Большой адронный коллайдер

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство Образования и Науки Республики Молдова

Лицей им. Петру Мовилэ

Курсовая работа по физике:

Большой адронный коллайдер

Кишинев 2011

Введение

Во все времена люди хотели знать, откуда и каким образом произошел мир. Победа христианства утвердила представления о сотворении Богом мира из ничего. С появлением науки в ее современном понимании на смену мифологическим и религиозным приходят научные представления о происхождении Вселенной. Следует разделять три близких термина: бытие, универсум и Вселенная. Первый является философским и обозначает все существующее, бытующее. Второй употребляется и в философии, и в науке, не имея специфической философской нагрузки (в плане противопоставления бытия и сознания), и обозначает все как таковое. Значение термина Вселенная более узкое и приобрело специфически научное звучание. Вселенная - место вселения человека, доступное эмпирическому наблюдению.

Составной частью модели Вселенной является представление о Большом Взрыве, происшедшем где-то примерно 12 -18 млрд. лет назад. «Вначале был взрыв. Не такой взрыв, который знаком нам на Земле и который начинается из определенного центра и затем распространяется, захватывая все больше и больше пространства. Взрыв, который произошел одновременно везде, заполнив с самого начала все пространство, причем каждая частица материи устремилась прочь от любой другой частицы».

Рождение Вселенной «из ничего» означает с современной научной точки зрения ее самопроизвольное возникновение из вакуума, когда в отсутствии частиц происходит случайная флуктуация. Если число фотонов равно нулю, то напряженность поля не имеет определенного значения (по «принципу неопределенности» Гейзенберга): поле постоянно испытывает флуктуации, хотя среднее (наблюдаемое) значение напряженности равно нулю.

Флуктуация представляет собой появление виртуальных частиц, которые непрерывно рождаются и сразу же уничтожаются, но так же участвуют во взаимодействиях, как и реальные частицы. Благодаря флуктуациям, вакуум приобретает особые свойства, проявляющиеся в наблюдаемых эффектах. Современная квантовая механика допускает, что вакуум может приходить в «возбужденное состояние», вследствие чего в нем может образоваться поле, а из него (что подтверждается современными физическими экспериментами) - вещество.

Что же было после Большого Взрыва? Образовался сгусток плазмы - состояния, в котором находятся элементарные частицы - нечто среднее между твердым и жидким состоянием, который и начал расширяться все больше и больше под действием взрывной волны.

Учённые из НИЦ CERN задались целью исследовать теорию происхождения Вселенной вследствие большого взрыва, подтвердить истинность Общей Теории Относительности, Квантовой Теории поля. И в этом их главным помощником является Большой Адронный Коллайдер.

1. Большой Адронный Коллайдер

Большой адромнный колламйдер (англ. Large Hadron Collider, LHC; сокр. БАК) - ускоритель заряженных частиц на встречных пучках, предназначенный для разгона протонов и тяжёлых ионов (ионов свинца) и изучения продуктов их соударений. Коллайдер построен в научно-исследовательском центре Европейского совета ядерных исследований (фр. Conseil Europйen pour la Recherche Nuclйaire, CERN). LHC находится на территории Швейцарии и Франции, вблизи Женевы, в туннеле на глубине около 100 метров (раньше в этом же туннеле располагался электрон-позитронный коллайдер LEP). БАК является самой крупной экспериментальной установкой в мире. Руководитель проекта - Лин Эванс. В строительстве и исследованиях участвовали и участвуют более 10 000 учёных и инженеров из более чем 100 стран.

Большим назван из-за своих размеров: длина основного кольца ускорителя составляет 26 659 м²; адронным - из-за того, что он ускоряет адроны, то есть частицы, состоящие из кварков; коллайдером (англ. collide - сталкиваться) - из-за того, что пучки частиц ускоряются в противоположных направлениях и сталкиваются в специальных точках столкновения.

В LHC можно выделить сам ускоритель и несколько детекторов, построенных вокруг точек столкновения протонов. В самом ускорителе протоны разгоняются до энергии 7 ТэВ на протон, так что полная энергия в системе центра масс двух сталкивающихся протонов равна 14 ТэВ. В каждом из двух встречных пучков - многие миллиарды протонов, поэтому полная энергия, запасенная в пучке, очень велика, она примерно равна кинетической энергии летящего самолета.

