ВЗАЄМОДІЯ ЧАСТИНОК ПРИ ВИСОКИХ І НАДВИСОКИХ ЕНЕРГІЯХ. КОЛАЙДЕРИ. ФАЗОВІ ПЕРЕХОДИ В ВАКУУМІ

Більшість відкритих останнім часом елементарних частинок вивчаються в експериментах на прискорювальних накопичувальних установках із зустрічними пучками, які називають коллайдер. Коллайдер є вакуумірован- ву кільцеву трубу, в якій назустріч один одному обертаються дві системи частинок (зустрічні пучки). У певних місцях ці частинки стикаються, і там, де це відбувається, знаходяться спеціальні детектори, що реєструють продукти цього зіткнення.

Починаючи з 1972 р в світі було побудовано близько 18 коллайдеров. Деякі з них вже припинили своє існування, інші продовжують працювати. У Європі та США є два протон-антіпронних коллайдера, найвідоміший з них - в лабораторії ім. Фермі (Теватрон з енергією 1 Тев). На ньому, зокрема, в 1995 р був відкритий t-кварк.

Грандіозним полігоном по перевірці основних положень і наслідків Стандартної моделі став Великий адронний коллайдер - Large Hadron Collider (LHC), представлений на рис. 24.3. Він являє собою прискорювач заряджених частинок на зустрічних пучках, призначений для розгону протонів і важких іонів (іонів свинцю) і вивчення продуктів їх зіткнень. Коллайдер споруджений, як згадувалося, в Європейському центрі ядерних досліджень (ЦЕРН), недалеко від Женеви.

Великий адронний коллайдер (LHC)

Мал. 24.3. Великий адронний коллайдер (LHC)

Великий адронний коллайдер, в російській скорочення - БАК, є найбільшою експериментальною установкою в світі. У будівництво та дослідження, що проводяться з його допомогою, залучено більше 10000 вчених і інженерів з більш ніж 100 країн. БАК розташований в тунелі з довжиною кола 26,7 км, який прокладений під землею на території Швейцарії і Франції. Для утримання, корекції і фокусування протонних пучків використовуються тисячі шістсот двадцять чотири надпровідних магніта, загальна довжина яких перевищує 22 км. Магніти працюють при температурі 1,9 К (-271 ° С).

Російські вчені брали активну участь як в будівництві самого БАК, так і в створенні всіх працюючих на ньому детекторів. На ВАК працюють 4 основних (ALICE, ATLAS, CMS, LHCb) і 3 допоміжних (ТОТЕМ, LHCf, MoEDAL) детектора. Великі детектори розташовані навколо точок зіткнення пучків. Два допоміжних детектора ТОТЕМ і LHCf знаходяться на видаленні в кілька десятків метрів від точок перетину пучків, контрольованих основними детекторами CMS і ATLAS відповідно, і використовуються спільно з ними.

Детектори ATLAS і CMS призначені для пошуку бозона Хіггса і для вивчення явищ «нестандартної фізики», зокрема темної матерії. Детектор ALICE призначений для вивчення кварк-глюонної плазми в зіткненнях важких іонів свинцю. Детектор LHCb використовується в дослідженнях фізичних властивостей b-кварків, що необхідно для кращого розуміння відмінностей між матерією і антиматерією. Призначення детектора ТОТЕМ пов'язано з вивченням розсіювання частинок на малі кути, що відбувається при близьких прольотах частинок без зіткнень (так званих несталківающіхся частинок), що необхідно для точного вимірювання розміру протонів. І нарешті, детектор LHCf використовується для дослідження космічних променів, що моделюються за допомогою тих же несталківающіхся частинок. У складі ВАК є також сьомий детектор MoEDAL, не настільки значущий за своєю складністю і вартості; його функції пов'язані з пошуком повільно рухаються важких частинок.

Під час роботи коллайдера зіткнення відбуваються одночасно у всіх чотирьох точках перетину пучків, незалежно від типу прискорених частинок (протонів або ядер). При цьому швидкість частинок на зустрічних пучках близька до швидкості світла у вакуумі.

Коллайдер LHC вже зараз дозволив «заглянути» в недоступну раніше область енергій і отримати наукові результати, які накладають обмеження на ряд теоретичних моделей. Коротко перерахуємо деякі роботи і відкриття, вчинені з використанням цього унікального наукового комплексу:

  • • досліджені події народження адронних струменів;
  • • отримані більш переконливі, в порівнянні з попередніми експериментами, ознаки виникнення кварк- глюонної плазми в ядерних зіткненнях;
  • • продемонстровано відсутність асиметрії протонів і антипротонів;
  • • підтверджено існування t-кварка, раніше спостерігався тільки на Теватрон (Батавия, штат Іллінойс, США);
  • • виявлено новий бозон з масою 125,3 ± 0,6 ГеВ, що є, на думку авторів відкриття, бозоном Хіггса, і інші.

Чим знаменно відкриття бозона Хіггса? Це не просто фіксація ще однієї нової частинки (нових адронів в останні роки було відкрито більш ніж достатньо, в тому числі і на колайдері LHC). Це відкриття по-справжньому нового типу матерії. До цього фізики мали справу або з частинками речовини (електронами, протонами і т.д.), або з частинками - переносчінамі взаємодії, квантами силових полів (фотонами, глюонами, векторними W- і Z-бозона). Але хіггсовський бозон не є ні тим, ні іншим! Це - квант хіггсовского поля, яке є зовсім інший субстанцією і займає особливе місце в пристрої нашого світу.

У найближчому майбутньому фахівці сподіваються вирішити і інші надзавдання за допомогою коллайдера ШС.

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >