Большой адронный коллайдер

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
(перенаправлено с «LHC»)
Перейти к: навигация, поиск

Координаты: 46°14′00″ с. ш. 6°03′00″ в. д. / 46.23333° с. ш. 6.05000° в. д. / 46.23333; 6.05000 (G) (O)

Большо́й адро́нный колла́йдер, сокращённо БАК (англ. Large Hadron Collider, сокращённо LHC) — ускоритель заряженных частиц на встречных пучках, предназначенный для разгона протонов и тяжёлых ионов (ионов свинца) и изучения продуктов их соударений. Коллайдер построен в ЦЕРНе (Европейский совет ядерных исследований), находящемся около Женевы, на границе Швейцарии и Франции. БАК является самой крупной экспериментальной установкой в мире. В строительстве и исследованиях участвовали и участвуют более 10 тысяч учёных и инженеров из более чем 100 стран[1].

«Большим» назван из-за своих размеров: длина основного кольца ускорителя составляет 26 659 м[2]; «адронным» — из-за того, что он ускоряет адроны, то есть тяжёлые частицы, состоящие из кварков; «коллайдером» (англ. collider — сталкиватель) — из-за того, что пучки частиц ускоряются в противоположных направлениях и сталкиваются в специальных точках столкновения[3].

Детекторы и предускорители БАК
Траектория протонов p (и тяжёлых ионов свинца Pb) начинается в линейных ускорителях (в точках p и Pb, соответственно). Затем частицы попадают в бустер протонного синхротрона (PS), через него — в протонный суперсинхротрон (SPS) и, наконец, непосредственно в туннель БАК. Детекторы TOTEM и LHCf, отсутствующие на схеме, находятся рядом с детекторами CMS и ATLAS соответственно

Google Street View в сентябре 2013 года получил возможность изображения коллайдера[4].

Поставленные задачи[править | править вики-текст]

Основной источник: [5][6]

Современное состояние в физике элементарных частиц[править | править вики-текст]

Карта с нанесённым на неё расположением Коллайдера

В конце 1990-х годов физикам удалось разработать Стандартную модель (СМ), которая объединяет три из четырёх фундаментальных взаимодействий — сильное, слабое и электромагнитное. Гравитационное взаимодействие по-прежнему описывают в терминах ОТО. Таким образом, в настоящее время фундаментальные взаимодействия описываются двумя общепринятыми теориями: ОТО и СМ. Их объединения пока достичь не удалось из-за трудностей создания теории квантовой гравитации.

Поиск Новой физики[править | править вики-текст]

Как сказано выше, СМ не может считаться окончательной теорией элементарных частиц. Она должна быть частью некоторой более глубокой теории строения микромира, той частью, которая видна в экспериментах на коллайдерах при энергиях ниже примерно 1 ТэВ. Такие теории коллективно называют «Новая физика» или «За пределами Стандартной модели». Главная задача Большого адронного коллайдера — получить хотя бы первые намеки на то, что это более глубокая теория[7].

Для дальнейшего объединения фундаментальных взаимодействий в одной теории используются различные подходы: теория струн, получившая своё развитие в М-теории (теории бран), теория супергравитации, петлевая квантовая гравитация и др. Некоторые из них имеют внутренние проблемы, и ни у одной из них нет экспериментального подтверждения. Проблема в том, что для проведения соответствующих экспериментов нужны энергии, недостижимые на современных ускорителях заряженных частиц.

БАК позволит провести эксперименты, которые ранее были невозможны и, вероятно, подтвердит или опровергнет часть этих теорий. Так, существует целый спектр физических теорий с размерностями больше четырёх, которые предполагают существование «суперсимметрии» — например, теория струн, которую иногда называют теорией суперструн именно из-за того, что без суперсимметрии она утрачивает физический смысл. Подтверждение существования суперсимметрии, таким образом, будет косвенным подтверждением истинности этих теорий.

Изучение топ-кварков[править | править вики-текст]

Топ-кварк — самый тяжёлый кварк и, более того, это самая тяжёлая из открытых пока элементарных частиц. Согласно последним результатам Тэватрона[8], его масса составляет 173,1 ± 1,3 ГэВ/c². Из-за своей большой массы топ-кварк до сих пор наблюдался пока лишь на одном ускорителе — Тэватроне, на других ускорителях просто не хватало энергии для его рождения. Кроме того, топ-кварки интересуют физиков не только сами по себе, но и как «рабочий инструмент» для изучения бозона Хиггса. Один из наиболее важных каналов рождения бозона Хиггса в БАК — ассоциативное рождение вместе с топ-кварк-антикварковой парой. Для того, чтобы надёжно отделять такие события от фона, предварительно необходимо изучение свойств самих топ-кварков.

Изучение механизма электрослабой симметрии[править | править вики-текст]

Диаграммы Фейнмана, показывающие возможные варианты рождения W- и Z-бозонов, которые в совокупности образуют нейтральный бозон Хиггса

Одной из основных целей проекта является экспериментальное доказательство существования бозона Хиггса — частицы, предсказанной шотландским физиком Питером Хиггсом в 1964 году в рамках Стандартной модели. Бозон Хиггса является квантом так называемого поля Хиггса, при прохождении через которое частицы испытывают сопротивление, представляемое нами как поправки к массе[9]. Сам бозон нестабилен и имеет большу́ю массу (более 120 ГэВ/c²). На самом деле, физиков интересует не столько сам бозон Хиггса, сколько хиггсовский механизм нарушения симметрии электрослабого взаимодействия.

Изучение кварк-глюонной плазмы[править | править вики-текст]

Ожидается, что примерно один месяц в год будет проходить в ускорителе в режиме ядерных столкновений. В течение этого месяца коллайдер будет разгонять и сталкивать в детекторах не протоны, а ядра свинца. При неупругом столкновении двух ядер на ультрарелятивистских скоростях на короткое время образуется и затем распадается плотный и очень горячий комок ядерного вещества. Понимание происходящих при этом явлений (переход вещества в состояние кварк-глюонной плазмы и её остывание) нужно для построения более совершенной теории сильных взаимодействий, которая окажется полезной как для ядерной физики, так и для астрофизики.

Моделирование процесса рождения бозона Хиггса в детекторе CMS

Поиск суперсимметрии[править | править вики-текст]

Первым значительным научным достижением экспериментов на БАК может стать доказательство или опровержение «суперсимметрии» — теории, гласящей, что любая элементарная частица имеет гораздо более тяжёлого партнера, или «суперчастицу».

Изучение фотон-адронных и фотон-фотонных столкновений[править | править вики-текст]

Электромагнитное взаимодействие частиц описывается как обмен (в ряде случаев виртуальными) фотонами. Другими словами, фотоны являются переносчиками электромагнитного поля. Протоны электрически заряжены и окружены электростатическим полем, соответственно это поле можно рассматривать как облако виртуальных фотонов. Всякий протон, особенно релятивистский протон, включает в себя облако виртуальных частиц как составную часть. При столкновении протонов между собой взаимодействуют и виртуальные частицы, окружающие каждый из протонов. Математически процесс взаимодействия частиц описывается длинным рядом поправок, каждая из которых описывает взаимодействие посредством виртуальных частиц определённого типа (см.: диаграммы Фейнмана). Таким образом, при исследовании столкновения протонов косвенно изучается и взаимодействие вещества с фотонами высоких энергий, представляющее большой интерес для теоретической физики[10]. Также рассматривается особый класс реакций — непосредственное взаимодействие двух фотонов, которые могут столкнуться как со встречным протоном, порождая типичные фотон-адронные столкновения, так и друг с другом.

В режиме ядерных столкновений, из-за большого электрического заряда ядра, влияние электромагнитных процессов имеет ещё большее значение.

Проверка экзотических теорий[править | править вики-текст]

Теoретики в конце XX века выдвинули огромное число необычных идей относительно устройства мира, которые все вместе называются «экзотическими моделями». Сюда относятся теории с сильной гравитацией на масштабе энергий порядка 1 ТэВ, модели с большим количеством пространственных измерений, преонные модели, в которых кварки и лептоны сами состоят из частиц, модели с новыми типами взаимодействия. Дело в том, что накопленных экспериментальных данных оказывается всё ещё недостаточно для создания одной-единственной теории. А сами все эти теории совместимы с имеющимися экспериментальными данными. Поскольку в этих теориях можно сделать конкретные предсказания для БАК, экспериментаторы планируют проверять предсказания и искать следы тех или иных теорий в своих данных. Ожидается, что результаты, полученные на ускорителе, смогут ограничить фантазию теоретиков, закрыв некоторые из предложенных построений.

Другое[править | править вики-текст]

Также ожидается обнаружение физических явлений вне рамок Стандартной Модели. Планируется исследование свойств W и Z-бозонов, ядерных взаимодействий при сверхвысоких энергиях, процессов рождения и распадов тяжёлых кварков (b и t).

Технические характеристики[править | править вики-текст]

Подземный зал, в котором смонтирован детектор ATLAS (октябрь 2004 года)
Детектор ATLAS в процессе сборки (февраль 2006 года)
Регистрация частиц, образовавшихся после столкновения в детекторе CMS

В ускорителе предполагается сталкивать протоны с суммарной энергией 14 ТэВ (то есть 14 тераэлектронвольт или 14·1012 электронвольт) в системе центра масс налетающих частиц, а также ядра свинца с энергией 5 ГэВ (5·109 электронвольт) на каждую пару сталкивающихся нуклонов. На начало 2010 года БАК уже несколько превзошел по энергии протонов предыдущего рекордсмена — протон-антипротонный коллайдер Тэватрон, который до конца 2011 года работал в Национальной ускорительной лаборатории им. Энрико Ферми (США). Несмотря на то, что наладка оборудования растягивается на годы и ещё не завершена, БАК уже стал самым высокоэнергичным ускорителем элементарных частиц в мире, на порядок превосходя по энергии остальные коллайдеры, в том числе и релятивистский коллайдер тяжёлых ионов RHIC, работающий в Брукхейвенской лаборатории (США).

Светимость БАК во время первых недель работы пробега была не более 1029 частиц/см²·с, тем не менее она продолжает постоянно повышаться. Целью является достижение номинальной светимости в 1,7·1034 частиц/см²·с, что по порядку величины соответствует светимостям BaBar (SLAC, США) и Belle (KEK, Япония).