Детекторы - это отдельные экспериментальные установки, по своей сложности не уступающие самому ускорительному кольцу. На LHC работает сразу несколько экспериментов, каждый со своим детектором.

LHC - самая сложная экспериментальная установка, когда-либо созданная человеком. Ускоритель и детекторы начали строиться более 10 лет назад; отдельные их компоненты создавались и тестировались в сотнях научных лабораторий мира, да и сама сборка ускорителя и детекторов на месте заняла около двух лет.

LHC будет работать в течение нескольких лет и должен будет решить ряд поставленных перед ним задач. Ожидается, что данные LHC приведут к бурному развитию физики элементарных частиц, что скажется на всей физике в целом.

2. Из истории создания

История создания ускорителей, по словам Дрёмина, началась с циклотрона - небольшого прибора, умещавшегося на столе. Потом появились, в частности, синхротрон и синхрофазотрон. Примечательно, что с 1956 по 1957 год, благодаря работам советского физика В.И. Векслера, в Дубне был построен самый мощный в то время в мире синхрофазотрон с рабочей энергией 10 гигаэлектронвольт. В последующие годы было создано множество ускорителей в разных странах: большой электрон-позитронный коллайдер (LEP) и ускоритель SPS в Швейцарии, ускоритель HERA в Германии, Tevatron и RHIC в США, а также B-фабрики для изучения кварков.

Вот перечень всех основных коллайдеров мира (таблица 1):

Таблица 1

Как мы видим в таблице, БАК является одним из самых сильнейших и продуктивных коллайдеров. Его энергия пучка, длина и количество ускоряемых частиц гораздо превосходят другие ускорители. Поэтому на него учённые возлагают большие надежды и собираются со временем увеличивать продуктивность. Естественно по мере возможности и технике безопасности.

Финансы:

В 2001 году ожидалось, что общая стоимость проекта составит около 4,6 млрд швейцарских франков (3 млрд евро) за сам ускоритель (без детекторов) и 1,1 млрд швейцарских франков (700 млн евро) составит доля ЦЕРН в проведении экспериментов (то есть в строительстве и обслуживании детекторов).

Строительство БАК было одобрено в 1995 году с бюджетом1,6 млрд евро и дополнительными 140 млн евро на эксперименты. В 2001 году эти расходы были увеличены на 300 млн евро в части ускорителя и 30 млн евров части экспериментов (расходы, относящиеся непосредственно к ЦЕРН), что вследствие сокращения бюджета ЦЕРН привело к сдвигу планируемых сроков введения с 2005 года на апрель 2007 года Бюджет проекта по состоянию на ноябрь 2009 года составил 6 млрд долларов

3. Цели и задачи БАКа

Обычно утверждается, что целью LHC является открытие хиггсовского бозона. Несмотря на всю важность этой задачи, это всего лишь один из пунктов довольно обширной научной программы LHC. Вот основные пункты этой программы.

Изучение хиггсовского механизма

Физиков интересует, на самом деле, не столько сам хиггсовский бозон, сколько хиггсовский механизм нарушения электрослабой симметрии. Именно изучение этого механизма, возможно, натолкнет физиков на новую теорию нашего мира, более глубокую, чем Стандартная модель.

Хиггсовский бозон - это «частица-отголосок» этого механизма; его просто удобнее всего изучать именно через открытие и изучение хиггсовского бозона. Научная программа LHC, разумеется, не ограничивается одним лишь обнаружением бозона Хиггса, но и включает в себя многочисленные задачи по доскональному изучению его свойств.

Поиск суперсимметрии

Суперсимметрия - это очень сильная и глубокая теоретическая идея об устройстве нашего мира. Она пока не подтверждена экспериментом, но, возможно, LHC сможет найти ее проявления.

Изучение топ-кварков

Топ-кварки - самые тяжелые из известных на сегодня фундаментальных частиц, причем они намного тяжелее всех остальных кварков. Это наводит физиков на мысль, что топ-кварки могут играть важную роль в самом процессе нарушения электрослабой симметрии. Кроме того, топ-кварки могут оказаться удобным рабочим инструментом для поиска хиггсовского бозона. Всё это требует внимательного изучения свойств топ-кварков на LHC.

