Мегапроекты, которые придут на смену Большому адронному коллайдеру

Популярная механикаНаука

Когда погаснет БАК

Текст Роман Фишман

Запомните эту дату: 18 декабря 2018 года Европейская организация по ядерным исследованиям (ЦЕРН) завершит прием предложений о дальнейшей стратегии своей работы и развития. ЦЕРН – ключевая организация, координирующая международные усилия в области физики высоких энергий. Здесь эксплуатируется большой адронный коллайдер и планируются ускорители завтрашнего дня, и от выбора, который должен быть сделан до лета 2020 года, во многом зависит будущее фундаментальной науки. Тем же днем 18 декабря ожидается и другое важное известие: власти Японии должны озвучить свое окончательное решение по финансированию строительства линейного коллайдера на одном из островов страны. В общем, к новому году туман вокруг будущего фундаментальной науки должен несколько рассеяться, а пока перед нами целый сад расходящихся тропок.

Поезд вышел из пункта А в пункт Б, навстречу ему вышел другой такой же поезд. В пункте В они встретились лоб в лоб и, судя по записям с видеокамер, – испарились, превратившись в 52 автомобиля, три вертолета, ракету «Ангара» и 18 старушек, тут же покинувших место происшествия. Столкновения протонов и других субатомных частиц выглядят примерно так: они распадаются, излучают и переходят одна в другую. В конце концов, развалиться на более мелкие составляющие им зачастую невозможно, ведь частиц мельче просто не существует.

Но превращения эти никак не случайны, и Стандартная модель физики элементарных частиц великолепно предсказывает, что, как и с чем должно столкнуться, чтобы привести к тому или иному результату. С помощью Большого адронного коллайдера (БАК) исследователи завершили проверку этой гипотезы жирным росчерком «работает», обнаружив последнюю из 17 элементарных частиц, существование большинства из которых было сперва показано «на кончике пера», а затем и доказано экспериментально. Шесть кварков и шесть лептонов, четыре бозона – переносчика фундаментальных взаимодействий, плюс бозон Хиггса, плюс их античастицы – но ведь это далеко не все.

Компактный мюонный соленоид – один из двух ключевых детекторов бак – компактным не назовешь: он выстроен вокруг шестиметровой катушки из сверхпроводящего сплава, способной создавать магнитное поле силой до 4 Тесла. Но для будущих коллайдеров и этого будет маловато.

Большая часть общей энергии Вселенной приходится на темную материю и темную энергию, природа которых совершенно неизвестна. Их действие достоверно доказывается наблюдениями, но их не втиснуть в рамки Стандартной модели, как не добавить несколько дополнительных ячеек в периодическую таблицу химических элементов: здесь все взвешено и распределено слишком точно для того, чтобы нашлось хотя бы одно незанятое место. Ясно, что при всем своем блеске Стандартная модель не описывает фундаментальные основы нашего мира целиком и полностью. Но что тогда описывает – теория струн? Или квантовая гравитация? И какие указания найти для движения за пределы привычной физики? Нам остается сталкивать частицы – и подсчитывать все эти «автомобили» и «вертолеты», пытаясь найти хоть какие-то подсказки.

Большой. Адронный

По большому счету, получать, разгонять и сталкивать мы умеем только электроны и протоны (и их античастицы): они обладают зарядом, который позволяет ускорить их в электромагнитном поле. Простейшие системы, созданные еще в первой половине прошлого века, использовали для разгона обычные постоянные магниты и пузырьковую камеру для регистрации частиц. Впрочем, уже вскоре в ускорителях начали использовать куда более мощные электромагниты, а частицы стали ускорять в кольцевых трубках: наматывая круги, они могут набирать все большую скорость.

Международный линейный коллайдер (ILC) будет вести столкновения электронов и позитронов, разогнанных в тоннеле длиной 30–50 км. Для сравнения: самый большой из созданных до сих пор линейных ускорителей, работающий в Стэнфордском университете, насчитывает лишь 3,2 км.

