Как понять большой адронный коллайдер – отвечаем на глупые вопросы: что он открыл, почему там нет «н» и кто за все платит

Одна из главных новостей в начале июля в науке: большой адронный коллайдер заработает с рекордной мощностью в 13,6 трлн электронвольт. Процесс будет запущен с 5 июля.

Коллайдер – адронный или андронный – как вообще правильно

Правильно без буквы «н» – адронный. Название произошло от греческого слова «адронос» – «тяжелый». Сам коллайдер – это ускоритель тяжелых заряженных частиц (адронов).

Большой адронный коллайдер простыми словами. Для чего он нужен – самое простое объяснение

В физике есть теория о взаимодействии элементарных частиц под названием «Стандартная модель». Коллайдер помогает в изучении частиц. Он разгоняет их до скорости, которая близка к скорости света. Они сталкиваются друг с другом, а ученые за этим наблюдают. Некоторые частицы образуются только лишь там, исходя из условий, которые создает им коллайдер.

Ученые получают или какие-то интересные эффекты, или даже новые неизвестные науке частицы. Открытия с помощью коллайдера позволяют получить больше понимания, как устроен мир и какие супертехнологии можно создать в будущем.

Масштабы большого адронного коллайдера – насколько он велик и где располагается

Тут несколько цифр:

• В строительстве и исследованиях участвовали более десяти тысяч ученых и инженеров из более чем сотни стран.
• Диаметр туннеля – 27 км, протяженность – около 100 км.
• Он располагается около Женевы на границе Швейцарии и Франции.

Почему перед запуском коллайдера была паника

Коллайдер был запущен 10 сентября 2008 года. Перед этим в медиа активно шло обсуждение: такие эксперименты вызовут черную дыру, которая поглотит сначала само устройство, а потом и всю планету.

Почему это было нереально – объяснял директор НИИ ядерной физики имени Д.В. Скобельцына МГУ Эдуард Боос. На Землю из космоса ежедневно прилетают протоны, чьи энергии могут быть разными. В коллайдере также ускоряются протоны. Но прилетающие протоны на Землю не влияли. Так что и появление микро-черных дыр во время столкновений частиц в коллайдере казалось крайне маловероятным.

Что важного большой адронный коллайдер открыл за эти годы

Открытий для физиков было очень много. Прежде всего:

Получилось изучить свойства кварк-глюонной плазмы – такое состояние достигается при слишком высоких энергиях. Считается, что в первые мгновения жизни Вселенной (в первые 0,000001 секунды Большого взрыва) она ее заполняла. «Коллайдер сталкивает ионы плазмы между собой с огромной скоростью – почти со скоростью света. Это позволяет увидеть, как плазма превращается в ядра атомов и строительные блоки жизни», – рассказывал один из участников исследования доктор Ю Чжоу.

Были получены пентакварки – частицы, состоящие из пяти кварков вместо двух или трех. Они помогут лучше понять принципы устройства материи.

Была открыта новая частица – экзотический тетракварк. Предполагается, что это открытие породит большое количество новых теоретических работ в области сильных взаимодействий на больших расстояниях.

Наконец, бозон Хиггса. Это самая знаменитая частица. Ее обнаружение было одной из главных целей строительства коллайдера. В 2012-м появился кандидат на роль бозона, в 2013-м – подтверждения, что он существует.

Бозон Хиггса – что это значит

Считается, что в ранней Вселенной частицы не имели массы, поэтому соблюдалась симметрия. Затем она стала нарушаться самопроизвольно – одни частицы были массивными, другие – безмассовыми. Почему нарушается симметрия – загадка.

Физики Питер Хиггс и Франсуа Энглер предполагали, что масса частиц растет под действием особого поля – некоторые из них проходят, не получая массы, некоторые – накапливают ее. В этом случае поле должно иметь связанную с ним частицу (бозон Хиггса), контролирующую взаимодействие с другими частицами и полем.

