Великий адронний колайдер

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Координати: 46°14′ пн. ш. 06°03′ сх. д. / 46.233° пн. ш. 6.050° сх. д. / 46.233; 6.050

Схематичне зображення детектора LHCb
Розміщення ВАК у CERN на карті

Вели́кий адро́нний кола́йдер (англ. Large Hadron Collider, LHC) — найбільший у світі прискорювач елементарних частинок, створений у Європейському центрі ядерних досліджень (CERN), поблизу Женеви (Швейцарія).

Фінансування та розробку проекту здійснюють понад 10 тисяч науковців та інженерів, представників різних університетів і лабораторій з понад 100 країн світу.

Прискорювач пролягає в тунелі (у формі тора діаметром 27 км) на глибині до 175 метрів (570 футів) під землею на кордоні Франції та Швейцарії, поблизу Женеви, Швейцарії. Як свідчить назва, він призначений для прискорювання адронів, зокрема протонів і важких іонів.

Детектори

На ВАК було встановлено 6 детекторів, розміщених у міжсекційних блоках. Два з них — ATLAS та CMS (Компактний мюонний соленоїд) — великогабаритні колайдери, головною ціллю яких є фіксування елементів. ALICE (Великий іонний колайдер) та LHCf є набагато меншими та обмеженими операційно.

Компанія BBC дала наступне визначення:

ATLAS — один з двох детекторів з широкою сферою функціонування з метою нових відкриттів та відповідей на старі питання.

CMS — детектор з широкою сферою функціонування, котрий «полює» на бозони Хіггса і шукає природу походження темної матерії.

ALICE — вивчатиме «рідинну» форму існування матерії, відому як кварк-глюонна плазма, короткий проміжок існування якої виникає відразу ж після Великого Вибуху.

LHCb — вивчатиме рівну кількість матерії та антиматерії, яка вивільняється після Великого вибуху. Намагатиметься дати відповідь на питання: „Що сталося зі «зниклою» антиматерією?“

Завдання ВАК[ред.ред. код]

Вивчення механізму Гіґґса[ред.ред. код]

Цей, поки що суто теоретичний, механізм пояснює, яким чином деякі елементарні частинки набули масу, що призвело до порушення симетрії в межах електрослабкої взаємодії (де, як відомо, фотон безмасовий, а W та Z бозони масивні). Підтвердженням існування цього механізму повинен бути бозон Хіггіса, пошук якого і є одним із завдань ВАК. У випадку існування цього бозону з допомогою експерименту планується виявити його основні характеристики (заряд та масу) і таким чином підтвердити або зробити спробу розширити Стандартну модель (в залежності від маси бозону).

Пошук суперсиметрії[ред.ред. код]

Ця гіпотетична теорія постулює симетрію між бозонами та ферміонами в природі у випадку енергій понад 1 ТеВ і є ще одним розширенням Стандартної моделі.

Дослідження кварк-глюонної плазми[ред.ред. код]

Вивчення топ-кварків[ред.ред. код]

Перевірка екзотичних теорій[ред.ред. код]

Історія[ред.ред. код]

Моделювання процесу зародження Бозону Хігса в детекторі CMS

Проект був задуманий 1984 року, його реалізацію почали 2001-го.

Запуск ВАК спершу планували на 8 липня 2008 року, але відбувся він 10 вересня. Запуск вважають успішним — пучок частинок з енергією 450 гігаелектрон-вольт проведено по всьому кільцю колайдера.

Офіційну церемонію відкриття Великого адронного колайдера було заплановано на 21 жовтня 2008 року. Але через аварію, яка сталася 19 вересня, ВАК запустили лише 20 листопада 2009 року [1].

30 березня 2010 року у Великому адронному колайдері вперше успішно здійснено зіткнення протонів, що рухалися зі швидкістю, наближеною до швидкості світла [2] [3].

14 лютого 2013 — Великий адронний колайдер зупинив свою роботу для забезпечення запланованого ремонту, який триватиме до листопада 2014. Техніки замінять понад 10 тисяч високовольтних з'єднаннь між надпровідними магнітами. Також планують збільшити захист чуттєвого електронного обладнання в тунелі від іонізуючого випромінювання. Крім головного 27-кілометрового колайдера, проведуть модернізацію протонного синхротрона та протонного суперсинхротрона. Після завершення роботи енергія частинок у LHC має зрости з 8 до 13 тераелектронвольт, а також збільшиться його світність (кількість зіткнень між частинками) [4].

8-16 березня 2013 — під час наукової конференції у Ля-Тюїль (Італія) фізики, які працюють на Великому адронному колайдері, оприлюднили нові дані, які підтверджують, що елементарна частинка, отримана у ході експерименту на LHC є саме бозоном Гіґґса [5].

Загалом Великий адронний колайдер розрахований на функціонування впродовж лише 10 років, але науковці запевняють, що по завершенню цього періоду на світі вже з'явиться набагато більший та потужніший його «родич».

Передісторія LHC з 1976 року[ред.ред. код]

Період Подія Опис
5 квітня 1976 Протонний суперсинхротрон SPS Були запущені перші пучки протонів в новому 7-кілометровому прискорювачі у ЦЕРНіпротонний суперсинхротрон (SPS). Протони розганялися в ньому до рекордної енергії 400 ГеВ і прямували на нерухомі мішені. SPS продовжував успішно працювати і в еру LEP, і навіть у XXI столітті. Починаючи з 2010 року основна функція SPS — попередній розгін і постачання протонів в Великий адронний колайдер (LHC).
18 липня 1977 Проект LEP і задумка LHC Був опублікований перший проект Великого електрон-позитронного колайдера (LEP) в ЦЕРНі, який буде встановлений в спеціальному кільцевому тунелі завдовжки майже 30 км. Тоді ж була висловлена і думка, що в майбутньому в тому ж тунелі можна буде розмістити і адронний коллайдер, який, можливо, буде працювати одночасно з LEP. Тому тунель для LEP проектувався з урахуванням такої можливості.
1981 Початок робіт над створенням магнітів Почалися розробки магнітів для LHC — основи майбутнього колайдера. Магніти повинні були тримати поле близько 10 Тесла, а значить, їх необхідно робити надпровідними, але при цьому вони повинні вміщуватися в просторі підземного тунелю. Основний упор робився на конфігурацію «два в одному» (дві окремі вакуумні труби для зустрічних протонних пучків, поміщені в єдиний Кріостат), але розглядалися й інші варіанти. Конфігурація «два-в-одному» стала згодом емблемою LHC.
Січень 1983 — січень 1988 Прокладання 27-кілометрового тунелю Протягом 5 років у ЦЕРНі велися екскаваційні роботи з прокладанням кільцевого 27-кілометрового тунелю. У ньому розташовуэться Великий електрон-позитронного колайдера (LEP), а по закінченні його роботи, в 2000-і роки, в тому ж тунелі змонтують і Великий адронний колайдер (LHC). Прокладка тунелю стала найбільшим на той час екскаваціним проектом в Європі (рекорд був побитий в 1988 році, коли почалися роботи з прокладання підземного тунелю під Ламаншем.) Вартість цих робіт склала більше половини всього бюджету LEP [6].
Квітень 1983 LHC Note 1 У ЦЕРНі опубліковано технічний звіт[7], що містить попередні оцінки того, як міг би працювати адронний колайдер в тунелі LEP. Звіт вийшов під номером «LEP Note 440», а згодом він отримав номер «LHC Note 1».
3 липня 1983 Теватрон
Fermilab.jpg
У Національній лабораторії ім. Е. Фермі в США почав свою роботу Теватрон — протон-антипротон колайдер, що вдаряє частки на енергії 512 ГеВ (пізніше енергія частинок була піднята до 980 ГеВ). У 19902000-і роки на Теватроні було зроблено багато робіт з фізики сильних і електрослабкої взаємодії, включаючи відкриття топ-кварки. У 20102012 роках Теватрон залишається головним конкурентом LHC в пошуку гіґґсівського бозона.
Докладніше: Теватрон
21 березня 1984 Конференція з LHC в Лозанні
1984-03-lep-lhc.jpg

ЦЕРН спільно з Європейським комітетом по майбутніх прискорювачів організував з 21 по 27 березня 1984 робочу конференцію з LHC у Лозанні[8] (Швейцарія). На ній були представлені результати вивчення різних шляхів для створення колайдера, а також загальні начерки детекторів для LHC. Розробки магнітної системи прискорювача орієнтувалися на енергію протонів від 5 до 9 ТеВ; обговорювалися можливості зіштовхувати ядра важких іонів, а також проект електрон-протонного колайдера(при одночасній роботі LEP і LHC, змонтованих один над одним).

Грудень 1984 Нобелівська премія за W і Z бозони

Нобелівська премія з фізики за 1984 рік була вручена Карлу Руббіа і Симону ван дер Меру за їх ключову роль у відкритті в експериментах на SPS частинок-переносників слабкої взаємодії — W і Z бозонів. Це відкриття, яке підтвердило теорію електрослабкої симетрії, стало можливим завдяки тому, що в 1981 році SPS перетворився з протонного прискорювача в протон-антипротонний колайдер.

14 липня 1987 Проект LAA

У ЦЕРНі починає роботу проект LAA[9], завданням якого є вироблення загальних принципів, за якими будуть проектуватися детектори для майбутнього адронного коллайдера.

22 квітня 1988 Підвищення світимості

Спеціальна комісія, створена в 1987 році, вивчила можливості збільшення світимості LHC в порівнянні з початковими планами і в своєму звіті [10] від 22 квітня 1988 дала позитивний висновок. Орієнтиром світимості для LHC стало значення 1034 см−2с−1.

Червень 1988 Перші магніти

Протестовані перші невеликі моделі надпровідних магнітів, виготовлені італійською фірмою Ansaldo Componenti у співпраці з ЦЕРНом. Магнітне поле вдалося підняти до 8,5 Тесла без зриву надпровідності. У наступні роки було досягнуто магнітне поле напруженістю 10,2 Тесла. Порівняння різних варіантів магнітів і оптимізація їх конструкції тривали ще кілька років.

Березень 1989 WWW

Співробітник ЦЕРНу Тім Бернерс-Лі запропонував [11] нову гіпертекстову систему обробки інформації, з якої потім виріс WWW.

14 липня 1989 Запрацював LEP

14 липня 1989 у Великий електрон-позитронний колайдер (LEP) були запущені перші електрони і позитрони. Місяць по тому розпочалися перші зіткнення. У наступні 11 років LEP виконав велику програму досліджень з вивчення Стандартної моделі фізики елементарних частинок.

4 жовтня 1990 Конференція в Ахені по LHC

Європейський комітет з майбутніх прискорювачів організував в Ахені (ФРН) конференцію, присвячену LHC. На ній були представлені, серед інших доповідей, і проекти двох різних детекторів для LHC.

Травень 1991 Технічний проект LHC

Опубліковано 212-сторінковий звіт[12] («The Pink Book») групи, що вивчала можливість створення LHC. Планована енергія протонів — 7,7 ТеВ.

20 грудня 1991 Рада ЦЕРНу підтримав LHC

У резолюції[13], затвердженої Радою ЦЕРНу, констатується, що LHC — підходящий проект для ЦЕРНу після завершення роботи колайдера LEP. Конкурентом LHC був проект лінійного електрон-позитронного колайдера.

5 березня 1992 Фізична програма

З 5 по 8 березня 1992 року в Ев'ян-ле-Бен (Франція) пройшла конференція[14], після якої розпочала в деталях вимальовуватися фізична програма досліджень на LHC.

15 березня 1992 LHCC[15] — Комітет з експериментів на LHC

За результатами березневої конференції в Ев'ян-ле-Бен (Франція) в ЦЕРНі був сформований Комітет з експериментів на LHC (LHCC). Перше засідання комітету відбулося 23 жовтня 1992 року.

5 листопада 1992 Чотири детектори для LHC

У листопаді 1992 року Комітету з експериментів на LHC були представлені заявки (Letter of Intent) на створення трьох великих детекторів: ATLAS (який утворився після злиття двох ранніх проектів EAGLE і ASCOT), CMS та L3P. У 1993 році Комітет підтримав заявки ATLAS і CMS, відхиливши заявку L3P. У березні 1993 року також була представлена ​​заявка на створення детектора ALICE, а в серпні 1995 року - заявка детектора LHCb.

1993 Лін Еванс
1993-01-evans.jpg

Лін Еванс призначений керівником проекту LHC і залишається ним донині. У 1990-х роках він зіграв величезну роль не тільки в розробці магнітної системи коллайдера, а й у залученні до проекту LHC нових країн і, як наслідок, додаткового фінансування.

21 жовтня 1993 SSC

Конгрес США відмовився продовжувати фінансування американського суперколайдера SSC, розрахованого на енергію протонів 20 ТеВ. Проекту був виділений останній грошовий транш у розмірі 640 млн. доларів для згортання робіт. У наступні роки американські фізики почали приєднуватися до груп, які працюють над LHC.

15 грудня 1994 Технічні проекти детекторів ATLAS і CMS

Комітету з експериментам на LHC представлені технічні проекти (Technical Proposal) детекторів ATLAS і CMS.

16 грудня 1994 LHC офіційно затверджений

Рада ЦЕРНу офіційно затвердив[16] проект по створенню LHC як один з ключових проектів ЦЕРНу. Проект передбачав створення прискорювача в два етапи (енергія протонів 4,5 ТеВ до 2004 року і 7 ТеВ до 2008 року), з можливістю перегляду стратегії в 1997 році.

грудень 1994 - грудень 1998 Прототип «String 1» - комірка довжиною 42м

Створення і тестування комірки String 1 - прототипу ділянки LHC довжиною 42м, який складався з чотирьох магнітів, які підтримуюься температурою в 1,9 К.

20 грудня 1996 LHC в один етап

Завдяки додатковому фінансуванню від нових країн-учасників проекту, Рада ЦЕРНу прийняла рішення[17] реалізувати будівництво LHC не в два, а в один етап. Завершення будівництва очікувалося в 2005 році.

листопад 1997 Перший 15-метровий дипольний магніт

У ЦЕРН з Італії прибув перший прототип 15-метрового поворотного магніту, виготовлений за поліпшеною технологією з урахуванням результатів String-1.

Відео[ред.ред. код]

Внесок України[ред.ред. код]

В експерименті задіяно понад 30 країн світу.

Зокрема, українські (харківські) науковці з Харківського Фізико-Технічного Інституту та НТК "Інститут монокристалів", фізик-теоретик Г. М. Зинов'єв брали участь у частині проекту ВАК — роботах над системою детектування ALICE (внутрішньою трековою системою).

У Науково-дослідному технологічному інституті приладобудування (Харків) під керівництвом професора В.Борщова налагодили відповідне виробництво.

Фінансування української частини робіт здійснювалося коштом Українського Науково-Технологічного центру, створеного відповідними департаментами США, Японії та Канади, а також INTAS, CERN і НАТО, адже офіційно участь України в CERN досі не оформлено.

Громадський резонанс[ред.ред. код]

Волтер Ваґнер, власник ботанічного саду на Гавайських островах, і Луїс Санчо (Іспанія) подавали позов до суду, вимагаючи заборонити запуск Великого адронного колайдера. На їхню думку, запуск пристрою небезпечний для людства: колайдер може породити невелику чорну діру або «дивну частку», яка перетворить Землю на грудку «дивної матерії». Дослідники з CERN спростовували ці гіпотези і називали заяви Ваґнера і Санчо «нісенітницею».

Див. також[ред.ред. код]

Великий електрон-позитронний колайдер

Джерела[ред.ред. код]

  1. Вчені запустили Великий адронний коллайдер // ТСН, 20.11.2009
  2. У Великому адронному колайдері вперше успішно пройшло зіткнення протонів // Радіо Свобода, 30.03.2010
  3. Запущений перший в історії людства Великий адронний колайдер // Радіо Свобода, 30.03.2010
  4. «Большой адронный коллайдер остановлен на два года». polit.ua. Архів оригіналу за 2013-06-26. Процитовано 2013-02-14. 
  5. Євген Ланюк. Відкрита нещодавно частинка таки справді бозон Гіґґса // Збруч, 16.03.2013
  6. Лекція Стіва Майера (1990)
  7. Звіт про попередні оцінки того, як би міг працювати адронний коллайдер в тунелі LEP
  8. Конференція в Лозанні // CERN Courier
  9. Проект LAA на офіційному сайті CERN
  10. Звіт про збільшення світимості Дослідницької групи з ЦЕРНу Комітет довгострокового планування
  11. Пропозиція Тіма Бернерса-Лі, 1989
  12. Звіт групи, що вивчала можливості LHC
  13. Резолюція затвердження LHC
  14. Конференція в Ев'ян-ле-Бен (Франція)
  15. Комітет з експериментів на LHC
  16. Рішення про створення LHC
  17. Рішення про будівництво LHC в один етап

Посилання[ред.ред. код]

Див. також[ред.ред. код]



Фізика Це незавершена стаття з фізики.
Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.