Colisionador lineal de hadrones. Descubrimientos realizados en el Gran Colisionador de Hadrones

El Gran Colisionador de Hadrones ha sido llamado la "Máquina del Juicio Final" o la clave del misterio del Universo, pero su importancia no está en duda.

Como dijo una vez el famoso pensador británico Bertrand Russell: “la filosofía es lo que sabes, la filosofía es lo que no sabes”. Parecería que el verdadero conocimiento científico lleva mucho tiempo separado de sus orígenes, que se pueden encontrar en la investigación filosófica de la Antigua Grecia, pero esto no es del todo cierto.

A lo largo del siglo XX, los científicos han tratado de encontrar en la ciencia una respuesta a la pregunta sobre la estructura del mundo. Este proceso fue similar a la búsqueda del sentido de la vida: una gran cantidad de teorías, suposiciones e incluso ideas locas. ¿A qué conclusiones llegaron los científicos a principios del siglo XXI?

El mundo entero está hecho de partículas elementales, que representan las formas finales de todas las cosas, es decir, aquello que no se puede dividir en elementos más pequeños. Estos incluyen protones, electrones, neutrones, etc. Estas partículas están en constante interacción entre sí. A principios de nuestro siglo se expresaba en 4 tipos fundamentales: gravitacional, electromagnético, fuerte y débil. El primero está descrito por la Teoría General de la Relatividad, los otros tres se combinan en el marco del Modelo Estándar (teoría cuántica). También se sugirió que hubo otra interacción, más tarde llamada campo de Higgs.

Poco a poco, la idea de unir todas las interacciones fundamentales en el marco de “ teorías del todo", que inicialmente se percibió como una broma, pero rápidamente se convirtió en una poderosa dirección científica. ¿Por qué es esto necesario? ¡Es sencillo! Sin entender cómo funciona el mundo, somos como hormigas en un nido artificial: no iremos más allá de nuestras capacidades. El conocimiento humano no puede (bueno, o Adiós(si eres optimista no puedes) abarcar toda la estructura del mundo.

Se considera una de las teorías más famosas que afirma “abrazarlo todo”. teoria de las cuerdas. Implica que todo el Universo y nuestras vidas son multidimensionales. A pesar de la parte teórica desarrollada y el apoyo de físicos famosos como Brian Greene y Stephen Hawking, no tiene confirmación experimental.

Los científicos, décadas después, se cansaron de transmitir desde las gradas y decidieron construir algo que debería marcar las íes de una vez por todas. Para ello, se creó la instalación experimental más grande del mundo: Gran Colisionador de Hadrones (LHC).

"¡Al colisionador!"

¿Qué es un colisionador? En términos científicos, se trata de un acelerador de partículas cargadas diseñado para acelerar partículas elementales para comprender mejor su interacción. En términos no científicos, es un gran escenario (o sandbox, si se prefiere) en el que los científicos luchan para confirmar sus teorías.

La idea de colisionar partículas elementales y ver qué sucede primero surgió del físico estadounidense Donald William Kerst en 1956. Sugirió que gracias a esto los científicos podrían penetrar los secretos del Universo. Parecería que ¿qué hay de malo en colisionar dos haces de protones con una energía total un millón de veces mayor que la de la fusión termonuclear? Los tiempos eran apropiados: la Guerra Fría, la carrera armamentista y todo eso.

Historia de la creación del LHC

Puente-Oeste de Europa / wikimedia.org
(CC0 1.0)

La idea de crear un acelerador para producir y estudiar partículas cargadas apareció a principios de los años 20, pero los primeros prototipos no se crearon hasta principios de los años 30. Inicialmente eran aceleradores lineales de alto voltaje, es decir, partículas cargadas que se movían en línea recta. La versión en anillo se introdujo en 1931 en los EE. UU., después de lo cual dispositivos similares comenzaron a aparecer en varios países desarrollados: Gran Bretaña, Suiza y la URSS. obtuvieron el nombre ciclotrones, y posteriormente comenzó a utilizarse activamente para crear armas nucleares.

Cabe señalar que el coste de construir un acelerador de partículas es increíblemente alto. Europa jugando durante guerra Fría no es un papel principal, confió su creación Organización Europea para la Investigación Nuclear (en ruso a menudo se lee como CERN), que posteriormente se hizo cargo de la construcción del LHC.

El CERN fue creado en respuesta a las preocupaciones globales sobre investigación nuclear en Estados Unidos y la URSS, lo que podría conducir al exterminio general. Por lo tanto, los científicos decidieron unir fuerzas y dirigirlas en una dirección pacífica. En 1954, el CERN recibió su nacimiento oficial.

En 1983, bajo los auspicios del CERN, se descubrieron los bosones W y Z, tras lo cual la cuestión del descubrimiento de los bosones de Higgs pasó a ser sólo una cuestión de tiempo. Ese mismo año se inició la construcción del Gran Colisionador de Electrones y Positrones (LEPC), que desempeñó un papel fundamental en el estudio de los bosones descubiertos. Sin embargo, ya entonces quedó claro que la potencia del dispositivo creado pronto resultaría insuficiente. Y en 1984 se tomó la decisión de construir el LHC, inmediatamente después del desmantelamiento del BEPK. Esto es lo que ocurrió en el año 2000.

La construcción del LHC, que comenzó en 2001, se vio facilitada por el hecho de que tuvo lugar en el emplazamiento del antiguo BEPK, en el valle del lago Lemán. En relación con las cuestiones financieras (en 1995 el coste se estimó en 2,6 mil millones de francos suizos, en 2001 superó los 4,6 mil millones, en 2009 ascendió a 6 mil millones de dólares).

En este momento El LHC está situado en un túnel con una circunferencia de 26,7 km y pasa por los territorios de dos países europeos- Francia y Suiza. La profundidad del túnel varía de 50 a 175 metros. Cabe señalar también que la energía de colisión de los protones en el acelerador alcanza los 14 teraelectronvoltios, 20 veces más que los resultados obtenidos con BEPK.

