Физики в среду попытаются впервые провести пучок протонов по всему 27-километровому кольцу Большого адронного коллайдера — самого мощного в мире ускорителя элементарных частиц, постройка которого обошлась более чем в 5 миллиардов долларов, — сообщают РИА «Новости».
Тест на минимальной мощности и без столкновений частиц будет проведен для проверки окончательной проверки работоспособности систем коллайдера, с помощью которого ученые рассчитывают узнать, как устроена материя, однако многие называют это событие «запуском» БАКа и ждут «конца света».
Задолго до запуска проект стал вызывать невиданный ажиотаж в обществе и в СМИ, опираясь на некоторые экзотические теории, согласно которым в при столкновении частиц в коллайдере будут образовываться «черные дыры». Запуск БАКа пытались запретить через суд, в конце августа Европейский суд по правам человека в Страсбурге отклонил такой иск.
Физики ЦЕРНа подготовили два подробных доклада о безопасности ускорителя, показывая, что в природе происходят столкновения на значительно более высоких, чем в коллайдере энергиях, и природа «поставила» уже миллиарды подобных экспериментов, однако конца света не произошло.
Однако в среду не будет даже и столкновений частиц, а сами протоны не будут разгоняться — они пройдут по кольцу с энергией инжекции — энергией предыдущей «ступени» ускорительного комплекса.
Официальное открытие коллайдера состоится 21 октября.
«Ничего особенного завтра там не произойдет, будет тестовый пучок, который пройдет по кругу, будет ясно, что все правильно работает. Машина колоссальная, много элементов, все должно работать слаженно», — сказал РИА Новости во вторник член-корреспондент РАН, член рабочей группы по безопасности БАК Игорь Ткачев.
Заместитель директора Института физики высоких энергий Александр Зайцев, координатор российского участия в одном из экспериментов БАК, сказал на пресс-конференции в РИА Новости в понедельник, что запуск коллайдера «большой и длительный процесс».
«Руководитель работ по Большому адронному коллайдеру Лин Эванс как-то сказал, что мы в нашем проекте не предусмотрели «красной кнопки», которую можно нажать и запустить этот коллайдер», — отметил Зайцев.
По его словам, процедура вывода ускорителя на номинальные параметры может занять длительное время, другие коллайдеры достигали своих базовых характеристик за два-три года.
Ткачев пояснил, что за секунду протоны проходят кольцо коллайдера около десяти тысяч раз. «Надо тестировать все приборы, что все правильно работает, что пучок управляем. Может быть, на тестирование уйдет весь день. Если что-то не в порядке, надо будет все поправлять, все фокусировать», — сказал ученый.
В случае, если пучок будет «сбиваться с дороги» из-за каких-то неполадок, он может повредить удерживающие его магниты, что может привести к многомесячному ремонту.
Поэтому, по словам Ткачева, «поведение» пучка будет отслеживаться в режиме реального времени. «Если будут какие-то признаки, что пучок выходит из-под контроля, чтобы ускоритель сам не испортить, есть такая система безопасности. Через два оборота, ну это микросекунды, через два оборота пучка он будет выводиться в специальный туннель такой, и выстреливаться в блоки, сделанные из углерода», — сказал физик.
В конце августа подобные тесты уже проводились — при проверке системы инжекции пучки протонов были пропущены по одному из восьми секторов коллайдера. В среду пучок впервые пройдет по всему кольцу — это открывает дорогу к началу экспериментов.
Путь протонов
Большой адронный коллайдер (от английского сollide — «сталкиваться»), созданный Европейской организацией ядерных исследований (ЦЕРН) при участии нескольких тысяч ученых из 85 стран, будет разгонять протоны, частицы, из которых состоят ядра атомов, принадлежащие к классу адронов, до энергии 7 тераэлектронвольт — в семь раз больше, чем самый мощный существующий коллайдер Тэватрон, находящийся в Брукхейвенской национальной лаборатории США.
Разогнанные практически до скорости света частицы будут сталкиваться «лоб в лоб» в четырех точках кольца ускорителя с суммарной энергией 14 тераэлектронвольт. Установленные в «местах встречи» детекторы будут фиксировать результаты столкновений — частицы и излучение, изучая которые физики смогут открыть тайны материи.
Идея создания коллайдера впервые возникла еще в 1984 году, а строительство началось в 2001 году. Кольцо БАКа находится в 27-километровом подземном тоннеле другого ускорителя — завершившего работу электрон-позитронного коллайдера LEP. Тоннель проложен на глубине около 100 метров на границе Швейцарии и Франции.