В БАК для этого используется кольцевой тоннель длиной 26,7 км, оснащенный 1624 сверхпроводящими электромагнитами: на огромный инструмент приходится около 10% годового энергопотребления всего кантона Женева. Включаясь и выключаясь в строго определенной последовательности, заданной колебаниями управляющего сигнала, электромагниты разгоняют протоны до энергии в 6,5 ТэВ. На такой скорости они делают порядка 10 тыс. оборотов по тоннелю, двигаясь в противоположных направлениях, – и сталкиваются с огромной силой, порождая целый зоопарк частиц, распады которых регистрируют семь детекторов коллайдера.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Ударные стройки науки Ударные стройки науки

Национальный научный фонд (NSF) опубликовал детальную статистику за 2016 год

Популярная механика
Кризис не за горами. Saxo Bank призвал инвесторов продавать американские облигации Кризис не за горами. Saxo Bank призвал инвесторов продавать американские облигации

Экономисты прогнозируют рост волатильности на американском рынке

Forbes
_Не музыка еще, уже не шум _Не музыка еще, уже не шум

Как научить машину сочинять музыку и писать картины

Популярная механика
Обида на мать: что делать? Обида на мать: что делать?

Наша читательница рассказывает историю отношений с матерью

Psychologies
Имею скафандр, готов путешествовать Имею скафандр, готов путешествовать

Скафандров для других планет у человечества нет даже в перспективе

Популярная механика
Как готовить фо бо — главный суп холодного сезона Как готовить фо бо — главный суп холодного сезона

Почему фо так полюбили в России и как приготовить этот суп дома

Esquire
Чистый тяжелый металл Чистый тяжелый металл

Как производят слитки драгоценных металлов

Популярная механика
Как выбрать кроссовки на зиму? Как выбрать кроссовки на зиму?

Пять факторов, которые нужно учитывать при выборе зимних кроссовок

GQ
Шепот, который убивает Шепот, который убивает

Ни одна винтовка не способна проделывать такие трюки и оставлять такие отверстия

Популярная механика
Знакомься, это Катар! Знакомься, это Катар!

Туристы пока еще не распробовали эту страну и, возможно, к счастью

Лиза
Лунный заяц, картофель и звезды Лунный заяц, картофель и звезды

Китайская миссия Chang’e 4 – первая на обратной стороне луны

Популярная механика
Живые классики Живые классики

Специальный фотопроект о мужчинах, которым все возрасты покорны

GQ
Кто спасет МКС Кто спасет МКС

МКС может завершить работу через шесть лет. Что будет дальше?

Популярная механика
Вечный винтаж Вечный винтаж

Игра с прошлым затрагивает самые неожиданные струны души

Домашний Очаг
Космос, глубина и радиация. Экстремальная робототехника Космос, глубина и радиация. Экстремальная робототехника

Машины для работы в самых экстремальных условиях

Популярная механика
Надпись на скамейке Надпись на скамейке

На одном из своих портретов Иван Крамской сделал надписи на скамейке

Дилетант
Пешком по воде Пешком по воде

Далеко не все способны проплыть километр под водой

Популярная механика
8 ошибок, из-за которых ты выглядишь старше: не допускай их! 8 ошибок, из-за которых ты выглядишь старше: не допускай их!

Чтобы выглядеть идеально, нужно просто не допускать эти ошибки в макияже

Cosmopolitan
С горочки спустился С горочки спустился

Мы встретились с чемпионом России по форкроссу Иваном Кунаевым

Популярная механика
Семь признаков нервного срыва Семь признаков нервного срыва

Об эмоциональном и психическом истощении говорят семь признаков: какие?

Psychologies
Кошка на пути домой Кошка на пути домой

Кошка на пути домой. От совершенного хищника к совершенному домашнему питомцу

Популярная механика
Лучший день в году! Лучший день в году!

Каждый ребенок с нетерпением ждет день рождения, надеясь на что-то особенное

Лиза
Незастывающее слово Незастывающее слово

Языку так тяжело в тисках учебников и словарей

Популярная механика
Город золотой. Почему платный въезд стал проблемой для мегаполисов Город золотой. Почему платный въезд стал проблемой для мегаполисов

Результаты платного въезда в Нью-Йорке, Лондоне и Осло

Forbes
Мир-кольцо Мир-кольцо

Земли в форме бублика: добро пожаловать на обруч и пончик

Популярная механика
Большая императорская прогулка Большая императорская прогулка

О впечатляющем путешествии Екатерины II по новым южным губерниям

Дилетант
Метательные планеры Метательные планеры

Один из самых молодых видов авиамодельного спорта

Популярная механика
Судьбы красавиц со знаменитых портретов русских художников Судьбы красавиц со знаменитых портретов русских художников

Кем были женщины, которых художники избрали своими музами

Cosmopolitan
У Солнца под боком У Солнца под боком

О том, какие загадки должен решить меркурианский зонд

Популярная механика
Я, ракета Я, ракета

Неизвестный рассказ Рэя Брэдбери, написанный от лица боевой ракеты

Esquire
Открыть в приложении