Danas je početak revolucije u svjetskoj nauci. CERN će uključiti najveći, najskuplji i najmoćniji kompleks naučne opreme na svijetu - Veliki hadronski sudarač. Uzbuđenje povezano s njegovim lansiranjem zahvatilo je cijelu planetu - uključujući ljude daleko od nauke. Mnogi su u panici, tvrdeći da bi pokretanje postrojenja koje bi koristilo sedam puta više energije od najmoćnijih akceleratora moglo stvoriti crnu rupu ili proizvesti antimateriju koja bi mogla potpuno uništiti Zemlju.

Neki takvi „entuzijasti“ su čak uložili tužbu Evropskom sudu za ljudska prava. Tvrde da “u pripremi za puštanje u rad akceleratora nisu ispoštovane standardne procedure predviđene, posebno za puštanje u rad nuklearnih elektrana”. Međutim, čovječanstvo ima ogromno iskustvo u izgradnji akceleratora. Unatoč činjenici da je lansiranje svakog od njih bilo povezano s masovnom histerijom, niti jedan takav uređaj nije doveo do bilo kakvog uništenja ili žrtava.

Mora se reći da naučnici CERN-a ne poriču da se crne rupe mogu formirati kao rezultat rada sudarača. Samo vrlo male - težine manje od milijardnog dijela grama. Osim toga, oni "žive" samo za najmanje djeliće sekunde. Stoga eksperimenti s crnim rupama ne predstavljaju nikakvu opasnost za zaposlenike CERN-a, Ženeve, a još više za Zemlju.

Ako govorimo o LHC-u, onda se u prvim danima nakon lansiranja ne uključuje punim kapacitetom. Prvi snopovi protona će proći kroz njega vrlo malom snagom. Akcelerator će početi raditi punim kapacitetom samo ako sve prođe kako treba. Osim toga, mnogo prije nego što se sudarač - kao i svaki drugi akcelerator - počne graditi, naučnici, naravno, prije svega brinu o njegovoj pouzdanosti i sigurnosti. Tako su sve moguće prijetnje do kojih bi rad LHC-a mogao dovesti prije mnogo godina analizirala i spriječila posebna međunarodna komisija. Inače, oni su mnogo manje efikasni od pretnje pretvaranja Zemlje u svemirski objekat napravljen od antimaterije ili crne rupe.

Međutim, niko ne tvrdi da nakon što kolajder počne da radi sa neviđenom energijom od 14 TeV, svet više neće biti isti. Na primjer, eksplozija informacija na Internetu je apsolutno neizbježna. Zato što će svake sekunde od sudarača biti primljena nevjerovatna količina podataka, a zahvaljujući revolucionarnom softveru “middleware” i Grid sistemu, oni će biti dostupni svakom fizičaru. Čak i prije kraja tekuće godine, LHC će početi isporučivati ​​količinu informacija jednaku jednom DVD-u (5 gigabajta) svakih pet sekundi. A godišnji rezultat njegovih aktivnosti - 15 petabajta (15 miliona gigabajta) - nadmašit će svaki drugi eksperiment u istoriji nauke po količini dobijenih podataka. S tim u vezi, sudarač će postati nepresušni izvor novih znanja koje će se poput cunamija izliti u World Wide Web. Međutim, ovo, kao i rad samog sudarača, nije opasno ni za ljude ni za kompjutere.

Lansiranje sudarača će također dovesti u opasnost moderne poglede fizičara. Doći će do konačnog i odlučujućeg eksperimentalnog testa Standardnog modela - skupa fizičkih teorija koje objašnjavaju "ponašanje" elementarnih čestica. Ako naučnici još ne pronađu njegov hipotetički, ali važan element - Higsove bozone - Standardni model će morati da se revidira. Ali restrukturiranje (kao i potvrda) fizičkih teorija prihvaćenih u naše vrijeme teško da će za nekoga postati tragedija. Naučnici se nikada ne boje da će izgubiti vjeru jer uvijek stoje na putu sumnje.

Revolucija će se dogoditi kao rezultat cijepanja protona unutar prstena od 27 kilometara koji se nalazi na dubini od 100 metara. Proučavajući nuklearne krhotine, naučnici namjeravaju ne samo potvrditi ili opovrgnuti postojanje Higgsovih bozona, već i otkriti misteriju antimaterije i “tamne materije” – još neotkrivenih čestica koje čine većinu mase svemira. Osim toga, sudarač će omogućiti detaljno proučavanje kvark-gluonske plazme – odnosno stanja materije u kojem se nalazila u prvim trenucima Velikog praska.

I na kraju, vjerovatno je vrijedno napomenuti da je LHC nastao kao dio međunarodnog projekta u kojem je naša zemlja aktivno učestvovala. U projektu je učestvovalo više od 50 naučnih instituta i preduzeća Ruske Federacije. Među njima su poznati naučni centri kao što su Nacionalni istraživački centar "Kurčatovski institut", Novosibirski institut za nuklearnu fiziku nazvan po G.I. Budkeru, Institut za fiziku visokih energija, Institut za teorijsku i eksperimentalnu fiziku, Moskovski državni univerzitet, MEPhI, ruski nuklearni centri u Sarovu i Snežinsku. Mnogi dijelovi jedinstvene opreme kreirani su u našim preduzećima, uključujući NPO Luch iz Podolska, Myasishchev Design Bureau, NIKIET, koji su, prema odluci žirija CERN-a, nagrađeni zlatnim medaljama kao najbolji proizvođači. Ni strani učesnici projekta - najbolji naučni centri i preduzeća u Evropi i Aziji - kao što znamo, nisu razočarali. Tako se zajedničkim naporima nikada neviđeni uređaj ne samo dobro osmišljava, već i dobro izvodi. Ovo još jednom dokazuje da se od njega ne mogu očekivati ​​nesreće.

Izraz “Veliki hadronski sudarač” toliko se duboko ukorijenio u medijima da ogroman broj ljudi zna za ovu instalaciju, uključujući i one čije aktivnosti nisu ni na koji način povezane s fizikom elementarnih čestica, niti s naukom općenito.

Zaista, mediji tako veliki i skupi projekat nisu mogli zanemariti - instalaciju prstena dugu skoro 27 kilometara, koja košta desetine milijardi dolara, s kojom radi nekoliko hiljada naučnika iz cijelog svijeta. Značajan doprinos popularnosti sudarača dala je takozvana „Božja čestica“ ili Higsov bozon, koja je uspješno reklamirana i za koju je Peter Higgs dobio Nobelovu nagradu za fiziku 2013. godine.

Prije svega, treba napomenuti da Veliki hadronski sudarač nije izgrađen od nule, već je nastao na mjestu svog prethodnika, Velikog elektron-pozitronskog sudarača (LEP). Radovi na tunelu od 27 kilometara počeli su 1983. godine, gdje je kasnije planirano da se locira akcelerator koji bi sudarao elektrone i pozitrone. Godine 1988. prstenasti tunel je zatvoren, a radnici su tunelu prilazili tako pažljivo da je razlika između dva kraja tunela bila samo 1 centimetar.

Akcelerator je radio do kraja 2000. godine, kada je dostigao vršnu energiju od 209 GeV. Nakon toga je počela njegova demontaža. Tokom jedanaest godina svog rada, LEP je donio niz otkrića u fiziku, uključujući otkriće W i Z bozona i njihova dalja istraživanja. Na osnovu rezultata ovih istraživanja zaključeno je da su mehanizmi elektromagnetne i slabe interakcije slični, usled čega je započeo teorijski rad na kombinovanju ovih interakcija u elektroslabe.

Godine 2001. počela je izgradnja Velikog hadronskog sudarača na mjestu akceleratora elektron-pozitrona. Izgradnja novog akceleratora završena je krajem 2007. godine. Nalazio se na lokalitetu LEP-a - na granici između Francuske i Švicarske, u dolini Ženevskog jezera (15 km od Ženeve), na dubini od sto metara. U avgustu 2008. počela su ispitivanja sudarača, a 10. septembra je održano i zvanično lansiranje LHC-a. Kao i kod prethodnog akceleratora, izgradnju i rad ovog objekta vodi Evropska organizacija za nuklearna istraživanja - CERN.

CERN

Vrijedi ukratko spomenuti organizaciju CERN (Conseil Européenne pour la Recherche Nucléaire). Ova organizacija djeluje kao najveća svjetska laboratorija u oblasti fizike visokih energija. Uključuje tri hiljade stalno zaposlenih, a u projektima CERN-a učestvuje još nekoliko hiljada istraživača i naučnika iz 80 zemalja.

Trenutno u projektu učestvuju 22 zemlje: Belgija, Danska, Francuska, Nemačka, Grčka, Italija, Holandija, Norveška, Švedska, Švajcarska, Velika Britanija - osnivači, Austrija, Španija, Portugal, Finska, Poljska, Mađarska , Češka Republika, Slovačka, Bugarska i Rumunija – pristupile. Međutim, kao što je već spomenuto, još nekoliko desetina zemalja na ovaj ili onaj način učestvuje u radu organizacije, a posebno na Velikom hadronskom sudaraču.

Kako radi Veliki hadronski sudarač?

Šta je Veliki hadronski sudarač i kako radi glavna su pitanja od javnog interesa. Pogledajmo ova pitanja dalje.

Collider – u prijevodu s engleskog znači „onaj koji se sudara“. Svrha ovakvog postavljanja je sudaranje čestica. U slučaju hadronskog sudarača, čestice igraju hadroni - čestice koje učestvuju u jakim interakcijama. Ovo su protoni.

Dobivanje protona

Dugo putovanje protona nastaje u duoplazmatronu - prvom stupnju akceleratora, koji prima vodonik u obliku plina. Duoplazmatron je komora za pražnjenje u kojoj se električno pražnjenje provodi kroz plin. Tako vodonik, koji se sastoji od samo jednog elektrona i jednog protona, gubi svoj elektron. Na taj način nastaje plazma - supstanca koja se sastoji od nabijenih čestica - protona. Naravno, teško je dobiti čistu protonsku plazmu, pa se tako nastala plazma, koja takođe uključuje oblak molekularnih jona i elektrona, filtrira kako bi se izolovao oblak protona. Pod uticajem magneta, protonska plazma se pretvara u snop.

Preliminarno ubrzanje čestica

Novoformirani snop protona počinje svoje putovanje u linearnom akceleratoru LINAC 2, koji je 30-metarski prsten uzastopno okačen sa nekoliko šupljih cilindričnih elektroda (provodnika). Elektrostatičko polje stvoreno unutar akceleratora je stepenovano na takav način da čestice između šupljih cilindara uvijek doživljavaju ubrzavajuću silu u smjeru sljedeće elektrode. Ne upuštajući se u potpunosti u mehanizam ubrzanja protona u ovoj fazi, samo napominjemo da na izlazu iz LINAC-a 2, fizičari primaju snop protona s energijom od 50 MeV, koji već dostiže 31% brzine svjetlosti. Važno je napomenuti da se u ovom slučaju masa čestica povećava za 5%.

Do 2019-2020. planira se zamjena LINAC-a 2 sa LINAC-om 4, koji će ubrzati protone na 160 MeV.

Vrijedi napomenuti da sudarač također ubrzava ione olova, što će omogućiti proučavanje kvark-gluonske plazme. Ubrzani su u LINAC 3 prstenu, slično kao LINAC 2. U budućnosti se planiraju i eksperimenti sa argonom i ksenonom.

Zatim, protonski paketi ulaze u protonski sinhroni pojačivač (PSB). Sastoji se od četiri međusobno postavljena prstena prečnika 50 metara, u kojima su smešteni elektromagnetski rezonatori. Elektromagnetno polje koje stvaraju ima visok intenzitet, a čestica koja prolazi kroz njega dobija ubrzanje kao rezultat razlike potencijala polja. Dakle, nakon samo 1,2 sekunde, čestice se ubrzavaju u PSB-u do 91% brzine svjetlosti i dostižu energiju od 1,4 GeV, nakon čega ulaze u protonski sinhrotron (PS). PS je prečnika 628 metara i opremljen je sa 27 magneta koji usmjeravaju snop čestica u kružnu orbitu. Ovdje protoni čestica dostižu 26 GeV.

Pretposljednji prsten za ubrzavanje protona je Super Proton Synchrotron (SPS), čiji obim doseže 7 kilometara. Opremljen sa 1317 magneta, SPS ubrzava čestice do energije od 450 GeV. Nakon otprilike 20 minuta, protonski snop ulazi u glavni prsten - Veliki hadronski sudarač (LHC).

Ubrzanje i sudar čestica u LHC-u

Prijelazi između akceleratorskih prstenova odvijaju se kroz elektromagnetna polja stvorena snažnim magnetima. Glavni prsten sudarača sastoji se od dvije paralelne linije u kojima se čestice kreću po kružnoj orbiti u suprotnom smjeru. Oko 10.000 magneta odgovorno je za održavanje kružne putanje čestica i njihovo usmjeravanje do tačaka sudara, od kojih su neki teški i do 27 tona. Da bi se izbjeglo pregrijavanje magneta, koristi se kolo helij-4, kroz koje protiče približno 96 tona tvari na temperaturi od -271,25 ° C (1,9 K). Protoni dostižu energiju od 6,5 TeV (tj. energija sudara je 13 TeV), dok je njihova brzina 11 km/h manja od brzine svjetlosti. Tako, u sekundi, snop protona prođe kroz veliki prsten sudarača 11.000 puta. Prije nego što se čestice sudare, one će kružiti oko prstena 5 do 24 sata.

Do sudara čestica dolazi na četiri tačke u glavnom LHC prstenu, gdje se nalaze četiri detektora: ATLAS, CMS, ALICE i LHCb.

Veliki detektori hadronskog sudarača

ATLAS (Toroidalni LHC aparat)

— jedan je od dva detektora opšte namjene na Velikom hadronskom sudaraču (LHC). On istražuje širok spektar fizike, od potrage za Higgsovim bozonom do čestica koje mogu sačinjavati tamnu materiju. Iako ima iste naučne ciljeve kao i CMS eksperiment, ATLAS koristi drugačija tehnička rješenja i drugačiji dizajn magnetnog sistema.

Snopovi čestica iz LHC-a sudaraju se u središtu ATLAS detektora, stvarajući nadolazeće krhotine u obliku novih čestica koje lete iz tačke sudara u svim smjerovima. Šest različitih podsistema detekcije, raspoređenih u slojevima oko tačke udara, bilježe putanju, zamah i energiju čestica, omogućavajući im da budu pojedinačno identificirane. Ogroman sistem magneta savija puteve naelektrisanih čestica tako da se njihovi impulsi mogu meriti.

Interakcije u ATLAS detektoru stvaraju ogroman protok podataka. Za obradu ovih podataka, ATLAS koristi napredni sistem "okidača" koji detektoru kaže koje događaje treba snimiti, a koje ignorisati. Sofisticirani sistemi za prikupljanje podataka i proračun se zatim koriste za analizu zabilježenih sudara.

Detektor je visok 46 metara i širok 25 metara, a njegova masa iznosi 7.000 tona. Ovi parametri čine ATLAS najvećim detektorom čestica ikada napravljenim. Nalazi se u tunelu na dubini od 100 m u blizini glavne lokacije CERN-a, u blizini sela Meyrin u Švicarskoj. Instalacija se sastoji od 4 glavne komponente:

• Unutrašnji detektor ima cilindrični oblik, unutrašnji prsten se nalazi samo nekoliko centimetara od ose prolaznog snopa čestica, a spoljni prsten ima prečnik od 2,1 metar i dužinu od 6,2 metra. Sastoji se od tri različita senzorska sistema uronjena u magnetno polje. Interni detektor mjeri smjer, zamah i naboj električno nabijenih čestica proizvedenih u svakom sudaru protona i protona. Glavni elementi unutrašnjeg detektora su: Pixel Detector, Semi-Conductor Tracker (SCT) i Tracker Transition Radiation Tracker (TRT).

• Kalorimetri mjere energiju koju čestica gubi dok prolazi kroz detektor. On apsorbuje čestice nastale tokom sudara i na taj način bilježi njihovu energiju. Kalorimetri se sastoje od slojeva "upijajućeg" materijala visoke gustine - olova - koji se naizmjenično mijenjaju sa slojevima "aktivnog medija" - tekućeg argona. Elektromagnetski kalorimetri mjere energiju elektrona i fotona u interakciji s materijom. Hadronski kalorimetri mjere energiju hadrona kada su u interakciji s atomskim jezgrama. Kalorimetri mogu zaustaviti većinu poznatih čestica osim miona i neutrina.

LAr (Liquid Argon Calorimeter) - ATLAS kalorimetar

• Muonski spektrometar - sastoji se od 4000 pojedinačnih mionskih komora koje koriste četiri različite tehnologije za identifikaciju miona i mjerenje njihovog impulsa. Mioni obično prolaze kroz unutrašnji detektor i kalorimetar, što zahtijeva mionski spektrometar.

• ATLAS-ov magnetni sistem savija čestice oko različitih slojeva detektorskih sistema, što olakšava praćenje tragova čestica.

Eksperiment ATLAS (februar 2012.) uključuje više od 3.000 naučnika iz 174 institucije u 38 zemalja.

CMS (kompaktni mionski solenoid)

— je detektor opšte namene na Velikom hadronskom sudaraču (LHC). Kao i ATLAS, ima širok program fizike, u rasponu od proučavanja standardnog modela (uključujući Higsov bozon) do traženja čestica koje mogu sačinjavati tamnu materiju. Iako ima iste naučne ciljeve kao eksperiment ATLAS, CMS koristi drugačija tehnička rješenja i drugačiji dizajn magnetnog sistema.

CMS detektor je izgrađen oko ogromnog solenoidnog magneta. To je cilindrični namotaj supravodljivog kabla koji generiše polje od 4 Tesla, otprilike 100.000 puta veće od magnetnog polja Zemlje. Polje je ograničeno čeličnim „jarmom“, koji je najmasivnija komponenta detektora, težine 14.000 tona. Kompletan detektor je dugačak 21 m, širok 15 m i visok 15 m. Instalacija se sastoji od 4 glavne komponente:

• Magnetni magnet je najveći magnet na svijetu i služi za savijanje putanje nabijenih čestica koje se emituju iz tačke udara. Izobličenje putanje omogućava razlikovanje pozitivno i negativno nabijenih čestica (pošto se savijaju u suprotnim smjerovima), kao i mjerenje impulsa čija veličina ovisi o zakrivljenosti putanje. Ogromna veličina solenoida omogućava da se tragač i kalorimetri nalaze unutar zavojnice.
• Silicon Tracker - Sastoji se od 75 miliona pojedinačnih elektronskih senzora raspoređenih u koncentričnim slojevima. Kada nabijena čestica proleti kroz slojeve tragača, ona prenosi dio energije na svaki sloj; kombinovanje ovih tačaka sudara čestice sa različitim slojevima omogućava nam da dalje odredimo njenu putanju.
• Kalorimetri – elektronski i hadronski, vidi ATLAS kalorimetri.
• Pod-detektori - omogućavaju vam da otkrijete mione. Predstavljene su sa 1.400 mionskih komora, koje se nalaze u slojevima izvan zavojnice, naizmjenično s metalnim pločama "jarma".

CMS eksperiment je jedna od najvećih međunarodnih naučnih studija u istoriji, koja uključuje 4.300 ljudi: fizičara čestica, inženjera i tehničara, studenata i pomoćnog osoblja iz 182 institucije, 42 zemlje (februar 2014.).

ALICE (Eksperiment velikog ionskog sudarača)

— je detektor teških jona na prstenovima Velikog hadronskog sudarača (LHC). Dizajniran je za proučavanje fizike materije u jakoj interakciji pri ekstremnim gustoćama energije, gdje se formira faza materije koja se zove kvark-gluonska plazma.

Sva obična materija u današnjem univerzumu je napravljena od atoma. Svaki atom sadrži jezgro protona i neutrona (osim vodonika, koji nema neutrone), okruženo oblakom elektrona. Protoni i neutroni su pak napravljeni od kvarkova povezanih s drugim česticama koje se nazivaju gluoni. Nijedan kvark nikada nije uočen u izolaciji: čini se da su kvarkovi, kao i gluoni, trajno povezani i zatvoreni unutar sastavnih čestica kao što su protoni i neutroni. Ovo se zove zatvaranje.

Sudari u LHC-u stvaraju temperature više od 100.000 puta toplije nego u centru Sunca. Kolajder omogućava sudare između olovnih jona, stvarajući uslove slične onima koji su se desili neposredno nakon Velikog praska. U ovim ekstremnim uslovima, protoni i neutroni se "tope", oslobađajući kvarkove od njihovih veza sa gluonima. Ovo je kvark-gluonska plazma.

Eksperiment ALICE koristi detektor ALICE, težak 10.000 tona, dug 26 m, visok 16 m i širok 16 m. Uređaj se sastoji od tri glavna seta komponenti: uređaja za praćenje, kalorimetara i detektora za identifikaciju čestica. Također je podijeljen na 18 modula. Detektor se nalazi u tunelu na dubini od 56 m ispod, u blizini sela Saint-Denis-Pouilly u Francuskoj.

Eksperiment uključuje više od 1.000 naučnika iz više od 100 instituta za fiziku u 30 zemalja.

LHCb (eksperiment ljepote velikog hadronskog sudarača)

– Eksperiment istražuje male razlike između materije i antimaterije proučavajući vrstu čestice koja se zove beauty kvark ili b kvark.

Umjesto da okružuje cijelu točku sudara zatvorenim detektorom, poput ATLAS-a i CMS-a, LHCb eksperiment koristi seriju poddetektora za detekciju pretežno naprijed čestica – onih koje su bile usmjerene naprijed sudarom u jednom smjeru. Prvi pod-detektor se postavlja blizu tačke sudara, a ostali se postavljaju jedan za drugim na udaljenosti od 20 metara.

LHC stvara veliku količinu različitih tipova kvarkova prije nego što se brzo raspadnu u druge oblike. Da bi uhvatili b kvarkove, razvijeni su kompleksni detektori za praćenje kretanja za LHCb, koji se nalaze blizu kretanja snopa čestica kroz sudarač.

LHCb detektor od 5.600 tona sastoji se od direktnog spektrometra i detektora sa ravnim pločama. Dugačak je 21 metar, visok 10 metara i širok 13 metara, a nalazi se 100 metara pod zemljom. Oko 700 naučnika sa 66 različitih instituta i univerziteta uključeno je u eksperiment LHCb (oktobar 2013.).

Ostali eksperimenti na sudaraču

Pored gore navedenih eksperimenata na Velikom hadronskom sudaraču, postoje još dva eksperimenta sa instalacijama:

• LHCf (Veliki hadronski sudarač naprijed)— proučava čestice bačene naprijed nakon sudara snopa čestica. Oni simuliraju kosmičke zrake, koje naučnici proučavaju u okviru eksperimenta. Kosmičke zrake su prirodne nabijene čestice iz svemira koje neprestano bombarduju Zemljinu atmosferu. Oni se sudaraju sa jezgrima u gornjoj atmosferi, uzrokujući kaskadu čestica koje dosežu nivo tla. Proučavanje kako sudari unutar LHC-a proizvode takve kaskade čestica pomoći će fizičarima da protumače i kalibriraju velike eksperimente kosmičkih zraka koji se mogu protegnuti na hiljade kilometara.

LHCf se sastoji od dva detektora koji su locirani duž LHC-a, 140 metara dalje sa obje strane ATLAS udarne tačke. Svaki od dva detektora težak je samo 40 kilograma i dug je 30 cm, visok 80 cm i širok 10 cm. U eksperimentu LHCf učestvuje 30 naučnika iz 9 instituta u 5 zemalja (novembar 2012).

• TOTEM (ukupni poprečni presjek, elastično raspršivanje i difrakcijska disocijacija)- eksperiment s najdužom instalacijom na sudaraču. Njegova misija je proučavanje samih protona, preciznim mjerenjem protona proizvedenih u sudarima pod niskim uglom. Ovo područje je poznato kao pravac "naprijed" i nije dostupno drugim LHC eksperimentima. TOTEM detektori se protežu skoro pola kilometra oko CMS interakcijske tačke. TOTEM ima skoro 3.000 kg opreme, uključujući četiri nuklearna teleskopa, kao i 26 rimskih detektora za lonce. Potonji tip omogućava da detektori budu postavljeni što bliže snopu čestica. Eksperiment TOTEM uključuje približno 100 naučnika iz 16 instituta u 8 zemalja (avgust 2014.).

Zašto je potreban Veliki hadronski sudarač?

