Фразата "Голям адронен колайдер" е толкова дълбоко залегнала в средствата за масова информация, че огромното мнозинство от хората знаят за тази инсталация, включително тези, чиято дейност по никакъв начин не е свързана с физиката на елементарните частици и с науката като цяло.

Наистина такъв мащабен и скъп проект не можеше да бъде пренебрегнат от медиите – пръстеновидна инсталация с дължина почти 27 километра, на цена от десетки милиарди долари, с която работят няколко хиляди изследователи от цял ​​свят. Значителен принос за популярността на колайдера има така наречената „частица на Бог“ или бозонът на Хигс, която беше успешно рекламирана и за която Питър Хигс получи Нобелова награда по физика през 2013 г.

На първо място трябва да се отбележи, че Големият адронен колайдер не е построен от нулата, а е възникнал на мястото на своя предшественик - Големия електронно-позитронен колайдер (LEP). Работата по тунела от 27 мили започва през 1983 г., където по-късно е планирано да се намери ускорител, който да сблъсква електрони и позитрони. През 1988 г. пръстеновидният тунел се затваря, докато работниците се приближават до тунела толкова внимателно, че несъответствието между двата края на тунела е само 1 сантиметър.

Ускорителят работи до края на 2000 г., когато достига своя пик – енергия от 209 GeV. След това започна разглобяването му. През единадесетте години на своята работа LEP донесе редица открития във физиката, включително откриването на W и Z бозоните и тяхното по-нататъшно изследване. Въз основа на резултатите от тези изследвания беше направено заключение за сходството на механизмите на електромагнитните и слабите взаимодействия, в резултат на което започна теоретична работа за комбиниране на тези взаимодействия в електрослаби.

През 2001 г. на мястото на електрон-позитронния ускорител започва изграждането на Големия адронен колайдер. Изграждането на новия ускорител приключи в края на 2007 г. Намираше се на мястото на LEP - на границата между Франция и Швейцария, в долината на Женевското езеро (15 км от Женева), на дълбочина от сто метра. През август 2008 г. започнаха изпитанията на колайдера, а на 10 септември се състоя официалното пускане на LHC. Както и при предишния ускорител, изграждането и експлоатацията на съоръжението се ръководи от Европейската организация за ядрени изследвания – ЦЕРН.

ЦЕРН

Накратко, заслужава да се спомене организацията CERN (Conseil Européenne pour la Recherche Nucléaire). Тази организация действа като най-голямата лаборатория в света в областта на физиката на високите енергии. Тя включва три хиляди постоянни служители, а още няколко хиляди изследователи и учени от 80 страни участват в проекти на ЦЕРН.

В момента участниците в проекта са 22 държави: Белгия, Дания, Франция, Германия, Гърция, Италия, Холандия, Норвегия, Швеция, Швейцария, Великобритания - учредители, Австрия, Испания, Португалия, Финландия, Полша, Унгария, Чехия, Словакия, България и Румъния се присъединиха. Въпреки това, както бе споменато по-горе, още няколко десетки страни участват по един или друг начин в работата на организацията, и по-специално в Големия адронен колайдер.

Как работи Големият адронен колайдер?

Какво представлява Големият адронен колайдер и как работи са основните въпроси, които интересуват обществеността. Нека разгледаме тези въпроси по-нататък.

Collider (колайдер) – в превод от английски означава „този, който се сблъсква“. Задачата на такава инсталация е сблъсъкът на частици. В случай на адронен колайдер ролята на частици играят адрони - частици, участващи в силни взаимодействия. Това са протоните.

Получаване на протони

Дългият път на протоните води началото си от дуоплазматрона – първата степен на ускорителя, където водородът навлиза под формата на газ. Дуоплазматронът е разрядна камера, в която през газа се провежда електрически разряд. Така водородът, състоящ се само от един електрон и един протон, губи своя електрон. Така се образува плазма - вещество, състоящо се от заредени частици - протони. Разбира се, е трудно да се получи чиста протонна плазма, следователно образуваната плазма, която също включва облак от молекулни йони и електрони, се филтрира, за да се отдели облак от протони. Под въздействието на магнити протонната плазма се излъчва в лъч.

Предварително ускорение на частиците

Новообразуваният протонен лъч започва своето пътуване в линейния ускорител LINAC 2, който представлява 30-метров пръстен, последователно окачен с няколко кухи цилиндрични електрода (проводника). Електростатичното поле, генерирано вътре в ускорителя, е градуирано по такъв начин, че частиците между кухите цилиндри винаги изпитват ускоряваща сила в посока на следващия електрод. Без да навлизаме напълно в механизма на ускорение на протоните на този етап, отбелязваме само, че на изхода от LINAC 2 физиците получават сноп от протони с енергия от 50 MeV, които вече достигат 31% от скоростта на светлината. Прави впечатление, че в този случай масата на частиците се увеличава с 5%.

До 2019-2020 г. се планира LINAC 2 да бъде заменен с LINAC 4, който ще ускори протоните до 160 MeV.

Струва си да се отбележи, че оловните йони също се ускоряват в колайдера, което ще направи възможно изследването на кварк-глюонната плазма. Те се ускоряват в пръстен LINAC 3, подобно на LINAC 2. В бъдеще се планират и експерименти с аргон и ксенон.

След това протонните пакети влизат в протонно-синхронния бустер (PSB). Състои се от четири насложени един върху друг пръстена с диаметър 50 метра, в които са разположени електромагнитни резонатори. Създаденото от тях електромагнитно поле има висок интензитет и преминаващата през него частица получава ускорение в резултат на потенциалната разлика на полето. Така само след 1,2 секунди частиците се ускоряват в PSB до 91% от скоростта на светлината и достигат енергия от 1,4 GeV, след което влизат в протонния синхротрон (PS). PS е с диаметър 628 метра и е оборудван с 27 магнита, които насочват лъча от частици в кръгова орбита. Тук протоните достигат 26 GeV частици.

Предпоследният пръстен за ускоряване на протоните е суперпротонният синхротрон (SPS), който има обиколка от 7 километра. Снабден с 1317 магнита, SPS ускорява частиците до енергия от 450 GeV. След около 20 минути протонният лъч удря основния пръстен – Големия адронен колайдер (LHC).

Ускоряване и сблъсък на частици в LHC

Преходите между пръстените на ускорителите се осъществяват с помощта на електромагнитни полета, създавани от мощни магнити. Основният пръстен на колидерото се състои от две успоредни линии, в които частиците се движат в пръстеновидна орбита в обратна посока. Около 10 000 магнита са отговорни за поддържането на кръговата траектория на частиците и насочването им към точките на сблъсък, някои от които тежат до 27 тона. За да се избегне прегряване на магнитите, се използва верига с хелий-4, през която протичат около 96 тона материя при температура -271,25 ° C (1,9 K). Протоните достигат енергия от 6,5 TeV (тоест енергията на сблъсък е 13 TeV), докато скоростта им е с 11 km / h по-малка от скоростта на светлината. Така протонният лъч преминава през големия пръстен на колайдер 11 000 пъти в секунда. Преди да настъпи сблъсъкът на частиците, те ще циркулират около пръстена за 5 до 24 часа.

Сблъсъкът на частици се случва в четири точки на основния LHC пръстен, в който са разположени четири детектора: ATLAS, CMS, ALICE и LHCb.

Големи детектори на адронен колайдер

ATLAS (Тороидален LHC апарат)

- е един от двата детектора с общо предназначение в Големия адронен колайдер (LHC). Той изследва широк спектър от физика, от търсене на бозона на Хигс до частици, които могат да съставят тъмна материя. Въпреки че има същите научни цели като експеримента CMS, ATLAS използва различни технически решения и различен дизайн на магнитната система.

Лъчове на частици от LHC се сблъскват в центъра на детектора ATLAS, създавайки сблъскващи се отломки под формата на нови частици, които се излъчват от точката на сблъсък във всички посоки. Шест различни подсистеми за откриване, разположени на слоеве около точката на сблъсък, записват пътищата, импулса и енергията на частиците, позволявайки им да бъдат индивидуално идентифицирани. Огромна система от магнити огъва пътя на заредените частици, за да може да се измери техният импулс.

Взаимодействията в детектора ATLAS създават огромен поток от данни. За да обработи тези данни, ATLAS използва усъвършенствана "тригерна" система, за да каже на детектора кои събития да запише и кои да игнорира. След това се използват сложни системи за събиране на данни и изчисления за анализ на записаните сблъсъци.

Детекторът е висок 46 метра и широк 25 метра и тежи 7000 тона. Тези параметри правят ATLAS най-големият детектор за частици, създаван някога. Намира се в тунел на 100 м дълбочина в близост до основното съоръжение на ЦЕРН, близо до село Мейрин в Швейцария. Инсталацията се състои от 4 основни компонента:

• Вътрешният детектор е цилиндричен, вътрешният пръстен е само на няколко сантиметра от оста на преминаващия лъч частици, а външният пръстен е с диаметър 2,1 метра и дължина 6,2 метра. Състои се от три различни сензорни системи, потопени в магнитно поле. Вътрешен детектор измерва посоката, импулса и заряда на електрически заредени частици, произведени при всеки протон-протонен сблъсък. Основните елементи на вътрешния детектор са: Pixel Detector, Semi-Conductor Tracker (SCT) и Transition Radiation Tracker (TRT).

• Калориметрите измерват енергията, която една частица губи, докато преминава през детектор. Той абсорбира частиците, възникващи от сблъсъка, като по този начин фиксира тяхната енергия. Калориметрите се състоят от слоеве от "абсорбиращ" материал с висока плътност - олово, редуващи се със слоеве от "активна среда" - течен аргон. Електромагнитните калориметри измерват енергията на електроните и фотоните при взаимодействие с материята. Адронните калориметри измерват енергията на адроните, взаимодействащи с атомните ядра. Калориметрите могат да спрат повечето от известните частици, с изключение на мюони и неутрино.

LAr (Liquid Argon Calorimeter) - калориметър ATLAS

• Мюонен спектрометър – Състои се от 4000 отделни мюонни камери, използващи четири различни технологии за идентифициране на мюони и измерване на техния импулс. Мюоните обикновено преминават през вътрешен детектор и калориметър и затова е необходим мюонен спектрометър.

• Магнитната система ATLAS огъва частици около различните слоеве на детекторни системи, което улеснява проследяването на следите на частиците.

В експеримента ATLAS (февруари 2012 г.) работят над 3000 учени от 174 институции в 38 държави.

CMS (компактен мюон соленоид)

- е детектор с общо предназначение в Големия адронен колайдер (LHC). Подобно на ATLAS, той има обширна програма по физика, варираща от изучаване на стандартния модел (включително бозона на Хигс) до търсене на частици, които биха могли да съставят тъмната материя. Въпреки че има същите научни цели като експеримента ATLAS, CMS използва различни технически решения и различен дизайн на магнитната система.

CMS детекторът е изграден около огромен соленоиден магнит. Това е цилиндрична намотка от свръхпроводящ кабел, която генерира поле от 4 Тесла, приблизително 100 000 пъти по-голямо от магнитното поле на Земята. Полето е ограничено от стоманено "иго", което е най-масивният компонент на детектора, тежащ 14 000 тона. Цялостният детектор е дълъг 21 m, широк 15 m и висок 15 m. Инсталацията се състои от 4 основни компонента:

• Соленоидният магнит е най-големият магнит в света, който служи за огъване на траекторията на заредените частици, излъчени от точката на сблъсък. Изкривяването на траекторията ви позволява да правите разлика между положително и отрицателно заредени частици (защото те се огъват в противоположни посоки), както и да измервате импулса, чийто размер зависи от кривината на траекторията. Огромният размер на соленоида позволява тракерът и калориметрите да бъдат позиционирани вътре в намотката.
• Silicon Tracker - Състои се от 75 милиона отделни електронни сензори, подредени в концентрични слоеве. Когато заредена частица лети през слоевете на тракера, тя прехвърля част от енергията към всеки слой, комбинацията от тези точки на сблъсък на частицата с различни слоеве ви позволява да определите допълнително нейната траектория.
• Калориметри - електронни и адронни, вижте ATLAS калориметри.
• Поддетектори - позволяват откриване на мюони. Те са представени от 1400 мюонни камери, които са разположени на слоеве извън намотката, редуващи се с метални пластини на "хамут".

Експериментът CMS е едно от най-големите международни научни изследвания в историята, включващо 4300 души: физици на елементарни частици, инженери и техници, студенти и помощен персонал от 182 института, 42 държави (февруари 2014 г.).

АЛИС (Експеримент с голям йонен колайдер)

- е детектор за тежки йони на пръстените на Големия адронен колайдер (LHC). Той е предназначен да изучава физиката на силно взаимодействаща материя при екстремни енергийни плътности, където се образува фаза на материята, наречена кварк-глюонна плазма.

Цялата обикновена материя във Вселената днес се състои от атоми. Всеки атом съдържа ядро, съставено от протони и неутрони (с изключение на водород, който няма неутрони), заобиколен от облак от електрони. Протоните и неутроните от своя страна са изградени от кварки, свързани заедно с други частици, наречени глуони. Никога не е наблюдаван кварк в изолация: кварките, както и глуоните изглеждат постоянно свързани заедно и затворени в съставни частици като протони и неутрони. Това се нарича задържане.

Сблъсъците в LHC създават температури над 100 000 пъти по-горещи, отколкото в центъра на Слънцето. Ускорителят осигурява сблъсъци между оловни йони, симулирайки условия, подобни на тези, настъпили непосредствено след Големия взрив. В тези екстремни условия протоните и неутроните се „топяват“, освобождавайки кварките от връзките си с глуони. Това е кварк-глюонната плазма.

Експериментът ALICE използва детектор ALICE с тегло 10 000 тона, дълъг 26 m, висок 16 m и широк 16 m. Устройството се състои от три основни комплекта компоненти: проследяващи устройства, калориметри и детектори за идентификация на частици. Той също е разделен на 18 модула. Детекторът се намира в тунел на дълбочина от 56 м по-долу, близо до село Saint-Denis-Pouilly във Франция.

В експеримента работят над 1000 учени от над 100 физически института в 30 страни.

LHCb (експеримент за красота с голям адронен колайдер)

- Като част от експеримента се извършва изследване на малки разлики между материя и антиматерия чрез изучаване на тип частица, наречен „кварк на красотата“ или „b-кварк“.

Вместо да обгражда цялата точка на сблъсък със затворен детектор като ATLAS и CMS, експериментът LHCb използва серия от поддетектори за откриване на предимно предни частици - тези, които са били насочени напред в резултат на сблъсък в същата посока. Първият поддетектор се монтира близо до точката на сблъсък, а останалите - един след друг на разстояние 20 метра.