Изучение кварк-глюонной плазмы

Изучение фотон-адронных и фотон-фотонных столкновений

Протоны электрически заряжены, поэтому ультрарелятивистский протон порождает облако почти реальных фотонов, летящих рядом с протоном. Этот поток фотонов становится еще сильнее в режиме ядерных столкновений, из-за большого электрического заряда ядра. Эти фотоны могут столкнуться со встречным протоном, порождая типичные фотон-адронные столкновения, или даже друг с другом.

Проверка экзотических теорий

Теоретики за последние годы выдвинули огромное число интересных и необычных идей относительно устройства нашего мира, которые все вместе называются «экзотическими моделями». Сюда относятся теории с сильной гравитацией на масштабе энергий порядка 1 ТэВ, модели с большими дополнительными пространственными измерениями, преонные модели, в которых кварки и лептоны являются составными частицами, модели с новыми типами взаимодействия (например, квирковая модель), модели с нечастицами и т. д.

Все эти теории могут показаться странными и необычными, но они не вступают в противоречие с имеющимися пока экспериментальными данными. Поскольку в этих теориях можно сделать конкретные предсказания для LHC, экспериментаторы планируют проверять эти предсказания и искать следы тех или иных теорий в своих данных. Ожидается, что результаты, полученные на LHC, смогут ограничить фантазию теоретиков, закрыв некоторые из предложенных конструкций. Впрочем, остается, конечно, и шанс, что какая-то из этих экзотических теорий «попадет в точку». Если это открытие произойдет, то за ним последует новый период бурного развития физики элементарных частиц.

4. Строение

Ускоритель - это установка для разгона пучков элементарных частиц; коллайдер - это такой тип ускорителя, в котором разгоняются два пучка частиц в противоположных направлениях и сталкиваются друг с другом. В русскоязычной терминологии коллайдер называют также ускорителем на встречных пучках.

С точки зрения научной задачи сам ускоритель выполняет только полдела - он лишь сталкивает частицы. Изучением результатов столкновения занимаются детекторы элементарных частиц - специальные многослойные установки, собранные вокруг точек столкновения. Иногда ускорителем называют тандем «ускоритель + детекторы»; в этом случае, если надо подчеркнуть, что речь идет именно об ускорителе, а не о детекторах, часто говорят «ускорительное кольцо».

Общий вид

LHC - циклический (то есть кольцевой) коллайдер; пучки протонов или ядер свинца циркулируют в нём непрерывно, совершая свыше 10 тысяч оборотов в секунду и сталкиваясь на каждом круге со встречным пучком. На рис. 1 показана схема расположения основных элементов ускорительного кольца LHC.

Всё кольцо LHC поделено на восемь секторов, границы которых отмечены точками от 1 до 8. На каждом участке (1-2, 2-3 и т. д.) стоят в ряд магниты, управляющие протонным пучком. Благодаря магнитному полю поворотных магнитов сгустки протонов не улетают прочь по касательной, а постоянно поворачиваются, оставаясь внутри ускорительного кольца. Эти магниты формируют орбиту, вдоль которой движутся протоны. Кроме того, специальные фокусирующие магниты сдерживают поперечные колебания протонов относительно «идеальной» орбиты, не давая им задевать стенки довольно узкой (диаметром несколько сантиметров) вакуумной трубы.

Внутри ускорителя идут рядом друг с другом две вакуумные трубы, по которым циркулируют два встречных протонных пучка, каждый в своем направлении. Эти две трубы объединяются в одну только в специально выделенных местах - в точках 1, 2, 5, 8. В этих точках происходят столкновения встречных протонных пучков, и именно вокруг них построены четыре основных детектора: два крупных - ATLAS и CMS, и два средних - ALICE и LHCb. Вблизи двух крупных экспериментов установлены также два специализированных мелких детектора - TOTEM и LHCf.

В точке 4 расположена ускорительная секция. Именно здесь протонные пучки при разгоне получают с каждым оборотом дополнительную энергию. В точке 6 находится система сброса пучка. Здесь установлены быстрые магниты, которые в случае необходимости уводят пучки по специальному каналу прочь от ускорителя. В точках 3 и 7 установлены системы чистки пучка; кроме того, эти места зарезервированы для возможных будущих экспериментов.

Протонные пучки попадают в LHC из предварительного ускорителя SPS. Линии передачи пучка (Tl2 и Tl8), соединяющие два этих кольцевых ускорителя вместе со специальными магнитами на каждом из них, составляют вместе инжекционный комплекс коллайдера LHC (от слова «инжекция» - впрыскивание пучка). Поскольку на SPS пучок крутится только в одну сторону, инжекционный комплекс состоит из двух линий и имеет несимметричный вид. В ускорительное кольцо SPS протоны попадают из источника через цепочку еще меньших ускорителей.

Ускорительная секция

Всего на LHC установлено 1232 магнитов. Это сверхпроводящие магниты, сделанные из низкотемпературного сверхпроводника ниобий-титан и рассчитанные на работу при температуре 1,9 К. Каждый из них может держать до 11 килоампер тока и создавать магнитное поле с индукцией 8,3 тесла - в сотню тысяч раз больше, чем магнитное поле Земли. Полная энергия, запасенная в одном магните, составляет примерно 10 МДж.

Поскольку пучки состоят из положительно заряженных протонов, они стремятся разойтись в стороны из-за электрического отталкивания между протонами. Чтобы это предотвратить, пучки требуется фокусировать. Отчасти эту задачу выполняют поворотные магниты: в них поле устроено так, чтобы частицы, отклонившиеся от оптимальной траектории, возвращались к ней. Однако перед точками столкновений очень важно сфокусировать пучки как можно лучше. Эта фокусировка пучков перед точками столкновений осуществляется «магнитными линзами» - фокусирующими квадрупольными магнитами. Эти магниты длиной свыше трех метров создают внутри вакуумной трубы перепад магнитного поля 223 тесла/метр.

В месте инжекции протонов в кольцо LHC, а также в точке сброса пучка стоят специальные магниты - кикеры (англ. «kickers») и септумы (англ. «septa», мн. ч. от «septum»). В ходе нормальной работы LHC эти магниты выключены, а включаются они только в тот момент, когда очередной сгусток протонов «впрыскивается» в LHC из предварительного ускорителя или когда пучок выводится из ускорителя.

Детекторы на LHC

На Большом адронном коллайдере работают два крупных (ATLAS и CMS) и два средних (ALICE и LHCb) эксперимента, а также несколько экспериментов небольшого масштаба. Каждый из крупных и средних детекторов расположен в специально выделенном подземном зале; их положение в ускорительном кольце показано на схеме. Мелкие же детекторы будут работать поблизости от крупных. Особняком стоит эксперимент MoEDAL, который размещается на стенах экспериментального зала LHCb.

Небольшое терминологическое пояснение. Каждый детектор был создан отдельной коллаборацией - группой ученых и инженеров, набранной специально для этой цели. Эта же группа будет контролировать эксперимент - то есть работу детектора во время набора статистики, а также будет обрабатывать полученные данные. Все три синонима - детектор, эксперимент и коллаборация - будут использоваться в соответствии с тем, что именно нужно подчеркнуть - «железо», процесс работы или группу людей

Сравнение ATLAS и CMS

ATLAS и CMS - два главных эксперимента на Большом адронном коллайдере. Это самые крупные и самые сложные из когда-либо построенных детекторов для коллайдерных экспериментов. Соответственно, коллаборации ATLAS и CMS - самые большие из когда-либо существовавших в экспериментальной физике элементарных частиц; каждая из них насчитывает не одну тысячу участников.

По своему устройству эти детекторы следуют классической схеме - в центре расположены трековые детекторы для измерения траекторий частиц, затем - калориметры для измерения их энергий, а снаружи - специальные детекторы для регистрации мюонов. Всё это погружено в сильное магнитное поле, направленное вдоль оси пучков, которое искривляет траектории частиц и позволяет по этому искривлению измерить их импульс.

И ATLAS, и CMS являются многоцелевыми детекторами - они «заточены» под изучение любых процессов с высокоэнергетическими частицами. Однако их дизайн существенно различается. Детектор ATLAS имеет беспрецедентно большие размеры при умеренно сильном магнитном поле, в то время как детектор CMS создает очень сильное магнитное поле при умеренно больших размерах. В обоих случаях траектории частиц успевают искривиться примерно на одинаковую величину, поэтому и эффективность их измерения должна быть примерно одинаковой в обоих экспериментах.

Разная идеология - максимизация размеров или максимизация поля - накладывает разные требования на устройство детекторов. Например, умеренно сильное магнитное поле в детекторе ATLAS означает, что внутренний детектор должны быть довольно большим. В результате только он помещается в центральный соленоид ATLAS, а калориметры расположены уже снаружи него. Это значит, что мюонные камеры расположены на еще больших радиусах, и для них требуется отдельно создавать магнитное поле (его обеспечивают тороидальные магниты).

Детектор CMS устроен иначе. Очень сильное магнитное поле можно сделать лишь с помощью умеренно компактного магнита, причем единого для внутренних детекторов и для внешних мюонных камер. Это значит, что мюонные камеры должны стоять сразу снаружи соленоида, и получается, что калориметры приходится помещать прямо внутрь соленоида. В результате критически важными становятся размеры калориметров, из-за чего приходится использовать очень тяжелые материалы. Возрастают и требования к электронике. В целом детектор получается очень тяжелым, и надежная механическая поддержка этой тяжести в условиях тесноты тоже становится нетривиальной инженерной задачей.

Детекторы ALICE и LHCb

Детекторы ALICE и LHCb являются крупными, но специализированными установками.

Детектор ALICE «заточен» под изучение столкновений тяжелых ядер, в которых рождаются уже не сотни, а десятки тысяч отдельных адронов, поэтому критическим для него становится умение различать треки отдельных частиц. Кроме того, специальные детекторы отслеживают «осколки» ядер, которые не поучаствовали в столкновении, а просто пролетели мимо.

Детектор LHCb предназначен для изучения свойств «прелестных» адронов (то есть адронов, содержащих b-кварк). Такие адроны успевают отлететь от оси пучка на доли миллиметра, поэтому ключевым элементом LHCb является вершинный детектор, который может заметить такое смещение. В обоих детекторах важнейшую роль играют системы идентификации частиц.

Форвард-детекторы

Все четыре основных детектора являются полноценными независимыми экспериментами. В дополнение к ним на LHC будут работать и несколько экспериментов-спутников. Они будут осуществляться с помощью так называемых форвард-детекторов. Это детекторы скромных размеров, которые не охватывают целиком место столкновения частиц, а расположены на некотором отдалении от него, но близко к оси пучков. Такие детекторы устанавливаются рядом с двумя крупными детекторами и отлавливают частицы, которые вылетают под очень малыми углами к оси столкновения и поэтому не могут быть зарегистрированы в основном детекторе.

Имеется два основных типа форвард-детекторов - обычные, устанавливаемые снаружи вакуумной трубы, и так называемые детекторы Roman Pots, в которых тонкие полупроводниковые пластинки устанавливаются прямо внутри вакуумной трубы и могут пододвигаться к оси пучка на миллиметровые расстояния. Все форвард-детекторы будут находиться в области, максимально подверженной жесткой радиации от протонных столкновений, что накладывает серьезные ограничение на конструкцию детекторов и используемые при этом материалы.

На LHC уже готовы к работе два эксперимента с форвард-детекторами - TOTEM и LHCf. Кроме них в ближайшие годы планируется закончить разработку и встроить в ускоритель еще несколько детекторов такого типа: CASTOR, LUCID, ALFA, FP420.

Эксперимент TOTEM будет проводиться сразу на нескольких детекторных модулях, установленных в разных местах вдоль ускорителя недалеко от детектора CMS. Его задачи: измерить полное сечение столкновений протонов, упругое рассеяние на малые углы, изучить неупругие дифракционные процессы, а также измерить светимость(Светимость зависит от количества частиц в каждом пучке и от того, насколько плотно частицы собраны, то есть насколько хорошо пучок сфокусирован в точке столкновений.Светимость L выражается в см-²·с-¹. Для того чтобы узнать, как часто будет происходить какой-то процесс на данном коллайдере, надо умножить сечение процесса на светимость коллайдера) протонных столкновений в центре CMS.

