5 фактов о Большом Адронном Коллайдере
Большой Адронный Коллайдер сейчас является одной из самых горячих тем для новостных сайтов. Возникновение черной дыры из-за начала работы этого устройства как-то уже не так страшит людей, как в прошлом году. Давайте посмотрим, какие есть интересные факты об устройстве, которые стоило бы знать нашим читателям.
Факт 1. Внутри коллайдера поддерживается температура, которая ниже температуры космоса почти на полтора градуса. Совершенная криогенная система позволяет охлаждать внутренности коллайдера до -271.3 °C. А вот в космосе температура достигает примерно -270 °C.
Такая температура поддерживается во-первых для того, чтобы титаново-ниобиевые кабели практически полностью теряли сопротивление. Во-вторых, благодаря такой низкой температуре возникает явление сверхпроводимости, благодаря чему возникает магнитное поле, способное разогнать протоны практически до скорости света (99.9999991% от с).
Факт 2. БАК может саботировать самого себя
Вообще говоря, физики как таковые делятся на две группы: физики-теоретики и физики-экспериментаторы. Представители экспериментальной физики недолюбливают теоретиков, а теперь между ними так вообще почти война началась. Почему? Да потому что теоретики высказали идею, что БАК может саботировать собственную работу.
Есть теория, высказанная серьезными учеными, согласно которым Бог/природа возмущены намерением человека отыскать тот самый бозон Хиггинса, основу мироздания, и теперь может произойти что-то, что уничтожит машину. Конечно, экстравагантная теория, но все же интересно.
Факт 3. БАК может помочь Хокингу получить Нобелевскую премию
Наверное, большинство наших читателей знают, кто такой Стивен Хокинг - гениальный физик, мозг которого настолько же силен, насколько его тело немощно. Болезнь не мешает Хокингу писать книги, которые тут же становятся бестселлерами, причем не только среди ученых, но и среди обычных людей, которые интересуются новостями из мира науки.
Так вот, в 1974 году Хокинг опубликовал статью в журнале Nature, которая называлась "Взрываются ли черные дыры?". В этой статье он предсказывал, что смерть черной дыры провоцирует выделение большого количества термального излучения. Так вот, если в результате работы БАК миниатюрная дыра все же возникнет (этого боятся многие), то у ученых будет возможность проследить, что случится после "схлопывания" такой дыры.
В принципе, ученые утверждают, что волноваться нечего, и черная миниатюрная дыра "умрет" прежде, чем ее смогут зафиксировать датчики. В общем, достаточно интересная проблема. Если все это окажется так, как и предсказывал Хокинг, он получит Нобелевскую премию.
Факт 4. БАК может стать самой горячей точкой Солнечной системы
Конечно, не весь Адронный Коллайдер. Несмотря на то, что сейчас внутри него царит температура, которая даже ниже, чем в открытом космосе, в результате столкновения пучков протонов внутри будет создаваться температура, в 100000 выше, чем температура ядра Солнца. На триллионную часть секунды будет возникать температура в 1,5 триллиона °C.
Факт 5. Работа БАК вполне соответствует уравнению Эйнштейна
Все мы в школе учили формулу E=mc2. Интересным моментом во всем этом является то, что справедливо и обратное выражение, то есть m=E/c2. Физически все это выражается следующим образом: при разгоне пучков протонов и их столкновении, возникают частицы, масса которых превышает первоначальную массу этих протонов.
Ситуацию объясняет следующий пример: представьте, что на улице столкнулось два Харлея. Так вот, в результате получается не два сломанных Харлея, а один целехонький автобус, масса которого, понятно, превышает массу первоначальных элементов. Вот так все это интересно выглядит.
Знаете, меня лично радует, что, несмотря на работу коллайдера, пока ничего еще не взорвалось, и никаких черных дыр пока не возникло. Будем надеяться, что так пойдет и дальше.
Рентгеновские снимки станут цветными благодаря коллайдеру
Технологии большого адронного коллайдера позволили создать рентгеновские аппараты, дающие цветное изображение и позволяющие врачам ставить более точные диагнозы.
Обычные рентгеновские снимки – черно-белые; иногда, чтобы глазу проще было заметить разницу, с помощью компьютера их окрашивают в так называемые «условные цвета». А вот новый рентгеновский аппарат, разработанный учеными из ЦЕРН совместно со специалистами из Новой Зеландии на основе детекторов элементарных частиц для LHC, позволяет видеть рентгеновские лучи в цвете по-настоящему.
Кому важно знать, какого цвета рентген?
Такая характеристика света, как цвет, связана с длиной волны светового излучения. Длинные волны глаз воспринимает как красные, короткие – как фиолетовые, а остальной спектр располагается по убыванию длины волны от оранжевого к синему. И названия «ультрафиолетовый» и «инфракрасный» появились потому, что в спектре эти излучения лежат за фиолетовым и красным цветом соответственно. Некоторые организмы даже могут видеть эти невидимые цвета, однако передать их ощущение невозможно, приходится довольствоваться простым указанием длин волн.
Длина волны излучения также связана с энергией – чем длина волны короче, тем больше энергия. Рентгеновские лучи имеют еще меньшую длину волны, чем ультрафиолет, а их энергия еще больше, поэтому они способны как проникать через тело, так и повреждать клетки. При лучевой терапии рака используются оба этих эффекта, а вот при диагностике – только первый. И чем меньше доза излучения, тем меньше вероятность нежелательных последствий рентгеновского обследования.
Есть «рентгеновские аппараты», которые применяются уже не медиками, а физиками и материаловедами для просвечивания образцов мощным пучком излучения. Рентгеновский лазер XFEL, в строительстве которого принимает участие и Россия, будет иметь в длину 3,5 километра и тоже будет работать на технологии, разработанной для ускорителей заряженных частиц.
А чтобы уменьшить дозу не в ущерб точности диагноза, различные ухищрения придумывают уже физики: создаются более чувствительные детекторы для излучения, системы восстановления объемного изображения по серии снимков (томография) и даже цветной рентген.
Из ускорителя в госпиталь
Изначально цветной рентген был придуман вовсе не для просвечивания пациентов, а для экспериментов в области физики элементарных частиц. Ведь цвет, как уже говорилось, – это длина волны, и долгое время врачам было не особенно интересно то, какого именно «цвета» лучи прошли сквозь пациента, лишь бы изображение было резким, а доза – поменьше.
А вот физикам длина волны как раз была нужна в первую очередь, поскольку она несет информацию о том, с какой энергией частица попала в детектор и в каких реакциях могла участвовать. И чем точнее будет эта информация, тем лучше: создаваемые для экспериментов на ускорителях детекторы совершенствовались именно в этом направлении.
Все поменялось тогда, когда стало понятно, что энергия рентгеновских лучей (то есть длина волны, то есть цвет) меняется в зависимости от того, через какой материал проходит излучение. Этот эффект полностью аналогичен тому, который может наблюдать каждый, глядя на цветные стекла: разные секции витражей могут иметь одинаковую прозрачность, но совершенно разный цвет.
Возможность однозначно отличить один материал от другого по пропускаемому им излучению постоянно используется на практике – например, для химического анализа растворов или газовых смесей. А если можно отличить одно вещество от другого просто глядя на то, какого цвета образец, то что мешает применить такой же метод для выявления злокачественных опухолей или исследования структуры органов, которые сами по себе плохо задерживают рентгеновские лучи?
Только одно: медицинские рентгеновские детекторы «цвета» не видят. Но зато прибор, созданный физиками, с этим прекрасно справляется!
И как показали предварительные клинические исследования – действительно, при помощи нового оборудования можно, например, отличить жировую ткань от ткани печени (
http://ir.canterbury.ac.nz//handle/10092/2908). Если учесть, что детекторы производятся серийно, в будущем можно ожидать и массового производства «цветных» рентгеновских аппаратов.
Столкновения элементарных частиц действительно могут порождать черные дыры, выяснили ученые.
Канадские и американские ученые впервые доказали, что столкновения элементарных частиц все-таки могут порождать черные дыры. Именно этого опасаются противники Большого адронного коллайдера. Тем не менее, по мнению физиков, энергия коллайдера не настолько велика, чтобы спровоцировать появление опасных областей пространства.
На гипотезе об образовании черных дыр в БАК основаны множество обращений в ООН, авторы которых призывали не допустить запуска установки. Ученые, в свою очередь, парировали подобные выпады, заявив, что они необоснованны.
Однако, как говорится в статье двух физиков-теоретиков из Университета Британской Колумбии в Канаде и Принстонского университета в США, которая будет опубликована в журнале Physical Review Letters, процесс рождения черных дыр, ранее рассматривавшийся как сугубо гипотетический, все-таки возможен в тех условиях, которые будут достигнуты на Большом адронном коллайдере.
Более того, согласно построениям ученых, черные дыры могут возникнуть и вне Большого адронного коллайдера, в ранее построенных установках.
Тем не менее, явление, способное поглотить Землю, не произойдет, уверяют исследователи. Дыры, даже в случае их зарождения, будут стремительно испаряться.
До настоящего времени, однако, никто не мог привести убедительных доказательств образования таких областей при столкновении частиц. Ранее специалисты не опирались на общую теорию относительности Эйнштейна, чем вызвали подозрения в некомпетентности своих выводов.
Напомним, Большой адронный коллайдер - ускоритель заряженных частицна встречных пучках, предназначенный для разгона протонов и тяжелых ионов и изучения продуктов их соударений. Он построен в научно-исследовательском центре Европейского совета ядерных исследований (на границе Швейцарии и Франции), недалеко от Женевы. БАК является самой крупной экспериментальной установкой в мире.
Испытания коллайдера начались в августе 2008 г., а месяц спустя произошел официальный запуск экспериментальной установки. Однако через несколько дней ее остановили из-за аварии, ремонт и модернизация заняли 14 месяцев.
Получен сгусток самого раскаленного вещества на Земле(видео)
Получен сгусток самого раскаленного вещества на Земле – и даже измерена его температура. Четыре триллиона градусов. Достаточно для того, чтобы расплавить даже некоторые элементарные частицы.
Ученые, работающие на коллайдере RHIC, 3,9-километровом круговом ускорителе частиц, сумели, столкнув ионы золота, не просто получить «суп» из субатомных частиц, но и сделать ряд довольно интересных находок. И главная из них – возможный ответ на весьма интригующий вопрос о фундаментальной асимметрии Вселенной. А именно, отчего сегодня, миллиарды лет спустя после Большого взрыва, в котором, по расчетам, должно было образоваться равное количество материи и антиматерии, материя явно доминирует во Вселенной? Как получилось, что материя победила в этом глобальном противостоянии?
«Эта асимметрия – критически важный фактор нашего существования», - поясняет работающий в BNL и занятый на этих экспериментах Дмитрий Харзеев. Еще 5 лет назад он с коллегами сообщили о том, что им удалось приблизиться к пониманию структуры «супа» расплавленных протонов и нейтронов, который они научились получать на ускорителе RHIC, с колоссальными энергиями сталкивая золотые ионы.
Напомним, что протоны и нейтроны (в отличие от электронов) – составные частицы, состоящие из набора субатомных частиц, кварков и глюонов. Врезаясь друг в друга с энергией 200 ГэВ, ядра атомов золота распадаются на эти составные части, образуя «кварк-глюонную плазму». Еще в 2005 г. ученые показали, что плазма эта ведет себя, как идеальная жидкость, частицы которой «текут» друг относительно друга совершенно без всякого трения.
А недавно та же группа ученых рапортовала об успешном измерении температуры этого вещества, и она действительно впечатляет. Это даже не адская жара: в недрах взрывающейся сверхновой на порядок «прохладнее». На Солнце холоднее в сотни тысяч раз. Конечно, при таком нагреве ученые не могли просто воткнуть в плазму термометр. Вместо этого было проведено измерение энергии испускаемых плазмой гамма-лучей и, исходя из этой величины, вычислена и температура «субатомного супа».
Такой «суп» представляет собой, насколько мы себе представляем космологию, условия, существовавшие во Вселенной спустя микросекунду после Большого взрыва, когда «обычные» частицы (сегодня составляющие атомы) и частицы-переносчики взаимодействий еще не разделились и были перемешаны в единой перераскаленной плазме. Но самое интересное начинается дальше.