Ускоритель расположен в том же туннеле, который прежде занимал Большой электрон-позитронный коллайдер. Туннель с длиной окружности 26,7 км проложен под землёй на территории Франции и Швейцарии. Глубина залегания туннеля — от 50 до 175 метров, причём кольцо туннеля наклонено примерно на 1,4 % относительно поверхности земли. Для удержания, коррекции и фокусировки протонных пучков используются 1624 сверхпроводящих магнита, общая длина которых превышает 22 км. Магниты работают при температуре 1,9 K (−271 °C), что немного ниже температуры перехода гелия в сверхтекучее состояние.

Российские учёные принимали активное участие как в строительстве самого БАК, так и в создании всех работающих на нём детекторов[11].

Детекторы[править | править вики-текст]

На БАК работают 4 основных и 3 вспомогательных детектора:

  • ALICE (A Large Ion Collider Experiment)
  • ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS)
  • CMS (Compact Muon Solenoid)
  • LHCb (The Large Hadron Collider beauty experiment)
  • TOTEM (TOTal Elastic and diffractive cross section Measurement)
  • LHCf (The Large Hadron Collider forward)
  • MoEDAL (Monopole and Exotics Detector At the LHC).

ATLAS, CMS, ALICE, LHCb — большие детекторы, расположенные вокруг точек столкновения пучков. Детекторы TOTEM и LHCf — вспомогательные, находятся на удалении в несколько десятков метров от точек пересечения пучков, занимаемых детекторами CMS и ATLAS соответственно, и будут использоваться попутно с основными.

Детектор CMS

Детекторы ATLAS и CMS — детекторы общего назначения, предназначены для поиска бозона Хиггса и «нестандартной физики», в частности тёмной материи, ALICE — для изучения кварк-глюонной плазмы в столкновениях тяжёлых ионов свинца, LHCb — для исследования физики b-кварков, что позволит лучше понять различия между материей и антиматерией, TOTEM — предназначен для изучения рассеяния частиц на малые углы, таких что происходит при близких пролётах без столкновений (так называемые несталкивающиеся частицы, forward particles), что позволяет точнее измерить размер протонов, а также контролировать светимость коллайдера, и, наконец, LHCf — для исследования космических лучей, моделируемых с помощью тех же несталкивающихся частиц[12].

С работой БАК связан также седьмой, совсем незначительный в плане бюджета и сложности, детектор (эксперимент) MoEDAL[13], предназначенный для поиска медленно движущихся тяжёлых частиц.

Во время работы коллайдера столкновения проводятся одновременно во всех четырёх точках пересечения пучков, независимо от типа ускоряемых частиц (протоны или ядра). При этом все детекторы одновременно набирают статистику.

Процесс ускорения частиц в коллайдере[править | править вики-текст]

Скорость частиц в БАК на встречных пучках близка к скорости света в вакууме. Разгон частиц до таких больших энергий достигается в несколько этапов. На первом этапе низкоэнергетичные линейные ускорители Linac 2 и Linac 3 производят инжекцию протонов и ионов свинца для дальнейшего ускорения. Затем частицы попадают в PS-бустер и далее в сам PS (протонный синхротрон), приобретая энергию в 28 ГэВ. При этой энергии они уже движутся со скоростью близкой к световой. После этого ускорение частиц продолжается в SPS (протонный суперсинхротрон), где энергия частиц достигает 450 ГэВ. Затем сгусток протонов[14] направляют в главное 26,7-километровое кольцо, доводя энергию протонов до максимальных 7 ТэВ, и в точках столкновения детекторы фиксируют происходящие события. Два встречных пучка протонов при полном заполнении могут содержать 2808 сгустков каждый. На начальных этапах отладки процесса ускорения циркулируют лишь по одному сгустку в пучке длиной несколько сантиметров и небольшого поперечного размера. Затем начинают увеличивать количество сгустков. Сгустки располагаются в фиксированных позициях относительно друг друга, которые синхронно движутся вдоль кольца. Сгустки в определённой последовательности могут сталкиваться в четырёх точках кольца, где расположены детекторы частиц[15].

Кинетическая энергия всех сгустков адронов в БАКе при полном его заполнении сравнима с кинетической энергией реактивного самолета, хотя масса всех частиц не превышает нанограмма и их даже нельзя увидеть невооружённым глазом. Такая энергия достигается за счёт скорости частиц, близкой к скорости света[16]. Скорость протонов с энергией 7 ТэВ всего на 3 метра в секунду меньше, чем скорость света (c).[17]

Сгустки проходят полный круг ускорителя быстрее, чем за 0,0001 сек, совершая, таким образом, свыше 10 тыс. оборотов в секунду[18].

Потребление энергии[править | править вики-текст]

Во время работы коллайдера расчётное потребление энергии составит 180 МВт. Предположительные энергозатраты всего ЦЕРН на 2009 год с учётом работающего коллайдера — 1000 ГВт·ч, из которых 700 ГВт·ч придётся на долю ускорителя. Эти энергозатраты — около 10 % от суммарного годового энергопотребления кантона Женева. Сам ЦЕРН не производит энергию, имея лишь резервные дизельные генераторы.

