El colisionador más grande del mundo. Gran Colisionador de Hadrones (LHC o LHC)

El jefe del sector de física de alta energía del Instituto de Física de la Academia de Ciencias de Rusia que lleva el nombre de P.N. Lebedeva, Doctor en Ciencias Físicas y Matemáticas, Profesor Igor Dremin:

Primero, quiero asegurar de inmediato a los lectores: no hay necesidad de temer un experimento futuro.

Viajo dos veces al año al sitio de futuras pruebas, pero como teórico, no como desarrollador de investigación. La construcción de un colisionador es un problema científico y de ingeniería. Los experimentadores se están preparando para el trabajo, quienes procesarán la información entrante, la acumularán y la mostrarán en forma de tablas, gráficos, etc. Mi papel es el papel de un teórico: con la ayuda de la teoría, para comprender estos datos experimentales, interpretarlos y también proponer nuevos métodos físicos investigar.

- La frase "Gran Colisionador de Hadrones" en relación con la exageración en torno al experimento no fue memorizada solo por los perezosos. Sin embargo, pocas personas entienden lo que realmente es.

Este es un acelerador que se encuentra en el túnel. El túnel tiene 27 km de largo, es decir, es más largo que la línea de circunvalación del metro de Moscú (19,4 km). Se trata de una estructura de ingeniería única: la longitud de los cables utilizados en el túnel es suficiente para estirarlos desde la Tierra hasta el Sol varias docenas de veces. La estructura está ubicada a una profundidad de 15 a 120 metros. Ella tiene muy fuerte campos magnéticos: una gran cantidad de imanes superconductores que aceleran las partículas. Funcionan en condiciones extremas: la temperatura en el túnel es cercana al cero absoluto: 1,8 grados Kelvin (- 271,2 grados Celsius).

- ¿Dónde está el túnel?

El colisionador se encuentra en el CERN, es el Centro Europeo de Investigación Nuclear en Ginebra. Este acelerador se encuentra de tal manera que parte de él se encuentra en Francia, parte de su anillo pasa por Suiza. Podemos decir que el rayo cruzará las fronteras sin visado todo el tiempo. Muchas, muchas veces. (Risas)

- ¿Cuál es el principio del colisionador?

“El Gran Colisionador de Hadrones es el acelerador de partículas cargadas más poderoso jamás creado en el mundo. Su principio de funcionamiento es el siguiente: los haces de protones o núcleos en colisión chocan entre sí, y la energía de colisión es la más alta de todas las que se han logrado hasta ahora en los aceleradores. Esta energía se mide en electronvoltios y asciende a 14 billones de electronvoltios.

De hecho, esta energía no es tan buena. Si lo traduce en calorías más conocidas, entonces esto es solo la mitad de una millonésima parte de una caloría. Si damos un ejemplo cotidiano, entonces, de hecho, esta energía es igual a la que se libera cuando chocan dos mosquitos, es decir, es energía escasa, pero como se libera en un volumen muy pequeño, dentro del volumen de un protón o dentro del volumen de una partícula elemental, la densidad de esta energía es alta.

Cuando dos protones o dos núcleos chocan, por ejemplo, dos núcleos de átomos de plomo, la energía se libera en forma de partículas recién nacidas. Pueden ser varios miles o incluso decenas de miles de partículas recién nacidas.

- Cuéntanos sobre los principales objetivos del experimento.

La tarea principal del experimento es comprender la estructura del espacio a distancias cortas y en tiempos cortos. En este túnel circular hay cuatro enormes detectores que estudiarán estos haces de partículas.

El tamaño de estos detectores se puede imaginar si decimos que la altura del detector es de aproximadamente un edificio de ocho pisos. Su longitud también es enorme. Los científicos se ocuparán de varios problemas de la interacción de hadrones, nucleones, protones y núcleos.

Todo el experimento tiene como objetivo comprender cuál es la estructura de la materia, o la estructura de los protones, la estructura de los núcleos, pero en una escala muy pequeña, a distancias del orden de 10 a 12 centímetros, cuando los componentes del protón, quarks y gluones, ya están desempeñando un papel. Por lo tanto, planeamos obtener información sobre la estructura de nuestro espacio.

Nuevas dimensiones

Se supone que nuestro espacio puede tener, por ejemplo, una dimensión adicional. Ahora se conocen cuatro dimensiones: espacio tridimensional más tiempo. Pero puede haber tanto la quinta como la sexta dimensión, que son tan pequeñas que estamos en ellas. vida ordinaria no nos damos cuenta. En el transcurso del experimento, esperamos obtener pruebas de la existencia de dimensiones adicionales.

Boson Hicks

La mayoría interés Preguntar desde un punto de vista físico, se trata de identificar el bosón de Hicks. El bosón de Hicks es una partícula hipotética que aún no se ha observado. En teoría, es responsable de la aparición de masas en todas las demás partículas. Si se encuentra tal bosón, entenderemos la naturaleza de la apariencia de la masa en las partículas, entenderemos por qué el electrón es tan ligero y el protón es 2000 veces más pesado, y cómo se forman los átomos en relación con esto. Ésta es una pregunta fundamental sobre la naturaleza de la fuerza, sobre la naturaleza de las interacciones.

