Մեծ հադրոնային կոլայդերը:

2008 թվականին CERN-ը (Միջուկային հետազոտությունների եվրոպական խորհուրդ) ավարտեց մասնիկների գերհզոր արագացուցիչի կառուցումը, որը կոչվում է Մեծ հադրոնային կոլայդեր։ Անգլերեն՝ LHC - Մեծ հադրոնային կոլայդեր: CERN-ը միջազգային միջկառավարական կազմակերպություն է գիտական ​​կազմակերպություն, հիմնադրվել է 1955 թվականին։ Փաստորեն, սա աշխարհի գլխավոր լաբորատորիան է բարձր էներգիաների, մասնիկների ֆիզիկայի և ոլորտներում։ արեւային էներգիա. Կազմակերպությանն անդամակցում է շուրջ 20 երկիր։

Ինչու՞ է անհրաժեշտ մեծ հադրոնային կոլայդեր:

Ժնևի շրջակայքում, 27 կիլոմետր (26,659 մ) շրջանաձև բետոնե թունելում ստեղծվել է գերհաղորդիչ մագնիսների օղակ՝ պրոտոնները արագացնելու համար։ Ենթադրվում է, որ արագացուցիչը կօգնի ոչ միայն ներթափանցել նյութի միկրոկառուցվածքի գաղտնիքները, այլև առաջ գնալ նյութի խորքերում էներգիայի նոր աղբյուրների հարցի պատասխանի որոնման մեջ։

Այդ նպատակով արագացուցիչի կառուցման հետ միաժամանակ (ավելի քան $2 մլրդ արժողությամբ) ստեղծվել են չորս մասնիկների դետեկտորներ։ Դրանցից երկուսը խոշոր ունիվերսալ են (CMS և ATLAS), իսկ երկուսը` ավելի մասնագիտացված: Դետեկտորների ընդհանուր արժեքը նույնպես մոտենում է 2 միլիարդ դոլարին։ CMS և ATLAS խոշոր նախագծերից յուրաքանչյուրին մասնակցել են ավելի քան 150 հաստատություններ 50 երկրներից, այդ թվում՝ ռուսական և բելառուսական:

Անորսալի Հիգսի բոզոնի որսը

Ինչպե՞ս է աշխատում հադրոնային բախման արագացուցիչը: Collider-ը ամենամեծ պրոտոնային արագացուցիչն է, որն աշխատում է բախվող ճառագայթների վրա: Արագացման արդյունքում ճառագայթներից յուրաքանչյուրը լաբորատոր համակարգում կունենա 7 տերաէլեկտրոն վոլտ (TeV), այսինքն՝ 7x1012 էլեկտրոն վոլտ էներգիա։ Երբ պրոտոնները բախվում են, առաջանում են բազմաթիվ նոր մասնիկներ, որոնք կգրանցվեն դետեկտորների կողմից։ Երկրորդական մասնիկները վերլուծելուց հետո ստացված տվյալները կօգնեն պատասխանել այն հիմնարար հարցերին, որոնք հուզում են միկրոաշխարհի ֆիզիկայով և աստղաֆիզիկայով զբաղվող գիտնականներին: Հիմնական խնդիրներից է Հիգսի բոզոնի փորձարարական հայտնաբերումը։

Այժմ «հայտնի» Հիգսի բոզոնը հիպոթետիկ մասնիկ է, որը հանդիսանում է տարրական մասնիկների այսպես կոչված ստանդարտ, դասական մոդելի հիմնական բաղադրիչներից մեկը։ Այն անվանվել է ի պատիվ բրիտանացի տեսաբան Փիթեր Հիգսի, ով դրա գոյությունը կանխատեսել էր 1964 թվականին։ Հիգսի բոզոնները, լինելով Հիգսի դաշտի քվանտաները, համարվում են ֆիզիկայի հիմնարար հարցերին համապատասխան։ Մասնավորապես տարրական մասնիկների զանգվածների ծագման հայեցակարգին։

2012 թվականի հուլիսի 2-4-ը բախիչում մի շարք փորձեր բացահայտեցին որոշակի մասնիկ, որը կարող է փոխկապակցվել Հիգսի բոզոնի հետ։ Ավելին, չափման ընթացքում տվյալները հաստատվել են ինչպես ATLAS, այնպես էլ CMS համակարգով։ Դեռևս վիճաբանություն կա, թե արդյոք տխրահռչակ Հիգսի բոզոնը իսկապես հայտնաբերվել է, թե դա այլ մասնիկ է: Բանն այն է, որ հայտնաբերված բոզոնը ամենածանրն է նախկինում գրանցվածներից։ Հիմնարար հարցը լուծելու համար հրավիրվել էին աշխարհի առաջատար ֆիզիկոսները՝ Ջերալդ Գուրալնիկը, Կառլ Հագենը, Ֆրանսուա Էնգլերը և ինքը՝ Փիթեր Հիգսը, ով տեսականորեն հիմնավորել է իր անունով բոզոնի գոյությունը դեռ 1964 թվականին։ Տվյալների հավաքածուն վերլուծելուց հետո հետազոտության մասնակիցները հակված են կարծելու, որ Հիգսի բոզոնն իսկապես հայտնաբերվել է:

Շատ ֆիզիկոսներ հույս ունեին, որ Հիգսի բոզոնի ուսումնասիրությունը կբացահայտի «անոմալիաներ», որոնք կհանգեցնեն խոսելու այսպես կոչված «Նոր ֆիզիկայի» մասին։ Այնուամենայնիվ, մինչև 2014 թվականի վերջը LHC-ում փորձարկումների արդյունքում նախորդ երեք տարիների ընթացքում կուտակված տվյալների գրեթե ողջ զանգվածը մշակվել է, և ոչ մի ինտրիգային շեղում (բացառությամբ առանձին դեպքերի) չի հայտնաբերվել: Փաստորեն, պարզվեց, որ տխրահռչակ Հիգսի բոզոնի երկու ֆոտոնային քայքայումը, ըստ հետազոտողների, «չափազանց ստանդարտ» էր։ Սակայն 2015 թվականի գարնանը նախատեսված փորձերը կարող են զարմացնել գիտական ​​աշխարհնոր բացահայտումներ.

Ոչ մի բոզոն

Հիգսի բոզոնի որոնումը հսկա նախագծի ինքնանպատակ չէ: Գիտնականների համար կարևոր է նաև նոր տեսակի մասնիկների որոնումը, որոնք հնարավորություն են տալիս դատել բնության միասնական փոխազդեցության մասին Տիեզերքի գոյության վաղ փուլում: Այժմ գիտնականները առանձնացնում են բնության չորս հիմնարար փոխազդեցություններ՝ ուժեղ, էլեկտրամագնիսական, թույլ և գրավիտացիոն: Տեսությունը ենթադրում է, որ տիեզերքի սկզբնական փուլում հնարավոր է եղել մեկ փոխազդեցություն։ Եթե ​​նոր մասնիկներ հայտնաբերվեն, ապա այս տարբերակը կհաստատվի։

Ֆիզիկոսները նույնպես մտահոգված են մասնիկների զանգվածի խորհրդավոր ծագմամբ։ Ինչու՞ մասնիկները ընդհանրապես զանգված ունեն: Իսկ ինչո՞ւ նրանք ունեն այդպիսի զանգվածներ, իսկ ուրիշներ չունեն։ Ի դեպ, այստեղ միշտ նկատի ունենք բանաձեւը Ե=mc². Յուրաքանչյուր նյութական առարկա ունի էներգիա: Հարցն այն է, թե ինչպես ազատել այն: Ինչպե՞ս ստեղծել տեխնոլոգիաներ, որոնք թույլ կտան այն ազատել առավելագույն արդյունավետությամբ նյութից: Այսօր սա էներգետիկայի հիմնական խնդիրն է։

Այլ կերպ ասած, Large Hadron Collider նախագիծը կօգնի գիտնականներին գտնել հիմնարար հարցերի պատասխանները և ընդլայնել գիտելիքները միկրոտիեզերքի և, հետևաբար, Տիեզերքի ծագման և զարգացման մասին:

Բելառուսի և ռուս գիտնականների և ճարտարագետների ներդրումը LHC-ի ստեղծման գործում

Շինարարության փուլում CERN-ի եվրոպացի գործընկերները դիմել են այս ոլորտում լուրջ փորձ ունեցող բելառուս գիտնականների խմբին՝ ծրագրի հենց սկզբից մասնակցելու LHC-ի համար դետեկտորների ստեղծմանը: Իր հերթին, բելառուս գիտնականները համագործակցության են հրավիրել Դուբնա գիտական ​​քաղաքից Միջուկային հետազոտությունների միացյալ ինստիտուտի գործընկերներին և այլոց: Ռուսական հաստատություններ. Մասնագետները մեկ թիմով սկսեցին աշխատել այսպես կոչված CMS դետեկտորի՝ «Compact Muon Solenoid»-ի վրա։ Այն բաղկացած է բազմաթիվ բարդ ենթահամակարգերից, որոնցից յուրաքանչյուրը նախատեսված է հատուկ առաջադրանքներ կատարելու համար, մինչդեռ դրանք միասին ապահովում են LHC-ում պրոտոնների բախման պահին ծնված բոլոր մասնիկների էներգիաների և արտանետումների անկյունների նույնականացում և ճշգրիտ չափում:

ATLAS դետեկտորի ստեղծմանը մասնակցել են նաև բելառուս-ռուս մասնագետները։ Սա 20 մ բարձրությամբ տեղակայանք է, որը կարող է չափել մասնիկների հետագծերը բարձր ճշգրտությամբ՝ մինչև 0,01 մմ: Դետեկտորի ներսում գտնվող զգայուն սենսորները պարունակում են մոտ 10 միլիարդ տրանզիստորներ: ATLAS փորձի առաջնահերթ նպատակն է հայտնաբերել Հիգսի բոզոնը և ուսումնասիրել նրա հատկությունները։

Առանց չափազանցության, մեր գիտնականները զգալի ներդրում ունեն CMS և ATLAS դետեկտորների ստեղծման գործում։ Որոշ կարևոր բաղադրիչներ արտադրվել են Մինսկի մեքենաշինական գործարանում։ Հոկտեմբերյան հեղափոխություն(ՄԶՈՐ): Մասնավորապես, CMS-ի փորձի համար վերջնական գլխարկի հադրոնային կալորիմետրեր: Բացի այդ, գործարանը արտադրել է ATLAS դետեկտորի մագնիսական համակարգի խիստ բարդ տարրեր: Սրանք մեծ չափի արտադրանք են, որոնք պահանջում են մետաղի մշակման և գերճշգրիտ մշակման հատուկ տեխնոլոգիաների տիրապետում։ Ըստ CERN-ի տեխնիկների՝ պատվերները փայլուն են կատարվել։

Չի կարելի թերագնահատել նաեւ «անհատների ներդրումը պատմության մեջ»։ Օրինակ, Ռոման Ստեֆանովիչը, տեխնիկական գիտությունների թեկնածու, ինժեներ, պատասխանատու է CMS նախագծում բարձր ճշգրտության մեխանիկայի համար: Նույնիսկ կատակով ասում են, որ առանց դրա CMS-ը չէր կառուցվի։ Բայց եթե լուրջ, ապա միանգամայն միանշանակ կարելի է ասել. առանց դրա չէին պահպանվի պահանջվող որակով հավաքման և շահագործման ժամկետները։ Մեր մյուս էլեկտրոնիկայի ինժեներ Վլադիմիր Չեխովսկին, անցնելով բավականին բարդ մրցույթ, այսօր կարգաբերում է CMS դետեկտորի և նրա մյուոնային խցիկների էլեկտրոնիկան։

Մեր գիտնականները ներգրավված են ինչպես դետեկտորների գործարկման, այնպես էլ լաբորատոր մասի, դրանց շահագործման, պահպանման և թարմացման մեջ։ Դուբնայից գիտնականները և նրանց բելառուս գործընկերները իրավամբ զբաղեցնում են իրենց տեղը CERN միջազգային ֆիզիկայի համայնքում, որն աշխատում է ձեռք բերել նոր տեղեկություններնյութի խորքային հատկությունների և կառուցվածքի մասին։

Տեսանյութ

Կարծիք Simple Science ալիքից՝ հստակ ցույց տալով արագացուցիչի սկզբունքը.

