Адронний колайдер у домашніх умовах. Амбіційний проект людства

Багато простих мешканців планети ставлять собі питання про те, для чого потрібний великий адронний колайдер. Незрозумілі більшості наукових досліджень, на які витрачено багато мільярдів євро, викликають настороженість і побоювання.

Може, це й не дослідження зовсім, а прототип машини часу чи портал для телепортації інопланетних істот, здатних змінити долю людства? Чутки ходять найфантастичніші та найстрашніші. У статті спробуємо розібратися, що таке адронний колайдер і для чого він створювався.

Амбіційний проект людства

Великий адронний колайдер на сьогодні є найпотужнішим на планеті прискорювачем частинок. Він знаходиться на кордоні Швейцарії та Франції. Точніше під нею: на глибині 100 метрів залягає кільцевий тунель прискорювача завдовжки майже 27 кілометрів. Господарем експериментального полігону вартістю понад 10 мільярдів доларів є Європейський центр ядерних досліджень.

Величезна кількість ресурсів і тисячі фізиків-ядерників займаються тим, що прискорюють протони та важкі іони свинцю до швидкості, близької до світлової, у різних напрямках, після чого стикаються один з одним. Результати прямих взаємодій ретельно вивчаються.

Пропозиція створити новий прискорювач частинок надійшла ще 1984 року. Десять років велися різні дискусії щодо того, що буде адронним колайдером, навіщо потрібен саме такий масштабний дослідницький проект. Тільки після обговорення питань особливостей технічного рішення та необхідних параметрів встановлення проект було затверджено. Будівництво розпочали лише у 2001 році, виділивши для його розміщення колишнього прискорювача елементарних частинок – великого електрон-позитронного колайдера.

Навіщо потрібний великий адронний колайдер

Взаємодія елементарних частинок описується по-різному. Теорія відносності входить у протиріччя з квантовою теорією поля. Відсутньою ланкою у здобутті єдиного підходу до будови елементарних частинок є неможливість створення теорії квантової гравітації. Ось навіщо потрібний адронний колайдер підвищеної потужності.

Загальна енергія при зіткненні частинок становить 14 тераелектронвольт, що робить пристрій значно потужнішим прискорювачем, ніж усі існуючі сьогодні у світі. Провівши експерименти, раніше неможливі з технічних причин, вчені з великою ймовірністю зможуть документально підтвердити або спростувати існуючі теорії мікросвіту.

Вивчення кварк-глюонної плазми, що утворюється при зіткненні ядер свинцю, дозволить побудувати досконалішу теорію сильних взаємодій, яка зможе кардинально змінити ядерну фізику та зоряного простору.

Бозон Хіггса

У далекому 1960 році фізик із Шотландії Пітер Хіггс розробив теорію поля Хіггса, згідно з якою частинки, що потрапляють у це поле, піддаються квантовому впливу, що у фізичному світі можна спостерігати як масу об'єкта.

Якщо в ході експериментів вдасться підтвердити теорію шотландського ядерного фізика і знайти бозон (квант) Хіггса, то ця подія може стати новою точкою для розвитку жителів Землі.

А керуючого гравітацією, що відкрилися, багаторазово перевищать всі видимі перспективи розвитку технічного прогресу. Тим більше, що передових вчених більше цікавить не сама наявність бозона Хіггса, а процес порушення електрослабкої симетрії.

Як він працює

Щоб експериментальні частинки досягли немислимої поверхні швидкості, майже рівної у вакуумі, їх розганяють поступово, щоразу збільшуючи енергію.

Спочатку лінійні прискорювачі роблять інжекцію іонів і протонів свинцю, які потім піддають ступінчастому прискоренню. Частинки через бустер потрапляють у протонний синхротрон, де отримують заряд 28 ГеВ.

На наступному етапі частки потрапляють у супер-синхротрон, де енергія їхнього заряду доводиться до 450 ГеВ. Досягши таких показників, частки потрапляють у головне багатокілометрове кільце, де у спеціально розташованих місцях зіткнення детектори докладно фіксують момент зіткнення.