"La curiosidad no es un vicio, pero es algo muy repugnante".

El túnel de 27 kilómetros del colisionador del CERN se encuentra a 100 metros bajo tierra cerca de Ginebra. Aquí habrá enormes electroimanes superconductores. A la derecha están los vagones de transporte. Juhanson / wikipedia.org (CC BY-SA 3.0)

¿Por qué se necesita esta “Máquina del Juicio Final” hecha por el hombre? Los científicos esperan ver el mundo como era inmediatamente después del Big Bang, es decir, en el momento de la formación de la materia.

Objetivos que los científicos se propusieron durante la construcción del LHC:

1. Confirmación o refutación del Modelo Estándar con el objetivo de seguir creando una “teoría del todo”.
2. Prueba de la existencia del bosón de Higgs como partícula de la quinta fuerza fundamental. Según investigaciones teóricas, debería influir en las interacciones eléctricas y débiles, rompiendo su simetría.
3. El estudio de los quarks, que son partículas fundamentales 20 mil veces más pequeñas que los protones que las componen.
4. Obtención y estudio de la materia oscura, que constituye la mayor parte del Universo.

Estos no son los únicos objetivos asignados por los científicos al LHC, pero el resto están más relacionados o son puramente teóricos.

¿Qué has logrado?

Sin duda, el mayor y más significativo logro fue la confirmación oficial de la existencia bosón de Higgs. El descubrimiento de la quinta interacción (el campo de Higgs), que, según los científicos, influye en la adquisición de masa por todas las partículas elementales. Se cree que cuando se rompe la simetría durante la influencia del campo de Higgs sobre otros campos, los bosones W y Z se vuelven masivos. El descubrimiento del bosón de Higgs es tan significativo que varios científicos le han dado el nombre de “partículas divinas”.

Los quarks se combinan en partículas (protones, neutrones y otras), que se llaman hadrones. Son ellos los que aceleran y chocan en el LHC, de ahí su nombre. Durante el funcionamiento del colisionador se demostró que es simplemente imposible separar un quark de un hadrón. Si intentas hacer esto, simplemente arrancarás otro tipo de partícula elemental, por ejemplo, de un protón. mesón. A pesar de que este es sólo uno de los hadrones y no contiene nada nuevo, el estudio adicional de la interacción de los quarks debería realizarse en pequeños pasos. En la investigación leyes fundamentales Para el funcionamiento del Universo, las prisas son peligrosas.

Aunque los quarks en sí no fueron descubiertos durante el uso del LHC, su existencia fue, hasta cierto punto, percibida como una abstracción matemática. Las primeras partículas de este tipo se encontraron en 1968, pero recién en 1995 se demostró oficialmente la existencia de un "verdadero quark". Los resultados experimentales se ven confirmados por la capacidad de reproducirlos. Por lo tanto, el logro de un resultado similar por parte del LHC no se percibe como una repetición, ¡sino como una prueba consolidada de su existencia! Aunque el problema con la realidad de los quarks no ha desaparecido por ningún lado, porque simplemente son no se puede seleccionar de hadrones.

¿Cuales son tus planes?

Hans G / flickr.com (CC BY-SA 2.0)

No se resolvió la tarea principal de crear una “teoría del todo”, pero sí la elaboración teórica. opciones posibles sus manifestaciones están en marcha. Hasta ahora, uno de los problemas de combinar la Teoría General de la Relatividad y el Modelo Estándar sigue siendo el diferente alcance de su acción, por lo que el segundo no tiene en cuenta las características del primero. Por eso, es importante ir más allá del Modelo Estándar y llegar al límite. Nueva física.

Supersimetría – Los científicos creen que conecta los campos cuánticos bosónicos y fermiónicos, hasta el punto de que pueden convertirse uno en otro. Es precisamente este tipo de conversión la que va más allá del Modelo Estándar, ya que existe la teoría de que el mapeo simétrico de campos cuánticos se basa en gravitones. En consecuencia, pueden ser partículas elementales de gravedad.

Bosón de Madala– la hipótesis sobre la existencia del bosón de Madala supone que existe otro campo. Sólo si el bosón de Higgs interactúa con partículas y materia conocidas, entonces el bosón de Madala interactúa con materia oscura. A pesar de que ocupa la mayor parte del Universo, su existencia no está incluida en el Modelo Estándar.

Agujero negro microscópico - Una de las investigaciones del LHC es la creación de un agujero negro. Sí, sí, exactamente esa región negra y devoradora del espacio exterior. Afortunadamente, no se han logrado logros significativos en esta dirección.

Hoy en día, el Gran Colisionador de Hadrones es un centro de investigación polivalente, a partir de cuyo trabajo se crean y confirman experimentalmente teorías que nos ayudarán a comprender mejor la estructura del mundo. A menudo hay oleadas de críticas en torno a una serie de estudios en curso que se consideran peligrosos, incluido el de Stephen Hawking, pero el juego definitivamente vale la pena. No podemos navegar en el océano negro llamado Universo con un capitán que no tiene ni mapa, ni brújula, ni conocimientos básicos del mundo que nos rodea.

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El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) es un típico (aunque superpotente) acelerador de partículas en colisión diseñado para acelerar protones e iones pesados ​​(iones de plomo) y estudiar los productos de sus colisiones. El LHC es un microscopio con el que los físicos descubrirán de qué y cómo está hecha la materia, obteniendo información sobre su estructura a un nivel nuevo, aún más microscópico.

Muchos esperaban con ansias lo que sucedería después de su lanzamiento, pero en realidad no pasó nada: nuestro mundo es muy aburrido para que suceda algo realmente interesante y grandioso. Aquí está la civilización y su corona de creación es el hombre, es solo que ha resultado una cierta coalición de civilización y personas, habiéndose unido durante el siglo pasado, estamos contaminando la tierra en progresión geométrica y destruyendo sin sentido todo lo que se ha ido acumulando. durante millones de años. Hablaremos de esto en otra publicación, así que aquí está. COLISIONADOR DE HADRONES.

Contrariamente a las numerosas y variadas expectativas de la gente y de los medios de comunicación, todo transcurrió tranquila y pacíficamente. ¡Oh, cómo se exageraba todo, por ejemplo, los periódicos repetían de un número a otro: “LHC = el fin del mundo!”, “¿El camino hacia el desastre o el descubrimiento?”, “Catástrofe de aniquilación”, casi predijeron el fin de el mundo y un agujero negro gigante, que absorberá a toda la Tierra. Al parecer, estas teorías fueron propuestas por físicos envidiosos que en la escuela no lograron obtener un certificado de finalización con el número 5 en esta materia.

Por ejemplo, hubo un filósofo Demócrito, quien en su antigua Grecia (por cierto, los escolares modernos escriben esto en una palabra, porque lo perciben como un país extraño inexistente, como la URSS, Checoslovaquia, Austria-Hungría, Sajonia , Curlandia, etc. - “Antigua Grecia”) expresó cierta teoría de que la materia consta de partículas indivisibles - átomos, pero los científicos no encontraron pruebas de ello hasta aproximadamente 2350 años después. Un átomo (indivisible) también se puede dividir, esto se descubrió 50 años después, en electrones y granos, y centro– para protones y neutrones. Pero resultó que no son las partículas más pequeñas y, a su vez, están formadas por quarks. Hoy en día los físicos creen que quarks- existe el límite de la división de la materia y nada menos. Se conocen seis tipos de quarks: arriba, extraño, encantador, hermoso, verdadero y abajo, y están conectados mediante gluones.

La palabra "collider" proviene del inglés colisionar - colisionar. En un colisionador, dos lanzamientos de partículas vuelan uno hacia el otro y cuando chocan, se suman las energías de los haces. Mientras que en los aceleradores convencionales, que se construyen y funcionan desde hace varias décadas (sus primeros modelos de tamaño y potencia relativamente moderados aparecieron antes de la Segunda Guerra Mundial en los años 30), el haz incide en un objetivo estacionario y la energía de tal colisión es mucho menos.

El colisionador se llama "hadrón" porque está diseñado para acelerar hadrones. hadrones- esta es una familia de partículas elementales, que incluyen protones y neutrones; forman los núcleos de todos los átomos, así como varios mesones; Propiedad importante hadrones: que no son partículas verdaderamente elementales, sino que consisten en quarks "pegados" por gluones.

El colisionador se hizo grande debido a su tamaño: es la instalación física experimental más grande jamás existente en el mundo, sólo el anillo principal del acelerador se extiende más de 26 km.

Se supone que la velocidad de los protones acelerados por el LHC será 0,9999999998 de la velocidad de la luz, y el número de colisiones de partículas que se producirán en el acelerador cada segundo alcanzará los 800 millones. La energía total de los protones en colisión será de 14 TeV (14). teraelectrovoltios y núcleos de plomo: 5,5 GeV por cada par de nucleones en colisión. Nucleones(del lat. núcleo - núcleo) - nombre común para protones y neutrones.

Hoy en día existen diferentes opiniones sobre la tecnología para la creación de aceleradores: algunos afirman que ha alcanzado sus límites lógicos, otros que no hay límite para la perfección, y en varias revisiones se revisan diseños cuyo tamaño es 1000 veces menor y cuyo rendimiento es mayor. que el LHC'A. En electrónica o tecnologia computacional La miniaturización se produce constantemente con un aumento simultáneo de la eficiencia.

Large Hardon Collider, LHC: un típico (aunque extremadamente) acelerador de partículas cargadas en haces, diseñado para dispersar protones e iones pesados ​​(iones de plomo) y estudiar los productos de sus colisiones. BAC es este microscopio en el que la física descubrirá qué y cómo hacer para obtener información sobre su dispositivo en un nivel nuevo, aún más microscópico.

Muchos esperaron con impaciencia, pero lo que viene después de su carrera, pero nada en principio y no ha sucedido - a nuestro mundo le falta mucho de lo que ha sucedido es algo realmente interesante y ambicioso. Aquí se trata de una civilización y su corona de la creación del hombre, simplemente obtuvo una especie de coalición de civilización y pueblo, unidad, juntos durante más de un siglo, en una progresión geométrica zagazhivaem tierra, y beschinno destruyendo todo lo que se acumuló durante millones de años. Hablaremos de esto en otro mensaje, y así es el Colisionador de Hadrones.

A pesar de las muchas y variadas expectativas de los pueblos y de los medios de comunicación, todo transcurrió en silencio y en paz. ¡Oh, cómo estaba todo inflado, como el periódico por el número de salas: “BAC = el fin del mundo!”, “¿El camino al descubrimiento o al desastre?”, “Catástrofe de aniquilación”, casi el fin del mundo y Las cosas son un gigantesco agujero negro en zasoset que toda la tierra. Quizás estas teorías fueron propuestas por personas envidiosas de la física, en las que la escuela no recibió un certificado de finalización del número 5, sobre el tema.

Aquí, por ejemplo, estaba el filósofo Demócrito, quien en la antigua Grecia (y, dicho sea de paso, los estudiantes de hoy lo escriben en una sola palabra, como se ve en este extraño inexistente, como la URSS, Checoslovaquia, Austria-Hungría, Sajonia, Kurlandia, etc. . - “Drevnyayagretsiya”), tenía alguna teoría de que la materia se compone de partículas indivisibles: átomos, pero los científicos encontraron la prueba de esto solo después de unos 2350 años. Átomo (indivisible): también se puede dividir, se encuentra incluso después de 50 años en electrones y núcleos y en el núcleo, protones y neutrones. Pero resultó que no son las partículas más pequeñas y, a su vez, están compuestas de quarks. Hasta la fecha, los físicos creen que los quarks, el límite de división de la materia y nada menos, no existen. Conocemos seis tipos de quarks: el techo, el extraño, el encantado, el encantador, el genuino y el inferior, y están conectados mediante gluones.

La palabra “Collider” proviene del inglés Collide – face. En el colisionador, dos partículas comienzan a volar una hacia la otra y con la colisión se agregan rayos de energía. Mientras que en los aceleradores convencionales, que están en construcción y funcionan desde hace varias décadas (el primero de sus modelos de tamaño y potencia moderados apareció antes de la Segunda Guerra Mundial en los años 30), los puchek atacan objetivos fijos y la energía de la colisión es mucho menor.

Colisionador "hadrónico" llamado así porque está diseñado para dispersar los hadrones. Los hadrones son una familia de partículas elementales, que incluyen protones y neutrones, compuestas por el núcleo de todos los átomos, así como por una variedad de mesones. Una característica importante de los hadrones es que no son partículas verdaderamente elementales, sino que están compuestos de quarks, gluones "pegados".

El gran colisionador se debe a su tamaño: es la instalación experimental física más grande del mundo, sólo el anillo acelerador principal se extiende a lo largo de más de 26 km.

Se supone que la velocidad del tanque dispersado será de 0,9999999998 protones a la velocidad de la luz, y el número de colisiones de partículas que se originan en el acelerador cada segundo, a 800 millones de energía total de los protones en colisión será de 14 TeV (14 teraelektrovoltios, y los núcleos de plomo: 5,5 GeV por cada par de nucleones en colisión (del lat. núcleo - núcleo), el nombre genérico de los protones y neutrones.

Hoy en día existen diferentes opiniones sobre la creación de la tecnología de aceleradores: algunos dicen que llegó a su lado lógico, otros que la perfección no tiene límites, y los distintos estudios han proporcionado una visión general de las estructuras, que son 1.000 veces más pequeñas, pero más altas. productividad BUCK 'Sí. En el sector de la electrónica o la tecnología informática la miniaturización es constante, al mismo tiempo que aumenta la eficiencia.

Mapa con la ubicación del Collider marcada en él.

Para unificar aún más las interacciones fundamentales en una teoría, se utilizan varios enfoques: la teoría de cuerdas, que se desarrolló en la teoría M (teoría de las branas), la teoría de la supergravedad, la gravedad cuántica de bucles, etc. Algunas de ellas tienen problemas internos y ninguna tener confirmación experimental. El problema es que para realizar los experimentos correspondientes se necesitan energías que son inalcanzables con los modernos aceleradores de partículas cargadas.

El LHC permitirá experimentos que antes eran imposibles de realizar y probablemente confirmará o refutará algunas de estas teorías. Por lo tanto, existe toda una gama de teorías físicas con dimensiones mayores que cuatro que asumen la existencia de "supersimetría"; por ejemplo, la teoría de cuerdas, que a veces se llama teoría de supercuerdas precisamente porque sin supersimetría pierde su significado físico. La confirmación de la existencia de la supersimetría será, por tanto, una confirmación indirecta de la verdad de estas teorías.

Estudio de los quarks superiores.

Historia de la construcción

Túnel subterráneo de 27 km diseñado para albergar el acelerador LHC

La idea del proyecto Gran Colisionador de Hadrones nació en 1984 y fue aprobada oficialmente diez años después. Su construcción comenzó en 2001, tras la finalización del anterior acelerador, el Gran Colisionador Electrones-Positrones.

Se supone que el acelerador colisiona protones con una energía total de 14 TeV (es decir, 14 teraelectronvoltios o 14 10 12 electronvoltios) en el sistema del centro de masa de las partículas incidentes, así como núcleos de plomo con una energía de 5,5 GeV. (5,5 · 10 9 electronvoltios) por cada par de nucleones en colisión. Por lo tanto, el LHC será el acelerador de partículas de mayor energía del mundo, un orden de magnitud mayor en energía que sus competidores más cercanos: el colisionador protón-antiprotón Tevatron, que actualmente opera en el Laboratorio Nacional de Aceleradores. Enrico Fermi (EE.UU.), y el colisionador relativista de iones pesados ​​RHIC, que opera en el Laboratorio Brookhaven (EE.UU.).

El acelerador está ubicado en el mismo túnel que anteriormente ocupaba el Gran Colisionador de Electrones y Positrones. El túnel, con una circunferencia de 26,7 km, se encuentra a una profundidad de unos cien metros bajo tierra en Francia y Suiza. Para contener y corregir los haces de protones se utilizan 1.624 imanes superconductores, cuya longitud total supera los 22 km. El último de ellos fue instalado en el túnel el 27 de noviembre de 2006. Los imanes funcionarán a 1,9 K (−271 °C). La construcción de una línea criogénica especial para enfriar imanes se completó el 19 de noviembre de 2006.

Pruebas

Especificaciones

El proceso de aceleración de partículas en un colisionador.

La velocidad de las partículas en el LHC cuando chocan haces es cercana a la velocidad de la luz en el vacío. La aceleración de partículas a velocidades tan altas se logra en varias etapas. En la primera etapa, los aceleradores lineales de baja energía Linac 2 y Linac 3 inyectan protones e iones de plomo para una mayor aceleración. Luego, las partículas ingresan al refuerzo del PS y luego al propio PS (sincrotrón de protones), adquiriendo una energía de 28 GeV. Después de esto, la aceleración de las partículas continúa en el SPS (Super Synchrotron Proton Synchrotron), donde la energía de las partículas alcanza los 450 GeV. Luego el rayo se dirige hacia el anillo principal de 26,7 kilómetros y los detectores registran los eventos que ocurren en los puntos de colisión.

El consumo de energía

Durante el funcionamiento del colisionador, el consumo de energía estimado será de 180 MW. Consumo energético estimado de todo el cantón de Ginebra. El propio CERN no produce energía y sólo tiene generadores diésel de respaldo.

Computación distribuída

Para gestionar, almacenar y procesar los datos que provendrán del acelerador y los detectores del LHC, se está creando una red informática distribuida LCG. l H.C. C informática GRAMO DESHACERSE ), utilizando tecnología de red. Para determinadas tareas informáticas se utilizará el proyecto de informática distribuida LHC@home.

Procesos físicos incontrolados.

Algunos expertos y miembros del público han expresado su preocupación de que exista una probabilidad distinta de cero de que los experimentos realizados en el colisionador se salgan de control y desarrollen una reacción en cadena que, bajo ciertas condiciones, teóricamente podría destruir todo el planeta. El punto de vista de los partidarios de escenarios catastróficos asociados con el funcionamiento del LHC se presenta en un sitio web separado. Debido a sentimientos similares, el LHC a veces se descifra como Último Colisionador de Hadrones ( Último Colisionador de Hadrones).

En este sentido, la más mencionada es la posibilidad teórica de la aparición de agujeros negros microscópicos en el colisionador, así como la posibilidad teórica de la formación de acumulaciones de antimateria y monopolos magnéticos con la posterior reacción en cadena de captura de la materia circundante.

Estas posibilidades teóricas fueron examinadas por un grupo especial del CERN, que preparó un informe correspondiente en el que todos estos temores son declarados infundados. El físico teórico inglés Adrian Kent publicó un artículo científico criticando los estándares de seguridad adoptados por el CERN, ya que el daño esperado, es decir, el producto de la probabilidad de un evento por el número de víctimas, es, en su opinión, inaceptable. Sin embargo, el límite superior máximo para la probabilidad de un escenario catastrófico en el LHC es 10 -31.

Los principales argumentos a favor de la infundación de los escenarios catastróficos incluyen referencias al hecho de que la Tierra, la Luna y otros planetas son bombardeados constantemente por corrientes de partículas cósmicas con energías mucho más altas. También se menciona el funcionamiento exitoso de aceleradores puestos en servicio anteriormente, incluido el colisionador relativista de iones pesados ​​RHIC en Brookhaven. Los especialistas del CERN no niegan la posibilidad de la formación de agujeros negros microscópicos, pero afirman que en nuestro espacio tridimensional tales objetos sólo pueden aparecer con energías 16 órdenes de magnitud mayores que la energía de los haces del LHC. Hipotéticamente, los agujeros negros microscópicos podrían aparecer en experimentos en el LHC en predicciones de teorías con dimensiones espaciales adicionales. Estas teorías aún no tienen ninguna confirmación experimental. Sin embargo, incluso si los agujeros negros se crean a partir de colisiones de partículas en el LHC, se espera que sean extremadamente inestables debido a la radiación de Hawking y se evaporen casi instantáneamente como partículas ordinarias.

El 21 de marzo de 2008 se presentó una demanda de Walter Wagner ante el tribunal de distrito federal de Hawaii (EE.UU.). Walter Wagner) y Luis Sancho (ing. Luis Sancho), en el que, acusando al CERN de intentar provocar el fin del mundo, exigen que se prohíba el lanzamiento del colisionador hasta que se garantice su seguridad.

Comparación con velocidades y energías naturales.

El acelerador está diseñado para hacer colisionar partículas como hadrones y núcleos atómicos. Sin embargo, existen fuentes naturales de partículas cuya velocidad y energía son mucho mayores que en el colisionador (ver: Zevatron). Estas partículas naturales se detectan en los rayos cósmicos. La superficie del planeta Tierra está parcialmente protegida de estos rayos, pero a medida que atraviesan la atmósfera, las partículas de los rayos cósmicos chocan con los átomos y las moléculas de aire. Como resultado de estas colisiones naturales, se crean muchas partículas estables e inestables en la atmósfera terrestre. Como resultado, durante muchos millones de años ha habido una radiación de fondo natural en el planeta. Lo mismo (colisión de partículas elementales y átomos) ocurrirá en el LHC, pero con velocidades y energías más bajas, y en cantidades mucho menores.

Agujeros negros microscópicos

Si los agujeros negros se pueden crear durante la colisión de partículas elementales, también se desintegrarán en partículas elementales, de acuerdo con el principio de invariancia CPT, que es uno de los principios más fundamentales de la mecánica cuántica.

Además, si la hipótesis de la existencia de microagujeros negros estables fuera correcta, entonces se formarían en grandes cantidades como resultado del bombardeo de la Tierra por partículas elementales cósmicas. Pero la mayoría de las partículas elementales de alta energía que llegan del espacio tienen carga eléctrica, por lo que algunos agujeros negros estarían cargados eléctricamente. Estos agujeros negros cargados serían capturados por el campo magnético de la Tierra y, si fueran realmente peligrosos, habrían destruido la Tierra hace mucho tiempo. El mecanismo Schwimmer que hace que los agujeros negros sean eléctricamente neutros es muy similar al efecto Hawking y no puede funcionar si el efecto Hawking no funciona.

Además, cualquier agujero negro, cargado o eléctricamente neutro, sería capturado por enanas blancas y estrellas de neutrones(que, como la Tierra, son bombardeados por radiación cósmica) y los destruyeron. Como resultado, la vida útil de las enanas blancas y las estrellas de neutrones sería mucho más corta de lo que realmente se observa. Además, las enanas blancas destructibles y estrellas de neutrones emitiría radiación adicional que en realidad no se observa.

Finalmente, las teorías con dimensiones espaciales adicionales que predicen la aparición de agujeros negros microscópicos no contradicen los datos experimentales sólo si el número de dimensiones adicionales es al menos tres. Pero con tantas dimensiones adicionales, deben pasar miles de millones de años antes de que el agujero negro cause algún daño significativo a la Tierra.

strapelki

La opinión contraria es la de Eduard Boos, doctor en Ciencias Físicas y Matemáticas del Instituto de Investigación de Física Nuclear de la Universidad Estatal de Moscú, que niega la aparición de agujeros negros macroscópicos en el LHC y, por tanto, de “agujeros de gusano” y viajes en el tiempo.

Notas

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2. LHC: hechos clave. "Elementos de la gran ciencia". Consultado el 15 de septiembre de 2008.
3. Grupo de trabajo electrodébil de Tevatron, subgrupo superior
4. Prueba de sincronización del LHC exitosa
5. La segunda prueba del sistema de inyección transcurrió con interrupciones, pero logró su objetivo. “Elementos de la gran ciencia” (24 de agosto de 2008). Consultado el 6 de septiembre de 2008.
6. El día de los hitos del LHC comienza rápidamente
7. Primer haz del LHC: ciencia acelerada.
8. Misión completada para el equipo del LHC. físicaworld.com. Consultado el 12 de septiembre de 2008.
9. Se lanza un haz que circula de manera estable hacia el LHC. “Elementos de la gran ciencia” (12 de septiembre de 2008). Consultado el 12 de septiembre de 2008.
10. Un accidente en el Gran Colisionador de Hadrones retrasa los experimentos indefinidamente. “Elementos de la gran ciencia” (19 de septiembre de 2008). Consultado el 21 de septiembre de 2008.
11. El Gran Colisionador de Hadrones no volverá a funcionar hasta la primavera - CERN. RIA Novosti (23 de septiembre de 2008). Consultado el 25 de septiembre de 2008.
12. http://press.web.cern.ch/Press/PressReleases/Releases2008/PR14.08E.html
13. https://edms.cern.ch/file/973073/1/Report_on_080919_incident_at_LHC__2_.pdf
14. https://lhc2008.web.cern.ch/LHC2008/inauguration/index.html
15. La reparación de imanes dañados será más extensa de lo que se pensaba. “Elementos de la gran ciencia” (09 de noviembre de 2008). Consultado el 12 de noviembre de 2008.
16. Calendario para 2009. “Elementos de la gran ciencia” (18 de enero de 2009). Consultado el 18 de enero de 2009.
17. Comunicado de prensa del CERN
18. Se aprobó el plan de operación del Gran Colisionador de Hadrones para el período 2009-2010. “Elementos de la gran ciencia” (6 de febrero de 2009). Consultado el 5 de abril de 2009.
19. Los experimentos del LHC.
20. Se abre "La Caja de Pandora". Vesti.ru (9 de septiembre de 2008). Consultado el 12 de septiembre de 2008.
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22. Dimopoulos S., Landsberg G. Agujeros negros en el Gran Colisionador de Hadrones (inglés) Phys. Rdo. Letón. 87 (2001)
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24. Revisión de la seguridad de las colisiones del LHC Grupo de evaluación de la seguridad del LHC
25. Una revisión crítica de los riesgos de los aceleradores. Proza.ru (23 de mayo de 2008). Consultado el 17 de septiembre de 2008.
26. ¿Cuál es la probabilidad de desastre en el LHC?
27. Día del juicio
28. Pedirle a un juez que salve el mundo y tal vez mucho más
29. Explicando por qué el LHC será seguro
30. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-es.pdf (español)
31. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-de.pdf (alemán)
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La noticia sobre el experimento que se estaba llevando a cabo en Europa sacudió la paz pública y se situó en lo más alto de la lista de temas discutidos. Colisionador de Hadrones apareció en todas partes: en la televisión, en la prensa e Internet. ¿Qué podemos decir si los usuarios de LJ crean comunidades separadas donde cientos de personas solidarias ya han expresado activamente sus opiniones sobre la nueva creación de la ciencia? "Delo" te ofrece 10 datos que no puedes dejar de conocer Colisionador de Hadrones.

Una frase científica misteriosa deja de serlo en cuanto entendemos el significado de cada una de las palabras. Hadrón– nombre de una clase de partículas elementales. Colisionador- un acelerador especial con cuya ayuda es posible transferir alta energía a partículas elementales de materia y, acelerándolas a la velocidad más alta, reproducir su colisión entre sí.

2. ¿Por qué todo el mundo habla de él?

Según los científicos del Centro Europeo de Investigación Nuclear (CERN), el experimento permitirá reproducir en miniatura la explosión que provocó la formación del Universo hace miles de millones de años. Sin embargo, lo que más preocupa al público es cuáles serán las consecuencias de la miniexplosión para el planeta si el experimento falla. Según algunos científicos, como resultado de la colisión de partículas elementales que vuelan a velocidades ultrarelativistas en direcciones opuestas, se formarán agujeros negros microscópicos y otras partículas peligrosas saldrán volando. No tiene ningún sentido confiar en una radiación especial que provoque la evaporación de los agujeros negros; no hay evidencia experimental de que funcione. Por eso surge la desconfianza ante tales innovaciones científicas, alimentada activamente por científicos escépticos.

3. ¿Cómo funciona esto?

Las partículas elementales se aceleran a diferentes órbitas en direcciones opuestas, después de lo cual se colocan en una órbita. El valor del complejo dispositivo es que gracias a él, los científicos tienen la oportunidad de estudiar los productos de las colisiones de partículas elementales, registrados por detectores especiales en forma de cámaras digitales con una resolución de 150 megapíxeles, capaces de tomar 600 millones de fotogramas por segundo.

4. ¿Cuándo surgió la idea de crear un colisionador?

La idea de construir una máquina nació en 1984, pero la construcción del túnel no comenzó hasta 2001. El acelerador está ubicado en el mismo túnel donde se encontraba el acelerador anterior, el Gran Colisionador Electrones-Positrones. El anillo de 26,7 kilómetros se encuentra a una profundidad de unos cien metros bajo tierra en Francia y Suiza. El 10 de septiembre se lanzó el primer haz de protones al acelerador. El segundo haz se lanzará en los próximos días.

5. ¿Cuánto costó la construcción?

En el desarrollo del proyecto participaron cientos de científicos de todo el mundo, incluidos rusos. Su coste se estima en 10 mil millones de dólares, de los cuales Estados Unidos invirtió 531 millones en la construcción del colisionador de hadrones.

6. ¿Qué contribución hizo Ucrania a la creación del acelerador?