Вопросы безопасности[править | править вики-текст]

Значительная доля внимания со стороны представителей общественности и СМИ связана с обсуждением катастроф, которые могут произойти в связи с функционированием БАК. Наиболее часто обсуждается опасность возникновения микроскопических чёрных дыр с последующей цепной реакцией захвата окружающей материи, а также угроза возникновения страпелек, гипотетически способных преобразовать в страпельки всю материю Вселенной[19].

Строительство и эксплуатация[править | править вики-текст]

27-километровый подземный тоннель, предназначенный для размещения ускорителя БАК

Строительство[править | править вики-текст]

Идея проекта Большого адронного коллайдера родилась в 1984 году и была официально одобрена десятью годами позже. Его строительство началось в 2001 году, после окончания работы предыдущего ускорителя — Большого электрон-позитронного коллайдера.

Руководитель проекта — Линдон Эванс.

  • 19 ноября 2006 года закончено строительство специальной криогенной линии для охлаждения магнитов.
  • 27 ноября 2006 года в туннеле был установлен последний сверхпроводящий магнит.

Испытания и эксплуатация[править | править вики-текст]

2008 год[править | править вики-текст]

Детектор ATLAS, ноябрь 2006 года
  • 11 августа успешно завершена первая часть предварительных испытаний[20]. Во время испытаний пучок заряженных частиц прошёл чуть более трёх километров по одному из колец БАК.
  • 10 сентября был произведён официальный запуск коллайдера[21][22]. Запущенные пучки протонов успешно прошли весь периметр коллайдера по и против часовой стрелки[23].
  • 12 сентября команде БАК удалось запустить и непрерывно удерживать циркулирующий пучок. На этом задача по установлению циркулирующего пучка завершилась, и физики приступили к подробным тестам магнитной системы[24].
  • 19 сентября в ходе тестов магнитной системы сектора 3-4 (34) произошла авария, в результате которого БАК вышел из строя[25]. Один из электрических контактов между сверхпроводящими магнитами расплавился под действием возникшей из-за увеличения силы тока электрической дуги, которая пробила изоляцию гелиевой системы охлаждения (криогенной системы), что привело к деформации конструкций, загрязнению внутренней поверхности вакуумной трубы частичками металла, а также выбросу около 6 тонн жидкого гелия в туннель. Ремонт коллайдера занял остаток 2008 и бо́льшую часть 2009 года.
  • 21 октября состоялась торжественная церемония официального открытия (инаугурация) БАК[26].

2009 год[править | править вики-текст]

  • 20 ноября, впервые после аварии 19 сентября 2008 года, пучок протонов успешно прошёл по всему кольцу коллайдера[27].
  • 29-30 ноября учёные довели энергию каждого из пучков протонов до значения 1180 ГэВ. Таким образом, БАК стал самым мощным ускорителем протонов в мире[28].
  • 9 декабря состоялись столкновения пучков протонов на достигнутой в конце ноября рекордной энергии — 2,36 ТэВ (= 2 × 1180 ГэВ)[29].

2010 год[править | править вики-текст]

  • 30 марта энергия пучка протонов доведена до 3,5 ТэВ, состоялись столкновения протонов с суммарной энергией 7 ТэВ[30]. Начался первый длительный сеанс научной работы БАК.
  • 4 ноября закончились эксперименты в 2010 году в режиме протон-протонных столкновений[31]. Коллайдер переведен в режим столкновения тяжёлых ионов (ионов свинца)[32][33]. Первые тестовые запуски ионных сгустков начались во второй половине дня[34].
  • 7 ноября начались и продолжались один месяц столкновения ядер с полной энергией 5,74 ТэВ[34].

2011 год[править | править вики-текст]

  • 22 апреля на БАК установлен мировой рекорд пиковой светимости для адронных коллайдеров — 4,67·1032 см−2·сек−1. Предыдущий рекорд был установлен ускорителем Тэватрон в 2010 году, тогда светимость составила 4,02·1032см−2·сек−1[35].
  • 17 июня светимость, набранная ATLAS и CMS за 2010—2011 годы, превысила 1 фбн−1[36][37].
  • 15 ноября начата трёхнедельная программа столкновений ионов свинца.

2012 год[править | править вики-текст]

  • 16 марта протоны впервые разогнаны до энергии 4 ТэВ[38].
  • В сентябре были проведены пробные протон-ионные столкновения[39].
  • 17 декабря успешно завершён первый этап протонных столкновений[40][41].

2013 год[править | править вики-текст]

В начале 2013 года были проведены серии протон-ионных столкновений[40][39].

14 февраля 2013 года коллайдер был остановлен для модернизации до конца 2014 года.

Планы развития[править | править вики-текст]

На лето 2013 г. коллайдер остановлен на плановые технические работы. Планируется увеличить энергию столкновения протонов с нынешних 8 ТэВ до 13-14 ТэВ и установить дополнительное оборудование на детекторах ALICE, ATLAS, CMS, LHCb. В 2015 году эксперименты будут продолжены.[40][42][43]

После того, как БАК выйдет на проектную энергию и светимость, принято решение к 2020 году провести модернизацию каскада предварительных ускорителей, в первую очередь SPS, а также провести ряд других работ, что позволит заметно повысить светимость коллайдера (ранее проект назывался Super-LHC[44], сейчас проект называется HL-LHC[45]).

Также обсуждается возможность проведения столкновений протонов и электронов (проект LHeC)[46]. Для этого потребуется пристроить линию ускорения электронов. Обсуждаются два варианта: пристройка линейного ускорителя электронов и размещение кольцевого ускорителя в том же тоннеле, что и LHC. Ближайшим из реализованных аналогов LHeC является немецкий электрон-протонный коллайдер HERA. Отмечается, что в отличие от протон-протонных столкновений, рассеяние электрона на протоне — это очень «чистый» процесс, позволяющий изучать партонную структуру протона намного внимательнее и аккуратнее.

В планах на очень отдалённую перспективу обсуждается демонтаж большинства деталей БАК и использование освободившегося тоннеля и инфраструктуры для коллайдера нового поколения. Это могло бы повысить энергию на пучок протонов до 16 ТэВ.[45]

Считается что проект проработает до 2034, но уже в 2014 физики ЦЕРНа начали подготовку к реализации иных коллайдеров, их мощность будет в 10 раз больше[47].

Распределённые вычисления[править | править вики-текст]

Для управления, хранения и обработки данных, которые будут поступать с ускорителя БАК и детекторов, создаётся распределённая вычислительная сеть LCG (англ. LHC Computing GRID), использующая технологию грид. Для определённых вычислительных задач (расчет и корректировка параметров магнитов путем моделирования движения протонов в магнитном поле) задействован проект распределённых вычислений LHC@home. Также рассматривалась возможность использования проекта LHC@home для обработки полученных экспериментальных данных, однако основные сложности связаны с большим объёмом информации, необходимым для передачи на удаленные компьютеры (сотни гигабайт). В рамках проекта распределенных вычислений LHC@Home 2.0 (Test4Theory) производится моделирование столкновений пучков протонов с целью сопоставления полученных модельных и экспериментальных данных.

Научные результаты[править | править вики-текст]

Благодаря большей энергии по сравнению с предшествовавшими коллайдерами, БАК позволил «заглянуть» в недоступную ранее область энергий и получить научные результаты, накладывающие ограничения на ряд теоретических моделей.

Краткий перечень научных результатов, полученных на коллайдере[48]:

  • открыт Бозон Хиггса, его масса определена как 125,3 ± 0,6 ГэВ[49][50];
  • при энергиях до 8 ТэВ изучены основные статистические характеристики протонных столкновений — количество рождённых адронов, их распределение по быстроте, бозе-эйнштейновские корреляции мезонов, дальние угловые корреляции, вероятность остановки протона;
  • показано отсутствие асимметрии протонов и антипротонов[51];
  • обнаружены необычные корреляции протонов, вылетающих в существенно разных направлениях[52];
  • получены ограничения на возможные контактные взаимодействия кварков[53];
  • получены более веские, по сравнению с предыдущими экспериментами[54], признаки возникновения кварк-глюонной плазмы в ядерных столкновениях[55];
  • исследованы события рождения адронных струй;
  • подтверждено существование топ-кварка, ранее наблюдавшегося только на Тэватроне;
  • обнаружено два новых канала распада Bs-мезонов[56][57], получены оценки вероятностей сверхредких распадов B- и Bs-мезонов на мюон-антимюонные пары[58][59][60];
  • открыты новые, теоретически предсказанные частицы \chi_b(3P)[61], \Xi_{b}^{*0}[62], \Lambda_b^{0*}(5912) и \Lambda_b^{0*}(5920)[63];
  • получены первые данные протон-ионных столкновений на рекордной энергии[39], обнаружены угловые корреляции, ранее наблюдавшиеся в протон-протонных столкновениях[64][65];
  • объявлено о наблюдении частицы Y(4140), ранее наблюдавшейся лишь на Тэватроне в 2009 г[66].

Также, были предприняты попытки обнаружить следующие гипотетические объекты[67]:

Несмотря на безуспешный итог поиска указанных объектов, были получены более строгие ограничения на минимально возможную массу каждого из них. По мере накопления статистики, ограничения на минимальную массу перечисленных объектов становятся жестче.

Прочие результаты
  • Результаты работы эксперимента LHCf, работавшего в первые недели после запуска БАК, показали, что энергетическое распределение фотонов в области от нуля до 3,5 ТэВ плохо описывается программами, моделирующими данный процесс, приводя к расхождениям между реальными и модельными данными в 2-3 раза (для самой высокой энергии фотонов, от 3 до 3,5 ТэВ, все модели дают предсказания, почти на порядок превышающие реальные данные)[73].
  • 15 ноября 2012 коллаборацией CMS было объявлено о наблюдении частицы Y(4140) с массой 4148,2 ± 2.0 (стат) ± 4,6 (сист) МэВ/c2 (статистическая значимость более 5σ), ранее наблюдавшейся лишь на Тэватроне в 2009 г. Наблюдения сделаны в ходе обработки статистики 5,2 фб−1 столкновений протонов на энергии 7 ТэВ. Наблюдаемый распад данной частицы на J/ψ-мезон и Фи-мезон не описывается в рамках Стандартной модели[66][74].