Мельчайшие квантовые флуктуации, неоднородности, «пузырьки» в этой плазме могли сыграть ключевую роль в дальнейшей эволюции всей громадной Вселенной. И в частности, определить результат битвы между веществом и антивеществом.
Если в теории материя и антиматерия оказывались в равных условиях, то ни одна не должна была бы иметь преимуществ. Но оказалось, это не совсем так. Как показали ученые, при столкновении ядер формируются довольно мощные магнитные поля, которые приводят к разделению кварков в зависимости от их электрического заряда. Это уже создает неравные условия, и обычная материя внутри этих неоднородностей получает первое преимущество. Дальнейшее – «дело техники»источник.
Большой адронный коллайдер установил новый рекорд
30.03.2010 [17:00], Владимир Мироненко
Сегодняшний день стал знаменательным для участников эксперимента на Большом адронном коллайдере. Благодаря прямой трансляции с места эксперимента стало известно, что в 15 часов по московскому времени ученым удалось произвести столкновение пучков протонов с суммарной энергией 7 ТэВ (по 3,5 ТэВ на пучок) с частотой 40 столкновений в секунду.
Предыдущий рекордный результат был достигнут в 2009 году, когда ученым удалось произвести столкновение пучков элементарных частиц с энергией 2,36 ТэВ.
Разогнать пучки до энергии 3,5 ТэВ на пучок удалось недавно, немногим более 10 дней назад - 19 марта. И, хотя не все условия эксперимента были выполнены - вместо требуемых 15 минут на разгон ушло 75, ученые сочли возможным перейти к следующему этапу работы.
Проектная мощность Большого адронного коллайдера равна 14 ТэВ. Это означает, что существующий эксперимент производится на уровне 50% от проектного показателя. Но и этого, как утверждают ученые, вполне достаточно для старта намеченной программы исследований.
«Имея два пучка по 3,5 ТэВ, мы вплотную подошли к началу реализации программы физических исследований на БАКе,- сообщил в пресс-релизе Европейской организации ядерных исследований (CERN) директор по технологиям и ускорителям Стив Майерс (Steve Myers).- Но до проведения столкновения необходимо проделать еще немало работы. Точно направить пучки – уже само по себе непросто, немного похоже на стрельбу иглами через Атлантику для их столкновения на середине пути».
За ходом сегодняшнего эксперимента можно было наблюдать в режиме реального времени по этому адресу. В этот раз ученым, можно сказать, сильно повезло, так как Майерс предупреждал, что столкновение пучков, скорее всего, произойдет не сразу, и эксперимент может продлиться несколько дней.
01.05.10
В Большом адронном коллайдере обнаружили антиматерию
Согласно сообщению пресс-службы Центра европейских ядерных исследований, регистрирующие устройства Большого адронного коллайдера зафиксировали первую «красивую частицу», содержащую кварк - мезон B+, для обнаружения которой потребовалось проанализировать около 10 миллионов столкновений протонов.
Частица мезон B+ состоит из u-кварка («верхнего» кварка) и антикварка b, который представляет собой антиматерию. При взаимодействии вещества и антивещества их масса превращается в энергию, а такая реакция называется аннигиляцией.Ученые подсчитали, что при вступлении во взаимодействие 1 кг антиматерии и 1 кг материи выделится энергия, эквивалентная взрыву 42,96 мегатонн тротила.
В детекторе LHCb этот мезон просуществовал лишь 1,5 тысячных наносекунды. Затем мезон B+ распался, пролетев два миллиметра, на две частицы (мезоны J/ψ и K+), первая из которых распалась на два стабильных мюона. Следы мюонов и К+-мезона, пролетевших через детектор, позволили с высокой точностью восстановить цепь событий, которая привела к их появлению.
Напомним, что впервые антивещество - материя, состоящая из античастиц - было синтезировано в 1965 году, а в 1995 году в ЦЕРНе был синтезирован атом антиводорода, состоящий из позитрона и антипротона.