Najveća međunarodna naučna instalacija istražuje širok spektar fizičkih problema:

• Proučavanje vrhunskih kvarkova. Ova čestica nije samo najteži kvark, već i najteža elementarna čestica. Proučavanje svojstava top kvarka također ima smisla jer je to istraživački alat.
• Pretraga i proučavanje Higsovog bozona. Iako CERN tvrdi da je Higgsov bozon već otkriven (2012. godine), vrlo malo se zna o njegovoj prirodi i dalja istraživanja bi mogla donijeti veću jasnoću u mehanizam njegovog djelovanja.

• Proučavanje kvark-gluonske plazme. Kada se olovna jezgra sudare velikim brzinama, u sudaraču se formira . Njeno istraživanje može donijeti rezultate korisne kako za nuklearnu fiziku (poboljšanje teorije jakih interakcija) tako i za astrofiziku (proučavanje Univerzuma u prvim trenucima njegovog postojanja).
• Tražite supersimetriju. Ovo istraživanje ima za cilj opovrgnuti ili dokazati "supersimetriju", teoriju da svaka elementarna čestica ima težeg partnera koji se zove "superčestica".
• Proučavanje foton-fotonskih i foton-hadronskih sudara. To će poboljšati razumijevanje mehanizama procesa takvih kolizija.
• Testiranje egzotičnih teorija. Ova kategorija zadataka uključuje one najnekonvencionalnije - "egzotične", na primjer, potragu za paralelnim svemirima stvaranjem mini-crnih rupa.

Pored ovih zadataka, postoje i mnogi drugi, čije će rješenje također omogućiti čovječanstvu da bolje razumije prirodu i svijet oko nas, što će zauzvrat otvoriti mogućnosti za stvaranje novih tehnologija.

Praktične prednosti Velikog hadronskog sudarača i fundamentalne nauke

Prije svega, treba napomenuti da osnovna istraživanja doprinose bazičnoj nauci. Primenom ovih znanja bavi se primenjena nauka. Segment društva koji nije svjestan prednosti fundamentalne nauke često ne doživljava otkriće Higsovog bozona ili stvaranje kvark-gluonske plazme kao nešto značajno. Veza takvih studija sa životom običnog čovjeka nije očigledna. Pogledajmo kratak primjer s nuklearnom energijom:

1896. godine francuski fizičar Antoine Henri Becquerel otkrio je fenomen radioaktivnosti. Dugo se vjerovalo da čovječanstvo neće uskoro preći na njegovu industrijsku upotrebu. Samo pet godina prije lansiranja prvog nuklearnog reaktora u povijesti, veliki fizičar Ernest Rutherford, koji je zapravo otkrio atomsko jezgro 1911. godine, rekao je da atomska energija nikada neće naći svoju primjenu. Stručnjaci su uspjeli da preispitaju svoj stav prema energiji sadržanoj u jezgru atoma 1939. godine, kada su njemački naučnici Lise Meitner i Otto Hahn otkrili da se jezgra uranijuma, kada su ozračena neutronima, cijepaju na dva dijela, oslobađajući ogromnu količinu energije - nuklearnu energije.

I tek nakon ove posljednje karike u nizu fundamentalnih istraživanja stupila je na scenu primijenjena nauka, koja je na osnovu ovih otkrića izmislila uređaj za proizvodnju nuklearne energije – atomski reaktor. Obim otkrića može se procijeniti gledajući udio električne energije proizvedene u nuklearnim reaktorima. Tako u Ukrajini, na primjer, nuklearne elektrane čine 56% proizvodnje električne energije, au Francuskoj – 76%.

Sve nove tehnologije su zasnovane na određenim fundamentalnim znanjima. Evo još par kratkih primjera:

• Wilhelm Conrad Roentgen je 1895. primijetio da kada je izložena rendgenskim zracima, fotografska ploča potamni. Danas je radiografija jedan od najčešće korištenih pregleda u medicini, koji omogućava proučavanje stanja unutrašnjih organa i otkrivanje infekcija i otoka.
• Godine 1915. Albert Ajnštajn je predložio svoju. Danas se ova teorija uzima u obzir pri upravljanju GPS satelitima, koji određuju lokaciju objekta s točnošću od nekoliko metara. GPS se koristi u mobilnim komunikacijama, kartografiji, praćenju transporta, ali prvenstveno u navigaciji. Greška satelita koji ne uzima u obzir opštu relativnost rasla bi za 10 kilometara dnevno od trenutka lansiranja! A ako pješak može koristiti svoj um i papirnatu mapu, tada će se piloti aviokompanije naći u teškoj situaciji, jer je nemoguće navigirati po oblacima.

Ako danas još nije pronađena praktična primjena za otkrića napravljena na LHC-u, to ne znači da naučnici "uzalud petljaju u sudaraču". Kao što znate, razumna osoba uvijek ima namjeru da dobije maksimalnu praktičnu primjenu iz postojećeg znanja, pa će stoga znanje o prirodi akumulirano u procesu istraživanja na LHC-u sigurno naći svoju primjenu, prije ili kasnije. Kao što je već gore pokazano, veza između fundamentalnih otkrića i tehnologija koje ih koriste ponekad možda nije nimalo očigledna.

Na kraju, napomenimo i takozvana indirektna otkrića, koja nisu postavljena kao početni ciljevi studije. Javljaju se prilično često, budući da je za fundamentalno otkriće obično potrebno uvođenje i korištenje novih tehnologija. Tako je razvoj optike dobio poticaj od fundamentalnih svemirskih istraživanja, zasnovanih na posmatranjima astronoma kroz teleskop. U slučaju CERN-a, ovako je nastala sveprisutna tehnologija: Internet, projekat koji je predložio Tim Berners-Lee 1989. kako bi se podaci organizacije CERN-a lakše pronašli.

5 (100%) 1 glas(ova)

Veliki hadronski sudarač, najmoćniji akcelerator čestica na svijetu, koji se testira u Evropskoj organizaciji za nuklearna istraživanja (CERN), postao je predmet tužbe i prije pokretanja. Ko je tužio naučnike i zašto?

Ne sudite o Velikom hadronskom sudaraču... Stanovnici države Havaji Walter Wagner i Luis Sancho podneli su tužbu federalnom okružnom sudu Honolulua protiv CERN-a, kao i američkih učesnika u projektu - Odeljenja za energetiku, Nacionalne naučne fondacije i Fermi National Accelerator Laboratory for ovaj razlog.

⦳⦳⦳⦳⦳

Američki građani strahovali su da će se sudari izuzetno energetskih subatomskih čestica izvesti u akceleratoru kako bi se simulirali događaji koji su se dogodili. u svemiru u prvim trenucima nakon Velikog praska, može kreirati objekte ugrožavajući postojanje Zemlje.

Veliki hadronski sudarač u Cernu. U okviru je simulacija procesa proizvodnje Higsovog bozona u CMS detektoru

Opasnost, prema tužiteljima, prije svega dolazi od takozvanih crnih rupa – fizičkih objekata koji mogu apsorbiraju neke od objekata na našoj planeti - na primjer, neki veliki grad.

Uprkos činjenici da je tužba na sudu podneta početkom aprila 2008. godine, stručnjaci je uopšte nisu tretirali kao prvoaprilsku šalu.

A 6. aprila organizovali su dan otvorenih vrata u Centru za nuklearna istraživanja, pozivajući javnost, novinare, studente i školarce u obilazak akceleratora, kako ne bi samo svojim očima vidjeli jedinstveni naučni instrument, ali i dobiti sveobuhvatne odgovore na sva njihova pitanja.

Prije svega, naravno, organizatori projekta pokušali su uvjeriti posjetitelje da LHC ni na koji način ne može postati krivac „smaka svijeta“.

Da, smješten u kružnom tunelu s obimom od 27 km, sudarač (od engleskog collide - "sudar") je sposoban ubrzati protonske zrake i sudarati ih energijom do 14 teraelektronvolti 40 miliona puta u sekundi.

Fizičari vjeruju da će biti moguće ponovo stvoriti uslove koji su nastali trilionti dio sekunde nakon Velikog praska i tako dobiti vrijedne informacije o samom početku Univerzuma.

Veliki hadronski sudarač i crna rupa

Ali predstavnik CERN-a James Gills izrazio je velike sumnje u mogućnost da bi se u ovom slučaju pojavila crna rupa ili nešto potpuno nepoznato. I to ne samo zato što procjenu sigurnosti sudarača stalno provode teoretičari, već i jednostavno zasnovano na praksi.

"Važan argument da su CERN-ovi eksperimenti sigurni je samo postojanje Zemlje", rekao je.

