Югорский Центр трансфера технологий

30 ноября

Большой взрыв в лабораторных условиях

23 ноября 2009 года в Большом адронном коллайдере (БАК) произошло столкновение пучков протонов, запущенных навстречу друг другу с противоположных концов 27-километрового ускорителя.

"Это большое достижение, и мы пришли к нему за очень короткое время. Но мы должны сохранять чувство перспективы — необходимо сделать ещё многое, прежде чем мы приступим к программе физических исследований на БАК", — передаёт слова директора CERN Рольфа Хойера газета "РБК daily" (статья "Мир устоял").

Прошедшее столкновение в отличие от предыдущих попыток запустить частицы "лоб в лоб" прошло так, как и ожидали учёные. После годичного ремонта БАК первый пучок протонов был проведен по кольцу в ночь на субботу. Это был пробный запуск, в ходе которого физики проверили работу всех необходимых систем — детекторов и охладителей. Причинами неудач в предшествующих запусках оказались системные дефекты и посторонние предметы в корпусе установки. Отсутствие этих изъянов послужило сигналом к началу главной фазы эксперимента. В понедельник после одновременного запуска протонных пучков с двух полюсов БАК четыре детектора — ALICE, ATLAS, CMS и LHCb — зафиксировали факт столкновения частиц. За 1 секунду частицы, разгоняемые тысячами сверхпроводящих магнитов, преодолевают круговой путь 11 тысяч раз.

Правда, запуск опять-таки не обошелся без ЧП, которое, к счастью, было успешно ликвидировано. Во время прохождения по часовой стрелке пучок протонов коснулся одного из магнитов, и система защиты вывела его из сверхпроводящего состояния, что приостановило работу на 20—30 минут. По словам сотрудника Института ядерных исследований РАН Зинура Шарифуллина, система защиты "увидела", что пучок коснулся магнита, и заранее вывела его из сверхпроводящего состояния.

Успешный запуск БАК стал основанием присвоить женев­скому коллайдеру статус самого высокоэнергичного ускорителя элементарных частиц в мире, превосходящего своих конкурентов — протон-антипротонный коллайдер Теватрон из Национальной ускорительной лаборатории им. Э. Ферми в США и Релятивистский коллайдер тяжёлых ионов, работающий в Брукхейвенской лаборатории также в Соединенных Штатах.

Пробный запуск показал, что никакой опасности моделирование протонных столкновений не несёт. Пока протоны циркулируют в ускорителе с невысокой мощностью — 450 гигаэлектронвольт, провести следующее столкновение учёные планируют с энергией пучка более 1 тераэлектронвольт.

Впрочем, уже в начале февраля 2010 года энергия столкновений будет достигать 7 тераэлектронвольт. Именно при такой энергии детекторы смогут зафиксировать в лабораторных условиях явление Большого взрыва, которое, по мнению физиков, дало начало нашей Вселенной. Тогда-то и нач­нутся эксперименты, ради которых, собственно, и создавался ускоритель стоимостью 10 миллиардов долларов, сообщает "РБК daily".

При помощи анализа результатов столкновения частиц учёные надеются глубже проникнуть в сущность материи и антиматерии, воспроизвести самые высокие из когда-либо существовавших энергий и воссоздать условия, аналогичные тем, что были 13 миллиардов лет назад спустя 1—2 триллионные доли секунды после Большого взрыва. В рамках воссоздания условий Большого взрыва в коллайдере на детекторе ALICE будет исследоваться кварк-глюонная плазма, которая должна возникать при столкновении разогнанных в ускорителе ионов свинца. Как полагают учёные, это состояние материи — "комок" кварков и глю­онов, которые еще не "собрались" в элементарные частицы, имело место в самые первые мгновения после Большого взрыва.

Красиво объяснил читателям STRF.ru этот процесс директор Объединённого института ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне Алексей Сисакян. Если сталкивать капли на больших скоростях, то они разлетятся на множество брызг. Если разогнать тяжёлые ионы до высоких энергий (несколько миллиардов электронвольт на отдельный нуклон), ядра, сталкиваясь, разбиваются на "брызги" — кварки и глюоны. «Таким образом, мы можем наблюдать переход обычной ядерной материи в так называемую кварк-глюонную, — поясняет Алексей Сисакян. — Мы фактически воспроизводим то состояние, которое было в первые мгновения после возникновения Вселенной". Приблизительно 15 миллиардов лет назад произошёл так называемый Большой взрыв — из вакуума появилось вещество, и началось развитие нашей Вселенной. "Взрыв — понятие условное. Вероятно, был некий хлопок, — поясняет директор ОИЯИ. — Первые мгновения наша природа была в виде кварк-глюонной плазмы, затем кварки и глюоны начали взаимодействовать между собой, в результате чего образовывались элементарные частицы, ядра. Происходило это довольно быстро, а вот на развитие нашей Солнечной системы потребовались миллионы лет". «Таким образом, с помощью физических экспериментов мы можем наблюдать эволюцию Вселенной", — продолжает Алексей Сисакян. Для этой цели в ОИЯИ планируется соорудить новый ускорительный комплекс тяжёлых ионов при высоких энергиях — NICA (Nuclotron-based Ion Collider fAcility). "Фактически, мы хотим найти точку, которую условно можно назвать „точкой кипения" для ядерной материи. Варьируя энергии и массы сталкивающихся ядер, можно "передвигаться" по фазовой диаграмме ядерной материи и достичь заветной черты, за которой заканчивается "старый" и начинается "новый" мир, то есть где обычная ядерная материя переходит в кварк-глюонную. Явления эти не исследованы, хотя имеют фундаментальное значение, — полагает директор ОИЯИ. — Сегодня можно фантазировать и о некоторых практических применениях такого рода ускорителей. В частности, они могут быть интересны для производства ядерных фильтров, что полезно для электроники, материаловедения, изучения биосистем и так далее".

Источник: www.runtech.ru