En la construcción del colisionador de hadrones participaron directamente científicos del Instituto Ucraniano de Física Teórica. Desarrollaron un sistema de seguimiento interno (ITS) específicamente para la investigación. Ella es el corazón de "Alice" - parte colisionador, donde debería producirse un “big bang” en miniatura. Evidentemente, esta no es la parte menos importante del coche. Ucrania debe pagar 200.000 grivnas al año por el derecho a participar en el proyecto. Esto es entre 500 y 1.000 veces menos que las contribuciones al proyecto de otros países.

7. ¿Cuándo deberíamos esperar el fin del mundo?

El primer experimento sobre la colisión de haces de partículas elementales está previsto para el 21 de octubre. Hasta ese momento, los científicos planean acelerar las partículas a velocidades cercanas a la velocidad de la luz. Según la teoría general de la relatividad de Einstein, los agujeros negros no nos amenazan. Sin embargo, si las teorías con dimensiones espaciales adicionales resultan ser correctas, no nos quedará mucho tiempo para resolver todos nuestros problemas en el planeta Tierra.

8. ¿Por qué dan miedo los agujeros negros?

Agujero negro- una región del espacio-tiempo cuya atracción gravitacional es tan fuerte que ni siquiera los objetos que se mueven a la velocidad de la luz pueden salir de ella. La existencia de agujeros negros está confirmada por las soluciones de las ecuaciones de Einstein. A pesar de que muchos ya imaginan cómo el agujero negro formado en Europa, al crecer, se tragará a todo el planeta, no es necesario hacer sonar la alarma. Agujeros negros, que, según algunas teorías, puede aparecer al trabajar. colisionador, según las mismas teorías, existirán durante un período de tiempo tan corto que simplemente no tendrán tiempo de comenzar el proceso de absorción de materia. Según algunos científicos, ni siquiera tendrán tiempo de alcanzar las paredes del colisionador.

9. ¿Cómo puede ser útil la investigación?

Además del hecho de que estos estudios son otro logro increíble de la ciencia que permitirá a la humanidad conocer la composición de las partículas elementales, este no es el único beneficio por el cual la humanidad asumió tal riesgo. Quizás en un futuro próximo usted y yo podamos ver los dinosaurios con nuestros propios ojos y discutir las estrategias militares más efectivas con Napoleón. Los científicos rusos creen que, como resultado del experimento, la humanidad podrá crear una máquina del tiempo.

10. ¿Cómo dar la impresión de ser un experto científico con el Colisionador de Hadrones?

Y finalmente, si alguien, armado con una respuesta de antemano, le pregunta qué es un colisionador de hadrones, le ofrecemos una respuesta digna que puede sorprender gratamente a cualquiera. Así que ¡abróchense los cinturones! El Colisionador de Hadrones es un acelerador de partículas cargadas diseñado para acelerar protones e iones pesados ​​en haces en colisión. Construido en el centro de investigación del Consejo Europeo para la Investigación Nuclear, se trata de un túnel de 27 kilómetros tendido a una profundidad de 100 metros. Debido a que los protones están cargados eléctricamente, un protón ultrarelativista genera una nube de fotones casi reales que vuelan cerca del protón. Esta corriente de fotones se vuelve aún más fuerte en el modo de colisión nuclear, debido a la gran carga eléctrica del núcleo. Pueden chocar con un protón que se aproxima, generando colisiones típicas entre fotones y hadrones, o entre sí. Los científicos temen que como resultado del experimento se puedan formar "túneles" espacio-temporales en el espacio, que son una característica tipológica del espacio-tiempo. Como resultado del experimento también se podrá demostrar la existencia de la supersimetría, lo que se convertirá así en una confirmación indirecta de la veracidad de la teoría de supercuerdas.

¿Dónde está ubicado el Gran Colisionador de Hadrones?

En 2008, el CERN (Consejo Europeo para la Investigación Nuclear) completó la construcción de un acelerador de partículas superpoderoso llamado Gran Colisionador de Hadrones. En inglés: LHC – Gran Colisionador de Hadrones. El CERN es una organización científica intergubernamental internacional fundada en 1955. De hecho, es el principal laboratorio del mundo en los campos de alta energía, física de partículas y energía solar. Unos 20 países son miembros de la organización.

¿Por qué se necesita el Gran Colisionador de Hadrones?

En las cercanías de Ginebra se creó un anillo de imanes superconductores para acelerar protones en un túnel circular de hormigón de 27 kilómetros (26.659 m). Se espera que el acelerador no sólo ayude a penetrar en los misterios de la microestructura de la materia, sino que también permita avanzar en la búsqueda de una respuesta a la cuestión de nuevas fuentes de energía en las profundidades de la materia.

Para ello, simultáneamente con la construcción del propio acelerador (que costó más de 2.000 millones de dólares), se crearon cuatro detectores de partículas. De ellos, dos son grandes universales (CMS y ATLAS) y dos son más especializados. El coste total de los detectores también se acerca a los 2.000 millones de dólares. En cada uno de los grandes proyectos CMS y ATLAS participaron más de 150 institutos de 50 países, incluidos Rusia y Bielorrusia.

La búsqueda del esquivo bosón de Higgs

¿Cómo funciona el acelerador del colisionador de hadrones? El colisionador es el acelerador de protones más grande que funciona con haces en colisión. Como resultado de la aceleración, cada uno de los haces tendrá una energía en el sistema de laboratorio de 7 teraelectrones voltios (TeV), es decir, 7x1012 electronvoltios. Cuando los protones chocan, se forman muchas partículas nuevas, que serán registradas por los detectores. Después del análisis de las partículas secundarias, los datos obtenidos ayudarán a responder preguntas fundamentales que preocupan a los científicos involucrados en la física y la astrofísica de los micromundos. Entre los principales temas está la detección experimental del bosón de Higgs.