До того, как попасть в БАК, протоны пройдут целую цепочку ускорителей, некоторым из которых больше полувека. Из линейного ускорителя Linac2 разогнанные до 50 мегаэлектронвольт частицы попадают в PS Booster, который ускоряет их до энергии 1,4 гигаэлектронвольт и отправляет в протонный синхротрон PS с энергией 28 гигаэлектронвольт, запущенный еще в 1959 году.
Предпоследняя ступень — протонный суперсинхротрон SPS, созданный в 1976 году, который разгоняет частицы до 450 гигаэлектронвольт, после чего частицы попадают в кольцо БАКа, где они будут разгоняться до энергии 7 тераэлектронвольт, когда коллайдер выйдет на полную мощность, что произойдет, как ожидается, весной 2009 года. В среду пучок протонов пройдет по кольцу с энергией SPS — 450 гигаэлектронвольт.
Внутри тоннеля БАКа находятся два канала для пучков протонов, окруженные магнитами (всего их 9,6 тысячи), которые фокусируют и поворачивают пучок, удерживая его в центре. Для того, чтобы удержать разогнанные до высоких скоростей протоны необходимо очень мощное магнитное поле — тем мощнее, чем «круче» нужно повернуть частицы. Именно это приводит к необходимости строить гигантские кольца.
Для создания большой электрической мощности необходима сверхпроводимость, с помощью «теплых» магнитов, такое мощное магнитное поле создать не получится. Поэтому все секторы кольца были охлаждены с помощью жидкого гелия до температуры лишь на полтора градуса выше абсолютного ноля.
Места встречи
После того, как коллайдер будет проверен и начнет штатную работу, в четырех точках его кольца пучки протонов будут сталкиваться, порождая множество частиц и излучение, которое будет фиксироваться с помощью детекторов. Два из них — ATLAS и CMS — являются детекторами «общего назначения», а два других — ALICE и LHCb — специализированными.
Детектор ATLAS является самым большим в истории такого рода устройством. Именно он в паре с CMS поможет ученым обнаружить следы бозона Хиггса — частицы, которая в рамках существующих теорий объясняет наличие массы у элементарных частиц. Поиск этой частицы считается одной из главный задач всего проекта.
Как пояснил в интервью РИА Новости координатор участия российских ученых в проекте БАКа Виктор Саврин, после появления в процессе столкновения протонов бозон Хиггса будет распадаться на другие частицы, в частности, он может распадаться на два гамма-кванта, сказал физик.
Детектор ALICE предназначен для фиксации результатов другого эксперимента — столкновений ядер атомов свинца, разогнанных на коллайдере. Эти столкновения, как рассчитывают ученые, помогут им узнать больше о так называемой кварк-глюонной плазме — состоянии вещества в первые мгновения после Большого взрыва.
LHCb необходим для изучения асимметрии между материи и антиматерии, путем исследования взаимодействий частиц, содержащих так называемые b-кварки. Благодаря этому эксперименту ученые надеются приблизиться к ответу на вопрос «почему в наблюдаемой Вселенной нет антиматерии».
«Черные дыры», «странное вещество» и машина времени
В связи с будущим началом работы ускорителя звучит множество катастрофических предсказаний. В частности, говорится о том, что в коллайдера якобы образуется черная дыра, которая поглотит Землю, появятся капли «странного вещества», и даже возникнут «кротовые норы» в другие измерения.
В конце августа Европейский суд по правам человека в Страсбурге отклонил жалобу группы ученых и частных лиц, которые требовали запретить запуск БАКа. Истцы, самым известным из которых является немецкий ученый, специалист по теории хаоса Отто Росслер, утверждали, что эксперименты могут привести к возникновению черных дыр и привести к «концу света».
Однако ученые заверяют, что эксперимент безопасен. Проводились исследования, которые показывают, что частицы космических лучей имеют энергии, значительно превосходящие энергию коллайдера — природа постоянно «ставит» эксперименты, подобные экспериментам на LHC, но это не привело к катастрофе.
«В природе постоянно происходит столкновение частиц с такими же или с еще более высокими энергиями. И, например, в данный момент прямо у нас над головой каждую секунду происходит столкновение частиц с еще более высокими энергиями», — сказал Игорь Ткачев.
Черные дыры, которые, согласно некоторым теориям, якобы могут появиться при работе коллайдера, согласно тем же теориям, будут иметь время жизни столь малое, что просто не успеют начать поглощать материю, заверяют специалисты.
