ЦЕРН — Европейский центр ядерных исследований
Учрежден: 29 сентября 1954 года.
Территория: >100 га в Швейцарии и > 450 га во Франции; подземные туннели охватывают на порядок большую площадь.
Персонал: около 3 тыс. постоянных сотрудников; в проектах участвуют около 6,5 тыс. ученых из 80 стран — почти половина специалистов по физике высоких энергий в мире.
Адрес в интернете: www.cern.ch
Миссия
Со времен Резерфорда физика микромира использует один и тот же прием: столкнуть посильнее две частицы и посмотреть, что получится в результате. Чтобы добраться до атомного ядра, нужна энергия, измеряемая миллионами электронвольт (МэВ), а кварковая структура материи проявляется на гигаэлектронвольтах (ГэВ). В столкновениях можно получить любые частицы, на которые хватит энергии по формуле Эйнштейна E=mc2. (Конечно, при этом должны соблюдаться законы сохранения, например, электрического заряда и др.) Большинство из них быстро распадаются, но по следам распада можно понять, с чем мы имели дело, и проверить предсказания теории. Именно так в 1983 году были обнаружены W- и Z-бозоны массой около 100 ГэВ — частицы-переносчики слабого взаимодействия, предсказанные в 1967 году в рамках теории электрослабого взаимодействия Глэшоу—Вайнберга—Салама. На сегодня подтверждены практически все предсказания Стандартной модели элементарных частиц. Не найден пока только загадочный бозон Хиггса — который нужен для объяснения, откуда у других частиц берется масса. Обнаружить его — главная задача строящегося коллайдера LHC.
Хроника
1952 — выбрано место для создания центра вблизи Женевы.
1953 — жители кантона Женева одобрили строительство на референдуме (16 539 против 7332).
1954 — начало строительства, официальное учреждение ЦЕРНа.
1957 — запущен первый синхроциклотрон SC с энергией 600 МэВ (закрыт в 1990 году).
1959 — запущен протонный синхротрон PS, 28 ГэВ.
1968 — изобретена многопроволочная пропорциональная камера (Нобелевская премия, 1992: Жорж Шарпак).
1971 — первый в мире протон-протонный коллайдер ISR (Intersecting Storage Rings), 62 ГэВ (закрыт в 1984-м).
1973 — на пузырьковой камере «Гаргамель» обнаружены нейтральные токи — решающее подтверждение теории электрослабого взаимодействия.
1976 — запущен протонный суперколлайдер SPS, 300 ГэВ (позже — 400 ГэВ).
1983 — открытие W- и Z-бозонов — Нобелевская премия, 1984: Карло Руббиа, Симон ван дер Меер.
1989 — запущен коллайдер LEP, длина кольца 27 км, энергия 45 ГэВ (остановлен в 2000-м для переделки в LHC).
1990 — Тим Бернес-Ли создал протокол HTTP и заложил основу World Wide Web — всемирной паутины.
1999 — начато строительство LHC (запуск ожидается в 2007-м).
2000 — впервые наблюдались признаки образования кварк-глюонной плазмы.
© CERN Copyright. Общий вид LHC с основными экспериментальными установками. Пунктирная линия — граница Швейцарии и Франции (изображение с сайта cdsweb.cern.ch)
Установки
- Linac2 (протоны, 50 МэВ) и Linac3 (тяжелые ионы) — линейные ускорители готовят пучки частиц для других установок.
- PS Booster — протонный ускоритель, 1,4 ГэВ, окружность более 600 м. Принимает протоны от Linac2, разгоняет и подает в PS.
- PS — протонный синхротрон (28 ГэВ, 1959), разгоняет протоны и тяжелые ионы и передает в SPS.
- SPS — протонный суперсинхротрон (400 ГэВ, 1971), окружность 7 км. Первоначально работал с фиксированной мишенью, с 1981 года в режиме протон-антипротонного коллайдера. С 1989 года ускорял электроны и позитроны для LEP. С 2007 года будет ускорять протоны для LHC.
- LEP — Большой электрон-позитронный коллайдер (45 ГэВ, 1989), туннель окружностью 26 км 659 м проложен на глубине около 100 м. Остановлен в 2000 году для перестройки в LHC.
- LHC — Большой адронный коллайдер (14 ТэВ, 2007), создается в туннеле LEP, станет крупнейшим в мире ускорителем на встречных протонных пучках. При нем сооружается пять основных экспериментальных установок. Две самые крупные CMS и ATLAS предназначены для детектирования бозона Хиггса, поиска подтверждений суперсимметрии и отклонений от Стандартной модели.
Задержки запуска
Утечка гелия привела к задержке более чем на год ввода системы в эксплуатацию. Как ожидается, Большой адронный коллайдер должен возобновить работу в середине ноября. Из восьми секторов, из которых состоит БАК, к работе уже готовы шесть. Их рабочая температура составляет минус 271 градус по Цельсию.
Представители лаборатории в интервью Би-би-си заявили, что испытания на невысоких скоростях могут начаться уже во второй половине октября. При этом будет задействована не вся протяженность коллайдера, а лишь некоторые из его секторов.
В рамках подготовки к запуску коллайдера ученые установили сотни детекторов, подающих информацию о температуре магнитов, используемых для ускорения частиц.
Именно перегрев одного из магнитных модулей привел к потере проводимости и утечке гелия.
Принцип работы
Опасения людей:
Некоторые ученые склоняются к мысли, что большой адронный коллайдер может быть опасен и запускать его нельзя. Так два малоизвестных учёных Уолтер Вагнер и Луис Санчо подали в суд на Европейскую организацию по ядерным исследованиям. В иске они просят запретить запуск коллайдера т.к. по их мнению, он опасен и может привести к образованию чёрной дыры которая поглотит землю.
Фильм BBC
Появление черной дыры
Веселые ребята из CERN записали забавный реп про работу Большого Адронного Коллайдераи сняли клип, где они танцуют в помещениях LHC.
Large Hadron Rap
©Alpinekat: Katherine McAlpine
Перевод на русский:
27 километров тоннеля под землей
Созданных с умом, чтоб послать протон крутой
через круг, пересекающий Швейцарию и Францию.
В науку вложились шестьдесят прекрасных наций.
Два пучка протонов по окружности несутся
пока внутри детекторов они не столкнутся!
И вся эта энергия, собранная вместе
Превратится в массу на пустом месте
И тогда...
Детектор Б-кварков следит за антиматерией,
ЭЛИС смотрит за ионов кавалерией,
ЦМС и АТЛАС — основные самописцы,
Их цель — обнаружить новые частицы.
Мы столкнем пучки протонов и ядер свинца,
Что б вы поняли картину от начала до конца.
Мы знаем о звёздах и планетах на практике,
Про черные дыры в центре каждой галактики,
Но даже если нам это делает честь —
Что-то держит звёзды вместе, что-то там ещё есть.
Тёмная материя не видна глазу,
Но как поймать невидимое в этой погоне?
Нужно снова превратить энергию в массу
И частицы увидеть как на ладони.
Мы видим следы от частиц, что понятно,
Но не видим ничего, что б летело обратно.
Вы скажете: «Закон был нарушен
Всемирного тяготения!
Где другие частицы, чтоб сохранить уравнение?»
А мы увидим то, что скрыто, и впервые в истории
мы восполним пробелы
вселенской теории!
Потому что...
Детектор Б-кварков следит за антиматерией,
ЭЛИС смотрит за ионами и их кавалерией.
ЦМС и АТЛАС — основные самописцы,
Их цель — обнаружить новые частицы.
Антивещество — типа злого близнеца,
Только левша и от другого отца.
Так же точно у частиц свой двойник есть,
Но его непросто выпить, а тем более съесть.
Потому что если видит он брата своего,
Они оба исчезают и нет никого.
Когда материя возникнет из энергии впотьмах,
Точно так же, как это происходит в БАК,
Мы породим антиматерию с материей пополам,
И получим то, с чего начался весь бедлам:
Большой Взрыв.
Отмотаем чуть назад, когда всё возникало,
И выясним куда антиматерия пропала.
Так как в видимой вселенной, среди макромиров,
Обычная материя, без злых двойников.
Вот почему...
Детектор Б-кварков следит за антиматерией,
ЭЛИС смотрит за ионами и их кавалерией.
ЦМС и АТЛАС — основные самописцы,
Их цель — обнаружить новые частицы.
Мы столкнем пучки протонов и ядер свинца,
Что б вы поняли картину от начала до конца.
О чем все говорят? О бозоне Хиггса,
Его наш коллайдер выявит быстро.
Если Хиггс есть, мы его отметим
Ну а если нет, сразу всем ответим:
«Нет никакого Хиггса! Наша физика не в кассу,
Нужно снова узнавать что такое масса.»
«В Стандартной модели все пошло не так!»
Да, надо сказать, в чем же Хиггс мастак.
Он предполагает, что масса у частиц
Всего лишь поле Хиггса, что окутывает их.
Одни из них поэтому сбавляют обороты,
Другие летят дальше по велению природы.
У фотонов нет массы, но согласно телескопу
Возможно, что Т-кварк их тащит за ж...
Хиггса бозон — средоточие силы,
По веленью которой частицы летают,
Подчиняясь тому полю, что он испускает.
И они найдут его...
Детектор Б-кварков следит за антиматерией,
ЭЛИС смотрит за ионами и их кавалерией.
ЦМС и АТЛАС — основные самописцы,
Их цель — обнаружить новые частицы.
Многие считают — гравитация сильна,
Ведь падаешь быстро, споткнувшись едва.
Столкнувшись с землей, ругаешься матом.
На деле, конечно, не правы ребята.
Реально гравитация очень слаба.
Почему так? Выяснить — наша судьба!
Ученые думают о других измерениях.
Мы живем в трех, но что если есть
И остальные, которых не счесть.
В них гравитация в полную силу,
Поэтому на наши три её не хватило.
Измерения эти так жестко закручены,
Что докажет их только специально обученный.
Но если б мы могли с гравитон размером быть,
Мы смогли бы их увидеть и по ним побродить.
И нас бы тоже увидели, потому что...
Детектор Б-кварков следит за антиматерией,
ЭЛИС смотрит за ионами и их кавалерией.
ЦМС и АТЛАС — основные самописцы,
Их цель — обнаружить новые частицы.
Мы столкнем пучки протонов и ядер свинца,
Что б вы поняли картину от начала до конца.
Нечего хорошего от новых открытиях не будет, это тоже самое что изобрели «колесо», плюс не большой но очень огромный минус.
[...] Красота и страшная сила, это определение вполне подойдет для представленного на фотографиях нового сверх-мощного ускорителя частиц, официально именуемого большим адронным коллайдером (LHC, Large Hadron Collider). Однако, коллайдер стал знаменит совсем по другим причинам. Располагается данное сооружение в ЦЕРН. [...]