ut.net.ua 2008-05-30 00:00 Сухоносенко Антон

Протонний краш-тест

Мова йде про Великий адронний колайдер (ВАК). Цей прискорювач настільки потужний, що дехто називає його Останнім адронним колайдером

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Гігантський прискорювач елементарних частинок, перший запуск якого заплановано на червень 2008 року, дасть змогу довести або спростувати чимало з того, що складає наші уявлення про матерію, час та простір. Мова йде про Великий адронний колайдер (ВАК). Цей прискорювач настільки потужний, що дехто називає його Останнім адронним колайдером.
 
Принцип телевізора
 
Дослідити елементарні частинки не так легко. Єдиний дієвий нині спосіб – вплинути на них так, щоб вони залишили слід, видимий у нашому з вами макросвіті. Для цього треба надати частинці величезної енергії. Всі прискорювачі частинок побудовані на єдиному принципі: заряджені частинки в електричному полі починають рухатися. Керувати рухом можна за допомогою відповідним чином розташованих пар магнітів. Кожна пара відхиляє заряджені частинки в наперед відомий бік. Найпростіший приклад, який є у кожного вдома – електронно-променеві трубки старих телевізорів і моніторів. Саме завдяки прискоренню й керуванню напрямком польоту електронів на телевізійному екрані з’являється зображення. Але, на відміну від телевізора, в наукових пристроях частинки розганяють майже до швидкості світла, одночасно надаючи їм дуже високих енергій. Простіше це зробити, коли частинки рухаються в прискорювачі по колу – тоді їх можна прискорювати багато разів. Розганяють частинки з однією метою: вдарити ними або в якусь перепону або в іншу частинку. В останньому випадку пристрій називають колайдером (англ. co llide – зіткнення). В перших прискорювачах енергії зіткнень були малі. Частинки після удару просто розліталися врізнобіч. Саме за відхиленням частинок від траєкторій і вивчали їхні властивості, зокрема, маси. У новіших прискорювачах частинки вдаряються так сильно, що розпадаються. При цьому утворюються нові частинки, їх теж досліджують, і процес триває.
 
Підземний агрегат
 
Колайдер належить Європейському центрові ядерних досліджень – ЦЕРНу (CERN). Усі його системи розташовані під землею, на глибині в середньому 100 м, у тунелі завдовжки 26 км і внутрішнім діаметром 3,8 м. Колайдер складається з двох паралельних каналів у формі гігантських кілець для розгонупротонів. Пучки протонів рухаються ними паралельно, в зустрічних напрямках. У чотирьох місцях навмисно зроблено так, щоб їх шляхи перетиналися. Біля них побудовані чотири головні детектори, кожен різного типу, які мають зафіксувати результат зіткнення протонів. Керують рухом протонів за допомогою сильних відхилювальних магнітів, що створюють поле індукцією 8,36 Тесла. Для порівняння: плями на поверхні Сонця, які зумовлюють знайомі всім магнітні бурі, – джерела поля індукцією близько 10 Тесла. Магніти пра- цюють у надпровідному режимі за дуже низької температури -271оС. Для порівняння: у відкритому космосі температура на два-три градуси вища.
 
Енергія зіткнення пучків протонів становитиме 14 тераелектронвольт |див. словничок|. Це в мільйон мільйонів разів більше, ніж енергія електрона в працюючому кінескопі телевізора. Ін- формація про результати зіткнення потрапляє на склад ну систему відсіювання. Її об робляють тригери – мікросхеми, що мають визначити, чи є в якомусь конкретному зіткненні «подія» – чи його параметри відповідають тому, що самі фізики зазначили як цікаве для себе. Дані, що можуть містити «подію», передаються в зовнішні мережі. Навіть після відсіювання це сотні терабайт. Щоб їх обробити, працюватимуть тисячі комп’ютерів у всьому світі, зокрема, й в Україні [див. Між іншим]. ВАК, на який уже витрачено близько $4,5 млрд – найбільший пристрій, найбільша споруда та найбільше досягнення експериментальної наукової думки, створені людством.
 