Финансирование проекта[править | править вики-текст]

В 2001 году ожидалось, что общая стоимость проекта составит около 4,6 млрд швейцарских франков (3 млрд евро) за сам ускоритель (без детекторов) и 1,1 млрд швейцарских франков (700 млн евро) составит доля ЦЕРН в проведении экспериментов (то есть в строительстве и обслуживании детекторов)[75].

Строительство БАК было одобрено в 1995 году с бюджетом 2,6 млрд швейцарских франков (1,6 млрд евро) и дополнительными 210 млн швейцарских франков (140 млн евро) на эксперименты. В 2001 году эти расходы были увеличены на 480 млн франков (300 млн евро) в части ускорителя и 50 млн франков (30 млн евро) в части экспериментов (расходы, относящиеся непосредственно к ЦЕРН), что вследствие сокращения бюджета ЦЕРН привело к сдвигу планируемых сроков введения с 2005 года на апрель 2007 года[76].

Бюджет проекта по состоянию на ноябрь 2009 года составил 6 млрд долл. — столько было инвестировано в строительство установки, которое продолжалось семь лет. Ускоритель частиц создавался под руководством ЦЕРН. В проекте задействовано 700 специалистов из России. Общая стоимость заказов, которые получили российские предприятия, по некоторым оценкам достигает 120 млн долл.[77]

Официальная стоимость проекта БАК не включает стоимость ранее существовавших в ЦЕРН инфраструктуры и наработок. Так, основное оборудование БАК смонтировано в тоннеле ранее существовавшего коллайдера LEP, при этом использовалось многокилометровое кольцо SPS в качестве предварительного ускорителя. Если бы БАК пришлось строить с нуля, его стоимость оказалась бы заметно выше.

В искусстве[править | править вики-текст]

  • В книге фантаста Макса Острогина «Большая Красная Кнопка» рассказывается о наступлении апокалипсиса после включения на полную мощность Коллайдера
  • В ЦЕРН есть филк-группа Les Horribles Cernettes, аббревиатура которой совпадает с аббревиатурой БАК (LHC). Первая песня этого коллектива «Collider» была посвящена парню, который забыл о своей девушке, будучи увлечён созданием коллайдера.[78]
  • В четвёртом сезоне научно-фантастического телесериала «Лексс» главные герои оказываются на Земле. Обнаруживается, что Земля относится к планетам «типа 13» на последней стадии развития. Планеты типа 13 всегда уничтожают себя сами, в результате войн или неудачного опыта по определению массы бозона Хиггса на сверхмощном ускорителе элементарных частиц.
  • В шестой серии тринадцатого сезона мультсериала «Южный парк» с помощью магнита из Большого адронного коллайдера была достигнута сверхсветовая скорость на конкурсе Дерби соснового леса (Pinewood Derby).
  • В фильме «Ангелы и демоны» антивещество из Большого адронного коллайдера было украдено, и похитители хотели взорвать с помощью него Ватикан.
  • В фильме «Конец света» (производство Би-би-си) последним из четырёх наиболее вероятных сценариев апокалипсиса являлся взрыв при запуске новейшего ускорителя элементарных частиц, повлёкший за собой образование чёрной дыры.
  • В 13 серии 1 сезона научно-фантастического сериала «Одиссея 5» главные герои попадают в ЦЕРН, где местные учёные и сотрудники уверяют, что БАК полностью безопасен, основываясь на предварительных расчётах. Однако, как выяснилось позже, одна из форм киберразума взломала и проникла в главный компьютер ЦЕРН и подделала общие расчёты. Выяснив это, основываясь на новых верных расчетах, учёные выясняют, что появляется большая вероятность появления страпелек в коллайдере, что неизбежно приведёт к концу света.
  • В научно-популярном сериале «Жизнь после людей» через 5-10 лет после исчезновения людей коллайдер будет затоплен грунтовыми водами, а через 125 лет окончательно разрушится из-за коррозии. Остатки коллайдера станут кольцевым озером. Никакой опасности от коллайдера не будет, поскольку уже в первые дни после исчезновения людей отключится электроснабжение.[источник не указан 1129 дней]
  • В фильме «Железный человек 2» Тони Старк построил ускоритель заряженных частиц (миниатюрное подобие БАКа) для создания нового элемента, который стал безвредной заменой палладию.
  • В фильме «Бросок кобры» с помощью БАКа заряжают боеголовки.[источник не указан 1100 дней]
  • В испанском телесериале «Ковчег» как и его русской адаптации «Корабль» показываются катастрофические события после взрыва.
  • В визуальной новелле и аниме «Steins;Gate» несколько раз упоминался БАК.
  • В мультсериале «Футурама» профессор Фарнсворт покупает коллайдер в «ПИкее». Через некоторое время он заявляет: «Суперколлайдер супервзорвался».
  • В книге Джо Холдемана «Бесконечный мир» описывается в том числе процесс создания гигантского ускорителя, запуск которого должен привести к большому взрыву, который породит новую вселенную, уничтожив при этом существующую.
  • В компьютерной игре «Эврика!» одной из целей является возвращение БАКа на Землю.
  • В 2009 году Николай Полисский вместе с Никола-Ленивецкими промыслами сделал в центральном пространстве Музея современного искусства Люксембурга MUDAM инсталляцию из дерева и лозы, названную им «Большой адронный коллайдер»[79].
  • Адронный коллайдер можно построить в игре «Rise of Nations».
  • БАК упоминался в первой серии пятого сезона сериала Во все тяжкие.
  • В телесериале «Теория большого взрыва» главные герои-физики часто упоминают БАК как место, где они очень хотели бы побывать. Причем нескольким всё-таки удалось побывать в Швейцарии и увидеть его.
  • В телесериалах «Ковчег» и «Корабль» запуск адронного коллайдера привёл к глобальной катастрофе, вследствие которого жизнь на земле, как и сама земля, была уничтожена.
Научно-популярные фильмы
  • «BBC: Машина Большого Взрыва» (англ. The Big Bang Machine) — научно-популярный фильм, Би-би-си, 2008 год.
  • «Большой адронный коллайдер. Братство кольца» — научно-популярный фильм, 5 канал, 2010 год.
  • «BBC. Horizon: Охота за бозоном Хиггса — спецвыпуск» / (англ. The Hunt for the Higgs — A Horizon Special) — научно-популярный фильм, 2012 год.
  • «Наука 2.0. Точка взаимодействия. ЦЕРН» — научно-популярный фильм, ВГТРК, 2012 год.

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Roger Highfield. Large Hadron Collider: Thirteen ways to change the world. Telegraph (16 сентября 2008). Проверено 6 декабря 2010. Архивировано из первоисточника 4 ноября 2012.
  2. The ultimate guide to the LHC (англ.) P. 30.
  3. LHC: ключевые факты. Элементы.ру. Проверено 28 декабря 2010. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011.
  4. Google Street View позволяет виртуально погулять по Большому адронному коллайдеру. Элементы.ру (27 сентября 2013). Проверено 30 сентября 2013.
  5. The ultimate guide to the LHC (англ.) P. 22-25.
  6. Задачи, стоящие перед LHC. Элементы.ру. Проверено 28 декабря 2010. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011.
  7. За пределами Стандартной модели
  8. Tevatron Electroweak Working Group, Top Subgroup
  9. Хиггсовский механизм нарушения электрослабой симметрии. Элементы.ру. Проверено 28 декабря 2010. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011.
  10. Многоликий протон. Элементы.ру. Проверено 28 декабря 2010. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011.
  11. «Ящик Пандоры» открывается. Вести.ру (9 сентября 2008). Проверено 12 сентября 2008. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011.
  12. The LHC experiments. ЦЕРН. Проверено 15 сентября 2008. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011.
  13. На LHC будет вестись эксперимент по поиску монополей. Элементы.ру (21 марта 2010). Проверено 28 декабря 2010. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011.
  14. Протонный пучок не является однородным непрерывным «лучом». Он разбит на отдельные сгустки протонов, которые летят друг за другом на строго определённом расстоянии. Каждый сгусток — это тончайшая «протонная иголка» длиной несколько десятков сантиметров и толщиной в доли миллиметра. В максимуме производительности БАКа каждый из двух встречных пучков будет состоять из 2808 сгустков, идущих друг за другом на расстоянии в несколько метров, а в каждом сгустке будет примерно по 100 миллиардов протонов. Подробнее см. Протонные пучки в LHC Элементы.ру
  15. Протонные пучки в LHC. Элементы.ру. Проверено 28 декабря 2010. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011.
  16. Удивительный мир внутри атомного ядра. Элементы.ру. Проверено 28 декабря 2010. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011.
  17. LHC: How Fast do These Protons Go?. yogiblog. Проверено 29 октября 2008.
  18. Устройство LHC. Элементы.ру. Проверено 28 декабря 2010. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011.
  19. The Potential for Danger in Particle Collider Experiments (англ.)
  20. LHC synchronization test successful (англ.)
  21. LHC milestone day gets off to fast start.  ???. Проверено 12 сентября 2008. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011.
  22. First beam in the LHC — accelerating science. ЦЕРН. Проверено 12 сентября 2008. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011.
  23. Mission complete for LHC team.  ???. Проверено 12 сентября 2008. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011.
  24. На LHC запущен стабильно циркулирующий пучок. Элементы.ру (12 сентября 2008). Проверено 28 декабря 2010. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011.
  25. Происшествие на Большом адронном коллайдере задерживает эксперименты на неопределённый срок. Элементы.ру (19 сентября 2008). Проверено 7 января 2011. Архивировано из первоисточника 23 августа 2011.
  26. LHC Inauguration
  27. CERN: We have completed the ring!
  28. Пучки протонов в БАК разогнали до рекордной энергии. Lenta.ru (30 ноября 2009). Проверено 13 августа 2010. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011.
  29. Рекордная энергия столкновений протонов достигнута на коллайдере РИА Новости
  30. Столкновения протонов на рекордной энергии 7 ТэВ произошли в БАК. РИА Новости (30 марта 2010). Проверено 13 августа 2010. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011.
  31. Результаты работы LHC в 2010 году
  32. Заканчивается работа с протонными пучками в 2010 году. Элементы.ру (1 ноября 2011). Проверено 28 декабря 2010. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011.
  33. The LHC enters a new phase ЦЕРН, 4 ноября 2010
  34. 1 2 На LHC начались столкновения тяжёлых ядер. Элементы.ру (7 ноября 2011). Проверено 28 декабря 2010. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011.
  35. БАК установил рекорд по светимости пучков. Lenta.ru (22 апреля 2011). Проверено 21 июня 2011. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011.
  36. LHC выполнил задачу-минимум на 2011 год. Элементы.ру (15 июня 2011). Проверено 21 июня 2011. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011.
