Адронный коллайдер в россии где находится


Почему коллайдер, который начали строить в СССР так и не закончили?

В ста километрах от Москвы, в лесах, под землю буквально зарыт клад. Речь не о сундуках с золотом и драгоценными камнями. Рядом с Москвой на глубине 60 метров покоится настоящий адронный коллайдер.

Этот проект должен был стать вершиной научной революции 80 годов. Небольшой научный городок Протвино, расположенный рядом с коллайдером, стал бы центром притяжения мировой науки. Однако ускоритель частиц так ни разу и не запустили.

Почему строительство крупнейшего в мире адронного коллайдера остановили, а проект заморозили? Фактрум собрал самые интересные факты о советском ускорителе частиц.

Самый большой коллайдер в России и в мире

Судьба у советского коллайдера сложная. Его то начинали активно строить, то почти полностью забрасывали. Самые глубокие тоннели ускорителя удалены от поверхности на 60 метров. По общей протяжённости коллайдер не уступает кольцевой линии московского метро. И вся эта огромная махина, спрятанная в лесах Подмосковья, не закончена.

Сам город Протвино появился в 1965 году. До этого на его месте существовал закрытый научный посёлок Серпухов-7. Учёные, которые жили в закрытом городе, работали на действующем тогда протонном синхротроне. Этот ускоритель по задумке учёных должен был стать частью огромного советского коллайдера. Место для строительства синхротрона и коллайдера было выбрано не случайно. Эта часть Подмосковья раньше была дном моря, что делало грунт недосягаемым для сейсмическим толчков.

Адронный коллайдер в СССР: взлёты и падения

В начале восьмидесятых, когда на реализацию проекта дали добро, в мире не существовало аналогов. Мощности американского Тэватрона и швейцарского суперколлайдера были значительно ниже. В 1983 году появились первые вертикальные шахты для бурения тоннелей. Однако бурить твёрдую породу — неблагодарное дело. Работы шли вяло, за несколько лет машины «прогрызли» лишь полтора километра породы. В 1988 году СССР выделил дополнительные средства на покупку зарубежных бурильных установок. Машины не только создавали тоннели, но и выстилали дно бетонными «подушками» с металлоизоляцией. Работы ускорились.

Строительство одного из тоннелей коллайдера

В 1988 году основной кольцевой тоннель был готов на 70%, канал инжекции (для перевода ускоренных частиц из синхротрона в коллайдер) — на 95%. На земле выросло более 20 специальных площадок для размещения инженерных коммуникаций. Казалось бы, до светлого будущего оставался последний рывок. Но финансирование вновь прекратилось. В 1991 году бюджет проекта урезали, а во время кризиса в 1998 году деньги вообще почти иссякли. Просто бросить недостроенный объект значило бы обречь Подмосковье на экологическую катастрофу. Началась консервация.

Оставшуюся треть тоннеля строили четыре года. Однако запустить коллайдер после этого было невозможно. Тоннели не имели достаточного количества магнитной «обшивки», которая создаёт поле и разгоняет частицы. При этом канал инжекции был полностью закончен. Кроме того, завершилось строительство инженерных залов и установка нейтринного телескопа на озере Байкал, который должен был «ловить» частицы.

Бесславный конец заброшенного ускорителя элементарных частиц

Сегодня на содержание советского коллайдера тратятся миллионы. Ежегодно необходимо откачивать воду из тоннелей, укреплять стенки и бетонировать сталкерские ходы. Большой адронный коллайдер, который запустили в 2008 году, поставил крест на идее возрождения русского ускорителя. Более того, в России уже ведётся строительство более современного (хотя и менее крупного) коллайдера НИКА в подмосковной Дубне.

Тоннели в их нынешнем состоянии

Содержать советский коллайдер «вхолостую» крайне затратно. Из-за этого активно рассматриваются идеи по реновации проекта. Самое перспективное направление — создание на базе ускорителя огромного аккумулятора-накопителя. Такая «батарейка» разгрузит электрические сети Москвы. Но все идеи требуют немалого финансирования, которое и является камнем преткновения. Даже просто залить советский коллайдер бетоном — дорогое удовольствие.

Сделано в России. В подмосковной Дубне началось строительство коллайдера NICA. : cycyron — LiveJournal

Оригинал взят у sergpodzoro в Сделано в России. В подмосковной Дубне началось строительство коллайдера NICA.

Одно из забытых чудес СССР, находящееся на границе Московской и Калужской областей - тоннель УНК (ускорительно-накопительного комплекса протонов, протонного коллайдера).В СССР проект протонного коллайдера не был реализован. Руины чудес СССР. Тоннель Протвинского ускорителя элементарных частиц как забава для диггеров. Сейчас уже Россия решила построить новый коллайдер ...


В наукограде Дубна, на территории международного Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) состоялась церемония закладки первого камня в основание комплекса строительных зданий и сооружений российского сверхпроводящего коллайдера класса мегасайенс NICA.

Экспериментальная программа на ускорительно-экспериментальном комплексе NICA будет очень широкой. Исследования свойств барионной материи в экстремальных условиях и ее фазовых переходов, изучение природы спина нуклона и поляризационных явлений. Инновационно-исследовательские работы в области материаловедения и создания новых материалов. Медицины и пучковой терапии, радиобиологии, электроники, исследований по тематике программ Роскосмоса, утилизации и переработки радиоактивных расходов, создания новых безопасных источников энергии, криогенной техники.

По мнению Григория Трубникова, член-корреспондента РАН, вице-директора ОИЯИ, NICA будет первым проектом в России, который официально обретет статус мега-сайенс проекта. Важно, что NICA получит государственную поддержку. Всё это даст колоссальный импульс к развитию, даст сигнал странам, которые не являются странами-участницами ОИЯИ, но хотят участвовать в проекте NICA. Ряд стран, таких как Китай, Италия, Германия и Южная Африка, уже сегодня готовы присоединиться к проекту.

Первый запуск планируется произвести через три года, а на полную мощность комплекс должен заработать к 2023 году. Это один из самых амбициозных научных проектов России. Наша страна берет на себя основные расходы. Но серьезный вклад вносят и зарубежные учредители института — 18 государств и еще 6 стран, которые являются ассоциированными членами.

Целью проекта «Комплекс сверхпроводящих колец на встречных пучках тяжелых ионов NICA» является создание ускорительно-экспериментальной базы мирового уровня для проведения фундаментальных исследований сверхплотного ядерного вещества, спиновой структуры адронов, а также для выполнения широкого спектра инновационных и прикладных работ.

Коллайдер позволит ускорять и сталкивать тяжелые ядра, вплоть до золота, с рекордными параметрами в требуемом диапазоне энергий, обеспечит столкновения поляризованных ядер. Комплекс состоит из трех крупных блоков — ускорительного, научно-исследовательского, инновационного.

Ускорительный блок включает уже функционирующие источники ядер, в том числе поляризованных, линейный ускоритель и кольцевой ускоритель Нуклотрон, запущенный в 1993 году. Последний основан на криогенных технологиях, разработанных в Дубне, и является вторым по мощности сверхпроводящим ускорителем в Европе после Большого адронного коллайдера.

В научно-исследовательском блоке предусматривается развитие существующей экспериментальной базы на пучках Нуклотрона — установка [email protected], и создание детекторов для коллайдера NICA — многоцелевой детектор MPD и детектор для экспериментов с поляризованными ядрами SPD. При создании ускорительных и детекторных элементов используется опыт, накопленный при подготовке экспериментов на Большом адронном коллайдере в Европейском центре ядерных исследований, а также в научно-исследовательских лабораториях США, Европы и Японии, следует из пресс-релиза.

Инновационный блок включает существующие зоны, которые будут развиты и дополнены новыми для проведения прикладных исследований в различных областях, в том числе альтернативной ядерной энергетики, углеродной лучевой терапии, тестирования на пучках ионов высоких энергий электронных компонентов и биологических объектов в рамках космических программ. Для проведения этих работ привлекаются высокотехнологичные отрасли промышленности России.

«Нуклотрон»


Площадка, на которой был заложен первый камень коллайдера NICA

По современным теоретическим представлениям материя может находиться в нескольких состояниях: адронном, кварк-глюонном и так называемой смешанной фазе, состоящей из композиции первых двух состояний.

Кварк-глюонная материя и ее переход в привычный для нас мир частиц могут быть воссозданы в экспериментах на ускорителях путем столкновения тяжелых ионов.

Для этого нужны не очень высокие по современным понятиям энергии столкновения — всего лишь порядка 10 ГэВ. Это гораздо меньше, чем энергии Большого адронного коллайдера и релятивистского коллайдера тяжелых ядер (RHIC) из Брукхейвенской национальной лаборатории, расположенной близ Нью-Йорка (США). Для сравнения: на БАК сейчас проходят столкновения протонных пучков с энергией 8 ТэВ.


Ионный ускоритель

Авторы называют проект NICA «Вселенной в лаборатории». «Главная задача проекта NICA — изучение плотной барионной материи в той области энергий, где она достигает максимальной плотности, — рассказывает директор лаборатории физики высоких энергий (ЛФВЭ) ОИЯИ Владимир Кекелидзе. — Вторая задача — изучение спиновой структуры нуклонов.

Мы хотим воссоздать „мини-большой взрыв“ в лаборатории. В первые миллисекунды после Большого взрыва произошло формирование нашего мира.

