|
Пять загадок, которые должен разгадать коллайдер
|
|
|
|
Если что, бозон Хиггса остался в 2012 году. Самый мощный ускоритель частиц в мире начнет работать очень скоро, и ему предстоит заняться поиском ответов на другие вопросы — от «вимпов» до «страпелек». Дополнительная мощность, которой обзавелся Большой адронный коллайдер за время перерыва, может открыть двери в неисследованные миры науки частиц.
|
|
|
|
Большой адронный коллайдер, или БАК, начнет работать уже в этом месяце после двухлетнего перерыва и обновления. Столкновения атомов будут происходить с удвоенной силой. Более высокие энергии откроют путь ученым к доселе невиданным частицам, возможно.
|
|
|
|
«Для БАК начинается невероятная фаза поиска физики за пределами известной нам», — говорит научный исследователь детектора ATLAS Мартин Севьор из Мельбурнского университета.
|
 |
|
Перезапуск последовал за насыщенной трехлетней исследовательской программой, кульминацией которой стало обнаружение неуловимого бозона Хиггса, частицы, ответственной за производство поля Хиггса, наделяющего элементарные частицы массой.
|
|
|
|
«Мы ожидали найти бозон Хиггса, потому что Стандартная модель физики элементарных частиц очень хороша, и было бы странно, если бы мы не нашли его. Теперь мы отправляемся на более высокие энергетические уровни и с нетерпением ждем момента, когда увидим, что там».
|
|
|
|
Будем надеяться, коллайдер позволит физикам найти нечто, чего они не ожидают найти. Все, о чем пойдет речь ниже, было бы интересно обнаружить на коллайдере. Но будет еще интереснее обнаружить что-то, о чем даже и помыслить нельзя.
|
|
|
|
Понимание темной материи
|
|
|
|
Темная материя составляет 75% всей материи Вселенной, но ученые до сих пор понятия не имеют, что это такое, потому и называют эту материю темной.
|
|
|
|
«Впервые астрономы обнаружили эту темную материю, когда поняли, что гравитационного притяжения будет недостаточно, чтобы удерживать звезды на орбите вокруг галактического центра вместе», — говорит Севьор.
|
|
|
|
Если ученые правы, частицы темной материи должны быть обнаружены на более высоких энергетических уровнях, которые стали возможны с БАК. Основной кандидат на частицу темной материи — это WIMP, «вимп», слабо взаимодействующая массивная частица. Вимпы могут представлять собой суперсимметричные частицы, зеркальные отражения обычных частиц вроде электронов и кварков.
|
|
|
|
Наше нынешнее понимание физики частиц, известное как Стандартная модель, хорошо работает для объяснения большинства вещей в субатомном мире. Но уравнения начинают ломаться выше энергии в терраэлектрон-вольтовом измерении, потому ученым так важно разогнать коллайдер до высоких энергий.
|
|
|
|
«Чтобы объяснить это, теоретики придумали суперсимметрию, которая удивительно предсказывает частицы с такими же свойствами, что и темная материя. Потому суперсимметрия является ведущим кандидатом на модель физики после Стандартной модели, хотя никаких доказательств суперсимметрии мы пока не получили».
|
|
|
|
Как насчет антиматерии?
|
|
|
|
Антиматерия — это то же самое, что и обычная материя, только с противоположным зарядом.
|
|
|
|
Ученые считают, что в процессе Большого Взрыва во Вселенной образовалось равное количество материи и антиматерии, поэтому они должны были взаимно уничтожиться почти мгновенно. Но поскольку мы существуем в материальном мире, ученые полагают, что должны быть тонкие различия в свойствах материи и антиматерии.
|
|
|
|
CERN уже произвел небольшие количества антиматерии. В ходе одного эксперимента ученые собрали 309 атомов антиводорода, но поскольку материя и антиматерия аннигилируют во вспышке энергии при контакте, антиводород исчез спустя менее чем 17 минут.
|
|
|
|
Перезапуск позволит ученым продолжить изучение уникальных свойств антиматерии с большей детализацией.
|
|
|
|
«Мы даже сможем узнать, реагирует ли антиводород на гравитацию, — говорит Севьор. — Это сложный, но интересный тест для фундаментальной физики. Мы ожидаем, что антивещество ускоряется в ответ на гравитацию так же, как и материя, но никто этого не проделывал раньше; если нет, это может перевернуть работу гравитации с ног на голову».
|
|
|
|
Изучение гравитации и дополнительных измерений пространства-времени
|
|
|
|
Ученые хотят понять, почему гравитация так отличается от других сил природы. Вполне возможно, что мы не ощущаем на себе полный эффект гравитации, потому что она распространяется в дополнительных измерениях.
|
|
|
|
Ученые вполне могут узнать больше об этих дополнительных измерениях, наблюдая за частицами, которые могут существовать только в них и реальны.
|
|
|
|
«Вместо суперсимметрии в качестве фундаментально новой физики мы можем получить дополнительные измерения, — говорит Севьор. — Теории предполагают, что в других измерениях могут быть более тяжелые версии стандартных частиц — частицы Калуцы — Клейна, обладающие большей массой, чем стандартные частицы».
|
|
|
|
Эти частицы могут быть выявлены только при высокоэнергетических столкновениях.
|
|
|
|
Создание черных дыр
|
|
|
|
Черные дыры — это места, в которых гравитация настолько сильна, что даже свет не может их покинуть.
|
|
|
|
Звездные черные дыры создаются, когда массивная гравитация звезды приводит к тому, что ее ядро внезапно разрушается, коллапсирует само в себя, создает точку невозврата. Сверхмассивные черные дыры в центрах галактик могу быть в миллионы или миллиарды раз больше Солнца по массе.
|
|
|
|
Ученые предположили, что микроскопические или квантовые черные дыры, которые меньше атома, могут существовать, если существуют дополнительные скрытые измерения.
|
|
|
|
До сих пор БАК не произвел никаких микроскопических черных дыр, а если бы и произвел, то они были бы настолько малы, что испарились бы за 10^-27 секунд, распавшись на обычные или суперсимметричные частицы.
|
|
|
|
«Если БАК действительно создаст микроскопические черные дыры, это будет доказательством дополнительных измерений, и необычные следы от их появления будет легко заметить», — говорит Севьор.
|
|
|
|
То, что обнаружат ученые, будет зависеть от числа дополнительных измерений, массы черной дыры, размера измерений и энергии, при которой возникнет черная дыра.
|
|
|
|
Существуют ли страпельки?
|
|
|
|
Как и черные дыры, существует еще одна теоретическая опасность высокоэнергетических столкновений на БАК — страпельки-убийцы (killer-strangelet).
|
|
|
|
Страпельки («странные капельки»)— это гипотетические субатомные куски странной материи, состоящей почти полностью из верхних, нижних и странных кварков, которые в соответствии с теорией становятся тем стабильнее, чем больше растут.
|
|
|
|
Одна из теорий предполагает, что страпельки могут изменить обычную материю за тысячную долю секунды, уничтожив Землю, превратив ее в гигантскую страпельку-убийцу.
|
|
|
|
Но Севьор говорит, что это вряд ли произойдет.
|
|
|
|
«Надеюсь, мы найдем это, поскольку это крайне интересно. И я нисколько не обеспокоен, поскольку Земля и другие планеты бомбардируются высокоэнергетическими лучами, и если бы это странное вещество превращало обычную материю в страпельки, она бы давно уничтожила все миллиарды лет назад».
|
|
|
|
«Тот факт, что мы все еще здесь, отлично доказывает, что не о чем переживать».
|
|
|
|
Как работает Большой адронный коллайдер?
|
|
|
|
Самый большой в мире ускоритель элементарный частиц представляет собой 27-километровой подземное кольцо, расположенное на границе между Францией и Швейцарией.
|
|
|
|
Объект стоимостью в 10 миллиардов долларов управляется ЦЕРН, Европейской организацией ядерных исследований и сталкивает субатомные частицы друг с другом почти на скорости света.
|
|
|
|
Для столкновения используется две соседствующие трубы, лучевые линии, оснащенные мощными сверхпроводящими электромагнитами, охлаждаемыми жидким гелием до температуры ниже -271 градусов по Цельсию. Такой себе самый большой холодильник на планете.
|
|
|
|
Эти магниты направляют пучки протонов или атомных ядер по каждой из линий в противоположных направлениях. Столкновения частиц происходят в четырех гигантских подземных детекторах, расположенных в местах пересечений лучевых линий.
|
|
|
|
Первые пучки протонов были отправлены по кольцу БАК 10 сентября 2008 года, но спустя девять дней неисправность в электрическом соединении привела к утечке жидкого гелия и взрыва, который закрыл объект на год.
|
|
|
|
В ноябре 2009 года все началось снова, но мощность понизили. В начале 2013 года БАК был закрыт на повышение мощности с 8 ТэВ до 14 ТэВ. Электрон-вольт — мера энергии, используемая в области физики частиц для определения количества энергии, которую получает один электрон при ускорении с помощью одного вольта электрической разности потенциалов.
|
|
|
|
«Если мы запустим электрон с конца 1,5-вольтовой батарейки, он получит 1,5 электрон-вольт кинетической энергии, — говорит Севьор. — Это намного слабее, чем укус комара, вы его не заметите, но если в вас попадет луч с мегаваттом энергии, он прожжет в вас отверстие».
|
|
|
|
http://hi-news.ru/space/pyat-zagadok-kotorye-dolzhen-razgadat-bolshoj-adronnyj-kollajder.html
|