Agujeros negros

El tema de discusión más interesante es la cuestión de la posibilidad del nacimiento de agujeros negros. Calabozo- esta es una formación cuando un fuerte campo gravitacional atrae todo y no libera nada afuera. ¿Por qué ahora se argumenta que los agujeros negros que pueden nacer en el Gran Colisionador de Hadrones son seguros? Hagamos una analogía con el impacto de los rayos cósmicos, cuya energía incluso excede la que ahora obtenemos en el colisionador de hadrones. Estos rayos cósmicos han estado cayendo sobre la Tierra durante 5 mil millones de años. Y en otros objetos, como las enanas blancas o las estrellas de neutrones, que son mucho más masivas y se formaron antes que la Tierra, caen mucho más tiempo y no ocurren procesos especiales. Además, si, no obstante, se forman agujeros negros en el colisionador (enfatizo que esto es poco probable), se descompondrán en un tiempo insignificantemente corto: 10-100 segundos. Permítanme recordarles que Kolmogorov dijo una vez que no existe tal número: "10 -100", pero solo hay cero.

Además, la radiación mecánica cuántica, que se llama radiación de Hawking, puede y debe surgir de los agujeros negros. De esto también se desintegrarán. En general, la formación de agujeros negros estables será prácticamente imposible y no suponen ningún peligro.

Desconocido

Además de estos agujeros negros, se discute la posibilidad del nacimiento de otros objetos que aún no han sido descubiertos. Naturalmente, la investigación en el Colisionador de Hadrones se llevará a cabo no solo en relación con el hallazgo de algo que se acaba de predecir o algo que ya es teóricamente comprensible: los científicos esperan que haya algunos descubrimientos completamente inesperados en este NUEVA Área energía.

- ¿Qué día está programado el lanzamiento del colisionador?

El colisionador iba a ser probado en mayo-julio, pero hasta ahora su lanzamiento se pospuso, aparentemente, hasta septiembre. Esto se debe a que la estructura es fundamental, utiliza nuevos soluciones tecnicas y, por supuesto, existen muchas dificultades para crear un acelerador de este tipo, ya que todavía no se ha hecho nada de ese tipo en el mundo.

- ¿Participan nuestros científicos en el experimento?

En la construcción, que duró más de diez años, se unieron los esfuerzos de todos los países. El proyecto contó con la participación directa, incluidos nuestros científicos rusos, que invirtieron mucho esfuerzo en la creación de detectores y en la formulación de los mismos. problemas físicos que deben tratarse al estudiar las colisiones de hadrones. Ahora los detectores se han bajado bajo tierra, se han ensamblado y se probarán en un futuro próximo. Por supuesto, quienes los recogieron seguirán su trabajo.

Además, más pregunta importante: esto ya es investigación física y procesamiento de resultados experimentales. Hay un cambio en el énfasis de los problemas puramente técnicos hacia los resultados físicos de estos experimentos.

Se ha debatido mucho sobre la seguridad de los aceleradores LHC. Mucha gente común entró en pánico, dicen que el fin del mundo vendrá con el lanzamiento del acelerador. ¿Cómo puedes comentar sobre esto?

Creada en 2003, una comisión especial de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) escribió un informe de que la instalación es completamente segura. Pero en relación con los rumores recién aparecidos y la emoción asociada con la posible nucleación de agujeros negros en este colisionador, la cuestión de la seguridad se revisó nuevamente. Las conclusiones de la comisión fueron confirmadas y reforzadas.

PD

En la región de Moscú, los blogueros han descubierto una estructura misteriosa. Expertos independientes afirman que esta es nuestra respuesta al CERN para la creación del Gran Colisionador de Hadrones. Su fotografía dio la vuelta al mundo ...

El Gran Colisionador de Hadrones de Suiza es el acelerador más famoso del mundo. Esto se vio facilitado en gran medida por la exageración de la comunidad mundial y los periodistas sobre el peligro de esta proyecto científico... Muchos creen que este es el único colisionador del mundo, pero está lejos de ser el caso. Además del Tevatron cerrado en los Estados Unidos, actualmente hay cinco colliders en funcionamiento en el mundo.

En Estados Unidos, en el Laboratorio Brookhaven, está funcionando el acelerador RKTI (Relativistic Heavy Ion Collider), que comenzó a funcionar en 2000. Se necesitó una inversión de $ 2 mil millones para ponerlo en funcionamiento. Además de los experimentos puramente teóricos, los físicos que trabajan en RHIC están desarrollando proyectos bastante prácticos. Entre ellos:

• un dispositivo para diagnosticar y tratar el cáncer (se utilizan protones acelerados dirigidos);
• el uso de haces de iones pesados ​​para crear filtros a nivel molecular;
• desarrollo de dispositivos cada vez más eficientes para el almacenamiento de energía, lo que abre nuevas perspectivas en el uso de la energía solar.

En Dubna, Rusia, se está construyendo un acelerador de iones pesados ​​similar. En este colisionador NICA, los físicos rusos tienen la intención de estudiar el plasma de quarks y gluones.

Ahora los científicos rusos están realizando investigaciones en el INP, donde se encuentran dos colisionadores a la vez: VEPP-4M y VEPP-2000. Su presupuesto es de $ 0.19 mil millones para el primero y $ 0.1 mil millones para el segundo. Las primeras pruebas en VEPP-4M comenzaron en 1994. Aquí, se ha desarrollado una técnica para medir la masa de las partículas elementales observadas con la mayor precisión en todo el mundo. Además, el INP es el único instituto del mundo que gana dinero por investigación básica en física en su propia... Los científicos de este instituto desarrollan y venden equipos para aceleradores a otros estados que quieren tener sus propias instalaciones experimentales, pero no tienen tales desarrollos.

En 1999, se lanzó el colisionador Daphne en el laboratorio de Frascatti (Italia), su costo fue de aproximadamente $ 1/5 mil millones y la potencia máxima fue de 0,51 TeV. Fue uno de los primeros aceleradores de alta energía; con la ayuda de un solo experimento, se obtuvieron más de cien mil hiperiones (partículas atómicas) en él. Por esto, Daphne fue apodada fábrica de partículas o fábrica f.

Dos años antes del lanzamiento del LHC, en 2006, China lanzó su propio colisionador VERS II, con una capacidad de 2,5 TeV. El costo de esta construcción estuvo en un mínimo histórico de $ 0.08 mil millones. Pero para el presupuesto de este país en desarrollo, esa suma era considerable; el gobierno chino asignó estos fondos, al darse cuenta de que el desarrollo de la industria moderna es imposible sin el desarrollo de ramas fundamentales de la ciencia. Es aún más urgente invertir en esta área de la física experimental a la luz del agotamiento recursos naturales y la creciente demanda de energía.

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El Gran Colisionador de Hadrones se llama "máquina Día del Juicio Final”, O la clave del secreto del Universo, pero su significado no está en duda.

Como dijo una vez el famoso pensador británico Bertrand Russell: "es lo que sabes, la filosofía es lo que no sabes". Parece que es verdad el conocimiento científico hace mucho tiempo separada de sus orígenes, que se pueden encontrar en la investigación filosófica Antigua Grecia, Pero no es así.

A lo largo del siglo XX, los científicos han intentado encontrar en la ciencia la respuesta a la cuestión de la estructura del mundo. Este proceso fue similar a la búsqueda del sentido de la vida: una enorme variedad de teorías, suposiciones e incluso ideas locas. ¿A qué conclusiones llegaron los científicos a principios del siglo XXI?

El mundo entero consiste en partículas elementales, que representan las formas finales de todo lo que existe, es decir, lo que no se puede dividir en elementos más pequeños. Estos incluyen protones, electrones, neutrones, etc. Estas partículas están en constante interacción entre sí. A principios de nuestro siglo, se expresaba en 4 tipos fundamentales: gravitacional, electromagnético, fuerte y débil. El primero lo describe la Relatividad General, los otros tres se combinan en el Modelo Estándar (teoría cuántica). También se sugirió que hay otra interacción, más tarde llamada campo de Higgs.

Poco a poco, la idea de combinar todas las interacciones fundamentales en el marco de " teoría del todo ", que inicialmente se percibió como una broma, pero rápidamente se convirtió en un poderoso dirección científica... ¿Por qué es necesario esto? ¡Es así de simple! Sin comprender cómo funciona el mundo, somos como hormigas en un nido artificial: no superaremos nuestras capacidades. El conocimiento humano no puede (bien, o tiempo no puede, si es optimista) cubrir la estructura del mundo en su conjunto.

Una de las teorías más famosas que afirma "abrazar todo" es teoria de las cuerdas... Implica que todo el Universo y nuestra vida contigo es multidimensional. A pesar de la parte teórica desarrollada y el apoyo de físicos famosos como Brian Green y Stephen Hawking, no tiene confirmación experimental.

Los científicos, décadas después, se cansaron de transmitir desde las gradas y decidieron construir algo que de una vez por todas debería salpicar las i. Para ello, se creó la configuración experimental más grande del mundo: Gran Colisionador de Hadrones (LHC).

"¡Al colisionador!"

¿Qué es un colisionador? Hablando científicamente, este es un acelerador de partículas cargadas diseñado para acelerar partículas elementales para una mayor comprensión de su interacción. En términos no científicos, esta es una gran arena (o caja de arena, si se quiere) en la que los científicos luchan para validar sus teorías.

Por primera vez la idea de llamar partículas elementales y ver qué pasará, apareció en el físico estadounidense Donald William Kerst (Donald William Kerst) en 1956. Sugirió que gracias a esto, los científicos podrán penetrar los secretos del universo. Al parecer, ¿qué hay de malo en chocar entre dos haces de protones con una energía total de un millón de veces más que la de la fusión termonuclear? Los tiempos eran los apropiados: la guerra fría, la carrera armamentista y todo eso.

La historia de la creación del LHC

La idea de crear un acelerador para producir y estudiar partículas cargadas apareció a principios de la década de 1920, pero los primeros prototipos se crearon solo a principios de la década de 1930. Inicialmente, eran aceleradores lineales de alto voltaje, es decir, partículas cargadas que se movían en línea recta. La versión en anillo se presentó en los EE. UU. En 1931, después de lo cual comenzaron a aparecer dispositivos similares en varios países desarrollados: Gran Bretaña, Suiza y la URSS. Ellos tienen el nombre ciclotrones, y luego comenzó a usarse activamente para crear armas nucleares.

Cabe señalar que el costo de construir un acelerador de partículas es increíblemente alto. Europa que jugó durante guerra Fría no es un papel principal, confió su creación Organización Europea para la Investigación Nuclear (en ruso a menudo se lee como CERN), que posteriormente asumió la construcción del LHC.

El CERN se creó a raíz de la preocupación internacional por la investigación nuclear en los Estados Unidos y la URSS, que podría conducir al exterminio total. Por lo tanto, los científicos decidieron combinar esfuerzos y dirigirlos a un canal pacífico. En 1954, el CERN recibió su nacimiento oficial.

En 1983, bajo los auspicios del CERN, se descubrieron los bosones W y Z, después de lo cual la cuestión del descubrimiento de los bosones de Higgs se convirtió en solo una cuestión de tiempo. En el mismo año, se comenzó a trabajar en la construcción del Gran Colisionador de Electrones y Positrones (BEPC), que jugó un papel principal en el estudio de los bosones descubiertos. Sin embargo, incluso entonces quedó claro que la potencia del dispositivo creado pronto sería insuficiente. Y en 1984, se decidió construir el LHC, inmediatamente después de que se desmantelara el BEPK. Esto sucedió en 2000.

La construcción del LHC, que comenzó en 2001, se vio facilitada por el hecho de que tuvo lugar en el emplazamiento de la antigua BEPK, en el valle del lago Lemán. En relación con las cuestiones de financiación (en 1995, el costo se estimó en 2.600 millones de francos suizos, en 2001 superó los 4.600 millones, en 2009 fue de 6.000 millones de dólares).

Por el momento, el LHC está ubicado en un túnel con una circunferencia de 26,7 km y pasa por el territorio de dos países europeos- Francia y Suiza. La profundidad del túnel varía de 50 a 175 metros. Cabe señalar también que la energía de colisión de los protones en el acelerador alcanza los 14 teraelectronvoltios, que es 20 veces más que los resultados obtenidos utilizando BEPC.

"La curiosidad no es un vicio, sino una gran cosa repugnante".

El túnel colisionador del CERN, de 27 kilómetros de longitud, se encuentra a 100 metros bajo tierra cerca de Ginebra. Habrá enormes electroimanes superconductores aquí. Transporte de coches a la derecha. Juhanson / wikipedia.org (CC BY-SA 3.0)

¿Por qué se necesita esta "máquina del fin del mundo" hecha por el hombre? Los científicos esperan ver el mundo como era inmediatamente después del Big Bang, es decir, en el momento de la formación de la materia.

Metas, que los científicos se fijaron durante la construcción del LHC:

1. Confirmación o refutación del Modelo Estándar con el objetivo de seguir creando una "teoría del todo".
2. Prueba de la existencia del bosón de Higgs como partícula de la quinta interacción fundamental. Ella, según estudios teóricos, debería incidir en las interacciones eléctricas y débiles, rompiendo su simetría.
3. Estudio de los quarks, que son una partícula fundamental 20 mil veces más pequeña que los protones que la componen.
4. Obtener e investigar la materia oscura, que constituye la mayor parte del Universo.

Estos están lejos de ser los únicos objetivos asignados por los científicos al LHC, pero el resto están más relacionados con los relacionados o puramente teóricos.

¿Qué has logrado?

Sin duda el mayor y más significativo logro fue la confirmación oficial de la existencia de bosón de Higgs... El descubrimiento de la quinta interacción (el campo de Higgs), que, según los científicos, afecta la adquisición de masa por todas las partículas elementales. Se cree que cuando la simetría se rompe cuando el campo de Higgs se aplica a otros campos, los bosones W y Z se vuelven masivos. El descubrimiento del bosón de Higgs es tan grande en su importancia que varios científicos les dieron el nombre de "partículas divinas".

Los quarks se combinan en partículas (protones, neutrones y otros), que se denominan hadrones... Son ellos los que aceleran y chocan en el LHC, de donde proviene su nombre. Durante la operación del colisionador, se demostró que es simplemente imposible separar un quark de un hadrón. Si intentas hacer esto, simplemente arrancarás de, por ejemplo, un protón, otro tipo de partícula elemental: mesón... A pesar de que este es solo uno de los hadrones y no tiene nada nuevo en sí mismo, el estudio adicional de la interacción de los quarks debe llevarse a cabo precisamente en pequeños pasos. Al investigar las leyes fundamentales del funcionamiento del universo, la prisa es peligrosa.

Aunque los quarks en sí no se descubrieron durante el uso del LHC, su existencia hasta cierto punto se percibió como una abstracción matemática. Las primeras partículas de este tipo se encontraron en 1968, pero no fue hasta 1995 cuando se demostró oficialmente la existencia de un "quark verdadero". Los resultados de los experimentos están confirmados por la capacidad de reproducirlos. Por lo tanto, el logro de un resultado similar por parte del LHC no se percibe como una repetición, sino como una prueba reforzadora de su existencia. Aunque el problema con la realidad de los quarks no ha desaparecido por ningún lado, porque simplemente son no se puede destacar de hadrones.

Cuales son los planes?

La tarea principal de crear una "teoría del todo" no se resolvió, pero el estudio teórico posibles opciones su manifestación está en marcha. Hasta ahora, uno de los problemas de la unificación Teoría general la relatividad y el modelo estándar permanece zona diferente sus acciones y, por tanto, el segundo no tiene en cuenta las peculiaridades del primero. Por lo tanto, es importante ir más allá del Modelo Estándar y llegar al borde. Nueva física.

Supersimetría - los científicos creen que conecta los campos cuánticos bosónico y fermiónico, tanto que pueden convertirse entre sí. Es una conversión que va más allá del alcance del Modelo Estándar, ya que existe la teoría de que el mapeo simétrico de campos cuánticos se basa en gravitones... En consecuencia, pueden ser una partícula elemental de gravedad.

Boson Madala- la hipótesis de la existencia del bosón Madala sugiere que hay otro campo. Solo si el bosón de Higgs interactúa con partículas y materia conocidas, entonces el bosón de Madala interactúa con materia oscura... A pesar de que ocupa una gran parte del universo, su existencia no entra dentro del alcance del Modelo Estándar.

Agujero negro microscópico - uno de los estudios del LHC es crear un agujero negro. Sí, sí, exactamente esa zona negra que todo lo consume en el espacio exterior. Afortunadamente, no se han logrado logros importantes en esta dirección.

En la actualidad, el Gran Colisionador de Hadrones es un centro de investigación polivalente, sobre cuya base se crean y confirman experimentalmente teorías que nos ayudarán a comprender mejor la estructura del mundo. A menudo hay oleadas de críticas en torno a una serie de estudios en curso que se califican como peligrosos, incluido Stephen Hawking, pero el juego definitivamente vale la pena. No podremos navegar en el océano negro llamado Universo con un capitán que no tiene ni mapa, ni brújula, ni conocimientos básicos sobre el mundo que nos rodea.

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Hay muchos rumores sobre este misterioso dispositivo, muchos argumentan que destruirá la Tierra, creando un agujero negro artificial y acabando con la existencia de la humanidad. En realidad, este dispositivo puede llevar a la humanidad a una nuevo nivel, gracias a la investigación realizada por científicos. En este hilo, traté de recopilar todos Información necesaria para darle una impresión de lo que es el Gran Colisionador de Hadrones (LHC)

Entonces, este hilo ha recopilado todo lo que necesita saber sobre el Colisionador de Hadrones. El 30 de marzo de 2010 ocurrió en el CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear) evento histórico- Después de varios intentos fallidos y muchas actualizaciones, se completó la creación de la máquina más grande del mundo para la destrucción de átomos. Durante 2009 se llevaron a cabo pruebas preliminares que iniciaron colisiones de protones a una velocidad relativamente baja sin problemas significativos. El terreno estaba preparado para un experimento extraordinario que se llevaría a cabo en la primavera de 2010. El modelo experimental básico del LHC se basa en la colisión de dos haces de protones que chocan a máxima velocidad. Esta poderosa colisión destruye protones, creando energías extraordinarias y nuevas partículas elementales. Estas nuevas partículas atómicas son extremadamente volubles y solo pueden existir durante una fracción de segundo. El aparato analítico, que forma parte del LHC, puede registrar estos eventos y analizarlos en detalle. Por tanto, los científicos están intentando simular la aparición de agujeros negros.

El 30 de marzo de 2010, se lanzaron dos haces de protones en el túnel de 27 km del LHC en direcciones opuestas. Fueron acelerados a la velocidad de la luz a la que ocurrió la colisión. Se registró una energía récord de 7 TeV (7 teraelectronvoltios). El valor de esta energía es récord y tiene valores muy importantes. Conozcamos ahora los componentes más importantes del LHC: sensores y detectores, que registran lo que está sucediendo en fracciones en esas fracciones de segundos durante las cuales ocurre una colisión de haces de protones. Hay tres sensores que juegan un papel central durante la colisión del 30 de marzo de 2010, algunas de las partes más importantes del colisionador, que juegan un papel clave durante los desafiantes experimentos del CERN. El diagrama muestra la ubicación de los cuatro experimentos principales (ALICE, ATLAS, CMS y LHCb), que son los proyectos clave del LHC. A una profundidad de 50 a 150 metros bajo tierra, se han excavado enormes cuevas específicamente para detectores de sensores gigantes.

Comencemos con un proyecto llamado ALICE (abreviatura de Large Ion Experimental Collider). Esta es una de las seis instalaciones experimentales construidas en el LHC. ALICE está sintonizada para investigar colisiones de iones pesados. La temperatura y la densidad de energía de la materia nuclear formada en este proceso es suficiente para la producción de plasma de gluones. La foto muestra el detector ALICE y todos sus 18 módulos.


Sistema interno El seguimiento (ITS) en ALICE consta de seis capas cilíndricas de sensores de silicio que rodean el punto de colisión y miden las propiedades y posiciones precisas de las partículas emergentes. Por tanto, las partículas que contienen un quark pesado se pueden detectar fácilmente.

ATLAS es también uno de los principales experimentos del LHC. El experimento se lleva a cabo en un detector especial diseñado para estudiar colisiones entre protones. ATLAS tiene 44 metros de largo, 25 metros de diámetro y pesa aproximadamente 7.000 toneladas. En el centro del túnel chocan haces de protones, el sensor más grande y complejo de su tipo jamás construido. El sensor registra todo lo que sucede durante y después de la colisión de protones. El objetivo del proyecto es detectar partículas previamente no registradas y no reconocidas en nuestro universo.