То, что было в самом начале, — это кварк-глюонная плазма, кирпичики мироздания, которые изучают в ЦЕРН. Как из этих кирпичиков мироздания родился тот мир, в котором мы живем, как возникли протоны и нейтроны, мы хотим воссоздать в нашей лаборатории, сталкивая атомы золота». Лауреат Нобелевской премии по физике 2004 года Дэвид Гросс, присутствовавший на церемонии начала строительства, также отметил, что впечатлен масштабом предстоящих исследований: «Будет интересно понять, как вели себя кварки в условиях ранней Вселенной», — отметил ученый.

Это не единственный в мире проект по изучению барионной материи. В США уже введен в строй ионный коллайдер RHIC. Однако он не позволяет достичь нужной барионной плотности, подобной веществу нейтронной звезды.

В Германии разрабатывается проект FAIR. FAIR — это коллайдер с фиксированной мишенью, в нем пучок частиц ударяется по мишени, при этом часть энергии тратится на движение системы, что приводит к потерям энергии. В коллайдере NICA два пучка сталкиваются между собой, что энергетически выгодно, однако сложно точно совместить пучки для достижения большой светимости — высокой интенсивности сигнала распада.

На вопрос корреспондента отдела науки о том, поможет ли проект NICA пролить свет на загадки темной энергии и темной материи, Кекелидзе ответил:

«Напрямую проект NICA не связан с этими понятиями, но поскольку мы будем проводить эксперименты с высокой барионной плотностью, возможно, мы найдем что-то проливающее свет на эти вопросы. Речь идет о темной материи, а не о темной энергии».

По словам вице-директора ОИЯИ Рихарда Ледницки, стоимость проекта NICA составляет более $500 млн. 80% бюджета оплачивает Россия. Проект NICA международный. Оборудование и программное обеспечение разрабатывают специалисты из Украины, Германии, Италии и других стран. В 2010 году был подписан договор с ЦЕРН о взаимовыгодном сотрудничестве.

В то же время многие компоненты изготавливаются в России. В ОИЯИ действует завод по изготовлению сверхпроводящих магнитов, в том числе для NICA.


Завод по изготовлению сверхпроводящих магнитов

Проект имеет множество инновационных приложений, помимо фундаментальной науки. Установки ОИЯИ позволяют исследовать влияние ионных пучков на организм живых существ. Развивается адронная терапия, направленная на лечение рака.

via


+ Оригинал взят у sergpodzoro в Руины чудес СССР. Тоннель Протвинского ускорителя элементарных частиц как забава для диггеров.

Оригинал взят у sergpodzoro в Руины чудес СССР. Тоннель Протвинского ускорителя элементарных частиц как забава для диггеров.

Недавно в России заложен новый коллайдр. Сделано в России. В подмосковной Дубне началось строительство коллайдера NICA. Последее время все говорили о коллайдере в Церне...
Но мало кто знает про одно из забытых чудес СССР, находящееся на границе Московской и Калужской областей - тоннель УНК (ускорительно-накопительного комплекса протонов, протонного коллайдера). Представляет собой кольцо разных диаметров (самый маленький больше тоннеля метро) с техническими выработками и помещениями на глубине от 20 до 60 метров. Длина всего кольца больше 21 километра, что сравнимо по масштабам и затратам на строительство разве что с кольцевой линией московского метрополитена со всеми её сооружениями гражданской обороны.


Но грандиозной идее строительва там и не суждено было до конца сбыться. В конце 90-х сооружение перестали достраивать, потом поставили на консервацию, а на сегодняшний момент оно находится и вовсе в полузаброшенном состоянии. Астрономические финансы, затраченные на постройку, труд сотен рабочих в течении десятка-двух лет, как и сама идея самого большого колайдера в СССР, а позже РФ просто напросто забыты.

 До сих пор действующий ускоритель в наукограде Протвино (так называемый У-70, его энергия 70 ГэВ, длина кольцевого зала на поверхности земли полтора км) должен был выполнять для него только функцию запуска протонов внутрь этого огромного кольца, где в свою очередь под действией ускоряюще-фокусирующей системы разгонялись  бы до энергий 600 ГэВ (первая ступень УНК) и 3 000 ГэВ (вторая - сверхпроводящая- ступень УНК)

В настоящее время вся эта невероятно масштабная постройка находится на состоянии полуконсервации, оставшиеся рабочие успевают разве что заделывать дырки в тюбингах, из которых сочится грунтовая вода, и со скоростью сто метров в десять лет делаются попытки довести хотя бы тоннель до полной кондиции.

Теперь государство выделяет финансирование разве что на частичное поддержание удовлетворительного состояния, освещение и электричество для работы насосов и охрану строительных площадок УНК. Вот такая история одного из многих несбывшихся чудес величия канувшей в лету страны.