Կարծիք Huanal Galileo-ից.

Կարծիք Huanal Galileo-ից.

Hadron Collider Launch 2015:

Մեծ հադրոնային կոլայդերը (LHC) լիցքավորված մասնիկների արագացուցիչ է, որով ֆիզիկոսները կկարողանան շատ ավելին իմանալ նյութի հատկությունների մասին, քան նախկինում հայտնի էր: Արագացուցիչներն օգտագործվում են բարձր էներգիայի լիցքավորված տարրական մասնիկներ արտադրելու համար։ Գրեթե ցանկացած արագացուցիչի աշխատանքը հիմնված է լիցքավորված մասնիկների փոխազդեցության վրա էլեկտրական և մագնիսական դաշտեր. Էլեկտրական դաշտն ուղղակիորեն աշխատում է մասնիկի վրա, այսինքն՝ մեծացնում է նրա էներգիան, իսկ մագնիսական դաշտը, ստեղծելով Լորենցի ուժը, միայն շեղում է մասնիկը առանց դրա էներգիան փոխելու և սահմանում է ուղեծիրը, որով շարժվում են մասնիկները։

Collider (անգլ. collide - «բախվել») - արագացուցիչ բախվող ճառագայթների վրա, որը նախատեսված է ուսումնասիրելու նրանց բախումների արտադրանքը: Թույլ է տալիս նյութի տարրական մասնիկներին տալ բարձր կինետիկ էներգիա, ուղղել դրանք դեպի միմյանց, որպեսզի առաջացնեն իրենց բախումը:

Ինչու՞ «մեծ հադրոն»

Խոշոր կոլայդերն անվանվել է, ըստ էության, իր չափերի պատճառով։ Հիմնական արագացուցիչ օղակի երկարությունը 26659 մ է; հադրոնիկ - պայմանավորված է նրանով, որ այն արագացնում է հադրոնները, այսինքն՝ քվարկներից բաղկացած ծանր մասնիկներ:

LHC-ը կառուցվել է Միջուկային հետազոտությունների եվրոպական խորհրդի (CERN) հետազոտական ​​կենտրոնում՝ Շվեյցարիայի և Ֆրանսիայի սահմանին՝ Ժնևից ոչ հեռու։ Մինչ օրս LHC-ն աշխարհի ամենամեծ փորձարարական հաստատությունն է: Այս լայնածավալ նախագծի ղեկավարը բրիտանացի ֆիզիկոս Լին Էվանսն է, իսկ շինարարությանը և հետազոտություններին մասնակցել են ավելի քան 10000 գիտնականներ և ինժեներներ ավելի քան 100 երկրներից։

Փոքրիկ շեղում պատմության մեջ

Անցյալ դարի 60-ականների վերջին ֆիզիկոսները մշակեցին այսպես կոչված Ստանդարտ մոդելը։ Այն միավորում է չորս հիմնարար ուժերից երեքը՝ ուժեղ, թույլ և էլեկտրամագնիսական: Գրավիտացիոն փոխազդեցությունը դեռևս նկարագրվում է ընդհանուր տեսությունև հարաբերականություն։ Այսինքն՝ այսօր հիմնարար փոխազդեցությունները նկարագրվում են երկու ընդհանուր ընդունված տեսություններով՝ հարաբերականության ընդհանուր տեսությամբ և ստանդարտ մոդելով։

Ենթադրվում է, որ Ստանդարտ մոդելը պետք է լինի միկրոտիեզերքի կառուցվածքի ավելի խորը տեսության մի մասը, այն մասը, որը տեսանելի է մոտ 1 TeV-ից (տերաէլեկտրոնվոլտ) ցածր էներգիայով բախվող փորձարկումներում: Մեծ հադրոնային կոլայդերի հիմնական խնդիրն է առնվազն առաջին ակնարկները ստանալ, թե ինչ է իրենից ներկայացնում այս ավելի խորը տեսությունը:

Բախիչի հիմնական առաջադրանքները ներառում են նաև Հիգսի բոզոնի հայտնաբերումն ու հաստատումը։ Այս հայտնագործությունը կհաստատի տարրական ատոմային մասնիկների և ստանդարտ նյութի ծագման ստանդարտ մոդելը: Ամբողջ հզորությամբ բախիչի գործարկման ժամանակ Ստանդարտ մոդելի ամբողջականությունը կկործանվի։ Տարրական մասնիկները, որոնց հատկությունները մենք հասկանում ենք միայն մասամբ, չեն կարողանա պահպանել իրենց կառուցվածքային ամբողջականությունը: Ստանդարտ մոդելի էներգիայի վերին սահմանը 1 ՏէՎ է, որի դեպքում մասնիկը քայքայվում է, քանի որ այն մեծանում է: 7 TeV էներգիայի դեպքում կարող են ստեղծվել ներկայումս հայտնիից տասն անգամ ավելի մեծ զանգված ունեցող մասնիկներ:

Տեխնիկական պայմաններ

Ենթադրվում է, որ այն կբախվի 14 ՏէՎ ընդհանուր էներգիայով (այսինքն՝ 14 տերաէլեկտրոնվոլտ կամ 14 1012 էլեկտրոն վոլտ) արագացուցիչ պրոտոններում՝ բախվող մասնիկների զանգվածային համակարգում, ինչպես նաև 5 ԳեՎ էներգիա ունեցող կապարի միջուկներում։ 5 109 էլեկտրոն վոլտ) բախվող նուկլոնների յուրաքանչյուր զույգի համար։

LHC-ի պայծառությունը վազքի առաջին շաբաթների ընթացքում եղել է ոչ ավելի, քան 1029 մասնիկ/սմ²·վ, սակայն այն շարունակում է անընդհատ աճել: Նպատակը 1,7 1034 մասնիկ/սմ² վրկ անվանական լուսավորության հասնելն է, որը համարժեք է BaBar-ի (SLAC, ԱՄՆ) և Belle-ի (KEK, Ճապոնիա) լուսավորությանը համարժեք կարգի:

Արագացուցիչը գտնվում է նույն թունելում, որը նախկինում զբաղեցնում էր Էլեկտրոն-պոզիտրոնային խոշոր բախիչը՝ ստորգետնյա Ֆրանսիայում և Շվեյցարիայում: Թունելի խորությունը 50-ից 175 մետր է, իսկ թունելի օղակը երկրի մակերեսի նկատմամբ թեքված է մոտ 1,4%-ով։ Պրոտոնային ճառագայթները պահելու, ուղղելու և կենտրոնացնելու համար օգտագործվում են 1624 գերհաղորդիչ մագնիսներ, որոնց ընդհանուր երկարությունը գերազանցում է 22 կմ-ը։ Մագնիսները գործում են 1,9 Կ (−271 °C) ջերմաստիճանում, որը մի փոքր ցածր է հելիումի անցումային ջերմաստիճանից դեպի գերհեղուկ վիճակ։

LHC դետեկտորներ

LHC-ն ունի 4 հիմնական և 3 օժանդակ դետեկտոր.

• ALICE (A Large Ion Collider Experiment)
• ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS)
• CMS (կոմպակտ մյուոնային սոլենոիդ)
• LHCb (The Large Hadron Collider գեղեցկության փորձ)
• TOTEM (Ընդհանուր առաձգական և դիֆրակցիոն խաչմերուկի չափում)
• LHCf (Մեծ հադրոնային բախիչ)
• MoEDAL (LHC-ում մոնոպոլի և էկզոտիկայի դետեկտոր):

Առաջինը ստեղծվել է իոնների ծանր բախումները ուսումնասիրելու համար: Ստացված միջուկային նյութի ջերմաստիճանը և էներգիայի խտությունը բավարար են գլյուոնային պլազմայի ծննդյան համար։ Ներքին հետագծման համակարգը (ITS) ALICE-ում բաղկացած է սիլիկոնային սենսորների վեց գլանաձև շերտերից, որոնք շրջապատում են հարվածի կետը և չափում առաջացող մասնիկների հատկություններն ու ճշգրիտ դիրքերը: Այս կերպ ծանր քվարկ պարունակող մասնիկները հեշտությամբ կարող են հայտնաբերվել։

Երկրորդը նախատեսված է պրոտոնների միջև բախումները ուսումնասիրելու համար: ATLAS-ն ունի 44 մետր երկարություն, 25 մետր տրամագիծ և մոտավորապես 7000 տոննա քաշ: Պրոտոնի ճառագայթները բախվում են թունելի կենտրոնում՝ երբևէ կառուցված իր տեսակի մեջ ամենամեծ և ամենաբարդ սենսորը: Սենսորը ֆիքսում է այն ամենը, ինչ տեղի է ունենում պրոտոնների բախման ժամանակ և հետո: Նախագծի նպատակն է հայտնաբերել մասնիկներ, որոնք նախկինում չեն գրանցվել և չեն հայտնաբերվել մեր տիեզերքում:

CMS-ը LHC-ի երկու հսկայական ունիվերսալ մասնիկների դետեկտորներից մեկն է: Մոտ 3600 գիտնականներ 38 երկրների 183 լաբորատորիաներից և համալսարաններից աջակցում են CMS-ի աշխատանքին (CMS սարքը ներկայացված է նկարում):

Ներքին շերտը սիլիցիումի վրա հիմնված հետքեր է: Թրեքերը աշխարհի ամենամեծ սիլիկոնային սենսորն է: Այն ունի 205 մ2 սիլիկոնային սենսորներ (մոտավորապես թենիսի դաշտի տարածքը), որը ներառում է 76 միլիոն ալիք: Թրեքերը թույլ է տալիս չափել լիցքավորված մասնիկների հետքերը էլեկտրամագնիսական դաշտում։

Երկրորդ մակարդակում էլեկտրամագնիսական կալորիմետրն է: Հադրոնային կալորիմետրը, հաջորդ մակարդակում, չափում է յուրաքանչյուր դեպքում արտադրված առանձին հադրոնների էներգիան:

Մեծ հադրոնային կոլայդերի CMS-ի հաջորդ շերտը հսկայական մագնիս է: Մեծ Solenoid Magnet-ը ունի 13 մետր երկարություն և 6 մետր տրամագիծ: Այն բաղկացած է նիոբիումից և տիտանից պատրաստված սառեցված պարույրներից։ Այս հսկայական էլեկտրամագնիսը աշխատում է ամբողջ ուժովէլեկտրամագնիսական մագնիսի մասնիկների կյանքի տևողությունը առավելագույնի հասցնելու համար:

Հինգերորդ շերտը մյուոնային դետեկտորներն են և վերադարձի լուծը: CMS-ը հետազոտության համար է տարբեր տեսակներֆիզիկա, որը կարող է հայտնաբերվել LHC-ի էներգետիկ բախումների ժամանակ: Այս հետազոտություններից մի քանիսը պետք է հաստատեն կամ բարելավել ստանդարտ մոդելի պարամետրերի չափումները, մինչդեռ շատ ուրիշներ փնտրում են նոր ֆիզիկա:

Մեծ հադրոնային կոլայդերի մասին կարելի է երկար խոսել։ Հուսով ենք, որ մեր հոդվածը օգնեց հասկանալ, թե ինչ է LHC-ն և ինչու է այն գիտնականներին անհրաժեշտ:

Դա երկու հիմնարար տեսությունների՝ GR (գրավիտացիոն մասին) և SM (ստանդարտ մոդել, որը միավորում է երեք հիմնարար տեսությունները) համատեղելու ուղիների որոնում է։ ֆիզիկական փոխազդեցություններ- էլեկտրամագնիսական, ուժեղ և թույլ): Մինչ LHC-ի ստեղծումը լուծում գտնելը խոչընդոտում էր քվանտային ձգողության տեսության ստեղծման դժվարությունները:

Այս վարկածի կառուցումը ներառում է երկու ֆիզիկական տեսությունների՝ քվանտային մեխանիկայի և հարաբերականության ընդհանուր տեսության համադրություն:

Դրա համար կիրառվել են ժամանակակից ժամանակներում մի քանի հայտնի և անհրաժեշտ մոտեցումներ՝ լարերի տեսություն, բրանի տեսություն, գերծանրության տեսություն, ինչպես նաև քվանտային ձգողության տեսություն։ Մինչ բախիչի կառուցումը, անհրաժեշտ փորձարկումների անցկացման հիմնական խնդիրը էներգիայի պակասն էր, ինչին հնարավոր չէ հասնել մասնիկների այլ ժամանակակից արագացուցիչներով։

Ժնևի LHC-ն գիտնականներին հնարավորություն է տվել անցկացնել նախկինում անիրագործելի փորձեր։ Ենթադրվում է, որ մոտ ապագայում ապարատի օգնությամբ բազմաթիվ ֆիզիկական տեսություններ կհաստատվեն կամ կհերքվեն։ Ամենախնդրահարույցներից է սուպերսիմետրիան կամ լարերի տեսությունը, որը երկար ժամանակ ֆիզիկականը բաժանում էր երկու ճամբարի՝ «լարայինների» և նրանց մրցակիցների։

Այլ հիմնարար փորձեր, որոնք իրականացվել են որպես LHC-ի աշխատանքի մի մաս

Հետաքրքիր է նաև գիտնականների հետազոտությունները վերին քվարկների ուսումնասիրության ոլորտում, որոնք ամենաշատ քվարկներն են և ամենածանրը (173,1 ± 1,3 ԳեՎ / c²) բոլոր ներկայումս հայտնի տարրական մասնիկներից:

Այս հատկության պատճառով, նույնիսկ մինչև LHC-ի ստեղծումը, գիտնականները կարող էին միայն քվարկներ դիտել Tevatron արագացուցիչի մոտ, քանի որ այլ սարքերը պարզապես չունեին բավարար ուժ և էներգիա: Իր հերթին քվարկների տեսությունն է կարևոր տարրՀիգսի բոզոնի սենսացիոն վարկածը։

Քվարկների հատկությունների ստեղծման և ուսումնասիրության վերաբերյալ բոլոր գիտական ​​հետազոտություններն իրականացվում են LHC-ի վերին քվարկ-հակակվարկային գոլորշու սենյակի գիտնականների կողմից:

Ժնևյան նախագծի կարևոր նպատակ է նաև էլեկտրաթույլ համաչափության մեխանիզմի ուսումնասիրման գործընթացը, որը նույնպես կապված է Հիգսի բոզոնի գոյության փորձարարական ապացույցի հետ։ Ավելի ճիշտ՝ ուսումնասիրության առարկան ոչ այնքան բուն բոզոնն է, որքան Փիթեր Հիգսի կանխատեսած էլեկտրաթույլ փոխազդեցության համաչափության խախտման մեխանիզմը։

Որպես LHC-ի մաս, փորձեր են անցկացվում նաև սուպերսիմետրիա փնտրելու համար, և այն տեսությունը, որ ցանկացած տարրական մասնիկմիշտ ավելի ծանրակշիռ զուգընկերոջ ուղեկցությամբ, և նրա հերքումը:

Կրճատված LHC (Large Hadron Collider, կրճատ՝ LHC) լիցքավորված մասնիկների արագացուցիչ է բախվող ճառագայթների մեջ, որը նախատեսված է պրոտոնների և ծանր իոնների (կապարի իոններ) արագացնելու և դրանց բախումների արդյունքը ուսումնասիրելու համար։ Կոլայդերը կառուցվել է CERN-ում (միջուկային հետազոտությունների եվրոպական խորհուրդ), որը գտնվում է Ժնևի մոտ՝ Շվեյցարիայի և Ֆրանսիայի սահմանին։ LHC-ն աշխարհի ամենամեծ փորձարարական հաստատությունն է: 10000-ից ավելի գիտնականներ և ինժեներներ ավելի քան 100 երկրներից մասնակցել և մասնակցում են շինարարությանը և հետազոտություններին:

Անվանվել է մեծ իր չափսերի պատճառով. արագացուցիչի հիմնական օղակի երկարությունը 26659 մ է; հադրոնիկ - պայմանավորված է նրանով, որ այն արագացնում է հադրոններ, այսինքն՝ քվարկներից բաղկացած ծանր մասնիկներ. collider (անգլերեն collider - collider) - պայմանավորված է նրանով, որ մասնիկների ճառագայթները արագանում են հակառակ ուղղություններով և բախվում են հատուկ բախման կետերում:

Տեխնիկական պայմաններ

Ենթադրվում է, որ արագացուցիչը բախվելու է 14 Տև (այսինքն՝ 14 տերաէլեկտրոնվոլտ կամ 14 1012 էլեկտրոն վոլտ) ընդհանուր էներգիայի պրոտոններին, բախվող մասնիկների զանգվածային համակարգում, ինչպես նաև 5 ԳեՎ էներգիայով կապարի միջուկներին (5 109): էլեկտրոն վոլտ) բախվող նուկլոնների յուրաքանչյուր զույգի համար։ 2010-ի սկզբին LHC-ն արդեն որոշակիորեն գերազանցել էր պրոտոնային էներգիայի առումով նախորդ չեմպիոնին՝ պրոտոն-հակապրոտոն բախիչ Tevatron-ին, որը մինչև 2011 թվականի վերջն աշխատում էր Ազգային արագացուցիչ լաբորատորիայում։ Էնրիկո Ֆերմի (ԱՄՆ). Չնայած այն հանգամանքին, որ սարքավորումների ճշգրտումը ձգվում է տարիներ շարունակ և դեռ չի ավարտվել, LHC-ն արդեն դարձել է ամենաբարձր էներգիայի մասնիկների արագացուցիչն աշխարհում՝ էներգիայով գերազանցելով մյուս բախողներին, ներառյալ RHIC հարաբերական ծանր իոնը: Բրուքհավենի լաբորատորիայում (ԱՄՆ) գործող կոլայդեր:

LHC-ի պայծառությունը վազքի առաջին շաբաթների ընթացքում եղել է ոչ ավելի, քան 1029 մասնիկ/սմ 2 վրկ, սակայն այն շարունակում է անընդհատ աճել: Նպատակը 1,7·1034 մասնիկ/սմ 2 վրկ անվանական լուսավորության հասնելն է, որը մեծության նույն կարգի է, ինչ BaBar-ի (SLAC, ԱՄՆ) և Belle-ի (անգլերեն) (KEK, Ճապոնիա) լուսավորությունը:

Արագացուցիչը գտնվում է նույն թունելում, որը նախկինում զբաղեցնում էր Էլեկտրոն-պոզիտրոնային խոշոր բախիչը: 26,7 կմ շրջագծով թունելը գետնի տակ է անցկացվել Ֆրանսիայում և Շվեյցարիայում։ Թունելի խորությունը 50-ից 175 մետր է, իսկ թունելի օղակը երկրի մակերեսի նկատմամբ թեքված է մոտ 1,4%-ով։ Պրոտոնային ճառագայթները պահելու, ուղղելու և կենտրոնացնելու համար օգտագործվում են 1624 գերհաղորդիչ մագնիսներ, որոնց ընդհանուր երկարությունը գերազանցում է 22 կմ-ը։ Մագնիսները գործում են 1,9 Կ (-271 °C) ջերմաստիճանում, որը մի փոքր ցածր է հելիումի գերհեղուկ ջերմաստիճանից։

LHC դետեկտորներ

LHC-ն ունի 4 հիմնական և 3 օժանդակ դետեկտոր.

• ALICE (A Large Ion Collider Experiment)
• ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS)
• CMS (կոմպակտ մյուոնային սոլենոիդ)
• LHCb (The Large Hadron Collider գեղեցկության փորձ)
• TOTEM (Ընդհանուր առաձգական և դիֆրակցիոն խաչմերուկի չափում)
• LHCf (Մեծ հադրոնային բախիչ)
• MoEDAL (LHC-ում մոնոպոլի և էկզոտիկայի դետեկտոր):

ATLAS, CMS, ALICE, LHCb խոշոր դետեկտորներ են, որոնք տեղակայված են ճառագայթների բախման կետերի շուրջ: TOTEM և LHCf դետեկտորները օժանդակ են, որոնք տեղակայված են ճառագայթների հատման կետերից մի քանի տասնյակ մետր հեռավորության վրա, որոնք զբաղեցնում են համապատասխանաբար CMS և ATLAS դետեկտորները և կօգտագործվեն հիմնականների հետ միասին:

ATLAS և CMS դետեկտորները ընդհանուր նշանակության դետեկտորներ են, որոնք նախատեսված են Հիգսի բոզոնի և «ոչ ստանդարտ ֆիզիկայի», մասնավորապես մութ նյութի, ALICE-ի՝ քվարկ-գլյուոնային պլազմայի ուսումնասիրության համար կապարի իոնների ծանր բախումների ժամանակ, LHCb՝ ֆիզիկան ուսումնասիրելու համար։ b-քվարկներից, որոնք թույլ կտան ավելի լավ հասկանալ նյութի և հակամատերի միջև տարբերությունները, TOTEM-ը նախատեսված է ուսումնասիրելու մասնիկների ցրումը փոքր անկյուններում, ինչպես դա տեղի է ունենում առանց բախումների (այսպես կոչված, չբախվող մասնիկներ, առաջ) մասնիկներ), որը թույլ է տալիս ավելի ճշգրիտ չափել պրոտոնների չափերը, ինչպես նաև վերահսկել բախիչի պայծառությունը, և, վերջապես, LHCf - տիեզերական ճառագայթների ուսումնասիրության համար, որը մոդելավորվել է նույն չբախվող մասնիկների միջոցով:

Յոթերորդ դետեկտորը (փորձը) MoEDAL, որը նախատեսված է դանդաղ շարժվող ծանր մասնիկների որոնման համար, նույնպես կապված է LHC-ի աշխատանքի հետ:

Բախիչի աշխատանքի ընթացքում բախումները կատարվում են միաժամանակ ճառագայթների հատման բոլոր չորս կետերում՝ անկախ արագացված մասնիկների տեսակից (պրոտոններ կամ միջուկներ)։ Միևնույն ժամանակ, բոլոր դետեկտորները միաժամանակ վիճակագրություն են հավաքում:

Կոլայդերում մասնիկների արագացում

LHC-ի մասնիկների արագությունը բախվող ճառագայթների վրա մոտ է լույսի արագությանը վակուումում։ Մասնիկների արագացումը նման բարձր էներգիաների ձեռք է բերվում մի քանի փուլով։ Առաջին փուլում ցածր էներգիայի Linac 2 և Linac 3 գծային արագացուցիչները ներարկում են պրոտոններ և կապարի իոններ հետագա արագացման համար։ Այնուհետև մասնիկները մտնում են PS խթանիչ, իսկ այնուհետև հենց PS (պրոտոնային սինքրոտրոն)՝ ձեռք բերելով 28 ԳեՎ էներգիա։ Այս էներգիայով նրանք արդեն շարժվում են լույսին մոտ արագությամբ։ Դրանից հետո մասնիկների արագացումը շարունակվում է SPS-ում (Proton Super Synchrotron), որտեղ մասնիկների էներգիան հասնում է 450 ԳեՎ-ի։ Այնուհետեւ պրոտոնների փունջն ուղարկվում է հիմնական 26,7 կիլոմետրանոց օղակ՝ պրոտոնների էներգիան հասցնելով առավելագույնը 7 ՏէՎ-ի, իսկ բախման կետերում դետեկտորները գրանցում են տեղի ունեցող իրադարձությունները։ Երկու բախվող պրոտոնային ճառագայթները, երբ ամբողջությամբ լցված են, կարող են պարունակել 2808 փունջ յուրաքանչյուրը: Վրա վաղ փուլերըարագացման գործընթացը կարգաբերելով, շրջանառվում է միայն մեկ փունջ մի քանի սանտիմետր երկարությամբ և փոքր լայնակի չափի ճառագայթով: Այնուհետեւ նրանք սկսում են ավելացնել թրոմբների քանակը: Կլաստերները գտնվում են միմյանց նկատմամբ ֆիքսված դիրքերում, որոնք սինխրոն շարժվում են օղակի երկայնքով։ Որոշակի հաջորդականությամբ կուտակումները կարող են բախվել օղակի չորս կետերում, որտեղ տեղակայված են մասնիկների դետեկտորները:

LHC-ում բոլոր հադրոնային փնջերի կինետիկ էներգիան, երբ այն ամբողջությամբ լցված է, համեմատելի է ռեակտիվ ինքնաթիռի կինետիկ էներգիայի հետ, թեև բոլոր մասնիկների զանգվածը չի գերազանցում նանոգրամը, և դրանք հնարավոր չէ տեսնել նույնիսկ անզեն աչքով: Նման էներգիան ձեռք է բերվում լույսի արագությանը մոտ մասնիկների արագության շնորհիվ։

Փնջերը արագացուցիչի ամբողջական շրջանով անցնում են 0,0001 վրկ-ից ավելի արագ՝ այդպիսով կատարելով ավելի քան 10 հազար պտույտ վայրկյանում։

ԼՀԿ-ի նպատակներն ու խնդիրները

Մեծ հադրոնային կոլայդերի հիմնական խնդիրն է պարզել մեր աշխարհի կառուցվածքը 10–19 մ-ից պակաս հեռավորությունների վրա՝ «զոնդավորելով» այն մի քանի TeV էներգիա ունեցող մասնիկներով։ Մինչ օրս արդեն կուտակվել են բազմաթիվ անուղղակի ապացույցներ, որ այս մասշտաբով ֆիզիկոսները պետք է բացեն որոշակի «իրականության նոր շերտ», որի ուսումնասիրությունը պատասխաններ կտա հիմնարար ֆիզիկայի բազմաթիվ հարցերի։ Թե կոնկրետ ինչ կստացվի իրականության այս շերտը, նախապես հայտնի չէ։ Տեսաբանները, իհարկե, արդեն առաջարկել են հարյուրավոր տարբեր երևույթներ, որոնք կարելի է դիտարկել մի քանի TeV էներգիայի բախման ժամանակ, բայց դա փորձն է, որը ցույց կտա, թե իրականում ինչ է իրականանում բնության մեջ:

Նոր ֆիզիկայի որոնում Ստանդարտ մոդելը չի ​​կարող համարվել տարրական մասնիկների վերջնական տեսություն: Այն պետք է լինի միկրոաշխարհի կառուցվածքի ինչ-որ ավելի խորը տեսության մի մասը, այն մասը, որը տեսանելի է մոտ 1 ՏէՎ-ից ցածր էներգիայով բախվող փորձարկումների ժամանակ: Նման տեսություններն ընդհանուր առմամբ կոչվում են « Նոր ֆիզիկակամ «Ստանդարտ մոդելից այն կողմ»: Մեծ հադրոնային կոլայդերի հիմնական խնդիրն է առնվազն առաջին ակնարկները ստանալ, թե ինչ է իրենից ներկայացնում այս ավելի խորը տեսությունը: Մեկ տեսության մեջ հիմնարար փոխազդեցությունները հետագայում միավորելու համար մենք օգտագործում ենք տարբեր մոտեցումներլարերի տեսություն, որը մշակվել է M-տեսության մեջ (բրանի տեսություն), գերծանրության տեսություն, օղակաձև քվանտային գրավիտացիա և այլն: Նրանցից ոմանք ունեն ներքին խնդիրներ, և դրանցից ոչ մեկը փորձարարական հաստատում չունի։ Խնդիրն այն է, որ համապատասխան փորձեր իրականացնելու համար անհրաժեշտ են էներգիաներ, որոնք անհասանելի են ժամանակակից մասնիկների արագացուցիչներում։ LHC-ն հնարավորություն կտա փորձեր կատարել, որոնք նախկինում անհնարին էին, և հավանաբար կհաստատեն կամ կհերքեն այս տեսություններից մի քանիսը: Այսպիսով, կա չորսից մեծ չափսերով ֆիզիկական տեսությունների մի ամբողջ շարք, որոնք ենթադրում են «գերհամաչափության» գոյությունը, օրինակ՝ լարերի տեսություն, որը երբեմն կոչվում է գերլարերի տեսություն հենց այն պատճառով, որ առանց գերհամաչափության այն կորցնում է։ ֆիզիկական իմաստ. Գերհամաչափության առկայության հաստատումը, այսպիսով, կլինի այս տեսությունների ճշմարտացիության անուղղակի հաստատումը: Վերին քվարկների ուսումնասիրություն Վերին քվարկը ամենածանր քվարկն է և, ավելին, մինչ այժմ հայտնաբերված ամենածանր տարրական մասնիկը: Ըստ Tevatron-ի վերջին արդյունքների, նրա զանգվածը 173,1 ± 1,3 ԳէՎ/c 2 է։ Նրա պատճառով մեծ զանգվածվերին քվարկը մինչ այժմ նկատվել է միայն մեկ արագացուցիչի մոտ՝ Տևատրոնի մոտ, իսկ մյուս արագացուցիչների մոտ այն արտադրելու համար պարզապես բավարար էներգիա չկար: Բացի այդ, թոփ-քվարկները ֆիզիկոսներին հետաքրքրում են ոչ միայն իրենց կողմից, այլ նաև որպես «աշխատանքային գործիք» Հիգսի բոզոնի ուսումնասիրության համար: LHC-ում Հիգսի բոզոնի արտադրության ամենակարևոր ուղիներից մեկը ասոցիատիվ արտադրությունն է՝ վերին քվարկ-հակիկվարկ զույգի հետ միասին։ Նման իրադարձությունները ֆոնից հուսալիորեն առանձնացնելու համար նախ անհրաժեշտ է ուսումնասիրել հենց վերին քվարկների հատկությունները։ Էլեկտրաթույլ համաչափության մեխանիզմի ուսումնասիրություն Նախագծի հիմնական նպատակներից մեկն է փորձնականորեն ապացուցել Հիգսի բոզոնի գոյությունը՝ մասնիկ, որը կանխատեսել էր շոտլանդացի ֆիզիկոս Փիթեր Հիգսը 1964 թվականին Ստանդարտ մոդելի շրջանակներում։ Հիգսի բոզոնը այսպես կոչված Հիգսի դաշտի քվանտ է, որի միջով անցնելիս մասնիկները դիմադրություն են ունենում, որը մենք ներկայացնում ենք որպես զանգվածի ուղղումներ։ Բոզոնն ինքնին անկայուն է և ունի մեծ զանգված (ավելի քան 120 ԳէՎ/c2)։ Իրականում ֆիզիկոսներին ոչ այնքան հետաքրքրում է բուն Հիգսի բոզոնը, որքան էլեկտրաթույլ փոխազդեցության համաչափությունը կոտրելու Հիգսի մեխանիզմը։ Քվարկ-գլյուոնային պլազմայի ուսումնասիրություն Ակնկալվում է, որ տարեկան մոտավորապես մեկ ամիս կանցկացվի արագացուցիչում միջուկային բախումների ռեժիմում: Այս ամսվա ընթացքում բախողը արագանալու է և դետեկտորներում կբախվի ոչ թե պրոտոնների, այլ կապարի միջուկների։ Ուլտրառելյատիվ արագությամբ երկու միջուկների ոչ առաձգական բախման ժամանակ կարճ ժամանակով ձևավորվում է միջուկային նյութի խիտ և շատ տաք զանգված, այնուհետև քայքայվում: Այս դեպքում տեղի ունեցող երևույթների ըմբռնումը (նյութի անցումը քվարկ-գլյուոնային պլազմայի վիճակին և դրա սառեցումը) անհրաժեշտ է ուժեղ փոխազդեցությունների ավելի կատարյալ տեսություն կառուցելու համար, որն օգտակար կլինի ինչպես միջուկային ֆիզիկայի, այնպես էլ աստղաֆիզիկայի համար։ Գերհամաչափության որոնումը Առաջին նշանակալից գիտական ​​նվաճում LHC-ում փորձերը կարող են ապացուցել կամ հերքել «գերհամաչափությունը»՝ այն տեսությունը, որ ցանկացած տարրական մասնիկ ունի շատ ավելի ծանր գործընկեր կամ «գերմասնիկ»: Ֆոտոն-հադրոն և ֆոտոն-ֆոտոն բախումների ուսումնասիրություն Մասնիկների էլեկտրամագնիսական փոխազդեցությունը նկարագրվում է որպես (որոշ դեպքերում վիրտուալ) ֆոտոնների փոխանակում: Այսինքն՝ ֆոտոնները կրողներ են էլեկտրամագնիսական դաշտ. Պրոտոնները էլեկտրական լիցքավորված են և շրջապատված էլեկտրաստատիկ դաշտ, համապատասխանաբար, այս դաշտը կարելի է համարել որպես վիրտուալ ֆոտոնների ամպ։ Ցանկացած պրոտոն, հատկապես հարաբերական պրոտոն, ներառում է վիրտուալ մասնիկների ամպ, ինչպես բաղկացուցիչ մասը. Երբ պրոտոնները բախվում են միմյանց, պրոտոններից յուրաքանչյուրը շրջապատող վիրտուալ մասնիկները նույնպես փոխազդում են: Մաթեմատիկորեն մասնիկների փոխազդեցության գործընթացը նկարագրվում է ուղղումների երկար շարքով, որոնցից յուրաքանչյուրը նկարագրում է փոխազդեցությունը որոշակի տեսակի վիրտուալ մասնիկների միջոցով (տես՝ Ֆեյնմանի դիագրամները)։ Այսպիսով, պրոտոնների բախումն ուսումնասիրելիս անուղղակիորեն ուսումնասիրվում է նաև տեսական ֆիզիկայի համար մեծ հետաքրքրություն ներկայացնող նյութի փոխազդեցությունը բարձր էներգիայի ֆոտոնների հետ։ Դիտարկվում է նաև ռեակցիաների հատուկ դաս՝ երկու ֆոտոնների անմիջական փոխազդեցություն, որոնք կարող են բախվել ինչպես հանդիպակաց պրոտոնի հետ՝ առաջացնելով ֆոտոն-հադրոն բնորոշ բախումներ, այնպես էլ միմյանց հետ։ Միջուկային բախումների ռեժիմում՝ պայմանավորված խոշոր էլեկտրական լիցքմիջուկը, էլ ավելի կարևոր է էլեկտրամագնիսական պրոցեսների ազդեցությունը։ Էկզոտիկ տեսությունների փորձարկում 20-րդ դարի վերջի տեսաբանները առաջ են քաշել հսկայական թվով անսովոր գաղափարներ աշխարհի կառուցվածքի մասին, որոնք միասին կոչվում են «էկզոտիկ մոդելներ»: Դրանք ներառում են մոտ 1 TeV մասշտաբով ուժեղ ձգողականության տեսություններ, մեծ թվով տարածական չափումներ ունեցող մոդելներ, պրեոն մոդելներ, որոնցում քվարկներն ու լեպտոնները կազմված են մասնիկներից, մոդելներ՝ փոխազդեցության նոր տեսակներով: Փաստն այն է, որ կուտակված փորձնական տվյալները դեռ բավարար չեն մեկ տեսություն ստեղծելու համար։ Եվ այս բոլոր տեսություններն ինքնին համատեղելի են առկա փորձարարական տվյալների հետ։ Քանի որ այս տեսությունները կարող են կոնկրետ կանխատեսումներ անել LHC-ի համար, փորձարարները նախատեսում են փորձարկել կանխատեսումները և իրենց տվյալների մեջ փնտրել որոշակի տեսությունների հետքեր: Ակնկալվում է, որ արագացուցիչում ստացված արդյունքները կկարողանան սահմանափակել տեսաբանների երևակայությունը՝ փակելով առաջարկվող կոնստրուկցիաներից մի քանիսը։ Այլ Նաև սպասվում է բացահայտում ֆիզիկական երևույթներՍտանդարտ մոդելից դուրս: Նախատեսվում է ուսումնասիրել W և Z բոզոնների հատկությունները, միջուկային փոխազդեցությունները գերբարձր էներգիաներում, ծանր քվարկների (b և t) արտադրության և քայքայման գործընթացները։