Крім детекторів, здатних зафіксувати всі процеси при зіткненні, для утримання протонних згустків у прискорювачі використовують 1625 магнітів, що мають надпровідність. Загальна їхня довжина перевищує 22 кілометри. Спеціальна для досягнення підтримує температуру –271 °C. Вартість кожного такого магніту оцінюється в мільйон євро.

Мета виправдовує засоби

Для проведення таких амбітних експериментів і було побудовано найпотужніший адронний колайдер. Навіщо потрібен багатомільярдний науковий проект, людству розповідають із неприхованим захопленням багато вчених. Щоправда, у разі нових наукових відкриттів, швидше за все, їх буде надійно засекречено.

Навіть можна сказати, напевно. Підтвердженням цьому є історія цивілізації. Коли придумали колесо, з'явилися Освоїло людство металургію - привіт, гармати та рушниці!

Всі найсучасніші розробки сьогодні стають надбанням військово-промислових комплексів розвинених країн, але не всього людства. Коли вчені навчилися розщеплювати атом, що з'явилося першим? Атомні реактори, що дають електроенергію, щоправда, після сотень тисяч смертей у Японії. Жителі Хіросіми однозначно були проти наукового прогресу, який забрав у них та їхніх дітей завтрашній день.

Технічний розвиток виглядає глузуванням над людьми, тому що людина в ньому скоро перетвориться на найслабшу ланку. За теорією еволюції, система розвивається і міцніє, позбавляючись слабких місць. Може вийти незабаром так, що нам не залишиться місця у світі техніки, що вдосконалюється. Тому питання "навіщо потрібен великий адронний колайдер саме зараз" насправді - не марна цікавість, бо викликана побоюванням за долю всього людства.

Запитання, на які не відповідають

Навіщо нам великий адронний колайдер, якщо на планеті мільйони помирають від голоду і невиліковних, а часом і хвороб, що піддаються лікуванню? Хіба він допоможе подолати це зло? Навіщо потрібен адронний колайдер людству, яке при всьому розвитку техніки ось уже сто років не може навчитися успішно боротися з раковими захворюваннями? А може просто вигідніше надавати дорогі медпослуги, ніж знайти спосіб зцілити? При існуючому світопорядку та етичному розвитку лише жменьці представників людської раси потрібний великий адронний колайдер. Навіщо він потрібен всьому населенню планети, що веде безперервний бій за право жити у світі, вільному від зазіхань на чиєсь життя та здоров'я? Історія про це замовчує...

Побоювання наукових колег

Є інші представники наукового середовища, які висловлюють серйозні побоювання щодо безпеки проекту. Велика ймовірність того, що науковий світ у своїх експериментах, через свою обмеженість у знаннях, може втратити контроль над процесами, які навіть до ладу не вивчені.

Такий підхід нагадує лабораторні досліди юних хіміків – все змішати та подивитися, що буде. Останній приклад може закінчитися вибухом у лабораторії. А якщо такий «успіх» спіткає адронний колайдер?

Навіщо потрібен невиправданий ризик землянам, тим більше, що експериментатори не можуть з повною впевненістю сказати, що процеси зіткнень частинок, що призводять до утворення температур, що перевищують у 100 тисяч разів температуру нашого світила, не викличуть ланцюгової реакції всієї речовини планети?! Або просто викличуть здатну фатально зіпсувати відпочинок у горах Швейцарії або у французькій Рів'єрі.

Інформаційна диктатура

Навіщо потрібен великий адронний колайдер, коли людство неспроможна вирішити менш складні завдання? Спроба замовчування альтернативної думки лише підтверджує можливість непередбачуваності перебігу подій.

Напевно, там, де вперше з'явилася людина, у неї і було закладено цю двоїсту особливість - робити благо і шкодити собі одночасно. Можливо, нам відповідь дадуть відкриття, які подарує адронний колайдер? Навіщо потрібен був цей ризикований експеримент, вирішуватимуть уже наші нащадки.

Рік тому, у рамках фестивалю «Весна науки», який щорічно проходить у Льєжі, ми із дружиною сконструювали механічну модель колайдера елементарних частинок. Це дуже проста модель, в якій катаються, стикаються та розлітаються металеві кульки. Але за допомогою неї можна продемонструвати з десяток фізичних явищ, що відбуваються у реальних прискорювачах та детекторах. Демонстрація моделі школярам йшла на ура, вони після пояснень самі лізли запускати кульки та реєструвати зіткнення.

Зараз у мене дійшли руки до того, щоб зняти її в дії і розповісти, що цікавого можна за допомогою неї показувати.

Наша механічна модель складається з С-подібної труби з плексигласу, металевої вставки хитрої форми, двох жолобів, які через віконця ведуть у трубу, та піддону з дрібним пісочком, який відіграє роль детектора. Якщо одночасно відпустити дві кульки, то, скатившись по жолобах і влетівши в кільце, вони зіткнуться в центрі металевої секції, вилетять назовні і прокреслять сліди в тонкому шарі піску.

Всі ці явища чисто механічні, тут немає ні електрики, ні магнетизму, ні якогось віртуального моделювання зіткнень. Незважаючи на примітивність, ця модель підкуповує своєю «справжністю». Всі явища відбуваються на наших очах, вони відчутні — проте вони в чомусь схожі на процеси в реальних колайдерах елементарних частинок.

Якщо хтось захоче самостійно зробити подібну модель, то ось кілька зауважень та порад.

1) Найскладніша у виготовленні частина – це труба. Ми замовляли її у фірмі, яка саме гне труби з плексигласу. Головна проблема - зробити так, щоб внутрішня поверхня була гладкою і рівною, без зморшок. При такому співвідношенні радіусу труби і радіусу закруглення це виявилося не так просто, фірма зробила це зовсім не з першої спроби. Наприклад викладаю креслення труби з параметрами, які я запросив у фірми. Можна, звичайно, зробити трубу з чогось іншого, треба тільки переконатися, що матеріал досить жорсткий — інакше кулька не довго котитиметься (на нашій моделі він робить 3-4 обороти, це достатньо для демонстрації).

2) В околиці місця зіткнень труба повинна бути максимально плоскою, щоб дозволити частинкам вилітати вбік без підстрибування. Тому центральна секція у нас виконана у вигляді металевої вставки, яка спочатку повторює кривизну труби, а до центру розпрямляється. Оскільки неможливо прорахувати наперед всі параметри, треба дати собі свободу дій для налаштування цієї секції. Крім того, треба зробити так, щоб на місці стику труби та вставки не було сходинки.

3) Знову ж таки, важко заздалегідь прорахувати, під яким кутом і з якою швидкістю кульки повинні влітати в трубу, щоб потрапити на хорошу траєкторію і не вилетіти в центральній секції. Тут також треба уявити собі свободу маневрів, як у висоті, і по куту. Ми використовували для цього липучки-велкро на кінцях жолобів, на їх тримачі та на віконцях труби.

Ще кілька років тому я гадки не мав що таке адронні колайдери, Бозон Хіггса і для чого тисячі вчених всього світу працюють у величезному фізичному кампусі на кордоні Швейцарії та Франції, закопуючи в землю мільярди доларів.
Потім для мене, як і багатьох інших жителів планети, стали звичними вираз Великий Адронний Колайдер, знання про елементарні частинки, що стикаються в ньому на швидкості світла, і про одне з найбільших відкриттів останнього часу — Бозона Хіггса.

І ось, у середині червня мені представилася можливість на власні очі побачити те, про що стільки говорять і про що бродить стільки суперечливих чуток.
Це була не просто коротка екскурсія, а повноцінний день, проведений у найбільшій у світі лабораторії ядерної фізики – Церні. Тут нам вдалося і поспілкуватися з самими вченими-фізиками, і побачити масу цікавого в цьому науковому кампусі, спуститися у свята-святих — Великий Адронний Коллайдер (а коли він запущений і в ньому проводяться випробування, будь-який доступ ззовні до нього неможливий) , побувати на заводі з виробництва гігантських магнітів для колайдера, в центрі Atlas, де вчені проводять аналіз даних, отриманих в колайдері, потай побувати в новітньому лінійному колайдері, що будується, і навіть, майже як у квесті, практично пройти по тернистому шляху елементарної частини до початку. І побачити, звідки все починається…
Але про все це в окремих постах. Сьогодні просто Великий Адронний Колайдер.
Якщо це можна назвати, просто мій мозок відмовляється зрозуміти, ЯК таке можна було спочатку придумати, а потім побудувати.