Но не бывает худа без добра. Теперь это место стало чуть ли не вожделенной Меккой для любителей индустриального туризма и различных субкультур экстримальных течений. Отдельно стоит написать про несколько электровозов, находящиеся на кольце, которые находятся ещё в рабочем состоянии (внизу по всему кольцу проложенна действующая узкоколейка, по которой можно покататься если победишь в игре "Где опять спрятали электровоз"), и которые периодически ломаются и снова чинятся, спускаются с рельс и снова ставятся на рельсы как остатками местных рабочих так и другим неофициальными посетителями протвинского коллайдера.

Хотя действительно неофициально (потому что официального посещения этого места не существует в приниципе) спуститься вниз и посмотреть на все это могут и способны только небольшое количество людей. И не стоит забывать про местное отделение милиции, которое всегда радо своим новым посетителям :)

Коллайдер NICA в Дубне | Журнал Популярная Механика

В подмосковной Дубне продолжается строительство ускорительного комплекса NICA. «Популярная механика» выяснила, что собираются искать на нем ученые и когда ждать новых открытий.

На встречу мы сильно опоздали. Ночью ударил внезапный мороз, и паром, который должен был перевезти нас через Волгу, задержался часа на полтора, пока расчищали наросший у берега лед. Зато появилось время на то, чтобы обстоятельно объяснить всей нашей команде, для чего пришлось грузить в багажник фототехнику и с раннего утра отправляться на дальний край Подмосковья. Начать пришлось издалека — с самого рождения мира.

Три минуты космоса

Вселенная возникла около 13,8 млрд лет назад, и уже вскоре в ней зажглись первые светила. Самые ранние звезды, которые способны различить современные телескопы, появились всего лишь 200 млн лет спустя после Большого взрыва. Но древнейший свет, который мы можем видеть, еще старше и произведен не ими. Это фотоны микроволнового фона, которые сохранились с того момента, когда наш мир остыл до приемлемых температур, около 3000 К. Электроны наконец смогли удерживаться на орбитах вокруг ядер и образовали первые атомы.

До того времени космос наполняла раскаленная плазма, и любой излученный фотон моментально рассеивался в ее непроницаемом тумане. Только через 379 тыс. лет с образованием атомов пространство расчистилось и по нему начало распространяться излучение. Этот реликтовый фон регистрируют радиотелескопы, но все, происходившее ранее, остается за непроницаемой границей, дальше которой нет ни фотонов, ни, соответственно, телескопов, которые могли бы их увидеть.

Инжекторный комплекс способен накачивать кольцевые ускорители легкими частицами и тяжелыми ионами.

Самые первые этапы развития мира, которые предшествовали образованию атомов (рекомбинации), мы изучаем в основном теоретически. Они были краткими, но бурными: уже через 10−43 с после Большого взрыва появились первые частицы, а через 10−35 с Вселенная начала расширяться в экспоненциальном режиме инфляции. Раздувавшийся мир был заполнен невероятно плотной и горячей смесью, состоящей по большей части из кварков (впоследствии они образуют нейтроны и протоны) и глюонов, которые нужны для соединения кварков друг с другом.

Вскоре такое объединение произошло; фазовый переход совершился резко, подобно росту кристаллов в химической грелке. С начала мироздания прошло всего три минуты, а кварк-глюонная плазма исчезла. Сегодня она, возможно, существует лишь в недрах самых плотных объектов, таких как нейтронные звезды. Но на ее месте появились протоны и нейтроны обычной адронной материи, а следом — первые атомы, звезды, галактики.

Все это теория, хотя многие ее положения удается подтвердить на практике. Следы инфляции сохранились в слабых аномалиях реликтового фона, а также в крупномасштабной структуре Вселенной; в огромных наземных коллайдерах получена кварк-глюонная плазма. Однако загадкой остается сам момент «выпадения» из нее адронов. Как и с химической грелкой, этот момент трудно уловить, и даже условия, при которых происходит фазовый переход, в точности неизвестны.

Системы коллайдера работают с такими сильными токами, что для них приходится использовать по‑ настоящему надежные проводники и массивные контакты.

Существующие ускорители частиц для этого не подходят. Так, знаменитый Большой адронный коллайдер возводился для решения совершенно других задач — прежде всего поисков бозона Хиггса. Сталкивающаяся в нем материя оказывается чересчур горячей и недостаточно плотной для попадания в область фазового перехода. Чтобы поймать его, нужны новые инструменты, и работа над ними уже идет. Проходит модернизацию американский RHIC, в Германии возводится новый FAIR. Развернуто строительство и в подмосковной Дубне: Объединенный институт ядерных исследований (ОИЯИ) готовит к работе ускорительный комплекс NICA.

Пять минут частицы

У проходной ОИЯИ нас встретил научный сотрудник Лаборатории физики высоких энергий Дмитрий Дряблов. «В общем, ничего нового тут нет, все делается на уже известных принципах, — рассказал он, пока мы шли по обширной территории лаборатории к месту строительства. — Ускоритель, коллайдер, криогенная система — стандартные для таких установок элементы». Даже легендарный первый корпус, где еще в 1950-х был запущен синхрофазотрон ОИЯИ, станет частью комплекса NICA. Круглое здание уже обросло цистернами и компрессорами новой криогенной системы.