Существование бозона Хиггса было подтверждено с точностью до 99,99997%. Ранее из всех предсказанных частиц Стандартной модели не был обнаружен только он. Если бы он не был найден – объяснение нарушения симметрии следовало бы искать снова. А так его даже называли «частицей бога».

Обнаружение бозона Хиггса считается одним из главных открытий в науке. Ученые надеются, что оно позволит разработать теорию, которая расширит Стандартную модель. Его называют большим шагом к пониманию того, как устроена Вселенная.

Пока что вся известная теория – всего лишь несколько процентов всей материи. Гораздо большая часть имеет совершенно неизвестную природу – она и получила название «темной материи». Это словосочетание уже часто встречалось и будет звучать еще чаще при новых открытиях.

Большой адронный коллайдер принадлежит организации, которая запустила первый в мире сайт

Это ЦЕРН (по-английски – CERN) – европейская организация по ядерным исследованиям. Это крупнейшая в мире лаборатория физики высоких энергий. Она была основана в 1954 году, ее юридический адрес находится в Женеве. Большой адронный коллайдер – на данный момент – основной проект ЦЕРН.

ЦЕРН сотрудничала с Россией с 1993 года, но приостановила ее статус с марта 2022 года.

Интересный факт. Самый первый сайт был запущен 20 декабря 1990 года (но встречаются разные даты – май 1990-го, август 1991-го). Запустил его именно ЦЕРН по адресу http://info.cern.ch. На нем было описание новой технологии World Wide Web, а позже появился список ссылок на другие сайты.

Как попасть на большой адронный коллайдер, реально ли это

Можно записаться на бесплатную экскурсию в ЦЕРН – нужно заранее подать заявку на официальном сайте организация. Как правило, экскурсия продолжается три часа и ведется на английском или французском языках. Рассказ и видеоматериалы о коллайдере входят в экскурсию.

При этом доступа к коллайдеру у обычных посетителей нет. Он существует и далеко не у всех сотрудников ЦЕРН.

Кто финансирует работу большого адронного коллайдера

Общая стоимость проекта – 6,03 миллиарда швейцарских франков. Это $5,22 млрд, где километр обходился в $196 млн. Могло выйти гораздо дороже, но коллайдер был размещен в тоннеле, построенном еще в 1980-х годах для большого электрон-позитронного коллайдера.

«Коммерсант» в 2010-х сравнивал эти данные со стоимостью проекта в России: 74-километрового четвертого транспортного кольца в Москве, на который предполагалось затратить $9,4 млрд – и $127 млн на километр. Но проект был отменен Сергеем Собяниным.

Если этот коллайдер большой, то есть и другие – поменьше

Большой адронный коллайдер – ускоритель заряженных частиц очень большой мощности. Есть и менее сильные коллайдеры. Первый из них вообще появился в 1961 году в итальянском Фраскати. С тех пор было более двух десятков разных коллайдеров.

Сейчас известны коллайдеры в Китае, Японии, Италии и США, а также два в России – в Новосибирске. В конце декабря 2021-го стартовала сборка коллайдера в Дубне.

Почему большой адронный коллайдер не работал три года и что сейчас ждать

Он ушел на перерыв и за эти три года находился на модернизации. Теперь он будет работать на рекордной мощности в 13,6 трлн электронвольт. Такая мощность позволит ему работать почти круглосуточно на протяжении четырех лет.

Разгонять коллайдер уже начали с апреля 2022 года. Во время запуска навстречу друг другу будут выпущены два пучка протонов почти на скорости света, а столкновений будет в 20 раз больше, чем при открытии бозона Хиггса.

Ученые рассчитывают, что новые исследования помогут в поиске распадов бозона Хиггса на частицы темной материи. Это приблизит науку к решению фундаментальных вопросов физики.

Уже есть планы насчет строительства Будущего кольцевого коллайдера. Цель та же – создать еще больше бозонов Хиггса и лучше разобраться в природе темной материи. Предполагается, что строительство начнется в 2038 году, а запуск – не ранее 2040-го.