2. Багато років тому ця картинка стала всесвітньо відомою. Багато хто вважає, що це і є Великий Адронний у розрізі. Насправді це розріз одного з найбільших детекторів — CMS. Його діаметр складає близько 15 метрів. Це не найбільший детектор. Діаметр Atlas-а близько 22 метрів.

3. Щоб приблизно розуміти, що це взагалі таке і наскільки великий колайдер, подивимося на супутникову карту.
Це передмістя Женеви, зовсім недалеко від Женевського озера. Саме тут базується величезний кампус ЦЕРНу, про який я окремо розповім трохи пізніше, і під землею на різних глибинах розташовується купа колайдерів. Так Так. Він не один. Їх десяток. Великий Адронний просто вінчає цю структуру, образно кажучи, завершуючи ланцюжок колайдерів, якими розганяються елементарні частинки. Про це теж я розповім окремо, пройшовши разом з часткою від Великого (LHC) до першого, лінійного Linac.
Діаметр кільця LHC становить майже 27 кілометрів і він залягає на глибині трохи більше 100 метрів (на малюнку найбільше кільце).
У LHC є чотири детектори - Alice, Atlas, LHCb та CMS. Ми спускалися до детектора CMS.

4. Крім цих чотирьох детекторів, решта простору під землею являє собою тунель, в якому розташовується безперервна кишка з таких синіх сегментів. Це магніти. Гігантські магніти, в яких створюється божевільне магнітне поле, в якому рухаються зі швидкістю світла елементарні частинки.
Усього їх 1734.

5. Усередині магніт являє собою таку складну структуру. Тут маса всього, але найголовніше - це дві порожні трубки всередині, в яких літають протонні пучки.
У чотирьох місцях (у тих самих детекторах) ці трубки перетинаються і протонні пучки стикаються. У тих місцях, де вони стикаються, протони розлітаються на різні частинки, що фіксують детектори.
Це якщо коротко говорити про те, що це за нісенітниця і як вона працює.

6. Отже, 14 червня, ранок, ЦЕРН. Ми приїжджаємо до малопомітного паркану з воротами та невеликою будівлею на території.
Це вхід до одного з чотирьох детекторів Великого Адронного Колайдера – CMS.
Тут я хочу трохи зупинитися, щоб розповісти про те, як нам взагалі вдалося потрапити сюди і завдяки кому.
А всьому «виною» Андрій, наша людина, яка працює в ЦЕРНі, і завдяки якому наше відвідування було не якоюсь короткою нудною екскурсією, а неймовірно цікавою та наповненою величезною кількістю інформації.
Андрій (він у зеленій футболці) ніколи не проти гостей і завжди радий сприяти відвідуванню цієї Мекки ядерної фізики.
Знаєте що цікаво? Це пропускний режим у Колайдері та в ЦЕРНі взагалі.
Так, все по магнітній карті, але… співробітник зі своєї перепустки має доступ на 95% території та об'єктів.
І лише ті, де підвищений рівень радіаційної небезпеки, потрібен спеціальний доступ — це всередину колайдера.
А так — без проблем співробітники пересуваються територією.
На хвилиночку — тут вкладено мільярди доларів і безліч найнеймовірнішого обладнання.
І тут же я згадую якісь занедбані об'єкти в Криму, де все давно нафіг вирізано, проте все мегасекретно, знімати в жодному разі не можна, і об'єкт казна якийсь стратегічний.
Просто тут люди адекватно гадають головою.

7. Такий вигляд має територія CMS. Ніяких тобі понтів у зовнішній обробці та супер-тачок на парковці. Адже можуть собі дозволити. Просто нема чого.

8. ЦЕРН, як провідний світовий науковий центр у галузі фізики, використовує кілька різних напрямків у частині піару. Один із них — так зване «Tree».
У його рамках запрошуються шкільні вчителі з фізики з різних країн та міст. Їм тут показують та розповідають. Потім вчителі повертаються до своїх шкіл і розповідають про побачене учням. Якась кількість учнів, надихнувшись розповіддю, починають з великою цікавістю займатися фізикою, потім йдуть до ВНЗ на фізичні спеціальності і в майбутньому, можливо, навіть потраплять сюди працювати.
Але поки діти ще навчаються у школі, у них також є можливість побувати в ЦЕРНі і, звичайно ж, спуститися до Великого Адронного Колайдера.
Кілька разів на місяць тут проводяться спеціальні дні відкритих дверей для обдарованих дітей з різних країн, закоханих у фізику.
Їх відбирають ті самі вчителі, які були в основі цього дерева та подають пропозиції до офісу ЦЕРНу у Швейцарії.
Так збіглося, що в день, коли ми приїхали побачити Великий Адронний Колайдер, сюди приїхав один із таких гуртів з України — діти, вихованці Малої Академії Наук, які пройшли складний конкурс. Разом з ними ми спустилися на 100-метрову глибину, у серце Коллайдера.

9. Слава з нашими бейджами-перепустками.
Обов'язкові елементи фізиків, що працюють тут, — шолом з ліхтарем і черевики з металевою пластиною на носінні (щоб при падінні вантажу вберегти пальці ніг)

10. Обдаровані діти, захоплені фізикою. За кілька хвилин збудеться їх місця — вони спустяться у Великий Адронний Колайдер

11. Робітники грають у доміно відпочивають перед черговою зміною під землею

12. Контрольно-керуючий центр CMS. Сюди стікаються первинні дані основних датчиків, характеризуючих функціонування системи.
Під час роботи колайдера тут цілодобово працює команда з 8 осіб.

13. Потрібно сказати, що зараз Великого Адронного зупинено на два роки для виконання програми ремонту та модернізації колайдера.
Справа в тому, що 4 роки тому на ньому сталася аварія, після якої колайдер так і не працював на повну потужність (про аварію я розповім у наступному пості).
Після модернізації, яка закінчиться у 2014 році, він має працювати на ще більшій потужності.
Якби колайдер зараз працював, побувати в ньому нам би точно не вдалося

14. На спеціальному технічному ліфті ми спускаємось на глибину понад 100 метрів, де розташований Коллайдер.
Ліфт є єдиним засобом порятунку персоналу разі надзвичайної ситуації, т.к. Сходів тут немає. Тобто це найбезпечніше місце у CMS.
За інструкцією, у разі тривоги весь персонал повинен негайно прямувати до ліфта.
Тут створюється надлишковий тиск, щоб у разі задимлення дим не потрапив усередину і люди не отримали отруєння.

15. Борис переживає, щоб не було задимлення

16. На глибині. Тут все пронизано комунікаціями

17. Нескінченні кілометри проводів та кабелів для передачі даних

18. Тут величезна кількість труб. Так звана кріогеніка. Справа в тому, що всередині магнітів для охолодження використовується гелій. Також потрібне охолодження інших систем, а також гідравліка.

19. У залах обробки даних, розташованих у детекторі розташовано величезну кількість серверів.
Вони об'єднані у так звані тригери неймовірної продуктивності.
Наприклад, перший тригер за 3 мілісекунди із 40 000 000 подій має відібрати близько 400 і передати їх на другий тригер — найвищого рівня.

20. Оптоволоконне божевілля.
Комп'ютерні зали розташовані вище за детектор, т.к. тут зовсім невелике магнітне поле, що не перешкоджає роботі електроніки.
У самому детекторі збір даних здійснювати не вдалося.

21. Глобальний тригер. Він складається із 200 комп'ютерів

22. Який там Apple? Dell !!!

23. Серверні шафи надійно замкнені

24. Кумедний рисунок одному з робочих місць операторів.

25. Наприкінці 2012 року у Великому Адронному Колайдері в результаті експерименту таки було відкрито Бозон Хіггса, і ця подія широко відзначалася працівниками ЦЕРНу.
Пляшки від шампанського після святкування не викинули спеціально, вважаючи, що це лише початок великих справ

26. На підході до самого детектора скрізь таблички, які попереджають про радіаційну небезпеку

26. Всі співробітники Коллайдера мають персональні дозиметри, які вони зобов'язані піднести до зчитувального пристрою і зафіксувати своє знаходження.
Дозиметр накопичує рівень радіації і у разі наближення до граничної дози, інформує співробітника, а також он-лайн передає дані на посаду управління, попереджаючи про те, що біля колайдера знаходиться людина, яка перебуває в небезпеці.

27. Перед самим детектором система доступу найвищого рівня.
Увійти можна, прикладемо персональну карту, дозиметр і пройшовши сканування сітківки ока

28. Що я і роблю

29. І ось він – детектор. Невелике жало всередині — це щось схоже на патрон для дриля, в якому розташовані величезні магніти, які зараз здавалися б зовсім маленькими. Нині магніти відсутні, т.к. проходить модернізація

30. У робочому стані детектор з'єднаний і виглядає єдиним цілим

31. Вага детектора – 15 тисяч тонн. Тут створюється неймовірне за силою магнітне поле.

32. Порівняйте розміри детектора з людьми та технікою, що працюють внизу

33. Кабелі синього кольору - живлення, червоні - дані

34. Цікаво, що під час роботи Великий Адронний споживає за годину 180 мегават електроенергії.

35. Поточні роботи з обслуговування датчиків

36. Численні датчики

37. І харчування до них ... назад повертається оптоволокно

38. Погляд неймовірно розумної людини.

39. Півтори години під землею пролітає, як п'ять хвилин... Піднявшись назад на тлінну землю, мимоволі замислюєшся... ЯК це можна зробити.
І НАВІЩО вони це роблять….

У Європейському центрі ядерних досліджень (ЦЕРН) напередодні його 60-річчя побувала Наталія Дьоміна. Вона впевнена, що після модернізації "Великий адронний колайдер" буде готовий до нових відкриттів.

Тунелем Великого адронного колайдера на велосипеді я так і не покаталася. Хоча два десятки велосипедів, підвішених на спеціальній стійці або прихилених до стіни, явно чекали на охочих. Ми якраз були внизу, як раптом пролунала сирена. Нашу групу відразу поквапили до ліфта, який підняв нас на поверхню, на 90 м нагору. "Якщо в тунелі почнеться пожежа, то все заповниться спеціальною піною, в якій можна дихати", - Заспокоював нас супроводжуючий, веселий афрошвейцарець Абділла Абал (Abdillah Abal). "А ви в ній дихати пробували?"- Запитала я. "Ні!"— відповів він, і всі засміялися.

До будівлі, де проходить експеримент ALICE, за кілька хвилин приїхала пожежна команда. Пошуки причини тривоги тривали близько години — виявилося, що в тунелі спрацював датчик рівня кисню, але нам спуститися вже не дали.

Сам ЦЕРНсхожий на місто, на в'їзді вас зустріне шлагбаум з охоронцем, який перевірить перепустку чи бронь у місцевому готелі-гуртожитку. «Раніше було простіше— кажуть старожили. - Все це з'явилося тільки після того, як сталося кілька неприємних інцидентів, у тому числі і із зеленими».. Що ще за інцидент? ЦЕРН відкритий світові, щодня на його територію та в музей («Сфера науки та інновацій»)приїжджають на екскурсії школярі, студенти та викладачі, яким розповідають про минуле, сьогодення та майбутнє одного з найкращих фізичних центрів світу. У ЦЕРНі, здається, є все: і пошта, і смачний недорогий ресторан самообслуговування, і банк, і японська сакура, і берези російські. Майже рай – що для співробітників, що для відвідувачів. Але існує і якась невелика кількість людей, яким інциденти потрібні як повітря, і треба вміти цьому якось розумно протистояти.

Саме 27-кілометрове кільце знаходиться на глибині 50-150 м на території як Франції, так і Швейцарії. З центру Женеви до ЦЕРНу можна приїхати на звичайному міському трамваї лише 20-30 хвилин. Кордон між двома країнами майже непомітний, і поки мені не сказали: "Дивись, ось кордон"я б її не помітила. Машини та пішоходи їдуть не зупиняючись. Я й сама ходила сюди-туди, від готелю в ЦЕРН, сміючись про себе, що йду на вечерю з Франції до Швейцарії.

