Физика

Главный полигон для физиков

Внимание тех, кто интересуется современной физикой, приковано сейчас к Большому адронному коллайдеру LHC (Large Hadron Collider)* - самому мощному в мире ускорителю элементарных частиц, сооружаемому в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН, Швейцария).

Он станет главным инструментом в изучении механизма нарушения электрослабой симметрии** - ключевого явления в стандартной модели физики элементарных частиц. С его помощью ученые надеются открыть новый пласт реальности, существующий, возможно, при энергиях порядка 1 ТэВ/нуклон. В создании ускорителя принимают участие представители почти 50 стран, в том числе и России. Это - крупнейший международный научный проект начала XXI в., осуществляемый в Западной Европе.

LHC размещен в гигантском тоннеле на глубине 100 м. Два пучка протонов будут двигаться "на встречных курсах" по кольцу длиной 27 км, разгоняясь до немыслимых ранее скоростей. Несколько тысяч сверхпроводящих магнитов возьмут на себя роль управляющих движением. Для наблюдения картины происходящих соударений и взаимодействий устроены четыре экспериментальные зоны, где уже размещены многоуровневые детекторы. Последствия столкновения протонов станут главным предметом изучения.

С технической точки зрения, это самая сложная установка, когда-либо создаваемая человеком. Отдельные ее компоненты начали сооружать и тестировать лет десять назад, а сборка в единое целое заняла свыше двух лет. Сейчас, когда машина собрана, ключевым является решение проблем ее охлаждения. Напомним: рабочая температура ускорителя составляет примерно -27 ГС. Именно при таком режиме жидкий гелий становится сверхтекучим и способным максимально эффективно охлаждать мощные сверхпроводящие магниты, удерживающие протонные пучки на круговой орбите. (Кстати, это редкий пример установки, в которой используют как сверхпроводимость, так и сверхтекучесть.)

Участие России в проекте - важнейшая часть национальной научной программы в области исследований фундаментальных свойств материи. Она вошла в международную кооперацию в 1990-х годах еще на стадии проектирования LHC. Десятки крупнейших академических и отраслевых научных центров страны участвовали в создании самого ускорителя и экспериментальных установок на нем, разработке программного обеспечения и физических исследований. О вкладе наших ученых и специалистов в развитие инструментария и подготовку экспериментов в условиях сверхвысоких энергий пишет газета "Поиск".

На Большом адронном коллайдере установлены четыре детектора для получения и обработки огромного массива физической информации. ATLAS, CMS и LHCb предназначены для поиска "новой физики" вне рамок стандартной модели и открытия бозона Хиггса - важнейшей частицы, теоретическое предсказание которой нуждается в экспериментальном подтверждении, поскольку именно на ней основаны все современные теории происхождения Вселенной. Программа детектора ALICE направлена на изучение сигналов кварк-глюонной плазмы - в этом состоянии, предположительно, находилось вещество Вселенной в первые мгновения после Большого взрыва.

Фундаментальные результаты этих экспериментов должны помочь ученым в разгадке одного из ключевых вопросов - причин существования Вселенной в форме вещества и отсутствия в ней сколько-нибудь значимого количества антивещества. Еще в 1966 г. академик Андрей Сахаров выделил три условия, необходимых для возникновения их неоспоримого дисбаланса. Первое связано с распадом протонов: процесс этот должен идти, но так медленно, что по объему за всю историю Земли протонов на ней должно распасться немногим более крошки. Второе условие - ограничение возможных способов охлаждения Вселенной после Большого взрыва. Третье определяет разницу между веществом и антивеществом. Изучение механизма, приводящего к данному различию, и является одной из важнейших задач физики.

Для ее решения поставлено немало экспериментов в лабораториях США и Японии, однако именно здесь, на Большом адронном коллайдере, они достигнут своего апогея. Тем самым стандартная модель пройдет доскональную проверку, и появится объяснение того, почему природа предпочла вещество в грандиозном споре с антивеществом.

Остается добавить, что в создании программы физических исследований на детекторе LHCb участвуют более 700 физиков из 50 институтов 15 стран. С сентября 2007 г. руководит международным коллективом доктор физико-математических наук Андрей Голутвин, начальник лаборатории Института теоретической и экспериментальной физики. Это - не только отражение заслуг ученого, но и факт признания достижений Российской Федерации в области физики высоких и сверхвысоких энергий.

Необходимо подчеркнуть: институт, который представляет Голутвин, внес решающий вклад в создание электромагнитного калориметра и развитие математического аппарата для реконструкции и обработки экспериментальных данных. Ученые влились в международный проект, имея за плечами огромный опыт работы на ускорительном комплексе DESY (Гамбург, Германия). Уже там они начали цикл исследований, связанных с изучением различия свойств материи и антиматерии, и получили ряд выдающихся результатов, отмеченных международными премиями.

10 сентября 2008 г. на Большом адронном коллайдере был проведен пробный эксперимент для проверки работоспособности установки.

Первый пучок протонов прошел все кольцо длиной 27 км. Ученые последовательно запускали протоны по восьми секциям ускорителя. Общее время "пути" составило 55 мин, энергия инжекции - 450 ГэВ.

Спустя некоторое время специалисты убрали заслонки, и элементарные частицы начали непрерывно циркулировать по часовой стрелке. Таким образом, запуск крупнейшего в мире ускорителя состоялся. Впереди у исследователей большая экспериментальная программа.

* См.: Л. Смирнова. Шаг в двадцать первый век. - Наука в России, 1996, N 1.

** См.: Л. Смирнова. Симметрии и их нарушения в микромире. - Наука в России, 1997, N 6; А. Сисакян. Мировая слава Дубны. - Наука в России, 2006, N 2.


Молчанов Е., Беляева С., Марина ХАЛИЗЕВА

Крестовины круглые воздуховодов для вентиляции вентиляция крестовина.
Авторские права на статьи принадлежат их авторам
Проект компании Kocmi LTD