LHCf - это маленький и кратковременный эксперимент, в котором будут детектироваться рожденные в протонных столкновениях нейтральные частицы большой энергии - фотоны и нейтроны. Этот эксперимент очень пригодится для проверки теоретических моделей столкновения космических лучей очень высокой энергии (в основном протонов) с молекулами атмосферы. Проверка этих моделей позволит уточнить наши знания о космических лучах с энергией вплоть до 10¹⁷ эВ.

5. Принцип работы

Как мы уже поняли, коллайдер работает за счёт его важнейший составных частей: ускорительной секции, магнитной системы и детектеров. А как же это всё работает.

Процесс ускорения частиц в коллайдере

Скорость частиц в БАК на встречных пучках близка к скорости света в вакууме. Разгон частиц до таких больших энергий достигается в несколько этапов. На первом этапе низкоэнергетичные линейные ускорители Linac 2 и Linac 3 производят инжекцию протонов и ионов свинца для дальнейшего ускорения. Затем частицы попадают в PS-бустер и далее в сам PS (протонный синхротрон), приобретая энергию в 28 ГэВ. При этой энергии они уже движутся со скоростью близкой к световой. После этого ускорение частиц продолжается в SPS (протонный суперсинхротрон), где энергия частиц достигает 450 ГэВ. Затем сгусток протонов направляют в главное 26,7-километровое кольцо, доводя энергию протонов до максимальных 7 ТэВ, и в точках столкновения детекторы фиксируют происходящие события. Два встречных пучка протонов при полном заполнении могут содержать 2808 сгустков каждый. На начальных этапах отладки процесса ускорения циркулируют лишь по одному сгустку в пучке длиной несколько сантиметров и небольшого поперечного размера. Затем начинают увеличивать количество сгустков. Сгустки располагаются в фиксированных позициях относительно друг друга, которые синхронно движутся вдоль кольца. Сгустки в определённой последовательности могут сталкиваться в четырёх точках кольца, где расположены детекторы частиц.

Кинетическая энергия всех сгустков адронов в БАКе при полном его заполнении сравнима с кинетической энергией реактивного самолета, хотя масса всех частиц не превышает нанограмма и их даже нельзя увидеть невооружённым глазом. Такая энергия достигается за счёт колоссальной скорости частиц, близкой к скорости света.

Сгустки проходят полный круг ускорителя быстрее чем за 0,0001 сек, совершая, таким образом, свыше 10 000 оборотов в секунду.

детектор коллайдер адронный ускорение

6. Расписание работы БАКа

Этапы работы 2008-2011: запуск и отладка LHC

Большой адронный коллайдер заработал в сентябре 2008 года. Исходно предполагалось, что процесс запуска и отладки займет несколько месяцев, и уже в 2009 году коллайдер выйдет на интенсивность, достаточную для совершения новых открытий. Однако авария 19 сентября 2008 года не только на год задержала ввод коллайдера в строй, но и заставила физиков повышать энергию и светимость ускорителя намного медленнее, чем им хотелось бы. В итоге из соображений безопасности было решено в течение 2010-го и 2011 годов ограничиться энергией протонов 3,5 ТэВ вместо проектных 7 ТэВ.

Работу детекторов в 2009-2010 годах можно охарактеризовать как «переоткрытие Стандартной модели», то есть поиск и изучение уже известных частиц Стандартной модели: W- и Z-бозонов, t-кварков, разнообразных мезонов и т. д. Все эти процессы уже исследовались ранее, в частности на коллайдере Тэватрон. Наблюдение всех нужных частиц с измеренными ранее значениями масс и ширин распада - важный шаг в проверке того, что детекторы работают правильно, что всё собрано и откалибровано должным образом. Лишь ближе к концу 2010 года ожидаются первые результаты, превышающие возможности Тэватрона. Шанс увидеть хиггсовский бозон появится только к концу 2011 года, после того как будет набрана интегральная светимость около 1 fb-¹.

В конце 2010-го и 2011 годов предусмотрены также месячные сеансы ядерных столкновений.