Внутри него большую часть занимает стальное «ярмо» магнита синхрофазотрона, свернутый кругом хребет весом в десятки тысяч тонн. Сегодня он сохранил не только историческую ценность: внутри кипит работа. Старые железные плиты служат основой для монтажа сверхпроводящих магнитов. Сбоку подведены выходы инжекционных систем — источников легких частиц (протонов и т. д.) и тяжелых ионов золота для будущего коллайдера. Подхваченные потоком электронов, они будут подгоняться в коротких линейных ускорителях и отправляться в бустер.

Комплекс NICA

211-метровый бустер — первый из трех циклических ускорителей будущего комплекса. За пару секунд в нем сгусток золотых ионов увеличит энергию и дополнительно сожмется, после чего будет передан дальше, в кольцо Нуклотрона, выложенное этажом ниже. Нуклотрон, запущенныйв 1990-х, способен доводить энергию тяжелых ионов до 6 ГэВ на нуклон. Пока идет строительство, он продолжает работу, отправляя частицы в стационарные мишени для исследований новых материалов, радиобиологии и т. д. В NICA эта работа продолжится, но появится и третье, финальное кольцо коллайдера.

Пока что, поднявшись на крышу первого корпуса, мы увидели только обширную и холодную стройку. Однако возведение туннеля уже заканчивается, и вскоре в него лягут две параллельные трубы, по которым в противоположных направлениях помчатся сгустки, банчи частиц. Круг за кругом 500-метровые кольца смогут накапливать их и дополнительно уплотнять, сжимая в тонкие нити диаметром порядка миллиметра. Через 4−5 мин. после получения ионов подготовленные банчи направятся к лобовому столкновению в секциях, на которых установлены детекторы.

Два кольца коллайдера расположатся в круговом тоннеле один над другим, сходясь в павильонах, где будут установлены детекторы MPD и SPD.

Чёрные дыры в Сибири и под Москвой? Зачем Россия запускает новые коллайдеры

Учёные сталкивают частицы с античастицами и смотрят, что из этого получается. А получается мгновенная аннигиляция, то есть — взрыв. Физики такое любят.

И раз уж нас так непреодолимо тянет в этот тёмный лес, давайте сразу: во-первых, "коллайдеры", потому что частицы в них collide — "сталкиваются", а "адронные" (и уж никак не "андронные") — потому как сталкиваются адроны, это такие частицы. Хотя наши отечественные коллайдеры называют по-другому, например электрон-позитронными, чтобы обозначить, что, собственно, они там сталкивают. Потому что получается из этого столько всего, что ни в сказке сказать, ни в статье описать.

Сталкивают, стало быть, электроны и позитроны. Электроны ладно, знаем, по физике проходили. А позитроны — это те же электроны, только с положительным зарядом. Так тоже бывает. Но это уже вообще-то не совсем частица. Это АНТИчастица. То есть мы с вами имеем дело с антиматерией, и не в кино, а в реальной жизни. Да, кстати, насчёт создания в коллайдере бомбы на антиматерии и прочих апокалипсических сценариев:

Это полная чушь, антивещества в коллайдере для этого слишком мало, столько же античастиц встречается и в естественной среде вокруг нас с вами. Вот пока мы разговариваем, сквозь нас пролетели несколько частиц и античастиц

Владимир Кекелидзе, руководитель проекта коллайдера NICA

Какие в России коллайдеры

Итак, в России на сей момент работает более десятка ускорителей частиц. Три из них находятся в Новосибирске, это ВЭПП-4, ВЭПП-2000 и построенный (правда, не полностью) в 2015 году ВЭПП-5. ВЭПП означает "встречные электрон-позитронные пучки". Недавно эти пучки там встретились так удачно, что породили особо редкие частицы под названием пионы, или пи-мезоны. Семь штук. Каждый состоит из кварка и, как бы помягче сказать, антикварка. И учёным очень любопытно, как же именно возникает это необычное сочетание. А покопаться в этом до сих пор не удавалось просто потому, что не получалось сделать такой мощный выстрел частицами.

Пока это очень небольшой вклад в науку и понимание общей картины мира, но, с другой стороны, показывает наши возможности

Евгений Солодов, главный научный сотрудник ИЯФ СО РАН

А в подмосковной Дубне вот-вот достроят ещё один коллайдер, причём обещают, что кое в чём он превзойдёт по своим возможностям сам БАК — Большой адронный. Называется он NICA, расшифровывается так: Nuclotron-based Ion Collider fAcility. В переводе это означает, что в нём будут ударяться друг в друга ионы, а разгонять их будут в установке "Нуклотрон" — это ускоритель в виде 250-метрового кольца. Так что это будет коллайдер тяжёлых ионов. Сразу возникает ещё один вопрос чайника: для чего нам столько коллайдеров, хороших и разных?

Коллайдер — это инструмент. А инструментов должно быть много, у каждого своя задача. Задача нашего коллайдера — изучение плотной ядерной материи в таких экстремальных условиях, в которых она бывает разве что в ядрах нейтронных звёзд

Владимир Кекелидзе, руководитель проекта коллайдера NICA

Как это работает

Специальная пушка — инжектор — выстреливает пучками частиц. В Дубне, между прочим, стрелять будут золотом, но не ради пафоса, а потому, что ядра у него роскошные, в них очень много протонов и нейтронов — всего 197 штук (не поймите неправильно, "штука" не физическое понятие, просто так удобнее объяснять). Поскольку и те и другие входят в состав атомных ядер, для простоты им придумали общее название — нуклоны. Отсюда и слово "нуклотрон". Так вот, эти самые нуклоны попадают в 250-метровый бублик, потом во второй такой же, а далее — с двух сторон навстречу друг другу залетают в тоннель собственно коллайдера (503 метра). И всё это — за СЕКУНДУ! И в течение этой секунды частицы успевают разогнаться почти до скорости света. А в итоге место встречи — детектор, где происходят удивительные события. Но вот мини чёрных дыр опасаться не стоит: учёные уже устали объяснять, что никого никуда не засосёт.

Это выдумки необразованных журналистов. Они возникли из-за каких-то теоретических инсинуаций. Если бы что-то такое было, оно бы давно случилось

Евгений Солодов, главный научный сотрудник ИЯФ СО РАН

Схема работы коллайдера NICA, строящегося в Дубне. Фото © NICA

Так, значит, бомбы не будет, чёрной дыры не будет. А что будет? Примерно то, что было во Вселенной вскоре после Большого взрыва. Чтоб вы знали, из-за вопроса о том, как всё случилось тогда, в самом начале, к прогрессивному человечеству по ночам сон не идёт. И ещё: частицы, которые мчатся там, внутри, — те самые, из которых состоит всё, включая нас с вами. Только вот как у них там всё устроено, пока что не очень понятно.

Первый сверхпроводящий синхротрон с тяжёлыми ионами. Фото © NICA

Ядерные силы — самые мощные из освоенных человечеством, но это лишь малая часть взаимодействий, которые держат кварки внутри нуклонов. И что за могучие силы их там держат — это ещё не до конца разгаданная загадка

Владимир Кекелидзе, руководитель проекта коллайдера NICA

Так что главная цель всех этих встреч и столкновений — разобраться, что происходит в странном мире элементарных частиц и, возможно, похоронить господствующую стандартную модель в физике. Спокойно, сейчас разберёмся.

Что за модель и почему она не такая уж и стандартная

Насколько понятно физикам на сегодняшний день, всё, что происходит во Вселенной, происходит под властью четырёх сил.

  • Гравитация, то есть притяжение. Благодаря ей мы, как часы, кружимся вокруг Солнца, Луна вокруг нас и вообще ручка падает вниз.
  • Электромагнитное взаимодействие. Оно работает в нашем компьютере, в лампочке над головой, то есть в современном мире это наше всё. Без него блэкаут, в смысле — тушите свет.
  • Слабое ядерное взаимодействие. Имеется на атомных электростанциях, поскольку там происходит радиоактивный распад атомов. А ещё из-за него прогревается земное ядро и извергаются вулканы.
  • Сильное ядерное взаимодействие, которое удерживает электроны вокруг протонов, а значит, сохраняет всё вокруг в целости и сохранности и перестаёт командовать парадом только при ядерных реакциях.

И все они, конечно, прекрасны, но как-то уж очень разные, и это крайне озадачивало. Хотелось найти для них какой-то единый… первоисточник, что ли, под началом которого всё взаимодействует четырьмя способами. То есть чтобы можно было сказать, что всё это — проявления одного и того же. Так вот попытка добраться до такого объяснения и есть "теория всего"! Пока что эта крепость не поддаётся. Но есть версия насчёт того, что объединяет хотя бы три из четырёх сил. Её и назвали стандартной моделью. По ней эти три дела делают разнообразные элементарные частицы. Например, нейтрино отвечают за слабое взаимодействие, электроны и их дальние родственники мюоны и тау-лептоны — за слабое и электромагнитное, а кварки ещё и за сильное, то есть за все три сразу. Но вот с гравитацией получается незадача. Да и тёмную материю вместе с тёмной энергией стандартная модель объять не может. Поэтому физики давно хотят от неё избавиться. Так что букет пионов как раз вовремя.

Адель Романенкова

Коллайдер — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Сборка детектора элементарных чатиц Belle II на электрон-позитронном коллайдере SuperKEKB, Япония. Событие столкновения ионов золота, зарегистрированное детектором STAR в коллайдере RHIC, США.

Колла́йдер (англ. collider от collide — «сталкиваться») — ускоритель частиц на встречных пучках, предназначенный для изучения продуктов их соударений. Благодаря коллайдерам учёным удаётся придать элементарным частицам вещества высокую кинетическую энергию, направить их навстречу друг другу, чтобы произвести их столкновение.

По виду коллайдеры подразделяются на кольцевые; например, Большой адронный коллайдер в европейском ЦЕРНе (CERN) и линейные, как проектируемый ILC.

Абстрактно идея использовать сталкивающиеся пучки встала несколько десятилетий назад. Рольф Видероэ получил в 1943 году немецкий патент на идею встречных пучков, опубликованный лишь в 1953 году[1]. В 1956 году Дональд Керст предложил использовать сталкивающиеся пучки протонов для изучения физики элементарных частиц[2], а Джерард О’Нил предложил использовать накопительные кольца для получения интенсивных пучков[3]. Активные работы по созданию коллайдеров начались одновременно в конце 1950-х годов в лабораториях Фраскати (Италия), SLAC (США) и ИЯФ (СССР).

Первым заработал электрон-позитронный коллайдер AdA, построенный под руководством Бруно Тушека во Фраскати. Однако первые результаты были опубликованы на год позже (1966), чем наблюдения упругого рассеяния электронов (1965) на советском ВЭП-1 (Встречные Электронные Пучки) — машине, созданной под руководством Г. И. Будкера[4]. Ещё чуть позже были получены пучки в американском ускорителе. Эти три первых коллайдера были тестовыми, продемонстрировавшими возможность изучения на них физики элементарных частиц.

Первым адронным коллайдером стал протонный синхротрон ISR, запущенный в 1971 году CERNе с энергией 32 ГэВ в пучке. Единственный в истории линейный коллайдер — SLC[en], работавший в 1988—1998 годах.

Данные взяты с сайта Particle Data Group[5] и из справочника «Handbook of accelerator physics and engineering»[6].

Ускоритель Центр, город, страна Год запуска Ускоряемые частицы Максимальная энергия пучка, ГэВ Светимость, 1030 см−2сек−1 Периметр (длина), км
ВЭПП-2000 ИЯФ, Новосибирск, Россия с 2009 e+e 1,0 100 0,024
ВЭПП-4М ИЯФ, Новосибирск, Россия с 1994 e+e 6 20 0,366
ВЕРС II IHEP, Пекин, Китай с 2007 e+e 1,89 700 0,23753
DAFNE Frascati, Италия с 1999 e+e 0,7 150 0,098
SuperKEKB KEK, Япония с 2018 e+e e: 7; e+: 4 800 000 3,016
RHIC BNL, США с 2000 pp, Au-Au, Cu-Cu, d-Au 100/n 10, 0,0015, 0,02, 0,07 3,834
LHC CERN с 2008 pp,
Pb-Pb, p-Pb
6500,
1380/n (планируется 2760/n)
20000 (pp),
0,001 (PbPb)
26,659

Строящиеся и проектируемые коллайдеры[править | править код]

Ускоритель Центр, город, страна Год запуска Ускоряемые частицы Максимальная энергия пучка, ГэВ Светимость, 1030 см−2сек−1 Периметр (длина), км
NICA ОИЯИ, Дубна, Россия 2021 Au-Au(79+) 4,5/нуклон 0,001 0,503
Super c-tau ИЯФ, Новосибирск, Россия ? e+e 3 100 000 0,780
Мюмютрон ИЯФ, Новосибирск, Россия ? e+e 0,408 80 0,023
eRHIC BNL, США ? e-p, e-Au 10-30 (e-), 250 (p), 130/n (Au) 1000 (e-p) 3,834
FCCee CERN ? e+e 175 1 000 000 100
ILC Япония 2026? e+e 500? 30-50?
Ускоритель Центр, город, страна Годы работы Ускоряемые частицы Максимальная энергия пучка, ГэВ Светимость, 1030 см−2сек−1 Периметр (длина), км
AdA Frascati, Италия; Орсэ, Франция 1961—1964 e+e 0,25 0,00001 0,003
ВЭП-1 ИЯФ, Новосибирск, СССР 1963—1968 ee 0,16 0,005 0,0027
CBX SLAC, США 1963—1967 ee 0,55 ? 0,012
ВЭПП-2 ИЯФ, Новосибирск, СССР 1965—1972 e+e 0,7 0,38 0,0115
ACO Орсэ, Франция 1965—1975 e+e 0,55 0,11 0,022
ADONE Frascati, Италия 1969—1993 e+e 1,5 0,3 0,105
CEA Кембридж, США 1971—1973 e+e 3,5 100
ISR CERN 1971—1984 pp, pp 31,5 140, 0.025 0,948
SPEAR SLAC, Стэнфорд, США 1972—1990 e+e 3 12,5 на 2,6 ГэВ
ВЭПП-2М ИЯФ, Новосибирск, СССР/Россия 1974—2000 e+e 0,7 3 0,01788
DORIS DESY, Германия 1974—1993 e+e 5
DCI Орсэ, Франция 1976—? e±e± 3,6
PETRA DESY, Германия 1978—1986 e+e 20
CESR Cornell 1979—2002 e+e 6 1280 на 5,3 ГэВ 0,768
PEP SLAC, Стэнфорд, США 1980—1990 e+e 30
SppS CERN 1981—1984 pp 315 6,9
Tristan KEK, Япония 1986—1995 e+e 32
Tevatron Fermilab, США 1987—2011 pp 980 171 6,28
SLC SLAC, Стэнфорд, США 1988—1998 e+e 45
LEP CERN 1989—2000 e+e 104,6 24 на Z0; 100 при >90 ГэВ 26,659
ВЕРС IHEP, Пекин, Китай 1989—2005 e+e 2,2 5 на 1,55 ГэВ;
12,6 на 1,843 ГэВ
0,2404
HERA DESY, Германия 1992—2007 e±p e±: 30; p: 920 75 6,336
PEP-II SLAC, Стэнфорд, США 1999—2008 e+e e: 12; e+: 4 10025 2,2
KEKB KEK, Япония 1999—2010 e+e e: 8; e+: 3,5 16270 3,016
CESR-C Cornell 2002—2008 e+e 6 60 на 1,9 ГэВ 0,768
  1. ↑ Design and construction of the ISR, Kurt Hübner.
  2. ↑ Attainment of Very High Energy by Means of Intersecting Beams of Particles, D.W. Kerst et al., Phys. Rev., v.102, p.590-591 (1956).
  3. ↑ Storage Ring Synchrotron: Device for High Energy Physics Research Архивировано 6 марта 2012 года., G.K. O’Neill, Physical Review, v.102, p.1418-1419 (1956).
  4. ↑ AdA:The First Electron-Positron Collider, C. Bernardini, Phys. perspect. 6 (2004) 156—183.
  5. ↑ High Energy Collider Parameters
  6. ↑ Handbook of accelerator physics and engineering, edited by A. Chao, M. Tigner, 1999, p.11.

что это такое и зачем нужно

Большой адронный коллайдер (БАК) — самый большой и мощный ускоритель частиц в мире. Он был построен Европейской организацией ядерных исследований (ЦЕРН).

10 000 ученых и инженеров из более чем 100 разных стран работали вместе над созданием этого проекта. Его строительство стоило 10 миллиардов долларов. В настоящее время это самая большая и сложная экспериментальная исследовательская установка в мире.

Как выглядит Большой адронный коллайдер

Это гигантский замкнутый туннель, построенный под землей. Он имеет длину 27 километров и уходит на глубину от 50 до 175 метров.

Находится коллайдер на границе Франции и Швейцарии, недалеко от города Женева.

Где находится коллайдер

Как работает Большой адронный коллайдер

Слово «коллайдер» в этом случае можно перевести как «сталкиватель». А сталкивает он адроны — класс частиц, состоящих из нескольких кварков, которые удерживаются сильной субатомной связью. Протоны и нейтроны являются примерами адрона.

БАК в основном использует столкновение протонов в своих экспериментах. Протоны — это части атомов с положительным зарядом. Коллайдер ускоряет эти протоны в тоннеле, пока они не достигнут почти скорости света. Различные протоны направлены через туннель в противоположных направлениях. Когда они сталкиваются, то можно зафиксировать условия, подобные ранней Вселенной.

Откуда берутся протоны в для столкновения?

Для этого ионизируются атомы водорода. Атом водорода состоит из одного протона и одного электрона. Во время ионизации удаляется электрон и остаётся нужный для эксперимента протон.

БАК состоит из трёх основных частей:

  1. Ускоритель частиц. Разгоняет и сталкивает протоны с помощью системы мощных электромагнитов, расположенных вдоль всего тоннеля.
  2. Детекторы. Результаты столкновения нельзя наблюдать напрямую, поэтому мощные детекторы улавливают максимум данных и направляют их на обработку.
  3. Грид. С детекторов поступают петабайты данных. Для их интерпретации используется грид-инфраструктура — сеть из компьютеров в 36 странах, которые совместно образуют один суперкомпьютер. Но даже этого хватает только на обработку 1% данных.
Момент столкновения частиц

Зачем нужен Большой адронный коллайдер

С помощью БАК можно изучить элементарные частицы и способы их взаимодействия. Он уже многому научил нас в области квантовой физики, и исследователи надеются узнать больше о структуре пространства и времени. Наблюдения, которые делают учёные, помогают понять, какой могла быть Вселенная в течение миллисекунд после Большого взрыва.

Ещё много интересного в наших соцсетях