Apertura y confirmación Bosón de Higgs- la prioridad más importante del Gran Colisionador de Hadrones, porque este descubrimiento confirmaría el Modelo Estándar del origen de las partículas atómicas elementales y la materia estándar. Durante el lanzamiento del colisionador en poder completo Se destruirá la integridad del Modelo Estándar. Las partículas elementales, cuyas propiedades comprendemos solo parcialmente, no podrán mantener su integridad estructural. El modelo estándar tiene un límite de energía superior de 1 TeV, con un aumento en el que la partícula se desintegra. A una energía de 7 TeV, se podrían crear partículas con masas diez veces mayores que las conocidas actualmente. Es cierto que serán muy inestables, pero ATLAS está diseñado para detectarlos en esas fracciones de segundo antes de que "desaparezcan".

Esta foto se considera la mejor de todas las fotografías del LHC:

Solenoide de muón compacto ( Solenoide de muón compacto) es uno de los dos enormes detectores de partículas universales del LHC. Cerca de 3.600 científicos de 183 laboratorios y universidades en 38 países apoyan el trabajo de CMS, que construyó y opera este detector. El solenoide se encuentra bajo tierra en Cessie en Francia, cerca de la frontera con Suiza. El diagrama muestra el dispositivo CMS, del que hablaremos con más detalle.

La mayoría la capa interior es un rastreador basado en silicona. El rastreador es el sensor de silicio más grande del mundo. Tiene 205 m2 de sensores de silicio (aproximadamente un área de cancha de tenis) que comprenden 76 millones de canales. El rastreador le permite medir rastros de partículas cargadas en un campo electromagnético

El segundo nivel contiene el calorímetro electromagnético. El calorímetro de hadrones, en el siguiente nivel, mide la energía de los hadrones individuales producidos en cada caso.

La siguiente capa CMS del LHC es un gran imán. El imán de solenoide grande tiene 13 metros de largo y 6 metros de diámetro. Consiste en bobinas enfriadas hechas de niobio y titanio. Este enorme imán de solenoide funciona con toda su fuerza para maximizar la vida útil de las partículas.

Capa 5: detectores de muones y yugo de retorno. El CMS está diseñado para investigar los diferentes tipos de física que se pueden encontrar en las colisiones energéticas del LHC. Parte de esta investigación trata de confirmar o mejorar las mediciones de los parámetros del modelo estándar, mientras que muchas otras buscan nueva física.

Hay muy poca información disponible sobre el experimento del 30 de marzo de 2010, pero un hecho se conoce con certeza. El CERN informó que se registró una explosión de energía sin precedentes en el tercer intento de lanzamiento, cuando haces de protones recorrieron un túnel de 27 kilómetros y luego chocaron a la velocidad de la luz. El nivel de energía récord registrado se ha registrado en el máximo que puede entregar en su configuración actual, aproximadamente 7 TeV. Fue esta cantidad de energía la característica de los primeros segundos del inicio del Big Bang, lo que dio lugar a la existencia de nuestro universo. Inicialmente, este nivel de energía no se esperaba, pero el resultado superó todas las expectativas.

El diagrama muestra cómo ALICE registra un aumento récord de energía de 7 TeV:

Este experimento se repetirá cientos de veces a lo largo de 2010. Para que comprenda lo complicado que es este proceso, puede hacer una analogía con la aceleración de partículas en un colisionador. En términos de complejidad, esto equivale, por ejemplo, a un disparo con agujas de la isla de Terranova con una precisión tan perfecta que estas agujas chocan en algún lugar del Atlántico, volando alrededor de todo el tierra... El objetivo principal es la detección de una partícula elemental: el bosón de Higgs, que subyace en el modelo estándar de la construcción del universo.

Con un resultado exitoso de todos estos experimentos, el mundo de las partículas más pesadas a 400 GeV (la llamada Materia Oscura) finalmente se puede descubrir y explorar.

Hace unos años, no tenía idea de qué eran los colisionadores de hadrones, el bosón de Higgs, y por qué miles de científicos de todo el mundo están trabajando en un enorme campus de física en la frontera de Suiza y Francia, enterrando miles de millones de dólares en el suelo.
Entonces, para mí, como para muchos otros habitantes del planeta, la expresión del Gran Colisionador de Hadrones se volvió familiar, el conocimiento sobre las partículas elementales que chocan en él a la velocidad de la luz y sobre una de las mayores descubrimientos la última vez - el bosón de Higgs.

Y así, a mediados de junio, tuve la oportunidad de ver con mis propios ojos de qué se habla tanto y de qué están circulando tantos rumores contradictorios.
No fue solo una excursión corta, sino un día completo en el laboratorio de física nuclear más grande del mundo: Cerne. Aquí logramos hablar con los propios físicos, y ver muchas cosas interesantes en este campus científico, bajar al lugar santísimo: el Gran Colisionador de Hadrones (y después de todo, cuando se lance y se realicen pruebas en él , cualquier acceso desde el exterior es imposible), visitar la planta de producción de imanes gigantes para el colisionador, en el centro Atlas, donde los científicos analizan los datos obtenidos en el colisionador, visitar en secreto el colisionador lineal más nuevo en construcción e incluso , casi como en una búsqueda, caminar prácticamente por el camino espinoso de una partícula elemental, desde el final hasta el principio. Y mira dónde comienza todo ...
Pero sobre todo esto en publicaciones separadas. Hoy, solo el Gran Colisionador de Hadrones.
Si puedes llamarlo simplemente, mi cerebro se niega a entender CÓMO se pudo inventar y luego construir.

2. Hace muchos años, esta imagen se hizo famosa en todo el mundo. Muchos creen que este es el Gran Hadrón seccional. De hecho, esta es una sección transversal de uno de los detectores más grandes: el CMS. Su diámetro es de unos 15 metros. Este no es el detector más grande. El diámetro del Atlas es de unos 22 metros.

3. Para entender aproximadamente qué es y qué tan grande es el colisionador, veamos un mapa satelital.
Este es un suburbio de Ginebra, no lejos del lago de Ginebra. Es aquí donde se basa el enorme campus del CERN, del que hablaré por separado un poco más adelante, y un grupo de colisionadores se encuentran bajo tierra a varias profundidades. Sí Sí. No esta solo. Hay una docena de ellos. El Gran Hadrón simplemente corona esta estructura, en sentido figurado, completando la cadena de colisionadores a lo largo de los cuales se aceleran las partículas elementales. También hablaré de esto por separado, siguiendo la partícula de Large (LHC) hasta el primer Linac lineal.
El diámetro del anillo del LHC es de casi 27 kilómetros y se encuentra a una profundidad de poco más de 100 metros (el anillo más grande de la imagen).
El LHC tiene cuatro detectores: Alice, Atlas, LHCb y CMS. Caminamos hasta el detector CMS.

4. Además de estos cuatro detectores, el resto del espacio subterráneo es un túnel en el que hay una tripa ininterrumpida de estos segmentos azules. Son imanes. Imanes gigantes, en los que se crea un campo magnético loco, en el que las partículas elementales se mueven a la velocidad de la luz.
Hay 1734 de ellos en total.

5. Dentro del imán hay una estructura tan compleja. Aquí hay mucho de todo, pero lo más importante son dos tubos huecos en el interior, en los que vuelan haces de protones.
En cuatro lugares (en los mismos detectores), estos tubos se cruzan y los haces de protones chocan. En aquellos lugares donde chocan, los protones se dispersan en varias partículas, lo que es registrado por los detectores.
Es decir, en definitiva, qué tontería es y cómo funciona.

6. Entonces, 14 de junio, mañana, CERN. Llegamos a una valla discreta con una puerta y un pequeño edificio en el territorio.
Esta es la entrada a uno de los cuatro detectores del Gran Colisionador de Hadrones - CMS.
Aquí quiero detenerme un poco para hablar de cómo logramos llegar aquí y gracias a quién.
Y toda la "culpa" es de Andrei, nuestro hombre que trabaja en el CERN, y gracias a quien nuestra visita no fue una excursión corta y aburrida, sino increíblemente interesante y llena de una enorme cantidad de información.
Andrey (lleva una camiseta verde) nunca está en contra de los invitados y siempre está feliz de contribuir a una visita a esta Meca de la física nuclear.
¿Sabes lo que es interesante? Este es el control de acceso al Collider y al CERN en general.
Sí, todo está en una tarjeta magnética, pero ... un empleado con su pase tiene acceso al 95% del territorio y los objetos.
Y solo aquellos donde nivel elevado peligro de radiación, se necesita un acceso especial, esto está dentro del propio colisionador.
Y así, los empleados se mueven por el territorio sin ningún problema.
Un momento: aquí se han invertido miles de millones de dólares y muchos de los equipos más increíbles.
Y allí mismo recuerdo algunos objetos abandonados en Crimea, donde todo se recortó durante mucho tiempo, pero, sin embargo, todo es mega secreto, de ninguna manera es posible disparar y el objeto es estratégico.
Es solo que aquí la gente piensa adecuadamente con la cabeza.

7. Así es el territorio de la CMS. Sin presumir en el exterior y supercoches en el estacionamiento. Pero pueden permitírselo. Simplemente no hay necesidad.

8. CERN, como líder mundial Centro de ciencia en el campo de la física, utiliza varias direcciones diferentes en términos de relaciones públicas. Uno de ellos es el llamado "Árbol".
En su marco, los profesores de física escolar de diferentes paises y ciudades. Se muestran y cuentan aquí. Luego, los maestros regresan a sus escuelas y les cuentan a los estudiantes lo que vieron. Un cierto número de estudiantes, inspirados por la historia, comienzan con gran interés estudiar física, luego ir a universidades para especialidades físicas y, en el futuro, tal vez incluso trabajar aquí.
Pero mientras los niños todavía están en la escuela, también tienen la oportunidad de visitar el CERN y, por supuesto, bajar al Gran Colisionador de Hadrones.
Varias veces al mes, días especiales puertas abiertas"Para niños superdotados de diferentes países amantes de la física.
Son seleccionados por los mismos profesores que formaron la base de este árbol y envían propuestas a la oficina del CERN en Suiza.
Dio la casualidad de que el día que llegamos para ver el Gran Colisionador de Hadrones, vino uno de estos grupos de Ucrania: niños, alumnos de la Pequeña Academia de Ciencias, que aprobaron una competencia difícil. Junto con ellos descendimos a una profundidad de 100 metros, hasta el corazón mismo del Colisionador.