– Naša planeta je stalno izložena tokovima kosmičkog zračenja, čija energija nije inferiorna, a često i veća od Černovove, i još nije uništena ni crnom rupom ni drugim razlozima.

U međuvremenu, kako smo izračunali, tokom postojanja Univerzuma, priroda je završila najmanje 1031 program sličan onom koji ćemo upravo mi implementirati”...

On ne vidi nikakvu posebnu opasnost u mogućnosti nekontrolirane reakcije anihilacije koja uključuje antičestice koje nastaju kao rezultat eksperimenata.

“Oni zapravo proizvode antimateriju u CERN-u,– potvrdio je naučnik u intervjuu za časopis New Scientist.

“Međutim, one mrvice koje se mogu umjetno stvoriti na Zemlji ne bi bile dovoljne ni za najmanju bombu.”

Izuzetno je teško skladištiti i akumulirati antimateriju (a neke njene vrste su potpuno nemoguće)”...

Veliki hadronski sudarač i bozon

Potražite bozon. Inače, isti časopis je pisao da ruski stručnjaci - profesorka Irina Arefijeva i doktor fizičko-matematičkih nauka Igor Volovič sa Matematičkog instituta Steklova u Moskvi - smatraju da bi eksperiment velikih razmera u CERN-u mogao dovesti do pojave prvog. .. vremenska mašina u svetu.

Zamolio sam profesorku Irinu Jaroslavovnu Arefijevu da prokomentariše ovu poruku. A evo šta je rekla:

“Još uvijek znamo prilično malo o strukturi svijeta oko nas. Zapamtite, stari Grci su vjerovali da su svi predmeti napravljeni od atoma, što na grčkom znači „nedjeljivo“.

Međutim, s vremenom je postalo jasno da sami atomi imaju prilično složenu strukturu, koja se sastoji od elektrona, protona i neutrona. U prvoj polovini 20. stoljeća odjednom se pokazalo da se isti elektroni s protonima i neutronima, zauzvrat, mogu podijeliti na brojne čestice.

U početku su ih bezobzirno nazivali elementarnim. Međutim, sada postaje jasno da se mnoge od ovih takozvanih elementarnih čestica mogu, zauzvrat, podijeliti...

Općenito, kada su teoretičari pokušali spojiti sva saznanja stečena u okviru takozvanog Standardnog modela, pokazalo se da su njegova središnja karika, prema nekim podacima, Higgsovi bozoni.”

Tajanstvena čestica dobila je ime po profesoru Peteru Higgsu sa Univerziteta u Edinburgu. Za razliku od profesora Higinsa iz poznatog mjuzikla, on se nije bavio podučavanjem pravilnog izgovora lijepih djevojaka, već učenjem zakona mikrosvijeta.

A još 60-ih godina prošlog veka izneo je sledeću pretpostavku: „Univerzum uopšte nije prazan, kako nam se čini.

Čitav njegov prostor ispunjen je određenom viskoznom tvari kroz koju se, na primjer, odvija gravitacijska interakcija između nebeskih tijela, od čestica, atoma i molekula do planeta, zvijezda i galaksija.

Pojednostavljeno rečeno, P. Higgs je predložio povratak na tu ideju "emisija širom svijeta" koji je nekada već bio odbijen. Ali pošto fizičari, kao i drugi ljudi, ne vole da priznaju svoje greške, nova-stara supstanca se sada zove "Higsovo polje".

A sada se vjeruje da je to polje sile ono koje daje masu nuklearnim česticama. A njihovu međusobnu privlačnost osigurava nosilac gravitacije, koji se prvo zvao graviton, a sada Higsov bozon.

Godine 2000. fizičari su mislili da su konačno "uhvatili" Higsov bozon. Međutim, niz eksperimenata poduzetih za testiranje prvog eksperimenta pokazao je da je bozon ponovo pobjegao. Ipak, mnogi naučnici su uvjereni da čestica još uvijek postoji.

A da biste ga uhvatili, samo trebate izgraditi pouzdanije zamke i stvoriti još snažnije akceleratore. Jedan od najambicioznijih instrumenata čovječanstva izgrađen je univerzalnim naporima u CERN-u u blizini Ženeve.

Međutim, Higsov bozon je uhvaćen ne samo da bi se potvrdila valjanost predviđanja naučnika, već i da bi se pronašao drugi kandidat za ulogu "prvog gradivnog bloka svemira".

« Postoje, posebno, egzotične pretpostavke o strukturi Univerzuma,

– nastavila je svoju priču profesorka I.Ya. Arefieva.

– Tradicionalna teorija kaže da živimo u četvorodimenzionalnom svetu

– tri prostorne koordinate plus vrijeme.

Teorija mjerenja Velikog hadronskog sudarača

Ali postoje hipoteze koje sugeriraju da zapravo postoji više dimenzija - šest ili deset, ili čak više. U ovim dimenzijama sila gravitacije može biti znatno veća od g na koji smo navikli.

A gravitacija, prema Ajnštajnovim jednačinama, može uticati na protok vremena. Tu je nastala hipoteza "vremeplov". Ali čak i da postoji, biće to vrlo kratko i u vrlo malom obimu”...

Jednako egzotična, prema Irini Yaroslavovnoj, je hipoteza o formiranju sudarajućih zraka minijaturne crne rupe. Čak i ako se formiraju, njihov životni vijek će biti toliko beznačajan da će ih biti izuzetno teško jednostavno otkriti.

Samo posrednim dokazima, na primjer, Hawkingovim rendgenskim zračenjem, pa čak i onda nakon što sama rupa nestane.

Ukratko, reakcije će se, prema nekim proračunima, odvijati u zapremini od samo 10-20 kubnih metara. cm i tako brzo da će eksperimentatori morati da se namuče kako bi postavili prave senzore na prava mjesta, dobili podatke i zatim ih interpretirali u skladu s tim.

Nastavlja se… Od kada je profesorka Arefieva izgovorila gore navedene reči, prošlo je skoro pet godina do pisanja ovih redova.

Za to vrijeme nije održano samo prvo probno lansiranje LHC-a, već i nekoliko kasnijih. Kao što sada znate, svi su ostali živi i ništa se strašno nije dogodilo. Radovi se nastavljaju...

Naučnici se samo žale da im je veoma teško pratiti ispravnost sve opreme ove jedinstvene naučne instalacije. Ipak, oni već sanjaju o izgradnji divovskog akceleratora čestica sljedeće generacije - Međunarodnog linearnog sudarača (ILC).

CERN, Švicarska. juna 2013.

U svakom slučaju, o tome pišu Barry Barish, profesor emeritus na Kalifornijskom institutu za tehnologiju, koji vodi dizajn međunarodnog linearnog sudarača, i njegove kolege.

– Nicholas Walker Walker, akcelerator fizičar iz Hamburga, i Hitoshi Yamamoto, profesor fizike na Univerzitetu Tohoku u Japanu.

Veliki hadronski sudarač budućnosti

„Dizajneri ILC-a su već odredili glavne parametre budućeg sudarača“, izvještavaju naučnici.

– Dužina mu je cca. 31 km; glavni dio će zauzeti dva supravodljiva linearna akceleratora, koji će omogućiti sudare elektrona i pozitrona sa energijom od 500 GeV.

Pet puta u sekundi, ILC će generirati, ubrzati i sudarati skoro 3000 snopova elektrona i pozitrona u impulsu od 1 ms, što odgovara 10 MW snage za svaki snop.

Efikasnost instalacije će biti oko 20%, tako da će ukupna snaga koja će ILC-u trebati da ubrza čestice biti skoro 100 MW.”

Da bi se stvorio snop elektrona, meta galij arsenida će biti ozračena laserom; u ovom slučaju, u svakom impulsu, milijarde elektrona će biti izbačene iz njega.

Ovi elektroni će se odmah ubrzati na 5 GeV u kratkom linearnom supravodljivom akceleratoru, a zatim ubrizgati u 6,7 kilometara dugi prsten za skladištenje koji se nalazi u centru kompleksa.

Krećući se u prstenu, elektroni će generirati sinhrotronsko zračenje, a snopovi će se komprimirati, što će povećati gustinu naboja i intenzitet snopa.

Na pola puta, pri energiji od 150 MeV, snopovi elektrona će se blago skrenuti i usmjeriti u poseban magnet, takozvani ondulator, gdje će se dio njihove energije pretvoriti u gama zračenje.

Fotoni gama zraka će pogoditi metu od legure titanijuma koja se okreće brzinom od oko 1.000 obrtaja u minuti.

U tom slučaju se formiraju mnogi parovi elektron-pozitron. Pozitroni će biti zarobljeni, ubrzani do 5 GeV, nakon čega će pasti u drugi kompresijski prsten i, konačno, u drugi glavni linearni supravodljivi akcelerator na suprotnom kraju LS.

Kada energija elektrona i pozitrona dostigne konačnu vrijednost od 250 GeV, oni će jurnuti u tačku sudara. Nakon sudara, produkti reakcije će biti usmjereni u zamke, gdje će biti snimljeni.

Video o velikom hadronskom sudaraču

Najveći i najmoćniji akcelerator čestica na svijetu - Veliki hadronski sudarač (LHC) - nedavno se vratio na posao. Nakon nadogradnje, akcelerator čestica počeo je raditi s dvostrukom snagom. Da li to znači da su svi strahovi povezani sa njegovim početnim lansiranjem ponovo oživljeni?

Iako se ovaj događaj očekivao širom svijeta, dvije osobe su šutile: Walter Wagner, penzionisani oficir za nuklearnu sigurnost, i španski novinar Luis Sancho. Oni imaju svoju istoriju povezanu sa LHC-om, a možda im to dugujemo za sve horor priče povezane sa lansiranjem mašine za cepanje protona.

Mjesecima prije nego što je kolajder trebalo da se uključi po prvi put 2008. godine, Wagner i Sancho su podnijeli tužbu protiv organizacija koje stoje iza monstrum mašine: američkog Ministarstva energetike, Fermi National Accelerator Laboratory i Nacionalne naučne fondacije.

Podrazumeva se da je bilo potrebno mnogo hrabrosti, a možda i malo ludila da se pokuša tužiti bilo koju od ovih organizacija koje zapošljavaju neke od najpametnijih intelektualaca čovečanstva, a kamoli da ih napadnu odjednom. Pogotovo nakon što su završili izgradnju 30-godišnjeg projekta vrijednog 6 milijardi dolara. U odbrani muškaraca, Wagner i Sancho pokušali su spasiti svijet od onoga što su mislili da je neizbježno uništenje.

Među strahovima je bilo da bi LHC mogao stvoriti minijaturnu crnu rupu koja bi bukvalno progutala Zemlju. U svojoj tužbi su tvrdili:

“Na kraju će cijela Zemlja pasti u rastuću mikro crnu rupu, koja će Zemlju pretvoriti u crnu rupu srednje veličine oko koje će mjesec, sateliti, ISS, itd. nastaviti da kruže.”

Tužba je odbačena jer muškarci nisu mogli dokazati "vjerodostojnu prijetnju". Međutim, do danas na Zemlji postoje ljudi koji su uvjereni da će LHC dovesti čovječanstvo do kolapsa. Iako su Sancho i Wagner pogriješili - Zemlja je na mjestu, LHC radi nekoliko godina zaredom - važno je razumjeti zašto naučna pozadina LHC-a ne podrazumijeva nikakve prijetnje. Shvatite zašto Veliki hadronski sudarač neće uzrokovati tako katastrofalnu štetu.

Rođenje crne rupe

Crne rupe su izuzetno gusti kompaktni objekti čija je masa u rasponu od 4 do 170 miliona puta veća od mase Sunca. Iako su crne rupe po definiciji ogromne, barem je teoretski moguće da male količine materije - desetine mikrograma - mogu biti zbijene dovoljno da se stvori crna rupa. Ovo bi bio primjer mikroskopske crne rupe.

Do sada niko nije posmatrao ili proizveo mikroskopske crne rupe - čak ni LHC. Ali prije nego što je prvi put uključen 2008. godine, Wagner i Sancho su strahovali da bi ubrzanje subatomskih čestica do 99,99% brzine svjetlosti i njihovo sudaranje moglo stvoriti tako gustu zbrku čestica da bi se pojavila crna rupa.

Fizičari CERN-a izvještavaju da Ajnštajnova opšta teorija relativnosti sugeriše da bi bilo nemoguće da LHC proizvede takav egzotičan fenomen. Ali šta ako je Ajnštajn pogrešio? Toga se Wagner i Sancho boje.

Uprkos tome, druga teorija koju je razvio poznati astrofizičar Stephen Hawking predviđa da čak i ako se mikroskopska crna rupa formira unutar LHC-a, ona bi se trenutno raspala, ne predstavljajući prijetnju za postojanje Zemlje.

Godine 1974. Hawking je predvidio da crne rupe ne samo da jedu materiju, već je i ispljuvaju u obliku ekstremno visokoenergetskog Hawkingovog zračenja. Prema teoriji, što je crna rupa manja, to više Hawkingovog zračenja emituje u svemir, postepeno nestajući. Tako će mikroskopska crna rupa, postavši najmanja, nestati prije nego što nas ošteti i uništi. Možda je to razlog zašto nismo vidjeli mikroskopske crne rupe.

Rođenje čudne materije

Čudna materija se sastoji od pojedinačnih hipotetičkih čestica – traka – koje se razlikuju od obične materije koja čini sve oko nas.

Wagner i Sancho strahuju da bi se ova čudna materija mogla spojiti sa normalnom materijom i "mogla pretvoriti cijelu Zemlju u jednu veliku čudnu stvar". Naravno, zabrinutost Wagnera i Sancha nije zasnovana na njihovim teorijama - o tim se razmišljanjima raspravljalo u ozbiljnijim naučnim krugovima.

Međutim, niko ne zna tačno ponašanje čudne materije, pa čak ni jednog strangeleta; Djelomično je to razlog zašto remeni ostaju kandidati za čestice tamne materije, koje prevladavaju u našem svemiru.

Kako bi podržali ovu teoriju, fizičari u Nacionalnoj laboratoriji Brookhaven u Njujorku pokušavaju da stvore čudno stanje u Relativističkom sudaraču teških jona od početka ovog veka. Do sada nismo vidjeli niti jedan remen. Ali, naravno, uvijek postoje šanse.

Ako Nacionalna laboratorija Brookhaven bude imala sreće u potrazi, ostaje strah da će strangeleti koji dođu u kontakt s običnom materijom pokrenuti lančanu reakciju koja će vas, nas i sve ostalo na Zemlji pretvoriti u gomilu čudne materije. Da li ćemo uspjeti preživjeti takvu transformaciju i šta će se promijeniti, može se samo nagađati. Ali nepoznato je strašno.

Fizičari iz CERN-a, međutim, tvrde da ako Brookhaven uspije da stvori čudnog, šanse da on stupi u interakciju s običnom materijom su vrlo male:

„Na visokim temperaturama koje proizvode sudarači, teže je lijepiti čudnu materiju nego formirati led u vrućoj vodi“, kažu oni.

Rođenje magnetnih monopola

U prirodi, magneti imaju dva kraja - sjeverni i južni pol. Ali krajem 19. veka, fizičar Pjer Kiri, suprug Marije Kiri, sugerisao je da ne postoji razlog zašto čestica sa jednim magnetnim polom ne bi mogla da postoji.

Više od pola vijeka kasnije, takva čestica, nazvana magnetni monopol, nikada nije stvorena niti uočena u prirodi. Odnosno, to je čisto hipotetički. Ali to nije spriječilo Wagnera da sugerira da bi moćna mašina poput LHC-a mogla stvoriti prvi magnetni monopol u historiji, koji bi mogao uništiti Zemlju.

"Takve čestice mogu imati sposobnost da kataliziraju raspad protona i atoma, uzrokujući da se pretvore u druge vrste materije", napisali su on i Sancho.

Teorija da bi monopol mogao uništiti protone - subatomske građevne blokove sve materije u svemiru - u najboljem je slučaju spekulativna, objašnjavaju fizičari iz CERN-a. Ali recimo da je ova teorija tačna. U ovom slučaju, ova čestica će imati masu koja je prevelika da LHC može stvoriti takvu česticu.

Generalno, mi smo sigurni.

“Činjenica postojanja Zemlje i drugih nebeskih tijela isključuje mogućnost stvaranja opasnih magnetnih monopola koji jedu protone pomoću LHC-a”, kažu fizičari CERN-a.

Fizičari će narednih nekoliko mjeseci povećati snagu LHC-a tako da ona premaši dvostruku maksimalnu snagu na kojoj je LHC radio tokom svog prvog lansiranja. Ovo ne mijenja činjenicu da je malo vjerovatno da će Zemlju uništiti mikroskopske crne rupe, trake ili magnetni monopoli.

Najveća instalacija za fizičke eksperimente u historiji čovječanstva, Veliki hadronski sudarač, smješten u 28-kilometarskom podzemnom prstenu u Francuskoj i Švicarskoj, i dalje izaziva oprečne glasine. Neki od njenog čudesnog putovanja kroz vrijeme očekuju, drugi - otkriće čestice Boga koja nedostaje u slici strukture fizičkog svijeta, a treći - strašne posljedice simulacije Velikog praska, koji može uništiti našu planetu.

Trailer za diskusiju.

Preuzmi video (11.75 MB)

Koja je suština eksperimenata koji se izvode na sudaraču i mogu li oni zaista predstavljati opasnost za cijelo čovječanstvo? Da li je značaj fizičkog otkrića uporediv sa rizikom planetarnih razmera, čak i ako je prihvatljiv sa beznačajnom verovatnoćom?

U debatnoj emisiji "Ugao sumnje" o problemu govori direktor Naučno-obrazovnog centra za fiziku čestica i visokih energija, profesor na BSU i nezavisni istraživač, filozof, autor teorije "O novoj teoriji porijeklo Univerzuma i opasnosti ekstremnih eksperimenata s materijom."

Puna verzija rasprave.

Pažnja! JavaScript vam je onemogućen, vaš pretraživač ne podržava HTML5 ili imate instaliranu stariju verziju Adobe Flash Player-a.

Preuzmi audio (25,84 MB)

Pažnja! JavaScript vam je onemogućen, vaš pretraživač ne podržava HTML5 ili imate instaliranu stariju verziju Adobe Flash Player-a.

Download video

Nikolaj Maksimoviču, koji su eksperimenti postali mogući s pojavom sudarača?
Kolajder je mikroskop (ovo je skoro doslovna analogija). Mikroskop je potreban za gledanje stvari koje nisu vidljive golim okom. Potreban je akcelerator čestica da se koristi za ispitivanje finijih detalja u dubinama materije i njihovo proučavanje. Prije izgradnje Velikog hadronskog sudarača, fizičari su uz pomoć Tevatrona došli do udaljenosti od 10-18 m, odnosno 10-16 cm.Dimenzije atoma su 10-10 m, veličine atomsko jezgro je 10-15 cm.To jest, fizičari su proučavali materiju nekoliko redova magnitude dublje. Veliki hadronski sudarač omogućio je da se ide još dalje u dubine materije i sazna kako je ona strukturirana, koje nove čestice nastaju na takvim udaljenostima i vremenskim intervalima i kako se ponaša fundamentalna interakcija prirode. Sve ovo će nam omogućiti da vidimo neke nove pojave.

Koliko ja znam, eksperimenti sa sudaračem ne posmatraju samo prirodu kakva jeste. Pokreću se određeni procesi koji se ne dešavaju u prirodi ili koje je teško uočiti kada se dešavaju prirodno. Na kraju krajeva, eksperiment proizvodi nešto s materijom, a ne samo to promatra. Možete li pojasniti ovu tačku?
Na osnovu dokazanih, opšteprihvaćenih teorija koje nemaju niti jedan neuspjeh, niti jednu kontradiktornu činjenicu, predviđamo koje ćemo informacije dobiti izvođenjem ovih eksperimenata. Naravno, mogu postojati nove čestice, nova svojstva interakcije. Ali budući da ne postoji nijedan eksperiment koji je u suprotnosti s teorijom relativnosti i kvantnom teorijom polja, koja opisuje fundamentalne interakcije, naša predviđanja bi trebala biti opravdana.

Ali u isto vrijeme, javno mnijenje je bilo uzburkano od samog početka. Neki fizičari su dali izjave da je nemoguće osigurati potpunu kontrolu nad radom sudarača. Odnosno, niko ne može garantovati potpunu sigurnost. Istina je?
Ne poznajem takve fizičare. Kažu to zbog nedostatka informacija.

Prvi koji je pokrenuo ovo pitanje bio je američki fizičar Loren Wagner, koji je proučavao kosmičke zrake, a također je radio u službi radijacijske sigurnosti. Bio je tu i ukrajinski fizičar Ivan Gorelik, profesor hemije Otto Ressler, a još uvijek se mogu naći mnoga imena koja razumno postavljaju pitanje nepredvidivosti eksperimenata.

Kada su održane prve konferencije za novinare uoči lansiranja, njeni organizatori su izrazili ponos što se prvi put u istoriji nauke izvode eksperimenti koji su u principu bili nepredvidivi. Rekli su da će doći do otkrića za koja nisu ni znali i savladati barijeru s kojom se fundamentalna fizika danas suočava. Teorijska fizika je u krizi, a teorija Velikog praska je jedan od koncepata koji ne daje odgovore na mnoga pitanja i vodi u ćorsokak.

Možete li izraziti neriješena pitanja teorije Velikog praska?
Ako se dogodio Veliki prasak i Univerzum je počeo s njim, kako je onda moguće postići bezuzročnost ove eksplozije u praznom stanju? Sama eksplozija je u suprotnosti sa poznatim zakonima fizike (kao što su osnovni zakoni kao što su zakon održanja materije i energije, zakon termodinamike). Tako je nastao Univerzum: niotkuda, na praznom, bezrazložnom mjestu.

Ovo zvuči neprofesionalno i nema apsolutno nikakve veze s onim što fizička teorija objašnjava i što sada promatramo. Ne znamo u potpunosti model početka našeg Univerzuma, njegovu fazu i šta će se s njim dalje dogoditi. Možda Univerzum pulsira, sabijen u tačku, a zatim otpušten. Ali ne može se zamisliti da je postojala praznina u kojoj je nešto nastalo ni iz čega.

Fizičari iskreno kažu da ne znaju razlog zašto je došlo do Velikog praska, ali sigurno ne postoje konkurentske teorije koje bi bile potvrđene činjenicama posmatranja. Mislim na kosmičko mikrotalasno pozadinsko zračenje, Hubbleov zakon (širenje galaksija), a sada i na ubrzano širenje našeg Univerzuma. Došli smo do koncepta tamne materije i tamne energije, koja čini 96% mase našeg svemira. Teorija Velikog praska je najpouzdaniji model i ne poznajem nijedan drugi model koji bi joj se mogao takmičiti sa takvim stepenom opservacijske validnosti.

Isprva je nešto objašnjavala, ali kada su počeli da shvaćaju, ispostavilo se da samo 5% materije proizlazi iz ove teorije. Tada su, potpuno nedokazani, uvedeni novi entiteti - tamna materija i tamna energija.

Prema drugom Newtonovom zakonu, ubrzanje je nemoguće bez sile. Sila je povezana s energijom, što znači da se Univerzum može širiti ubrzano zbog energije. Upoređujemo ovu energiju, koju vidimo, ali o kojoj još uvijek ništa ne znamo, s parametrom koji se može koristiti za određivanje ubrzanja. A mi kažemo da čini oko 74% mase Univerzuma. Još 22% se procjenjuje na tamnu materiju. To su nepoznate neutralne (nenabijene) čestice. Jedan od njih bi mogao biti Higgsov bozon, koji će biti otkriven kao rezultat eksperimenata sa sudaračem.

Postoje i druge teorije koje objašnjavaju ono što teorija Velikog praska ne objašnjava. I to rade bez uvođenja nedokazivih postulata u obliku tamne materije.

Koja teorija je alternativa teoriji Velikog praska?
Postoje dva gledišta o nastanku Univerzuma. Prema jednoj verziji, nastao je iz najmanje tačke kao rezultat Velikog praska. Čak i nobelovci daju neugodne ocjene ovoj teoriji. Prema drugom, materija u svemiru nije nastala eksplozijom, već iz vakuuma. Ova teorija rješava sva pitanja, u okviru svih zakona fizike, bez uključivanja dodatnih entiteta.

Ljudi su slobodni da izmišljaju hipoteze, takva je njihova priroda. Nobelove nagrade za fiziku, posebno poslednjih decenija, dobijaju se upravo za potvrđivanje teorije Velikog praska. Najteže pitanje u fizici je "zašto?" Prvo, fizičari odgovaraju na pitanja "šta?" i "kako?", i pitanja "zašto?" odlučuje se kasnije.

Kolajder može pomoći u odgovoru na pitanje "zašto"?
Bez sumnje. Zašto su naboji elektrona i protona jednaki po veličini? Ovo je misterija prirode.

Koliko je opasan sudarač po vašoj teoriji?
Ako pretpostavimo da je svijet nastao iz praznine koja rađa čestice, možemo izazvati proces uništenja.

Ovo su apsolutno neosnovane spekulacije.

Da li je bilo primjera u radu sudarača koji bi barem nekako mogli potvrditi ove spekulacije? Da li su se desili neki nekontrolisani procesi?
Naravno da ne! Direktor CERN-a je 2008. napustio svoju funkciju i želio da se sudarač lansira pod njim. Stoga su svi malo požurili i nisu provjerili osnovne stvari - spojeve žica na rezervoare s tekućim helijumom. Kada su počeli dizati napon i povećavati snagu, struja se povećala, a jedan kontakt se otopio. Kapljice rastopljenog metala zapalile su rupu u rezervoaru sa tečnim helijumom i, prirodno, eksplodirale su. To je sve što se dogodilo. Nakon godinu i po dana sve je očišćeno i osigurana potpuna sigurnost. Ova mašina je sada pouzdanija od svih nuklearnih elektrana i svemirskih brodova.

Zbog toga procesi nisu išli u nekom nekontrolisanom pravcu?
Eksplodirao je rezervoar sa tečnim helijumom, udarni talas je bio 320 m, prigušnici su se automatski proširili i aktivirao se zaštitni sistem.

Opasnost od sudarača nije u tehničkim kvarovima, već u nepredvidivosti pojave. Po prvi put su završene eksperimentalne instalacije koje utiču na čestice materije za red veličine veće nego prilikom eksplozije termonuklearne bombe! Moguće je stvoriti proces koji će uzrokovati uništenje materije planete. Nikolaj Maksimovič je rekao da je sudarač pouzdaniji od nuklearne elektrane. Ali u Fukušimi je razlog bio ljudski faktor: bilo je potrebno uzeti u obzir mogućnost cunamija.

Da li su postojali eksperimenti sa uništavanjem materije? Da li je ovaj proces obavljen u malom, kontrolisanom obimu?
Tevatron akcelerator u SAD je akcelerator protona i antiprotona. Oni se sudaraju i anihiliraju jer su čestica i antičestica.

Ali u isto vrijeme nema promjene u stvari okolo, lančana reakcija?
Ne, ovo je obična nuklearna reakcija sudara elementarnih čestica.

CERN je nedavno objavio otkriće čestice slične Higsovom bozonu, koju je predvidio Peter Higgs 1964. godine. Kako bi ovo otkriće moglo utjecati na stanje moderne fizičke teorije? Može li rad s ovom česticom biti rizičan?
Odmah ću odgovoriti na posljednje pitanje - ne, naravno. Ovo je važno jer nismo znali odakle dolazi masa. Osnova teorije koja opisuje fundamentalnu interakciju čestica je princip simetrije. U početku se čini da čestice nemaju masu, ali u stvarnosti su masivne. Stoga je izmišljena teorija spontanog narušavanja simetrije jednake čestice bez mase. Naučnici su za pojavu mase okrivili dodatno skalarno polje i Higsovu česticu kao kvant ovog polja.

Pretpostavlja se da ovo polje prožima ceo Univerzum. Prevazilaženje česticama bez mase daje im masu. Što je veće savladavanje Higsovog polja, to je veća masa čestica. Poreklo same mase ostaje neobjašnjivo: još uvek je teško razumeti odakle dolazi u samom Higsovom bozonu. Otkriće bozona je činjenica od ogromnog značaja koja će objasniti nastanak mase, glavne karakteristike svega u Univerzumu.

Prije stoljeće i po, poznati austrijski fizičar i filozof Ernst Mach objasnio je efekt mase jasnije nego CERN sa svojim bozonom i sudaračem. "Svaka čestica ima neku vrstu polja. Zbirka čestica formira tijela koja imaju neku vrstu polja. Zbirka tijela, zvijezda koje emituju, galaksija također ima svoja elektromagnetna, energetska, gravitacijska polja, koja čine ukupno polje Univerzuma U njemu svaka čestica koja ima svoje polje, stupa u interakciju sa materijom Univerzuma, usporava, ubrzava."

Prekrasne riječi bez ijedne formule ili matematičke izjave.

Nije li smješnije reći da postoji čestica koja je odgovorna za masu svega u Univerzumu?

U srcu svega što postoji je nekoliko čestica. Zapravo, ono što nas okružuje su dva kvarka, elektron, elektron i jonski neutrino. Bozoni uzrokuju interakciju imenovanih čestica. Sve ostale čestice se rađaju u eksperimentima, sudarima čestica i sudarima kosmičkih zraka. Teorija koja objašnjava tako jednostavnu strukturu svijeta je mjerna teorija fundamentalnih interakcija. Ali morate platiti za ovu ljepotu jer se ispostavi da su sve čestice bez mase. Jedino matematički ispravno i fizički potkrijepljeno objašnjenje je mehanizam spontanog narušavanja simetrične simetrije, što dovodi do postojanja Higsovog bozona.

Riječ "polje" ne odgovara modernoj fizici?
Bilo kojoj čestici odgovara polje uz pomoć kojeg se opisuje interakcija čestica.

Mislite na novi entitet koji je uveden nedokazanom postavkom. Kvarkovi su nedokazana ideja, izgrađena je na čistoj matematičkoj apstrakciji: ako dozvolimo razlomke naelektrisanja, protoni i neutroni će se zbrajati.

To je eksperimentalno utvrđeno brojnim nepobitnim činjenicama. Efekti uzrokovani kvarkovima ne mogu se objasniti ničim drugim. Ne možemo registrovati slobodni kvark, vidimo samo njegov trag, mlazove sekundarnih čestica. Ljudi se s tim ne mogu pomiriti, ali to je realnost. Ajnštajn je jednom odbacio kvantnu mehaniku jer je rekao da Bog ne igra kockice. Ali niko zbog toga nije otkazao kvantnu mehaniku i svi su shvatili da to nije jasno. Ko može da zamisli da je čestica takođe talas? Takvi procesi nikada neće biti vidljivi, ali to ne znači da ne postoje.

Ali to ne znači da postoji. Ovo je nedokazana pretpostavka.

Da li je Machova pozicija na bilo koji način dokazana?
Svako ima um, osoba može analizirati i izvući svoje zaključke.

Ista stvar se radi i ovdje. Iz nekog razloga Higsov bozon se zove Božja čestica. Zašto je to tako?
Postoje različita mišljenja. Nobelovac Leon Lederman rekao je da je Higsov bozon Božja čestica. Ali ispostavilo se da je prijevod bio netačan. Čini mi se da se bozon figurativno može nazvati Božjom česticom, jer se razlikuje od svih ostalih čestica po tome što vrlo slabo stupa u interakciju s drugim česticama. Samo zahvaljujući rekordno velikoj energiji i gustoći snopova, otkriveno je samo 8 događaja sa Higsovim bozonom. Statistika je još uvijek mala, ali eksperimenti će se nastaviti, a bit će stotine i hiljade događaja. Ovo je izuzetno rijedak fenomen koji daje masu svega što postoji, pa se figurativno može nazvati Božjom česticom.

Koji su neposredni planovi eksperimentatora? Hoće li se snaga povećati ili će se već otkrivene čestice detaljnije proučavati?
Ovo je samo početak; svojstva ove čestice tek treba da se utvrde. Moramo ustanoviti - da li je ovo standardni model Higsovog bozona ili nešto drugo? Govorit će o novim pojavama, nadilazeći standardni model. Planirano je da kolajder bude ugašen u martu 2013. godine i biće nadograđen u roku od 1 godine i 8 meseci. Udarač će izaći sa energijom od 14 TeV u centralnom sistemu i sa povećanim sjajem od 1034. Tada je planirano da se kolajder zaustavi 2018. godine na godinu i po dana, a luminoznost će se udvostručiti. Ako do tog vremena inženjeri riješe neke probleme, onda će to biti 5 puta. Planirano je prikupljanje statistike, traženje novih i razjašnjavanje već poznatih pojava, raznih parametara kako bi standardni model bio precizniji. Rad akceleratora i instalacija planiran je do 2030. godine.