Большой адронный коллайдер
27-километровый подземный туннель, предназначенный для размещения ускорителя LHC.
Подземный зал, в котором будет смонтирован детектор ATLAS. Фотография октября 2004 года, когда работы по постройке детектора только начались.
Первый ускоритель частиц Большого Адронного Коллайдера
Большой адро́нный колла́́йдер (англ. LHC, Large Hadron Collider), строящийся в настоящее время в Европейском центре ядерных исследований CERN (Centre Europeen de Recherche Nucleaire) усилиями физиков всего мира, является ускорителем, предназначенным для ускорения протонов и тяжёлых ионов. Целью проекта LHC
История строительства
Идея проекта LHC родилась в 1984 году и была официально одобрена десятью годами позже. Строительство LHC началось в 2001 году после окончания работы предыдущего большого ускорителя CERN — электрон-позитронного коллайдера LEP (Large Electron-Positron Collider).
На коллайдере LHC 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 5,5 ГэВ (то есть 5,5·109 электронвольт) на каждую пару сталкивающихся нуклонов.
Большой адронный коллайдер строится в существующем туннеле, который прежде занимал LEP. Туннель с длиной окружности 26,7 км проложен на глубине около ста метров на территории Франции и Швейцарии. Для удержания и коррекции протонных пучков используются 1624 сверхпроводящих магнита, общая длина которых превышает 22 км. Последний из них был установлен в туннеле 27 ноября 2006 года. Магниты будут работать при температуре −271 °C. Строительство специальной криогенной линии для охлаждения магнитов закончено 19 ноября 2006 года.
Запуск аппарата планируется 8 июля 2008[1].
Первые тестовые столкновения с энергией 900 ГэВ (так называемый Commission Run) должны быть проведены осенью 2008 года. Отметим, что энергия сталкивающихся пучков во время Commission Run будет в два раза ниже, чем энергия в системе центра масс на коллайдере Tevatron. В конце 2008 года планируется выход на энергию 7 ТэВ, а потом — достижение проектной энергии в 14 ТэВ.
После запуска LHC будет самым высокоэнергичным ускорителем элементарных частиц в мире, почти на порядок превосходя по энергии своих ближайших конкурентов — протон-антипротонный коллайдер Tevatron, который в настоящее время работает в Национальной ускорительной лаборатории им. Э. Ферми (США) и Релятивистский коллайдер тяжёлых ионов RHIC, работающий в Брукхейвенской лаборатории (США).
Технические характеристики
Светимость LHC во время Commission Run составит всего 1029 частиц/см²·с. Это весьма скромная величина. Однако, после запуска LHC для экспериментальных исследований светимость будет постепенно повышаться от начальной 5·1032 частиц/см²·с до номинальной 1,7·1034 частиц/см²·с, что по порядку величины соответствует светимостям современных B-фабрик BaBar (SLAC, США) и Belle (KEK, Япония). Выход на номинальную светимость планируется в 2010 году.
Планируется, что на LHC будут работать четыре детектора: ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS), CMS (Compact Muon Solenoid), LHCb (The Large Hadron Collider beauty experiment) и ALICE (A Large Ion Collider Experiment). Установки ATLAS и CMS предназначены для поиска бозона Хиггса и «нестандартной физики». Детектор LHCb оптимизирован под исследования физики b-кварков, а детектор ALICE для поиска кварк-глюонной плазмы или кварк-глюонной жидкости в столкновениях ионов свинца.
Россия принимает активное участие как в строительстве LHC, так и в создании всех четырёх детекторов, которые должны работать на коллайдере.
Потребление энергии
Во время работы коллайдера расчётное потребление энергии комплексом ЦЕРНа составит 180 МВт. Предположительные энергозатраты ЦЕРНа на 2009 год с учётом работающего коллайдера — 1000 ГВт, из которых 700 ГВт придётся на долю ускорителя. Эти энергозатраты — около 10 % от суммарного энергопотребления кантона Женева. Сам ЦЕРН не производит энергию, имея лишь резервные дизель генераторы.
Распределённые вычисления
Для управления, хранения и обработки данных, которые будут поступать с ускорителя LHC и детекторов, создаётся распределённая вычислительная сеть LCG (LHC Computing GRID), использующая технологию ГРИД. Для определённых вычислительных задач будет задействован проект распределённых вычислений LHC@Home.
Неконтролируемые физические процессы
Некоторые специалисты и представители общественности высказывают опасения, что имеется отличная от нуля вероятность выхода проводимых в коллайдере экспериментов из-под контроля и развития цепной реакции, которая при определённых условиях теоретически может уничтожить всю планету. Точка зрения сторонников катастрофических сценариев, связанных с работой LHC, изложена на сайте[2]. Из-за наличия подобных настроений в отношении проекта LHC иногда расшифровывают как Last Hadron Collider (Последний Адронный Коллайдер).
В этой связи наиболее часто упоминается теоретическая возможность появления в коллайдере микроскопических черных дыр [3], а также теоретическая возможность образования сгустков антиматерии и магнитных монополей с последующей цепной реакцией захвата окружающей материи.
Указанные теоретические возможности были рассмотрены специальной группой CERN, подготовившей соответствующий доклад, в котором все подобные опасения признаются необоснованными [4][5]. Адриан Кент опубликовал научную статью с критикой норм безопасности, которые продвигает CERN, поскольку ожидаемый ущерб (то есть произведение вероятности события на число жертв) является неприемлемым. А именно, при рисках глобальной катастрофы в 1 к 50 миллионам, которая является официальной оценкой CERN, математическое ожидание числа жертв составляет 120 человек, что является неприемлемо высоким по современным нормам безопасности. [6].
В качестве основных аргументов в пользу необоснованности катастрофических сценариев приводятся ссылки на то, что Земля, Луна и другие планеты постоянно бомбардируются потоками космических частиц с гораздо более высокими энергиями. Упоминается также успешная работа ранее введённых в строй ускорителей, включая Релятивистский ионный коллайдер в Брукхейвене. Возможность образования микроскопических чёрных дыр не отрицается специалистами CERN, однако при этом заявляется, что такие объекты не могут возникать при энергиях коллайдера LHC в нашем четырёхмерном пространстве, так как для этого потребуется энергия большая на 16 порядков по сравнению с энергией пучков LHC. Гипотетические микроскопические чёрные дыры могут появляться в экспериментах на LHC в предсказаниях теорий с дополнительными пространственными измерениями. Такие теории пока не имеют каких-либо экспериментальных подтверждений. Однако, даже если черные дыры будут возникать при столкновении частиц на LHC, предполагается, что они будут чрезвычайно неустойчивыми вследствие излучения Хокинга и будут практически мгновенно испаряться в виде обычных частиц.
21 марта 2008 года в федеральный окружной суд Гавайев был подан иск[7] Уолтера Вагнера (Walter L. Wagner) и Луиса Санчо (Luis Sancho), в котором они, обвиняя CERN в попытке устроить конец света, требуют запретить запуск коллайдера до тех пор, пока не будет гарантирована его безопасность