Штучна «чорна дірка»
 
Адронний колайдер – перший, в якому енергія зіткнень буде співмірною з тією, що теоретично виникла одразу після Великого Вибуху під час народження нашого Всесвіту. Отже, можна очікувати не лише появи нових частинок, а й фізичного прояву нових або давно прихованих його властивостей. Це зумовить певний перегляд уявлень про час, простір, матерію та енергію. Офіційно ж, простою мовою, завдання колайдера можна описати так: подивитися, чи не розпадуться протони, зіткнувшись аж так сильно. А якщо розпадуться – чи не з’являться в місці зіткнення нові частинки. Передусім, бозон Гіґґса. Це єдина фундаментальна частинка, передбачена так званою Стандартною моделлю в фізиці, яку ще не знайшли в експериментах. Якщо її буде знайдено, це стане визначним експериментальним підтвердженням Стандартної моделі, що пояснює походження трьох із чотирьох фундаментальних типів взаємодій матерії, крім граві тації: електромагнетизму, сильних ядер них сил та слабких взаємодій.
 
Деякі вчені виступають проти запуску колайдера на повну потужність, мовляв, виникнуть «невідомі об’єкти», зокрема, велика чорна діра. Американські науковці Луїс Санчо й Уолтер Вагнер навіть подавали в суд, вимагаючи зупинити будівництво пристрою. Коментуючи ситуацію, спеціалісти ЦЕРНу доводили, що якщо чорна діра й утвориться, то вона буде мікроскопічних розмірів, швидко зник не й не вплине на наше життя. Теоретичними викладками їх підтримав видатний космолог Стівен Гокінґ.

[601][603][602]

 
СЛОВНИЧОК

Суперсиметрія – гіпотетичний зв’язок між енергією і матерією в природі. Згідно з багатьма теоріями суперсиметрії, в кожної частинки матерії має бути «енергетична» частинка-супер партнер. Якщо це справді так, то є спосіб перетворення матерії на енергію й навпаки. Поки що не знайдено жодної частинки-супер партнера. Якщо нічого не знайдуть і на ВАК, самі теорії суперсиметріі будуть поставлені під сумнів.

Кварки – гіпотетичні частинки, які у вільній формі поки не виявлені в природі. З кварків, згідно з чинною теорією, складаються, наприклад, про тони й нейтрони. Під час подальших зіткнень, якщо протони розпадуться, можна буде дослідити, чи є елементарними самі кварки. Електронвольт – одиниця, в якій найчастіше вимірюють енергію елементарних частинок. Один електронвольт – енергія, яку отримує частинка з одиничним зарядом (наприклад, електрон або протон) під дією електричного поля з напругою в один вольт.
 
1 (еВ) = 1,602 176 53(14)×10-19 Джоулів.
 
Тераелектронвольт = 1*1015 електро- нвольт, мільйон мільярдів вольт.
 
ДОВІДКА

 Орієнтовний графік можливих відкриттів

 2009–2011: надважкі частинки - суперпартнери всіх, відомих нам. Доказ явища суперсиметрії. 2011: бозон Гіґґса – частинка, завдяки якій, згідно зі Стандартною моделлю, інші частинки набувають масу. 2012: неелементарність кварків – частинок, з яких, за Стандартною моделлю, складаються всі інші. 2019: бозон Z-штрих. Елементарна частинка, що є «носієм» п’ятого, невідомого досі типу взаємодії.
 
 
МІЖ ІНШИМ

Grid – інформаційно-обчислю вальна технологія, що дозволила об'єднати ресурси наукових центрів світу в єдину мережу. Grid-мережі дають змогу ділитися обчислювальними потужностями під’єд наних комп’ютерів. Технологію Grid розробили в ЦЕРНі. В Україні до неї під’єднані Інститут прикладного системного аналізу НАНУ, Інститут моделювання в енергетиці ім. Пухова НАНУ, НТУ «Київський політехнічний інститут», Харківська й Львівська політехніки.