В LHC се създава голямо изобилие от различни видове кварки, преди те бързо да се разпаднат в други форми. За улавяне на b-кварки са разработени сложни движещи се детектори за проследяване за LHCb, разположени в близост до движението на лъча на частиците през колайдера.

5600-тонният LHCb детектор се състои от директен спектрометър и плоски детектори. Той е дълъг 21 метра, висок 10 метра и широк 13 метра и е на 100 метра под земята. Около 700 учени от 66 различни института и университета участват в експеримента LHCb (октомври 2013 г.).

Други експерименти в колайдера

В допълнение към горните експерименти в Големия адронен колайдер, има два други експеримента с инсталации:

• LHCf (Голям адронен колайдер напред)- изучава частиците, изхвърлени напред след сблъсъка на снопове от частици. Те имитират космически лъчи, които се изследват от учени като част от експеримент. Космическите лъчи са естествено срещащи се заредени частици от космоса, които непрекъснато бомбардират земната атмосфера. Те се сблъскват с ядрата в горните слоеве на атмосферата, причинявайки каскада от частици, които достигат нивото на земята. Изучаването на това как сблъсъците вътре в LHC причиняват подобни каскади от частици ще помогне на физиците да интерпретират и калибрират мащабни експерименти с космически лъчи, които могат да обхващат хиляди километри.

LHCf се състои от два детектора, които са разположени по протежение на LHC, на разстояние от 140 метра от двете страни на точката на сблъсък ATLAS. Всеки от двата детектора тежи само 40 килограма и е с дължина 30 cm, височина 80 cm и ширина 10 cm. В експеримента LHCf участват 30 учени от 9 института в 5 държави (ноември 2012 г.).

• TOTEM (общо напречно сечение, еластично разсейване и дифракционна дисоциация)- експериментирайте с най-дългата инсталация в колайдера. Неговата задача е да изучава самите протони, като прецизно измерва протоните, възникващи от сблъсъци под малки ъгли. Тази област е известна като посока "напред" и не е достъпна за други LHC експерименти. Детекторите TOTEM се простират на почти половин километър около точката на взаимодействие на CMS. TOTEM разполага с близо 3000 кг оборудване, включително четири ядрени телескопа и 26 римски детектора за саксии. Последният тип позволява на детекторите да бъдат поставени възможно най-близо до лъча на частиците. Експериментът TOTEM включва около 100 учени от 16 института в 8 държави (август 2014 г.).

Защо е необходим Големият адронен колайдер?

Най-голямото международно научно съоръжение изследва широк спектър от физически проблеми:

• Изследване на топ кварки. Тази частица е не само най-тежкият кварк, но и най-тежката елементарна частица. Изучаването на свойствата на топ кварка също има смисъл, защото е изследователски инструмент.
• Търсене и изследване на Хигс бозона. Въпреки че CERN твърди, че бозонът на Хигс вече е бил открит (през 2012 г.), засега се знае много малко за неговата природа и по-нататъшни изследвания биха могли да изяснят механизма на неговото действие.

• Изследване на кварк-глюонна плазма. При сблъсъци на оловни ядра при високи скорости се образува в колайдера. Неговите изследвания могат да донесат полезни резултати както за ядрената физика (усъвършенстване на теорията на силните взаимодействия), така и за астрофизика (изучаване на Вселената в първите моменти на нейното съществуване).
• Търсете суперсиметрия. Това изследване има за цел да опровергае или докаже "суперсиметрията" - теорията, че всяка елементарна частица има по-тежък партньор, наречен "суперчастица".
• Изследване на фотон-фотонни и фотон-адронни сблъсъци. Това ще подобри разбирането на механизмите на процесите на подобни сблъсъци.
• Тестване на екзотични теории. Тази категория задачи включва най-нестандартните - "екзотични" такива, например търсенето на паралелни вселени чрез създаване на мини-черни дупки.

В допълнение към тези задачи има много други, чието решаване също ще позволи на човечеството да разбере природата и света около нас на по-качествено ниво, което от своя страна ще отвори възможности за създаване на нови технологии.

Практически ползи от Големия адронен колайдер и фундаментална наука

Преди всичко трябва да се отбележи, че фундаменталните изследвания допринасят за фундаменталната наука. Приложната наука се занимава с прилагането на тези знания. Част от обществото, която не е наясно с ползите от фундаменталната наука, често не възприема откриването на Хигс бозона или създаването на кварк-глюонна плазма като нещо значимо. Връзката между подобни изследвания и живота на обикновения човек не е очевидна. Нека вземем бърз пример от ядрената енергетика:

През 1896 г. френският физик Антоан Анри Бекерел открива явлението радиоактивност. Дълго време се смяташе, че човечеството скоро няма да премине към промишленото му използване. Само пет години преди пускането на първия ядрен реактор в историята, великият физик Ърнест Ръдърфорд, който всъщност открива атомното ядро ​​през 1911 г., каза, че атомната енергия никога няма да намери своето приложение. Експертите успяха да преосмислят отношението си към енергията, съдържаща се в ядрото на атома през 1939 г., когато немските учени Лиза Майтнер и Ото Хан откриха, че урановите ядра, когато са облъчени с неутрони, се разделят на две части, освобождавайки огромно количество енергия - ядрена енергия.

И едва след тази последна връзка в редица фундаментални изследвания се задейства приложната наука, която на базата на тези открития изобретява устройство за получаване на ядрена енергия – атомен реактор. Мащабът на откритието може да бъде оценен чрез разглеждане на дела на електроенергията, генерирана от ядрените реактори. Така в Украйна, например, атомните електроцентрали представляват 56% от производството на електроенергия, а във Франция - общо 76%.

Всички нови технологии се основават на едни или други фундаментални знания. Ето още няколко кратки примера:

• През 1895 г. Вилхелм Конрад Рентген забелязва, че фотографската плоча потъмнява под въздействието на рентгенови лъчи. Днес рентгенографията е едно от най-използваните изследвания в медицината, което ви позволява да изследвате състоянието на вътрешните органи и да откриете инфекции и подуване.
• През 1915 г. Алберт Айнщайн предлага своя собствена. Днес тази теория се взема предвид, когато работят GPS сателити, които определят местоположението на обект с точност до няколко метра. GPS се използва в клетъчните комуникации, картографията, наблюдението на превозни средства, но основно в навигацията. Грешката на спътник, който не отчита общата теория на относителността, би се увеличил с 10 километра на ден от момента на изстрелването! И ако пешеходецът може да използва ума си и хартиена карта, тогава пилотите на самолета ще се окажат в трудна ситуация, тъй като е невъзможно да се движат от облаците.

Ако днес практическото приложение на откритията, направени в LHC, все още не е намерено, това не означава, че учените „напразно се забъркват с колайдера“. Както знаете, Homo sapiens винаги има намерение да получи максимално практическо приложение от наличните знания и следователно знанията за природата, натрупани в процеса на изследване в LHC, определено ще намерят своето приложение, рано или късно. Както вече беше показано по-горе, връзката между фундаменталните открития и технологиите, които ги използват, понякога може да не е очевидна.

И накрая, нека отбележим т. нар. косвени открития, които не са поставени като първоначални цели на изследването. Те са доста често срещани, тъй като за да се направи фундаментално откритие обикновено е необходимо въвеждането и използването на нови технологии. Така че развитието на оптиката получи тласък от фундаментални космически изследвания, базирани на наблюденията на астрономите през телескоп. В случая с CERN така се появи вездесъщата технология - Интернет, проект, предложен от Тим ​​Бърнърс-Лий през 1989 г., за да се улесни намирането на данни от CERN.

Наталия Демина посети Европейския център за ядрени изследвания (ЦЕРН) в навечерието на 60-ия му рожден ден. Тя е уверена, че след надграждането Големият адронен колайдер ще бъде готов за нови открития.

Никога не съм карал колело по тунела на LHC. Въпреки че две дузини велосипеда, окачени на специална стойка или облегнати на стената, явно чакаха желаещите. Тъкмо бяхме долу, когато прозвуча сирена. Нашата група веднага беше откарана до асансьора, който ни изведе на повърхността, 90 метра нагоре. "Ако в тунела започне пожар, всичко ще бъде изпълнено със специална пяна, в която можете да дишате.", - успокои ни придружаващите, весели Афро-швейцарец Абдила Абал. — Опитвал ли си да го дишаш?Попитах. "Не!"Той отговори и всички се засмяха.

Към сградата, където се провежда експериментът АЛИС, няколко минути по-късно пристигна пожарната. Търсенето на причината за алармата продължи около час – оказа се, че сензорът за ниво на кислород е работил в тунела, но не ни позволиха да слезем.

себе си ЦЕРНприлича на град, на входа ще ви посрещне порта с охрана, която ще провери пропуска или резервацията в местния хостел хотел. „Преди беше по-лесно, - казват старите хора. - Всичко това се появи едва след като се случиха няколко неприятни инцидента, включително и със зелените."... Какви други инциденти? ЦЕРН е отворен към света всеки ден на своята територия и в нея музей ("Сфера на науката и иновациите")На екскурзии идват ученици, студенти и учители, които разказват за миналото, настоящето и бъдещето на един от най-добрите физически центрове в света. Изглежда, че CERN има всичко: пощата, и вкусен евтин ресторант на самообслужване, и банка, и японска сакура, и руски брези. Почти рай - както за служители, така и за посетители. Но има и малък брой хора, които се нуждаят от „инциденти“ като въздух и трябва да могат по някакъв начин да се съпротивляват.

Самият 27-километров пръстен се намира на дълбочина 50-150 м на територията както на Франция, така и на Швейцария. От центъра на Женева можете да стигнете до ЦЕРН с редовен градски трамвай само за 20-30 минути. Границата между двете държави е почти невидима и досега не ми е казано: "Виж, това е границата", не бих я забелязал. Автомобилите и пешеходците пътуват без да спират. Аз самият ходех напред-назад, от хотела до ЦЕРН, като се смеех на себе си, че отивам на вечеря от Франция до Швейцария.

Преди да пристигна в ЦЕРН, не знаех за ролята, която изигра руската отбранителна индустрия в изграждането на колайдера, останал от времето на СССР. Така че за крайния адронен калориметър на CMS детектора беше необходимо да се направи голям обем от специални месингови пластини. Къде мога да взема месинг? Оказа се, че на север в нашите военноморски предприятия са се натрупали много отработени патрони, така че са претопени.

„По едно време, когато американците заплашваха СССР с„ звездни войни “, академик Велихов предложи поставянето на лазерни оръжия в орбита. За лазерите бяха необходими специални кристали, - ми каза Владимир Гаврилов, ръководител на експеримента за CMS от Института за теоретична и експериментална физика (ITEP). - За този проект са построени няколко фабрики. Но после всичко рухна, фабриките нямаха какво да правят. Оказа се, че заводът в Богородицк, Тулска област може да произвежда кристали, които са необходими за CMS ".

ЕКСПЕРИМЕНТИ АТЛАС И CMS

Четири големи експеримента се провеждат в Големия адронен колайдер ( АТЛАС, CMS, АЛИСи LHCb) и три малки ( LHCf, MoEDALи ТОТЕМ). Потокът от данни от четирите големи експеримента е 15 петабайта (15 милиона GB) годишно, което ще изисква 20-километров стек от компактдискове за запис. Честта на откриването на бозона на Хигс принадлежи съвместно на ATLAS и CMS, в състава на тези колаборации има много учени от Русия. Само за 60 години повече от хиляда руски специалисти са работили в ЦЕРН. Детекторът ATLAS е невероятен: 35 m височина, 33 m ширина и почти 50 m дължина. Николай Зимин, служител на Обединения институт за ядрени изследвания в Дубнаи този експеримент, който работи в CERN от много години, сравнява детектора с гигантска кукла за гнездене. „Всеки от горните слоеве на детекторите заобикаля предишния, опитвайки се да покрие плътния ъгъл колкото е възможно повече. В идеалния случай това трябва да се направи така, че всички излъчени частици да могат да бъдат уловени и „мъртвите зони“ в детектора да бъдат сведени до минимум., - подчертава той. Всяка от подсистемите на детектора, "детекторни слоеве", регистрира определени частици, които се получават при сблъсък на протонни лъчи.

Колко "матрьошки" има в голям "матрьошка-детектор"? Четири големи подсистеми, включително мюонна и калориметрична система. В резултат на това изхвърлената частица пресича около 50 "регистрационни слоя" на детектора, всеки от които събира една или друга информация. Учените определят траекторията на тези частици в космоса, техните заряди, скорости, маса и енергия.

Протонните лъчи се сблъскват само на онези места, които са заобиколени от детектори, на други места на колайдера те летят по успоредни тръби.

Ускорените и изстреляни в Големия адронен колайдер лъчи се въртят за 10 часа, като през това време покриват път от 10 милиарда км, което е достатъчно за пътуване до Нептун и обратно. Протоните, пътуващи с почти светлинна скорост, правят 11 245 оборота в секунда по 27-километровия пръстен!

Протоните, излизащи от инжектора, преминават през цяла каскада от ускорители, докато влязат в големия пръстен. „ЦЕРН, за разлика от руските центрове, успя да използва всеки от своите рекордни за времето си ускорители като предварителен ускорител за следващия.“, - отбелязва Николай Зимин... Всичко започна с Протонен синхротрон (PS, 1959), тогава имаше Суперпротонен синхротрон (SPS, 1976), Тогава Голям електронно-позитронен колайдер (LEP, 1989)... Тогава LEP беше "изрязан" от тунела, за да се спестят пари, а на негово място беше построен Големият адронен колайдер. „След това LHC ще бъде „изрязан“, ще бъде построен супер LHC, вече има такива идеи. Или може би веднага ще започнат да строят FCC (Future Circular Collider) и ще се появи 100-километров 50 TeV колайдер.", - продължава разказа си Зимин.

„Защо тук всичко е толкова добре организирано по отношение на сигурността? Защото отдолу има много опасности. Първо, самата тъмница е дълбока 100 метра. Второ, има много криогенно оборудване, ATLAS работи с две магнитни полета. Един от тях е образуван от централен свръхпроводящ соленоид, който трябва да бъде охладен. Вторият е най-големите магнитни тороиди в света. Това са 25-метрови гевреци в едната посока и 6-метрови - в другата. Във всеки от тях циркулира ток от 20 kA. И те също трябва да бъдат охладени с течен хелий. Съхранената енергия на магнитното поле е 1,6 GJ, така че ако нещо се случи, последствията от разрушаването на детектора могат да бъдат катастрофални. В камерата на лъча на детектора има висок вакуум и ако се наруши, може да се получи експлозия.", - говори Николай Зимин.