9. Gloria con nuestras insignias.
Los elementos esenciales de los físicos que trabajan aquí son un casco con linterna y botas con una placa de metal en la puntera (para salvar los dedos de los pies cuando cae una carga).

10. Niños superdotados, aficionados a la física. En unos minutos, su lugar se hará realidad: descenderán al Gran Colisionador de Hadrones.

11. Los trabajadores están jugando dominó antes del próximo turno subterráneo.

12. Centro de control y gestión CMS. Aquí se recogen los datos primarios de los principales sensores que caracterizan el funcionamiento del sistema.
Durante el trabajo del colisionador, un equipo de 8 personas trabaja aquí las 24 horas.

13. Debo decir que en en la actualidad El Gran Hadronny se cerró durante dos años para llevar a cabo un programa de reparación y modernización del colisionador.
El caso es que hace 4 años hubo un accidente en él, tras lo cual el colisionador no funcionó a pleno rendimiento (hablaré del accidente en el próximo post).
Después de la modernización, que se completará en 2014, debería funcionar a una capacidad aún mayor.
Si el colisionador estuviera funcionando ahora, definitivamente no podríamos visitarlo.

14. En un ascensor técnico especial bajamos a una profundidad de más de 100 metros, donde se encuentra el Colisionador.
El ascensor es el único medio de rescatar al personal en caso de emergencia ya que no hay escaleras. Es decir, es el lugar más seguro del CMS.
De acuerdo con las instrucciones, en caso de alarma, todo el personal debe dirigirse inmediatamente al ascensor.
Aquí se crea una sobrepresión para que, en caso de humo, el humo no entre y las personas no se envenenen.

15. Boris está preocupado porque no habrá humo.

16. En profundidad. Todo aquí está impregnado de comunicaciones.

17. Infinidad de kilómetros de alambres y cables para la transmisión de datos

18. Aquí hay muchas tuberías. Los llamados criogénicos. El hecho es que el helio se usa para enfriar el interior de los imanes. También se requiere refrigeración de otros sistemas, así como hidráulica.

19. Hay una gran cantidad de servidores en las salas de procesamiento de datos ubicadas en el detector.
Están agrupados en lo que se conoce como desencadenantes de rendimiento increíbles.
Por ejemplo, el primer disparador en 3 milisegundos de 40.000.000 eventos debe seleccionar alrededor de 400 y transmitirlos al segundo disparador, el nivel más alto.

20. Locura por la fibra óptica.
Las salas de computación están ubicadas sobre el detector, porque hay un campo magnético muy pequeño que no interfiere con el funcionamiento de la electrónica.
En el propio detector, la recopilación de datos no habría sido posible.

21. Gatillo global. Consta de 200 computadoras

22. ¿Cómo es Apple? Dell !!!

23. Los gabinetes de servidores están bien cerrados

24. Un dibujo divertido en uno de los lugares de trabajo del operador.

25. A fines de 2012 en el Gran Colisionador de Hadrones, como resultado del experimento, se descubrió el Bosón de Higgs, y este evento fue ampliamente notado por los empleados del CERN.
Las botellas de champán después de la celebración no se tiraron a propósito, considerando que esto es solo el comienzo de grandes cosas.

26. En el camino hacia el detector, hay señales que advierten de peligro de radiación en todas partes.

26. Todos los empleados de Collider tienen dosímetros personales, que deben llevar al dispositivo de lectura y fijar su ubicación.
El dosímetro acumula el nivel de radiación y, en caso de acercarse a la dosis límite, informa al empleado, así como transfiere datos on-line a la sala de control, advirtiendo que hay una persona cerca del colisionador que está en peligro.

27. Frente al detector hay un sistema de acceso de nivel superior.
Puede iniciar sesión adjuntando una tarjeta personal, un dosímetro y habiendo completado un escaneo de retina

28. que es lo que hago

29. Y aquí está: un detector. La pequeña picadura en el interior es algo así como un portabrocas, que alberga esos enormes imanes que ahora parecerían muy pequeños. Actualmente no hay imanes como en proceso de modernización

30. En condiciones de funcionamiento, el detector está conectado y parece un solo conjunto

31. El peso del detector es de 15 mil toneladas. Aquí se crea un campo magnético increíble.

32. Compare las dimensiones del detector con las personas y técnicos que trabajan a continuación.

33. Cable de color azul- potencia, rojo - datos

34. Es interesante que durante el funcionamiento, el Gran Hadronny consume 180 megavatios de electricidad por hora.

35. Trabajos de mantenimiento de rutina de los sensores

36. Numerosos sensores

37. Y la fuente de alimentación para ellos ... la fibra óptica regresa

38. La mirada de una persona increíblemente inteligente.

39. Una hora y media bajo tierra vuela como cinco minutos ... Habiendo escalado de regreso a la tierra mortal, uno se pregunta involuntariamente ... CÓMO se puede hacer.
Y POR QUÉ lo hacen….