Почему Большой адронный коллайдер важен

То, что происходит там, где встречаются лучи БАК, говорит нам о том, как устроена Вселенная.

Передний край физики лежит в пучке субатомных частиц, мчащихся по кругу со скоростью, близкой к скорости света, в подземном туннеле в Центральной Европе. Этот луч так же быстро врезается в другой, мчащийся в другом направлении. В результате столкновения возникает шквал других частиц, улавливаемых детекторами, прежде чем они исчезают.

Это стандартная процедура на Большом адронном коллайдере (БАК), который недавно был запущен впервые с 2018 года, и его лучи стали более мощными, чем когда-либо. БАК, расположенный в Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) недалеко от Женевы, является крупнейшим в мире коллайдером частиц: гигантская машина, которая буквально сталкивает субатомные частицы друг с другом и позволяет ученым наблюдать фонтан квантового мусора, который извергается вне.

Это может показаться излишне жестоким для физического эксперимента, но у физиков есть веская причина для разрушения. Внутри этих столкновений физики могут отделить слои нашей Вселенной, чтобы увидеть, что заставляет ее работать в самых маленьких масштабах.

Физики за машиной

«Большой» в названии БАК не преувеличение: коллайдер прорезает магнитную петлю длиной 17 миль, полностью под землей, под пригородом Женевы на обоих концах. стороны неровной франко-швейцарской границы (где находится штаб-квартира ЦЕРН), сквозь тени восточных склонов французских гор Юра и обратно снова.

Сборка такого колосса заняла время. Впервые предложенный в 1980-х годах и одобренный в середине 1990-х годов, БАК строился более десяти лет, прежде чем его луч впервые включился в 2008 году. Строительство заняло 4,75 миллиарда долларов, в основном поступающие из казны различных европейских правительств.

БАК потребляет достаточно электроэнергии для питания небольшого города. Еще до нынешних обновлений эксперименты LHC произведено петабайт данных в день, достаточно для хранения более 10 000 фильмов в формате 4K — и это после Компьютерная сеть ЦЕРН отфильтровала лишнее. Эти данные проходят через компьютеры тысяч ученых со всех уголков земного шара, хотя в некоторых частях мира представлены лучше, чем другие.

[Связанный: Самый большой коллайдер частиц в мире возвращается к работе]

Время, деньги и силы людей продолжают вливаться в коллайдер, пока физики пытаются найти ответы на самые фундаментальные вопросы Вселенной.

Например, что является причиной существования массы? Помощь в ответе на этот вопрос стала одним из самых публичных триумфов БАК на сегодняшний день. В 2012 году ученые LHC объявил открытие долгожданной частицы, известной как бозон Хиггса. Бозон — это продукт поля, которое, когда частицы взаимодействуют с полем, придает этим частицам массу.

Открытие бозона Хиггса стало последним кирпичиком в стене, известной как Стандартная модель. Это сердце современной физики элементарных частиц, схема, на которой изображено около дюжины субатомных частиц и то, как они аккуратно сочетаются друг с другом, создавая вселенную, которую мы видим.

Но с каждым годом Стандартная модель кажется все более неадекватной для ответа на основные вопросы. Почему материи во Вселенной намного больше, чем антиматерии, ее противоположности? Что составляет огромный кусок нашей вселенной что кажется невидимым и незримым? И почему существует гравитация? Ответы совсем не простые.

Ответы могут прийти в виде еще не открытых частиц. Но до сих пор они ускользали даже от самых мощных коллайдеров частиц. «Пока мы не обнаружили на БАК частиц нестандартной модели», — говорит Финн Ребассоо, физик из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса в Калифорнии и сотрудник БАК.

Модернизация бегемота

Хотя пандемия COVID-19 помешала открытию БАК (это было первоначально запланированный на 2020 год), стюарды коллайдера не сидели сложа руки с 2018 года. В рамках множества технических усовершенствований они увеличили мощность луча коллайдера примерно на 5 процентов.

Это может показаться гроши (и это, конечно, меркнет по сравнению с запланированным LHC высокой яркости обновление позже в этом десятилетии, которое увеличит количество столкновений). Но ученые говорят, что это все еще имеет значение.

«Это означает увеличение вероятности создания интересной физики», — говорит Элизабет Брост, специалист по физике элементарных частиц в Брукхейвенской национальной лаборатории на Лонг-Айленде и сотрудник LHC. «Как личный любимый пример, теперь мы получим на 10 процентов больше событий с парами бозонов Хиггса».

Стандартная модель говорит, что спаренные бозоны Хиггса должны быть крайне редким явлением — и, возможно, так оно и есть. Но если БАК производит множество пар, это признак того, что в игру вступает что-то еще не открытое.

«Это беспроигрышная ситуация: либо мы скоро увидим рождение пары Хиггса, что подразумевает новую физику», — говорит Брост, «или мы в конечном итоге сможем подтвердить предсказание Стандартной модели, используя полный спектр LHC. набор данных».

Улучшения также дают возможность наблюдать вещи, которых раньше не было видно. «Каждый дополнительный бит дает больше возможностей для открытия новых явлений», — говорит Бо Джаятилака, физик элементарных частиц из Фермилаборатории в пригороде Чикаго и сотрудник БАК.

Не так давно появился один потенциальный корм для наблюдений — не в ЦЕРНе, а в старом, ныне закрытом ускорителе в Фермилабе под Чикаго. Исследователи, изучающие старые данные, обнаружили, что бозон W, частица, вызывающая радиоактивный распад внутри атомов, казалось, более тяжелая масса, чем предполагалось. Если это правда, Стандартная модель может быть широко раскрыта.

Естественно, физики элементарных частиц хотят убедиться, что это правда. Они уже планируют повторить измерение W-бозона в ЦЕРН, как с данными, собранными в ходе прошлых экспериментов, так и с новыми данными из будущих экспериментов.

Скорее всего, потребуется время, чтобы LHC вышел на полную мощность. «Обычно, когда LHC перезапускается, это медленный перезапуск, а это означает, что объем данных в первый год не так велик, как в последующие годы», — говорит Ребассу. И анализ даже тех данных, которые он производит, требует времени, даже для огромной массы ученых, работающих на коллайдере.

Но уже в 2023 году мы сможем увидеть результаты — воспользовавшись вновь обретенным приростом энергии коллайдера, полагает Джаятилака.

Последнее сообщение в блоге

Лучшие усилители 2023 года
July 19, 2023

Играйте, пока вы остаетесь дома, с лучшими усилителями для занятий басом, гитарой, клавишными и другими инструментами. Мы можем получать доход от ...

Новейшие умные часы Garmin еще больше готовы к приключениям
July 19, 2023

Новые высокопроизводительные GPS-часы для приключений epix Pro и fenix 7 Pro предлагают более продвинутые функции для серьезных спортсменов, заним...

Формулы-гонки переходят на более экологичное топливо
July 19, 2023

Две серии фидеров для Формулы-1 нацелены на то, чтобы сделать свой бензин более экологичным. Вот что нужно знать об этих новых видах топлива. На д...