„Ето едно от празните (по отношение на вакуума) места в Слънчевата система и едно от най-студените във Вселената: 1,9 K (-271,3 ° C). В същото време - едно от най-горещите места в Галактиката"- така обичат да казват в ЦЕРН и всичко това не е преувеличение. LHC е най-голямата охладителна система в света, необходимо е да се поддържа 27-километров пръстен в състояние на свръхпроводимост. В тръбите, през които летят протонни лъчи, се създава свръхвисок вакуум от 10-12 атмосфери, за да се избегнат сблъсъци с газови молекули.

РЕПУБЛИКА НА КОЛАБОРАЦИЯТА

Работата в Големия адронен колайдер се извършва в условия на постоянна научна конкуренция между сътрудничества. Но бозонът на Хигс е открит едновременно от групата ATLAS и групата CMS. Владимир Гаврилов (CMS)подчертава значението на две независими сътрудничества, работещи по тази задача едновременно. „Съобщението, че са открили бозона на Хигс, беше направено едва след като и двете колаборации дадоха резултати, получени по напълно различни начини, но показващи приблизително едни и същи параметри с възможната точност за двата детектора. Тази точност сега се увеличава и съгласието между резултатите е още по-добро.". „ЦЕРН и сътрудничеството са различни неща. CERN е лаборатория, тя ви дава ускорител, а колаборациите са отделни държави на учени със собствена конституция, собствени финанси и управление. А хората, които работят по детекторите, 90% не са служители на ЦЕРН, а служители на институти, трудът им се заплаща от участващите държави и институти и ЦЕРН влиза в сътрудничество на същото основание като другите институти ", - обяснява Олег Федин от Института по ядрена физика в Санкт Петербург.

БЪДЕЩЕТО НА ГОЛЕМИЯ АДРОН КОЛАЙДЕР

вече колайдера не работи година и половина, инженери и техници проверяват и заменят оборудването. „Ще пуснем първите пакети през януари 2015 г. Кога ще дойдат първите интересни резултати, не знам. Енергията на колайдера ще бъде почти удвоена - от 7 на 13 TeV - това всъщност е нова машина ", - казаха ни Главният изпълнителен директор на ЦЕРН Ролф-Дитер Хойер.

Какво очаква Ролф Хойер от пускането на LHC след модернизация? „Мечтая тук, в LHC, да можем да намерим следи от частици тъмна материя. Ще бъде чудесно. Но това е само мечта! Не мога да гарантирам, че ще го намерим. И, разбира се, можем да открием някои нови неща. От една страна е Стандартният модел – той описва света удивително добре. Но това не обяснява нищо. Твърде много параметри са въведени ръчно. Стандартният модел е фантастичен. Но отвъд стандартния модел, това е още по-фантастично.".

В навечерието на 60-годишнината на ЦЕРНРолф Хойер отбелязва, че през всичките тези години научният център е живял под мотото: „60 години наука за света“. Според него, „ЦЕРН не само го игнорира, но се опита да стои възможно най-далеч от всякакви политически въпроси. От самото основаване на ЦЕРН, когато имаше разделение между Запад и Изток, представители на двете страни можеха да работят тук заедно. Днес имаме учени от Израел и Палестина, Индия и Пакистан... Опитваме се да стоим извън политиката, опитваме се да работим като представители на човечеството, като нормални хора ".

Тази статия използва брошурата на LHC Ръководството. Електронна версия - на сайта

Големият адронен колайдер се нарича или „машината на Страшния съд“, или ключът към мистерията на Вселената, но значението му не е под въпрос.

Както известният британски мислител Бертран Ръсел веднъж каза: „е това, което знаеш, философията е това, което не знаеш“. Изглежда, че истинското научно познание отдавна се е отделило от произхода си, което може да се намери във философските изследвания на Древна Гърция, но това не е съвсем вярно.

През целия двадесети век учените се опитват да намерят в науката отговора на въпроса за структурата на света. Този процес беше подобен на търсенето на смисъла на живота: огромно разнообразие от теории, предположения и дори луди идеи. До какви заключения стигнаха учените в началото на XXI век?

Целият свят се състои от елементарни частици, които представляват крайните форми на всичко съществуващо, тоест това, което не може да бъде разделено на по-малки елементи. Те включват протони, електрони, неутрони и т.н. Тези частици са в постоянно взаимодействие помежду си. В началото на нашия век той се изразява в 4 основни типа: гравитационен, електромагнитен, силен и слаб. Първият е описан от Общата теория на относителността, другите три са комбинирани в Стандартния модел (квантовата теория). Предполага се също, че има друго взаимодействие, наречено по-късно полето на Хигс.

Постепенно идеята за комбиниране на всички фундаментални взаимодействия в рамките на „ теория на всичко ", което първоначално се възприема като шега, но бързо прераства в мощно научно направление. Защо е необходимо това? Толкова е просто! Без да разбираме как функционира светът, ние сме като мравки в изкуствено гнездо – няма да надхвърлим възможностите си. Човешкото знание не може (е, или чаоне може, ако сте оптимист) да обхване структурата на света като цяло.

Една от най-известните теории, която твърди, че „прегръща всичко“ е теория на струните... Това означава, че цялата Вселена и животът ни с вас е многоизмерен. Въпреки разработената теоретична част и подкрепата на известни физици като Браян Грийн и Стивън Хокинг, тя няма експериментално потвърждение.

Учените, десетилетия по-късно, се умориха да излъчват от трибуните и решиха да изградят нещо, което веднъж завинаги трябва да постави точки над i-тата. За това е създадена най-голямата експериментална инсталация в света - Голям адронен колайдер (LHC).

— Към колайдера!

Какво е колайдер? Научно казано, това е ускорител на заредени частици, предназначен да ускорява елементарните частици за по-нататъшно разбиране на тяхното взаимодействие. Ненаучно казано, това е голяма арена (или пясъчна кутия, ако желаете), в която учените се борят, за да потвърдят своите теории.

За първи път идеята да се сблъскат елементарни частици и да се види какво ще се случи, идва на американския физик Доналд Уилям Керст през 1956 г. Той предположи, че благодарение на това учените ще могат да проникнат в тайните на Вселената. Изглежда, какво лошо има в сблъсъка на два лъча протони с обща енергия милион пъти повече, отколкото от термоядрен синтез? Времената бяха подходящи: Студената война, надпреварата във въоръжаването и всичко това.

Историята на създаването на LHC

Идеята за създаване на ускорител за производство и изследване на заредени частици се появява в началото на 1920-те, но първите прототипи са създадени едва в началото на 1930-те. Първоначално те бяха линейни ускорители с високо напрежение, тоест заредени частици, движещи се по права линия. Версията на пръстена е представена в САЩ през 1931 г., след което подобни устройства започват да се появяват в редица развити страни - Великобритания, Швейцария и СССР. Те получиха името циклотрони, а по-късно започна активно да се използва за създаване на ядрени оръжия.

Трябва да се отбележи, че цената на изграждането на ускорител на частици е невероятно висока. Европа, която играеше второстепенна роля по време на Студената война, поръча създаването му Европейска организация за ядрени изследвания (на руски често се чете като CERN), който по-късно се зае с изграждането на LHC.

ЦЕРН е създаден в резултат на международната загриженост относно ядрените изследвания в Съединените щати и СССР, което може да доведе до пълно унищожение. Затова учените решиха да обединят усилията и да ги насочат към мирен канал. През 1954 г. ЦЕРН получава официалното си рождение.

През 1983 г. под егидата на ЦЕРН са открити W и Z бозоните, след което въпросът за откриването на Хигс бозоните става само въпрос на време. През същата година започва работата по изграждането на Големия електронно-позитронен колайдер (BEPC), който играе основна роля в изследването на откритите бозони. Още тогава обаче стана ясно, че мощността на създаденото устройство скоро ще бъде недостатъчна. И през 1984 г. беше решено да се построи LHC, веднага след демонтирането на BEPK. Това се случи през 2000 г.

Изграждането на LHC, което започна през 2001 г., беше улеснено от факта, че се проведе на мястото на бившия BEPK, в долината на Женевското езеро. Във връзка с въпросите на финансирането (през 1995 г. цената беше оценена на 2,6 милиарда швейцарски франка, до 2001 г. надхвърли 4,6 милиарда, през 2009 г. беше 6 милиарда долара).

В момента LHC се намира в тунел с обиколка 26,7 км и минава през териториите на две европейски държави едновременно - Франция и Швейцария. Дълбочината на тунела варира от 50 до 175 метра. Трябва също да се отбележи, че енергията на сблъсък на протоните в ускорителя достига 14 тераелектронволта, което е 20 пъти повече от резултатите, постигнати с помощта на BEPC.

„Любопитството не е порок, а голямо отвратително нещо.

27-километровият тунел за колайдер на ЦЕРН се намира на 100 метра под земята близо до Женева. Тук ще има огромни свръхпроводящи електромагнити. Транспортни коли отдясно. Juhanson / wikipedia.org (CC BY-SA 3.0)

Защо е необходима тази изкуствена "машина на Страшния съд"? Учените очакват да видят света такъв, какъвто е бил непосредствено след Големия взрив, тоест по време на образуването на материята.

Цели, който учените си поставят при изграждането на LHC:

1. Потвърждение или опровержение на Стандартния модел с цел по-нататъшно създаване на "теория на всичко".
2. Доказателство за съществуването на Хигс бозона като частица от петото фундаментално взаимодействие. Тя, според теоретичните изследвания, трябва да повлияе на електрическите и слабите взаимодействия, нарушавайки тяхната симетрия.
3. Изследване на кварките, които са фундаментална частица, която е 20 хиляди пъти по-малка от съставените от тях протони.
4. Получаване и изследване на тъмната материя, която съставлява по-голямата част от Вселената.

Това далеч не са единствените цели, поставени от учените на LHC, но останалите са по-свързани със сродни или чисто теоретични.

Какво постигнахте?

Несъмнено най-голямото и значимо постижение беше официалното потвърждение за съществуването на Хигс бозон... Откриването на петото взаимодействие (полето на Хигс), което според учените влияе върху придобиването на маса от всички елементарни частици. Смята се, че когато симетрията бъде нарушена, когато полето на Хигс се приложи към други полета, W и Z бозоните стават масивни. Откриването на бозона на Хигс е толкова голямо по своето значение, че редица учени им дават името „божествени частици“.

Кварките се комбинират в частици (протони, неутрони и други), които се наричат адрони... Именно те ускоряват и се сблъскват в LHC, откъдето идва и името му. По време на работата на колайдера беше доказано, че е просто невъзможно да се отдели кварк от адрон. Ако се опитате да направите това, просто ще изтръгнете от, например, протон, друг вид елементарна частица - мезон... Въпреки факта, че това е само един от адроните и не носи нищо ново в себе си, по-нататъшното изследване на взаимодействието на кварките трябва да се извършва точно на малки стъпки. При изследване на основните закони на функционирането на Вселената бързането е опасно.

Въпреки че самите кварки не са открити по време на използването на LHC, тяхното съществуване до определен момент се възприема като математическа абстракция. Първите такива частици са открити през 1968 г., но едва през 1995 г. е официално доказано съществуването на "истински кварк". Резултатите от експериментите се потвърждават от способността за тяхното възпроизвеждане. Следователно постигането на подобен резултат от LHC се възприема не като повторение, а като подсилващо доказателство за тяхното съществуване! Въпреки че проблемът с реалността на кварките не е изчезнал никъде, защото те са просто не могат да бъдат отделениот адрони.

какви са плановете?

Основната задача за създаване на "теория на всичко" не е решена, но е в ход теоретично изследване на възможните варианти на нейното проявление. Досега един от проблемите на комбинирането на Общата теория на относителността и Стандартния модел е различната област на тяхното действие, във връзка с което вторият не отчита особеностите на първия. Ето защо е важно да излезете отвъд стандартния модел и да стигнете до ръба. Нова физика.

суперсиметрия -учените смятат, че свързва бозонното и фермионното квантово поле дотолкова, че те могат да се превръщат едно в друго. Това е такова преобразуване, което излиза извън обхвата на стандартния модел, тъй като има теория, че симетричното картографиране на квантовите полета се основава на гравитони... Те, съответно, могат да бъдат елементарна гравитационна частица.

Бозон Мадала- хипотезата за съществуването на бозона Мадала предполага, че има и друго поле. Само ако бозонът на Хигс взаимодейства с известни частици и материя, тогава бозонът Мадала взаимодейства с тъмна материя... Въпреки факта, че заема голяма част от Вселената, съществуването му не попада в обхвата на Стандартния модел.

Микроскопична черна дупка -едно от изследванията на LHC е да създаде черна дупка. Да, да, точно тази черна, всепоглъщаща зона в космоса. За щастие не са направени значителни постижения в тази посока.

Днес Големият адронен колайдер е многофункционален изследователски център, въз основа на който се създават и експериментално потвърждават теории, които ще ни помогнат да разберем по-добре структурата на света. Често има вълни от критики около редица текущи проучвания, които са маркирани като опасни, включително от Стивън Хокинг, но играта определено си заслужава свещта. Няма да можем да плаваме в черния океан, наречен Вселената с капитан, който няма нито карта, нито компас, нито основни познания за света около нас.

Ако откриете грешка, моля, изберете част от текст и натиснете Ctrl + Enter.

Ще продължа разказа си за посещението на деня на отворените врати в ЦЕРН.

Част 3. Изчислителен център.

В тази част ще говоря за мястото, където съхраняват и обработват това, което е продукт на работата на ЦЕРН – резултатите от експерименти. Ще става дума за изчислителен център, макар че вероятно би било по-правилно да го наречем център за данни. Но първо ще засегна проблемите с изчисленията и съхранението на данни в CERN. Всяка година Големият адронен колайдер сам произвежда толкова много данни, че ако бъдат записани на компактдиск, той би бил купчина с височина 20 километра. Това се дължи на факта, че по време на работа на колайдера, лъчите се сблъскват 30 милиона пъти в секунда и всеки сблъсък се случва около 20 събития, всяко от които произвежда голямо количество информация в детектора. Разбира се, тази информация се обработва първо в самия детектор, след това влиза в локалния изчислителен център и едва след това се предава към основния център за съхранение и обработка на данни. Въпреки това трябва да обработвате приблизително петабайт данни всеки ден. Към това трябва да добавим, че тези данни трябва не само да се съхраняват, но и да се разпространяват между изследователски центрове по света, а освен това е необходимо да се поддържат приблизително 4000 потребители на WiFi мрежа в самия ЦЕРН. Трябва да се добави, че в Унгария има спомагателен център за съхранение и обработка на данни, с който има 100 гигабитова връзка. В същото време вътре в ЦЕРН са положени 35 000 километра оптичен кабел.
Компютърният център обаче не винаги е бил толкова мощен. Снимката показва как използваното оборудване се е променило с течение на времето.

Сега има преход от мейнфрейми към мрежа от конвенционални компютри. В момента центърът разполага с 90 000 процесорни ядра в 10 000 сървъра, които работят 24 часа в денонощието, 7 дни в седмицата. Средно 250 000 задачи за обработка на данни се изпълняват едновременно в тази мрежа. Този изчислителен център е на върха на съвременните технологии и често придвижва изчисленията и ИТ напред, за да реши проблемите, необходими за съхраняване и обработка на толкова големи количества данни. Достатъчно е да споменем, че World Wide Web е изобретен от Тим ​​Бърнърс-Лий в сграда недалеч от центъра за данни (кажи на онези алтернативно надарени идиоти, които, сърфирайки в интернет, казват, че фундаменталната наука не е полезна).

Нека обаче да се върнем към проблема със съхранението на данни. Снимката показва, че в допотопни времена данните са били съхранявани преди това на магнитни дискове (Да, да, помня тези 29 мегабайта дискове на ES компютър).

За да видя как стоят нещата днес, отивам до сградата, където се намира изчислителният център.

Там, изненадващо, няма много хора и аз влизам вътре доста бързо. Показват ни кратък филм и след това ни водят до заключена врата. Нашият гид отваря вратата и се озоваваме в доста голяма стая, където има шкафове с магнитни ленти, на които се записва информация.

По-голямата част от залата е заета от същите тези гардероби.

Те съхраняват около 100 петабайта информация (което е еквивалентно на 700 години Full HD видео) в 480 милиона файла. Интересното е, че приблизително 10 000 физици по света имат достъп до тази информация в 160 изчислителни центъра. Тази информация съдържа всички експериментални данни от 70-те години на миналия век. Ако се вгледате по-отблизо, можете да видите как тези ленти са разположени вътре в шкафовете.

Някои стелажи съдържат процесорни модули.

На масата има малка изложба на това, което се използва за съхранение на данни.

Този център за данни консумира 3,5 мегавата електричество и разполага със собствен дизелов генератор в случай на прекъсване на тока. Трябва да кажа и за охладителната система. Намира се извън сградата и задвижва студен въздух под повдигнатия под. Водното охлаждане се използва само в малък брой сървъри.

Ако погледнете вътре в шкафа, можете да видите как става автоматичното вземане на проби и зареждане на ленти.

Всъщност тази зала не е единствената зала, в която са разположени компютри, но фактът, че посетителите бяха допуснати поне тук, вече предизвиква уважение към организаторите. Снимах изложеното на масата.

След това се появи друга група посетители и ни помолиха да си тръгнем. Правя една последна снимка и излизам от изчислителния център.

В следващата част ще говоря за работилници, в които се създава и сглобява уникално оборудване, което се използва при физически експерименти.

През по-голямата част от изминалата седмица медиите бяха пълни с репортажи за ЦЕРН, Големия адронен колайдер и новата частица, открита там. В крайна сметка наистина се оказа, че е бозонът на Хигс – частицата, която потвърждава Стандартния модел – което означава, че учените най-накрая могат да бъдат уверени в своите възгледи за структурата на света.

Днес FURFUR публикува дневника на изследователя от ЦЕРН Степан Образцов. Той говори не само за търсенето на бозона на Хигс и работата на адронния колайдер, но и за традициите в живота на този град на учени със собствен език, рок групи и фестивали.

Относно първото посещение:Първият път, когато се появих в ЦЕРН, може би когато бях на около година, а по-късно - на около пет години - така че за мен това е второто ми родно място след Русия. Тогава баща ми работеше там. Попивах всичко, което се случваше наоколо, баща ми ми обясняваше някои неща още в детството. В ЦЕРН има постоянна изложба за туристи, където ясно показват всякакви прости неща: например има искрова камера - в нея частица лети през камера, пълна с газ и с жив проводник, и причинява искра. Като цяло ми обясни кои частици летят от космоса, защо и кога се виждат и т.н.

Относно образованието:По-късно завърших Московския държавен университет в катедрата по космическа физика. Когато бяхме назначени, отидох в лабораторията за адронни взаимодействия в Научноизследователския институт по ядрена физика (Научноизследователски институт по ядрена физика Д. В. Скобелцин) към Московския държавен университет. Така започнах да ходя в ЦЕРН още като учех – има лятно училище за студенти, където всяко лято се събират около четиристотин студенти и още тогава започнах да работя с адронния колайдер заради темата на дипломата ми. И сега ходя в командировки и трупам материал за дисертация.

Ето как изглежда входът на ЦЕРН през нощта

За работата в CERN:Струва си да кажа, че не работя върху една задача, а върху няколко наведнъж - всеки прави това. Работата в CERN винаги е разделена на изследвания и услуги. Трябва да извършвате обслужваща работа, тъй като всяка институция, която участва в сътрудничеството, поема задължения да извърши тези работи, които не са свързани с никакви открития. Тоест това е един вид размяна: провеждайте експериментите си в колайдера, но за това също ще трябва да държите под око детекторите. Това може да се нарече научна дейност, но е от много приложно естество: калибриране на детектора, участие в смени на детектора, наблюдение на данни и много от всичко, което е спомагателно за настройката на тази гигантска машина. Смята се, че ходим в командировки основно за извършване на сервизна работа.

Големият адронен колайдер в ЦЕРН е гигантски ускоряващ пръстен с дължина 28 километра. В центъра му е поставен радиоактивен източник на частици, които се изстрелват с лъч по малък пръстен, след това по линеен тунел. След като се разпръснат, те отиват към вътрешния малък пръстен, а след това към основното нещо. Тези лъчи от протони се пускат в пръстен в две в различни посоки, наблюдават движението им и събират статистика - получавам два гигабайта данни в секунда, което е доста голям обем на ден.

В Големия адронен колайдер има четири детектора: CMS, ATLAS, LHCb и ALICE. Работя на CMS - тежи около 4,5 хиляди тона. А магнитното му поле е 4 Тесла (два пъти повече от цялото магнитно поле на Земята).

Самият ЦЕРН се намира на петнадесет минути от Женева, на самата граница на Франция и Швейцария. Не е научен град (който знаем от многобройни проекти на Съветския съюз), тъй като там има доста постоянни жители. Вместо това има огромен хостел, където инженерите остават, ако дойдат за кратко. Като цяло самата територия е просто огромна, защото огромен брой хора участват в изследвания: само в един експеримент, в който участвам, има четири хиляди души. И всеки от тези четири хиляди непрекъснато прави нещо.

CMS детектор, страничен изглед
CMS детектор, изглед отпред. Детекторите имат слоеста структура - всеки слой регистрира свои собствени промени в околната среда

На големия пръстен има и четири различни детектора, които събират данните. Съответно, когато лъчите вече циркулират около пръстена, се включват колиматори (огромни магнити), които отклоняват лъчите и ги карат да се сблъскат – самият сблъсък се получава в центъра на един от детекторите. При сблъсък на протоните се раждат нови частици, които регистрираме. Това е същността на експеримента. Такива изстрелвания и сблъсъци се случват денонощно през цялата година - не така, че колайдерът е бил пуснат веднъж, нещо е било съборено и това е всичко.

Всеки детектор има контролна зала: самият детектор е в мината, а контролната зала е на повърхността, където около двадесет души седят денонощно и всеки отговаря за някакъв вид детекторна подсистема - събирате различна информация от части на системата и след това можете да получите голямата картина. В допълнение към хората, които седят в подсистемите, има и хора, отговорни за събирането на данни, наблюдението на детектора като цяло, има началник на смяна, човек, който отговаря за магнита - всички те седят в една стая и наблюдавайте работата.

Друг детектор - АЛИС

Исторически се случи така, че нашата лаборатория се занимава с физика на тежките йони: това е, когато в пръстена се изпращат не лъчи от протони, а лъчи от оловни йони или златни йони. Особеността е, че при сблъсък на ядрата средата, в която се случва сблъсъкът, става по-плътна. Те започнаха да се сблъскват с йони, тъй като имаше теоретични прогнози, че ще бъде възможно да се наблюдава ново състояние на материята - кварк-глюонна плазма - в което Вселената се намира няколко микросекунди след Големия взрив. Това е свръхплътна среда и материята в това състояние има свойствата както на твърдо вещество, така и на газ, течност и плазма. Идеята на експеримента е да се сравни какво се случва, когато сблъскате протони и когато сблъскате йони. Когато се сблъскате с олово, средата е толкова плътна, че някои частици не могат да излетят и да прелетят през тази среда - те угасват в нея. Фактът, че такава държава наистина съществува, се потвърди в края на 2010 г.

Относно командировките:Идвам веднъж през лятото и веднъж през зимата, за два месеца. Отнема ми половин минута, за да стигна от хостела до работа. Има такъв вътрешен свят, в който има много хора, и той е доста различен от обикновения свят. Там границата е размита между това, което изглежда, че работите, и релаксиращите. Това е безкраен процес, който не може да бъде спрян. Общо там живеят около тридесет хиляди души, чувствате се като малко зъбно колело в огромна машина. Трудно е да измислите или откриете нещо сами, когато сте въвлечен в такъв гигантски апарат.

Изглед от стая в хостел в ЦЕРН

Относно устройството CERN:По своята структура ЦЕРН е международно сътрудничество, в което участват 150 института от 37 държави, а персоналът им е малко. Повечето хора, които работят там, не са служители на ЦЕРН, те заемат някакви позиции в институтите, участващи в сътрудничеството, както в моя случай. А в щата Чернов има само най-готините, суперпочитани нобелови лауреати с доживотен договор, които вече са измислили всичко, което могат, в този живот и живеят в къща в подножието на планината, карат от там в ретро автомобили. Като цяло, застаряващи рок звезди от физиката.

Относно специализацията:Всеки физик далеч не е универсален. Те са разделени на различни категории: ако глобално, то експериментатори и теоретици, а между тях - тези, които се занимават с анализ. От своя страна експериментаторите са разделени на тези, които се занимават с физиката на детектора, и тези, които се занимават с физиката на ускорителя. Тоест тези, които ускоряват частиците и които ги регистрират, са две различни области, а ускорителите са високо ценени, защото в света са по-малко – ние не ги приготвяме в Москва, а само в Новосибирск. Физиците, които се занимават с детектора, знаят малко за ускорителя, те практически не се пресичат с ускорителите, това са две отделни касти. Някои започват, други хващат.

Относно превключвателите:Когато седите на смяна - има сутрин, ден и нощ, всеки по осем часа - има много монитори и трябва да държите много информация в главата си наведнъж. Освен това всичко е толкова хитро подредено, че преди да станеш заместник, трябва да преминеш през обучението - три смени, когато седиш с пълноценен заместник, после, когато се научиш, вече ти дават чираци. Случи се така, че преподавах възрастни чичовци, които познават физиката много по-добре от мен. Особеността на тази работа е, че не правите много сами, така че развива способността за контакт. Когато има кореспонденция между руснаци (а там има много), получаваме полуанглийски-полуруски език, тъй като за много думи няма руски аналози. Shifter е чейнджър на английски. Ние не се наричаме сменячи, ние се наричаме сменячи. Освен това там никой не казва "Хигс бозон", всички просто казват "Хигс".

Един от концертите на Hardronic Fest

Относно забавленията:В ЦЕРН има безумно много хора и всички са пристрастени към нещо – има клубове по интереси – от вдигане на тежести и хорово пеене до шах и фризби. Има музикален клуб - три репетиционни зали - и около петнадесет групи, които организират фестивала Hardronic през лятото - той продължава два дни с огромна голяма сцена. Там се представят групи, състоящи се изцяло от изследователи. Необичайно малко - предимно някои кавър групи, но все пак. Там свиря малко – когато отида, винаги си вземам китарата със себе си. Залата за репетиции разполага с цялата звукозаписна техника - свиря на метронома, пиша барабаните, след това го миксирам.

Относно достъпа до информация:В командировки бях там осем пъти – общо повече от година. Но за мен няма разлика къде да работя - тук или там, защото дори се свързвате със сървъри на CERN от разстояние. Има гигабитови мрежи, които свързват институции по целия свят. Част от данните се съхраняват на твърди дискове, но повечето от тях се съхраняват на касети, управлявани от специален робот. Пишеш само една команда, докато седиш в Москва - роботът в ЦЕРН отива в необходимия раздел, изважда ти касетата, поставя я, чете я, прехвърля я на твърдия диск и получаваш данните.

Бозонът на Хигс е частицата, за която се смята, че е отговорна за масата в материята. Всички частици са в полето, което създава бозона на Хигс. Бидейки в тази област, те имат маса. Има т. нар. Стандартен модел – това е моделът на света, през който минаваме всички от училище. В него всички взаимодействия са разделени на четири вида: силно, слабо, електромагнитно и гравитационно. Всяко взаимодействие има носител - например електронът има електромагнитен. И така, всички частици носители отдавна са открити и записани, с изключение на бозона на Хигс. Фактът, че съществува, ни казва, че този модел е последователен и изглежда, че разбираме доста добре какво се случва във Вселената. Във всеки случай Стандартният модел е само модел, във физиката винаги говорим за модели. Всеки модел е правилен само до десетичен знак, най-точният модел не съществува.

Търсенето и изследването на бозона на Хигс в Големия адронен колайдер се извършва от два детектора - CMS и ATLAS. През последните две години не са отваряли Хигс, а методично затварят районите, където не може. И имаше много малък прозорец, където можеше да бъде. Миналата година се събра голям митинг от всички участници в колаборацията, където беше обявено, че през 2012 г. ще могат да разберат със сигурност дали Хигс бозонът наистина съществува или не.

Страничен изглед на детектор ATLAS. Неговият изглед отпред може да се види на първото изображение в този материал.

За процеса на изгаряне:Когато ускорителят току-що стартираше, беше горещо време, защото нещо постоянно се чупеше. Нарекохме го „процес на изгаряне“ - тоест, когато детекторът току-що започна да работи, всичко, което беше ненадеждно, трябваше да се разпадне, така че по-късно работата да се върне към нормално темпо. Постепенно детекторът умира: някои части - поради факта, че там има много радиация, веднага при сблъсък и всички тези материали се износват - губят свойствата си. В края на тази година ще има голямо спиране на колайдера за година или дори две години за ъпгрейд, ще се разровят в детекторите и ще сменят някои магнити в самия ускорител, за да достигнат първоначално обявената мощност .

Относно какво следва:Цялата тази работа по проектирането на колайдера започна в края на 80-те години, баща ми успя да участва във всичко това - някъде преди 1994 година. След това възникна конфликт между руснаците и американците и той напусна. В Русия се обучават много деца, които след това ще отидат на работа в ЦЕРН, у нас има много ускорители, а и вече е натрупан голям опит. И тогава 400 студенти годишно завършват обучението си в ЦЕРН през лятото. Тоест поколенията се сменят, а експериментите продължават.