2012: вывод на расчетные параметры

В течение всего 2012 года коллайдер будет дорабатываться с целью достижения номинальных значений энергии и светимости. Для этого во всех секторах ускорителя будут доустановлены новые элементы системы безопасности, а магниты будут заново «натренированы» для того, чтобы держать на орбите протоны с максимальной энергией 7 ТэВ.

2013-2015: работа в полную силу

Предполагается, что в течение 2013-2015 годов коллайдер выйдет на интенсивность, близкую к расчетной. В течение этого времени планируется набирать сначала по нескольку, а затем - по несколько десятков обратных фемтобарнов в год. Набранная статистика уже будет достаточна для того, чтобы прояснить «судьбу» хиггсовского бозона. Если он существует и его свойства не слишком экзотические, он проявится в данных LHC, а если же он не обнаружится, то внимательное изучение рассеяния W- и Z-бозонов должно подсказать, как же тогда происходит нарушение электрослабой симметрии. В это же время будут проведены серьезные проверки различных теорий вне Стандартной модели, в частности суперсимметрии.

2016-2030: модернизация и режим высокой светимости

К 2016 году должна завершиться первая стадия работы LHC. После этого предполагается провести в два этапа (в 2016-м и в 2020 году) масштабную модернизацию всей цепочки предварительных ускорителей, коллиматоров, магнитной системы, а также детекторов и электроники. Модернизация позволит увеличить светимость коллайдера в несколько раз и набирать порядка 500 fb-¹ в год. Конкретные планы по масштабу и срокам модернизации будут сильно зависеть от результатов, достигнутых LHC к этому моменту. Чем более необычные явления будут обнаружены, тем больше ожидается вложений в LHC.

После 2030

Планы на отдаленное будущее коллайдера (после 2020-х годов) находятся в стадии обсуждения. Среди вариантов, которые сейчас рассматриваются, есть более чем двукратное повышение энергии протонов за счет новых технологий создания магнитов и проект электрон-протонного коллайдера, в котором протоны из LHC будут сталкиваться с электронами из нового ускорителя.

Вывод

Узнав впервые о существовании БАКа, повосхищавшись его размерами, поудивлявшись непонятности и практической бесполезности его задач, читатель, как правило, задает вопрос: а нужен ли человечеству БАК?

И сразу на ум приходят строки из стихотворения Маяковского:

«Ведь, если звезды зажигают -

значит - это кому-нибудь нужно?

Значит - кто-то хочет, чтобы они были?»

Большой Адронный Коллайдер- самая большая и самая сложная экспериментальная установка в области физики элементарных частиц. И я считаю, что такие эксперименты не проводятся на пустом мести и ради забавы.

Кого может не интересовать тайна мироздания? И если вдруг появляется идея, как её можно раскрыть, разве можно не попробовать!? Физики ожидают, что БАК откроет новую эру в физике элементарных частиц, и это поможет найти ответ на главные загадки строения материи и энергии во Вселенной.

Существует множество «за» и «против» продолжения экспериментов на Большом Адронном Коллайдере. Я наткнулась даже на сайт www.kollaideru.net, на котором публикуются статьи о ненужности Коллайдера и его вреде человечеству. Говорится о том, что это бесполезная трата денег и более того огромный РИСК НАШЕЙ ПЛАНЕТОЙ.

Мне кажется, что это очень глупо бояться таких экспериментов, так как, если бы люди не рисковали, сейчас бы до сих пор считалось, что землю держит черепаха и три слона.

Даже если и придётся нашей планете пострадать из-за исследований на CERN, то так и должно быть. Это будет выглядеть даже несколько иронично: Люди уничтожили планету, пытаясь разгадать, как она появилась.

Поэтому не стоит боятся того, что неизвестно, хоть это и заложено у нас с рождения. Нужно идти дальше! И не отказываться от помощи науки.

Список литературы

1. www.Albitura.com/modern_physics/bac.html

2. www.CERN.com/description

3.www. kollaideru.net

4.www.elementy.ru/LHC/

5. www.nanonewsnet.ru/blog/empirv/printsipy-raboty-bolshogo-adronnogo-kollaidera

6. www.wikipedia.org

Размещено на Allbest.ru