Европейская организация ядерных изучений завершила двухлетний апдейт самого громадного в мире ускорителя элементарных частиц. В прошлое воскресение пучки протонов снова стали разгонять в кольцевом тоннеле длиной практически 27 километров. До тех пор пока пуск БАК выполняется лишь в пробном режиме, а энергия пучков чуть достигает 450 ГэВ. По окончании дополнительных тестов их энергию неспешно увеличат до 6,5 тераэлектронвольт на пучок.
В случае если в БАК велосипедист собьёт роллера, в ЦЕРН кроме того не удивятся (фото: rte.ie).
Отметим, что в Громадном адронном коллайдере употребляется конструктивная хитрость, разрешающая взять двукратный выигрыш энергии за счёт принципа относительности: до столкновения пучки протонов на ультрарелятивистских скоростях движутся навстречу друг другу. Новые опыты с применением протон-протонных столкновений, где пиковые значения энергии достигнут удвоенной величины (13 ТэВ), подготовят к лету.
Начальник лучевого отдела ЦЕРН доктор наук Поль Кольер (Paul Collier, не путать с известным английским экономистом) в собственном докладе высоко оценил уровень модернизации БАК и поведал о некоторых любопытных подробностях.
Поль Кольер в ЦЕРН (фото: STFC / Stuart Boreham).
На протяжении двухлетней модернизации коллайдера расчётную энергию протонных пучков удалось повысить на 62,5%, а продолжительность пауз между их генерацией сократить ровно в два раза – с 50 до 25 нс. Для этого были объединены и усилены около десяти тысяч соединений между магнитами, добавлены новые защитные механизмы, повышена мощность криогенных вакуумных камер и систем.
Нарушить работу самого сложного в мире устройства может каждая мелочь, для устранения и поиска которой время от времени приходится применять нетривиальные способы. К примеру, блок дипольных магнитов неспециализированной протяжённостью в шесть километров продолжительно не получалось запустить в штатном режиме. Лишь 21 марта инженеры ЦЕРН локализовали проблемный участок и узнали, что на нём происходит замыкание.
Диодные сборки одного из множества сверхпроводящих электромагнитов закоротило какими-то небольшими токопроводящими фрагментами – возможно, узкой проволокой либо кроме того железными опилками. Скоро удалить их механически было фактически нереально. Для этого потребовалось бы демонтировать и разбирать целый блок, что из-за бюрократии переместило бы график работ минимум на несколько недель. Исходя из этого инженеры созданные посторонними железными фрагментами паразитные мостики краткосрочным импульсом тока силой в 400 ампер.
Модернизация БАК заняла два года и обошлась в $2,8 млрд (фото: theverge.com).
Такое ответ произошло, потому, что главные цепи БАК вычислены на куда громадную пиковую силу тока. Это нужно для разгона протонов до скоростей, родных к световой. При большой энергии пучка в 6,5 ТэВ протоны в нём движутся со скоростью 99,99999896% от скорости света в вакууме. Лоренц-фактор для них выясняется ? 6930, исходя из этого собственное время протонов значительно уменьшается практически в семь тысяч раз довольно координатного. Это справедливо (с поправкой на утраты энергии) и для короткоживущих частиц, образующихся при соударении протонов. Их время судьбы выясняется намного больше, чем для таких же частиц, находящихся в состоянии спокойствия.
Замечая за результатом протон-протонных столкновений с различным уровнем энергии, физики пробуют взять экспериментальное подтверждение положениям стандартной модели и её перспективным дополнениям.
Вычисление скорости протонного пучка относительно скорости света.
Ещё в шестидесятых годах на основании работ Ландау и Гинзбурга была предложена теория, которая обрисовывает происхождение инертной массы. Она стала называться «Хиггсовский механизм», не смотря на то, что независимо от Питера Хиггса к схожим выводам пришли Роберт Браут, Франсуа Энглер и другие исследователи. Кратко теория обрисовывает происхождение инертной массы как процесс сотрудничества частиц, владеющих полуцелым значением поясницы (фермионов), со скалярным полем, вызывающим спонтанное нарушение симметрии вакуума. Оно стало называться хиггсовского, а квант этого поля нарекли бозоном Хиггса. Впредь до экспериментального подтверждения на БАК он считался гипотетической частицей, пока не был зарегистрирован в 2012 году на протяжении главных опытов ЦЕРН – ATLAS и CMS.
Предполагается, что сотрудничеству с полем Хиггса подвержены все лептоны частицы – и фундаментальные кварки (включая нейтрино), но оно не затрагивает глюоны (переносчики сильного сотрудничества) и фотоны (переносчики электромагнитного сотрудничества), исходя из этого у фотонов и глюонов нет инертной массы.
Моделирование протонных столкновений в опыте CMS (изображение: CERN / AFP).
Сейчас предстоит узнать, как обстоят дела с гейджино – классом гипотетических частиц, существование которых постулирует теория калибровочной инвариантности (с её помощью пробуют связать все замечаемые типы сотрудничеств) и теория симметрии Ферми – Бозе (допускающая обоюдное преобразование вещества в излучение).
Парные частицы, либо так именуемые “суперпартнёры” предсказаны для всех калибровочных бозонов: фотона, глюона, W- и Z-бозонов, и бозона Хиггса. Для предстоящего развития стандартной модели не столь принципиально важно, будут ли они найдены (не смотря на то, что на это возлагается большое количество надежд). Регистрация каких-то вторых частиц либо отсутствие экспериментального подтверждения их существования на БАК также станет значимым результатом.
Делаемые командой ЦЕРН изучения занимательны и тем, что они воссоздают не видящиеся на Земле условия. К примеру, характерные для воздуха звёзд либо начальных периодов Громадного взрыва. С их помощью физики приближаются к разгадке происхождения привычной нам барионной материи, проливают свет на природу «чёрной» материи и пробуют создать «теорию всего», объединяющую накопленные знания в единой модели устройства мира. Первые опыты на обновлённом коллайдере начнутся в уже в мае.