El ahora famoso bosón de Higgs es una partícula hipotética que es uno de los componentes principales del llamado modelo clásico estándar de partículas elementales. Debe su nombre al teórico británico Peter Higgs, quien predijo su existencia en 1964. Se cree que los bosones de Higgs, al ser cuantos del campo de Higgs, son relevantes para cuestiones fundamentales de la física. En particular, al concepto del origen de las masas de las partículas elementales.

Del 2 al 4 de julio de 2012, una serie de experimentos en un colisionador revelaron una determinada partícula que puede correlacionarse con el bosón de Higgs. Además, los datos se confirmaron cuando se midieron tanto con el sistema ATLAS como con el sistema CMS. Todavía se debate si realmente se ha descubierto el famoso bosón de Higgs o si se trata de otra partícula. El caso es que el bosón descubierto es el más pesado jamás detectado. Para resolver la cuestión fundamental, se invitó a los principales físicos del mundo: Gerald Guralnick, Carl Hagen, Francois Englert y el propio Peter Higgs, quien fundamentó teóricamente la existencia de un bosón llamado en su honor en 1964. Después de analizar la matriz de datos, los participantes del estudio tienden a creer que efectivamente se ha descubierto el bosón de Higgs.

Muchos físicos esperaban que el estudio del bosón de Higgs revelara “anomalías” que llevarían a hablar de la llamada “Nueva Física”. Sin embargo, a finales de 2014 se había procesado casi todo el conjunto de datos acumulados durante los tres años anteriores como resultado de los experimentos en el LHC y no se identificaron desviaciones interesantes (a excepción de casos aislados). De hecho, resultó que la desintegración de dos fotones del famoso bosón de Higgs resultó ser, según los investigadores, "demasiado estándar". Sin embargo, los experimentos previstos para la primavera de 2015 pueden sorprender al mundo científico con nuevos descubrimientos.

No solo un bosón

La búsqueda del bosón de Higgs no es en sí misma el objetivo de un proyecto gigante. También es importante que los científicos busquen nuevos tipos de partículas que permitan juzgar la interacción unificada de la naturaleza en Etapa temprana existencia del Universo. Los científicos ahora distinguen cuatro interacciones fundamentales de la naturaleza: fuerte, electromagnética, débil y gravitacional. La teoría sugiere que etapa inicial Es posible que el universo haya tenido una única interacción. Si se descubren nuevas partículas, se confirmará esta versión.

Los físicos también están preocupados por el misterioso origen de la masa de las partículas. ¿Por qué las partículas tienen masa? ¿Y por qué tienen tales masas y no otras? Por cierto, aquí siempre nos referimos a la fórmula. mi=mc². Cualquier objeto material tiene energía. La pregunta es cómo liberarlo. ¿Cómo crear tecnologías que permitan liberarla de una sustancia con la máxima eficacia? Éste es el principal problema energético actual.

En otras palabras, el proyecto Gran Colisionador de Hadrones ayudará a los científicos a encontrar respuestas a preguntas fundamentales y ampliar el conocimiento sobre el microcosmos y, por tanto, sobre el origen y desarrollo del Universo.

Contribución de científicos e ingenieros bielorrusos y rusos a la creación del LHC

Durante la fase de construcción, los socios europeos del CERN recurrieron a un grupo de científicos bielorrusos con gran experiencia en este campo para que participaran en la creación de detectores para el LHC desde el principio del proyecto. A su vez, los científicos bielorrusos invitaron a cooperar a colegas del Instituto Conjunto de Investigaciones Nucleares de la ciudad científica de Dubna y a otros instituciones rusas. Los especialistas, como un solo equipo, comenzaron a trabajar en el llamado detector CMS: "Solenoide de muón compacto". Consta de muchos subsistemas complejos, cada uno diseñado para realizar tareas específicas, y juntos proporcionan la identificación y medición precisa de las energías y ángulos de salida de todas las partículas producidas durante las colisiones de protones en el LHC.

En la creación del detector ATLAS también participaron especialistas ruso-bielorrusos. Se trata de una instalación de 20 m de altura capaz de medir trayectorias de partículas con gran precisión: hasta 0,01 mm. Los sensores sensibles dentro del detector contienen alrededor de 10 mil millones de transistores. El objetivo prioritario del experimento ATLAS es detectar el bosón de Higgs y estudiar sus propiedades.

Sin exagerar, nuestros científicos hicieron una contribución significativa a la creación de los detectores CMS y ATLAS. Algunos componentes importantes se fabricaron en la planta de construcción de maquinaria de Minsk que lleva su nombre. revolución de octubre(MZOR). En particular, calorímetros de hadrones en los extremos para el experimento CMS. Además, en la planta se produjeron elementos muy complejos del sistema magnético del detector ATLAS. Se trata de productos de gran tamaño que requieren tecnologías especiales de procesamiento de metales y procesamiento de ultraprecisión. Según los técnicos del CERN, los pedidos se realizaron de forma brillante.

Tampoco se puede subestimar la “contribución de los individuos a la historia”. Por ejemplo, el ingeniero candidato en ciencias técnicas Roman Stefanovich es responsable de la mecánica de ultraprecisión en el proyecto CMS. Incluso dicen en broma que sin él el CMS no se habría construido. Pero en serio, podemos decir con toda seguridad: sin él no se habrían cumplido los plazos de montaje y puesta en marcha con la calidad requerida. Otro de nuestros ingenieros electrónicos, Vladimir Chekhovsky, después de haber superado una competencia bastante difícil, hoy está depurando la electrónica del detector CMS y sus cámaras de muones.

Nuestros científicos participan tanto en la puesta en marcha de los detectores como en la parte de laboratorio, en su operación, mantenimiento y actualización. Los científicos de Dubná y sus colegas bielorrusos ocupan plenamente su lugar en la comunidad internacional de física CERN, que trabaja para obtener nueva información sobre las propiedades profundas y la estructura de la materia.

Video

Reseña del canal. Ciencia sencilla, mostrando claramente el principio de funcionamiento del acelerador:

Reseña de uanaal Galileo:

Reseña de uanaal Galileo:

Lanzamiento del Colisionador de Hadrones 2015: