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

Проект Guido Проект Guido

Ничего подобного в России прежде не строили

Популярная механика
Как это по-русски: названия 10 самых актуальных моделей сумок нашего времени Как это по-русски: названия 10 самых актуальных моделей сумок нашего времени

Как называются самые актуальные из современных сумок на разных языках

Cosmopolitan
Самая древняя Русь Самая древняя Русь

Животный мир давно минувших эпох

Популярная механика
Двое в голубом океане. Как квантовый компьютер и искусственный интеллект помогут друг другу Двое в голубом океане. Как квантовый компьютер и искусственный интеллект помогут друг другу

«Голубым океаном» в бизнесе называют новые рынки, на которых еще нет конкурентов

Forbes
Имею скафандр, готов путешествовать Имею скафандр, готов путешествовать

Скафандров для других планет у человечества нет даже в перспективе

Популярная механика
«Мой дед убил бы меня»: как живут дочери и внучки нацистских преступников «Мой дед убил бы меня»: как живут дочери и внучки нацистских преступников

Чем сейчас живут и дышат дочери, внучки и правнучки преступников Второй мировой

Cosmopolitan
Дар вулкана Дар вулкана

Крупнейшее месторождение, сформированное вулканом

Популярная механика
Три правила формирования частной коллекции. Советы юриста Три правила формирования частной коллекции. Советы юриста

Как приобрести произведения искусства без вытекающих рисков

Forbes
Квантовое превосходство Квантовое превосходство

В IT сложилась предреволюционная ситуация

Популярная механика
7 фраз, которые не стоит говорить женщине, потерявшей ребенка 7 фраз, которые не стоит говорить женщине, потерявшей ребенка

Как поддержать женщину, потерявшую ребенка

Psychologies
Нервные клетки не восстанавливаются? Нервные клетки не восстанавливаются?

Может ли мозг взрослого человека образовывать новые нейроны взамен утраченных

Популярная механика
Невозможно отказать! 6 ну очень романтичных предложений руки и сердца Невозможно отказать! 6 ну очень романтичных предложений руки и сердца

Очень романтичные историй о том, как британцы предлагали руку и сердце

Cosmopolitan
Марс, пульс, температура Марс, пульс, температура

Зонд InSight: заглянуть внутрь Марса

Популярная механика
Хождение по мукам Хождение по мукам

Знаменитости рассказали, почему они не стали бы поздравлять своих педагогов

StarHit
Кто спасет МКС Кто спасет МКС

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

Популярная механика
Перспективная ниша: что выгодно экспортировать в Китай Перспективная ниша: что выгодно экспортировать в Китай

Китай превращается в перспективный рынок для экспорта российской продукции

Forbes
Сколько можно спать? Сколько можно спать?

Еще несколько сотен лет назад европейцы спали дважды за сутки

Популярная механика
Ольга Зуева: «Теперь любой может быть звездой, а значит, никто» Ольга Зуева: «Теперь любой может быть звездой, а значит, никто»

Ольга Зуева о фильме «На районе» и Даниле Козловском

СНОБ
Креативная глубинка Креативная глубинка

Сердце концерна IКЕА, ворочающего миллиардами, находится в глухой провинции

Популярная механика
Удар с запада. Банки упустили 15% прибыли из-за санкций Удар с запада. Банки упустили 15% прибыли из-за санкций

Если бы не западные санкции, прибыль российских банков была бы выше

Forbes
Ударные стройки науки Ударные стройки науки

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

Популярная механика
Гибкое пространство. Коворкинги меняют офисный рынок Москвы Гибкое пространство. Коворкинги меняют офисный рынок Москвы

Гибкое пространство. Коворкинги меняют офисный рынок Москвы

Forbes
Чистый тяжелый металл Чистый тяжелый металл

Как производят слитки драгоценных металлов

Популярная механика
«Сегодня мы все предприниматели». Правила бизнеса Марка Цукерберга «Сегодня мы все предприниматели». Правила бизнеса Марка Цукерберга

Создатель Facebook рассказывает об общей цели человечества и экономике знаний

Forbes
У Солнца под боком У Солнца под боком

О том, какие загадки должен решить меркурианский зонд

Популярная механика
История самого знаменитого фальшивомонетчика СССР История самого знаменитого фальшивомонетчика СССР

Виктор Баранов — человек, который помогал советской стране делать деньги

Maxim
Заплечных дел мастер Заплечных дел мастер

Почти бесконечный боезапас за спиной

Популярная механика
Конец советского мира. Почему плацкартные вагоны уходят в прошлое Конец советского мира. Почему плацкартные вагоны уходят в прошлое

Смена парадигмы железнодорожных перевозок: плацкарт теряет актуальность

Forbes
Мир завтрашнего дня Мир завтрашнего дня

Дизайн – это вовсе не то, как выглядит какой-то предмет

Популярная механика
Вторая половина жизни: как наполнить ее смыслом и счастьем Вторая половина жизни: как наполнить ее смыслом и счастьем

Как сделать счастливой и насыщенной зрелую пору нашей жизни

Psychologies
Открыть в приложении