Полярные сияния -магнитные поля и сверхпроводимость на полюсах планеты
Вместо ускорения одиночных протонов коллайдер разгоняет в 27-километровой вакуумной трубе облачка (сгустки), состоящие из десятков миллиардов протонов. Причем одновременно в ускорителе курсирует около двух с половиной тысяч таких сгустков, разделенных равными интервалами. Когда два таких сгустка встречаются в центре детектора одного из экспериментов, то облачка протонов проходят друг сквозь друга и вероятность столкновения частиц возрастает на много порядков. Именно последствия этих столкновений проливают свет на мир физики элементарных частиц.
Чтобы увеличить вероятность столкновения протонов, казалось бы, нужно всего лишь увеличить плотность протонных облачков. Но здесь есть свои сложности. Во-первых, эти протонные сгустки сами по себе стремятся рассеяться из-за отталкивания одинаково заряженных протонов. Во-вторых, чтобы качественно сфокусировать столь быстрые частицы, необходимы огромные магнитные поля. Только разработка магнитов для современного БАК заняла свыше десяти лет: в состав ускорителя входят свыше девяти тысяч магнитов пятидесяти различных видов. Самые известные из них — дипольные магниты — не участвуют в фокусировке пучка, а лишь удерживают протоны на круговых траекториях ускорителя. Зато более сложные (но имеющие меньшие размеры) квадрупольные, секступольные, октупольные, декапольные магниты как раз предотвращают рассеяние сгустков. Благодаря им облачка протонов сжимаются в точках столкновения пучков до диаметра порядка 16 микрон (размер облачка в нефокусирующем дипольном магните может достигать полутора миллиметров).
Сейчас максимальные поля в магнитах БАК достигают восьми тесла (в сотни тысяч раз больше индукции магнитного поля Земли). Чтобы перейти на новый уровень светимости, эту величину придется увеличить почти в полтора раза — до 11,5 тесла.
Как мы знаем из школьного курса физики, магнитное поле электромагнита зависит от нескольких параметров — силы тока, количества витков и радиуса соленоида. В уже готовом (с точки зрения геометрии магнитов) коллайдере наибольшее пространство для маневра оставляет сила тока. Но надо упомянуть, что уже сейчас в сверхпроводящих обмотках магнитов течет огромный ток в 11 тысяч ампер. Обычные медные провода не подходят для проведения таких огромных токов, особенно в сравнительно компактных магнитах БАК. Но и при использовании сверхпроводящих кабелей, обладающих нулевым электрическим сопротивлением, возникают свои сложности.
Сейчас основной материал магнитов БАК — сверхпроводящий интерметаллид ниобия и титана, полностью теряющий свое электрическое сопротивление при гелиевых температурах. Однако помимо нулевого сопротивления у сверхпроводников 1 рода есть еще одно очень важное свойство — они выталкивают из себя любое внешнее магнитное поле. Это так называемый эффект Мейсснера,
Михаил Новиков: Каждый осведомленный о современном состоянии сверхпроводимости понимает, что критический ток сверхпроводящих проводов обусловлен силой пиннинга, с которой абрикосовские вихри закрепляются на дефектах кристаллической решетки. Поле проникает в сверхпроводник 2-го рода квантами потока (как раз эти самые абрикосовские вихри - токи, которые эти кванты потока экранируют). Когда пондеромоторные силы срывают вихри с центров пиннинга, и они начинают двигаться в поле, возникает диссипация энергии. Она приводит к падению напряжения на сверхпроводнике, а затем и к нагреву с последующим переходом в нормальное состояние.
Способность сверхпроводников выталкивать магнитное поле не безгранична — есть некоторая критическая отметка, при превышении которой магнитное поле проникает в материал и разрушает сверхпроводимость. И это ограничивает максимальные поля в ниобий-титановых сверхпроводящих магнитах. Такая вот квантовая физика в макрообъектах
Именно результат действия эффекта Мейсснера и СВПР в земной коре мы видим, когда разглядываем кольцо Северного или Южного полярного сияния из космоса - выталкивание внешнего магнитного поля из СВПР токов в земной коре и общего магнитного потока на полюсах. Тем же явлением абрикосовских вихрей в атмосфере больших планет возможно является Большое красное пятно на Юпитере или большие воронки земных циклонов и ураганов
К счастью, критические магнитные поля у разных сверхпроводников отличаются. И чтобы увеличить индуктивность новых магнитов БАК, инженеры переходят на новый интерметаллид — ниобий-олово с гораздо лучшими критическими характеристиками. Но в новом сверхпроводнике возникают новые проблемы.
Одно из главных затруднений состоит в том, что ниобий-олово — очень хрупкий материал. Для изготовления магнита необходимо сделать обмотку из ниобий-оловянного провода, что почти наверняка приведет к его повреждению. А любой разрыв или трещина может привести в конечном итоге к аварии, подобной произошедшей в 2008 году и остановившей работу БАК на год. Поэтому инженерам приходится сначала делать обмотку из несверхпроводящего сплава ниобия и олова, и лишь потом преобразовывать его в интерметаллид-сверхпроводник с помощью отжига.
Отсюда возникает вторая проблема — более сложный технологический процесс изготовления сверхпроводника. Ниобий-оловянный сплав требует отжига при 650 градусах Цельсия в течение нескольких дней, чтобы в нем произошел соответствующий фазовый переход. Рабочая температура магнитов — около двух кельвинов. Такой разброс температур, через который приходится пройти магниту при изготовлении и использовании, сильно увеличивает риск возникновения трещин в материалах из-за температурного сжатия и расширения. Из-за таких сложностей при отжиге был разрушен кабель в одном из дорогостоящих прототипов новых магнитов.
а Вам не кажется, что Земля сталкивается не только с такими пришельцами из Дальнего Космоса, как проплывший мимо нас недавно 