  37. LHC achieves 2011 data milestone. Press.web.cern.ch (17 июня 2011). Проверено 21 июня 2011. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011.
  38. Новости Большого адронного коллайдера
  39. 1 2 3 Элементы — новости науки: Коллаборация ALICE представила первые данные по протон-ядерным столкновениям
  40. 1 2 3 CERN: The first LHC protons run ends with new milestone
  41. Lenta.ru: Ученые остановили БАК на плановое обслуживание
  42. Symmetry: Scientists already planning for LHC long shutdown
  43. Long Shutdown 1: Exciting times ahead | CERN. Проверено 14 февраля 2013. Архивировано из первоисточника 15 февраля 2013.
  44. Super-SPS
  45. 1 2 HL-LHC
  46. Будущий электрон-протонный коллайдер на базе LHC. Элементы.ру (27 августа 2008). Проверено 28 декабря 2010. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011.
  47. Физики ЦЕРНа обдумывают план нового гигантского коллайдера. Майл.ру (6 февраля 2014). Проверено 7 февраля 2014. Архивировано из первоисточника 7 февраля 2014.
  48. Результаты работы LHC в 2010 году. Элементы.ру. Проверено 28 декабря 2010. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011.
  49. Элементы — новости науки: В ЦЕРНе объявлено об открытии хиггсовского бозона
  50. CERN Press Release
  51. Результаты ALICE по асимметрии протонов и антипротонов ставят точку в давнем споре. Элементы.ру. Проверено 28 декабря 2010. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011.
  52. Детектор CMS обнаружил необычные корреляции частиц. Элементы.ру. Проверено 28 декабря 2010. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011.
  53. Детектор СMS улучшил ограничение ATLAS на существование контактных взаимодействий. Элементы.ру. Проверено 28 декабря 2010. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011.
  54. Подобные исследования проводились и ранее на коллайдере RHIC, и иногда в столкновениях на RHIC удавалось получить косвенные признаки возникновения кварк-глюонной плазмы, но результаты экспериментов БАК выглядят заметно более убедительно.
  55. Детектор ATLAS зарегистрировал дисбаланс струй в ядерных столкновениях. Элементы.ру. Проверено 28 декабря 2010. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011.
  56. LHCb Collaboration. First observation of B0s → J/ψ f0(980) decays // Physics Letters B. — 2011. — Т. 698. — № 2. — С. 115—122. — DOI:10.1016/j.physletb.2011.03.006 — arΧiv:1102.0206
  57. LHCb Collaboration. First observation of Bs → D_{s2}^{*+} X μ ν decays // Physics Letters B. — 2011. — Т. 698. — № 1. — С. 14-20. — DOI:10.1016/j.physletb.2011.02.039 — arΧiv:1102.0348
  58. Элементы — новости науки: Детектор LHCb видит важнейший сверхредкий распад Bs-мезонов
  59. http://kds.kek.jp/getFile.py/access?contribId=61&sessionId=25&resId=0&materialId=slides&confId=9237
  60. First evidence of the $B^0_s \to \mu^+\mu^-$ decay — CERN Document Server
  61. arΧiv:1112.5154v1
  62. arΧiv:1204.5955
  63. arΧiv:1205.3452
  64. Элементы — новости науки: Коллаборация CMS видит корреляции в протон-ядерных столкновениях
  65. arΧiv:1210.5482v2
  66. 1 2 New particle-like structure confirmed at the LHC | symmetry magazine
  67. Поиск экзотических частиц: результаты
  68. Микроскопических чёрных дыр на LHC не видно. Элементы.ру (16 декабря 2010). Проверено 28 декабря 2010. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011.
  69. Детектор ATLAS искал, но не нашёл возбуждённые кварки. Элементы.ру (19 августа 2010). Проверено 28 декабря 2010. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011.
  70. Коллаборация CMS обнародовала первые результаты по поиску суперсимметрии. Элементы.ру (19 декабря 2010). Проверено 28 декабря 2010. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011.
  71. Поиск лептокварков дал отрицательный результат. Элементы.ру (26 декабря 2010). Проверено 28 декабря 2010. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011.
  72. Новости Большого адронного коллайдера
  73. Опубликованы первые результаты эксперимента LHCf. Элементы.ру. Проверено 2 мая 2011. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011.
  74. PhysicsResultsBPH11026 < CMSPublic < TWiki
  75. CERN Ask an Expert service. ЦЕРН. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011.
  76. Luciano Maiani. LHC Cost Review to Completion. ЦЕРН (16 октября 2001). Архивировано из первоисточника 24 августа 2011.
  77. Ученые готовятся перезапустить БАК. Business FM (20 ноября 2009). Архивировано из первоисточника 24 августа 2011.
  78. Collider — Les Horribles Cernettes
  79. Попова Юлия. Адронный коллайдер из Николы-Ленивца // Эксперт. — 2009. — № 17—18 (656). — 11 мая.

Литература[править | править вики-текст]

Ссылки[править | править вики-текст]