До приїзду в ЦЕРН я не знала про ту роль, яку відіграла у будівництві колайдера російська оборонка, що залишилася ще з часів СРСР. Так, для адронного торцевого калориметра детектора CMS треба було створити великий обсяг спеціальних пластин з латуні. Де взяти латунь? З'ясувалося, що на Півночі, на наших військово-морських підприємствах, зібралося багато стріляних гільз, ось їх і переплавили.

«В свій час, коли американці загрожували СРСР “зірковими війнами”, академік Веліхов запропонував розмістити на орбіті лазерну зброю. Для лазерів потрібні були спеціальні кристали, - Розповів мені Володимир Гаврилов, керівник експерименту CMS від Інституту теоретичної та експериментальної фізики (ІТЕФ). - Для цього проекту було збудовано кілька заводів. Але потім все це обвалилося, заводам нема чого робити. Виявилося, що завод у Богородиці Тульській області може робити кристали, які потрібні для CMS».

ЕКСПЕРИМЕНТИ ATLAS І CMS

На Великому адронному колайдері проходить чотири великі експерименти ( ATLAS, CMS, ALICEі LHCb) та три малих ( LHCf, MoEDALі TOTEM). Потік даних із чотирьох великих експериментів складає 15 петабайт (15 млн Гбайт) на рік, що вимагало б для запису 20-кілометрового стоса CD-дисків. Честь відкриття бозона Хіггса належить спільно ATLAS та CMS, у складі цих колаборацій багато вчених із Росії. Усього за 60 років у ЦЕРНі попрацювало понад тисячу російських фахівців. Детектор ATLAS не може не вражати уяву: 35 м заввишки, 33 м завширшки і майже 50 м завдовжки. Микола Зімін, співробітник Об'єднаного інституту ядерних досліджень у Дубніі цього експерименту, який багато років працює в ЦЕРНі, порівняв детектор з гігантською матрьошкою. «Кожен із верхніх шарів детекторів оточує попередній, намагаючись максимально перекрити тілесний кут. В ідеалі потрібно зробити так, щоб усі частки, що вилітають, можна було спіймати і щоб у детекторі були мінімізовані “мертві зони”», - Наголошує він. Кожна з детекторних підсистем, «шари детектора», реєструє ті чи інші частинки, що народжуються під час зіткнення протонних пучків.

Скільки всього «матрьошок» у великій «матрьох-детекторі»? Чотири великі підсистеми, включаючи мюонну та систему калориметрів. У результаті частка, що вилітає, перетинає близько 50 «шарів реєстрації» детектора, кожен з яких збирає ту чи іншу інформацію. Вчені визначають траєкторію руху цих частинок у просторі, їх заряди, швидкості, масу та енергію.

Протонні пучки стикаються тільки в тих місцях, які оточені детекторами, в інших місцях колайдера вони летять паралельними трубами.

Прискорені та запущені у Великий адронний колайдер пучки крутяться протягом 10 годин, за цей час вони проходять шлях у 10 млрд км, що достатньо для подорожі до Нептуна та назад. Протони, що подорожують з майже світловою швидкістю, роблять по 27-кілометровому кільцю 11 245 оборотів в секунду!

Протони, що виходять з інжектора, пропускаються через цілий каскад прискорювачів, поки не потраплять у велике кільце. «ЦЕРНУ, на відміну від російських центрів, удалося кожен свій рекордний для свого часу прискорювач використовувати як прискорювач для наступного», - зазначає Микола Зімін. Почалося все з Протонного синхротрона (PS, 1959), потім був Суперпротонний синхротрон (SPS, 1976), потім Великий електрон-позитронний колайдер (LEP, 1989). Потім LEP вирізали з тунелю, щоб заощадити гроші, і на його місці побудували Великий адронний колайдер. «Потім LHC виріжуть, побудують суперLHC, вже є такі ідеї. А може, відразу почнуть будувати FCC (Future Circular Colliders) і з'явиться вже 100-кілометровий колайдер на 50 ТеВ», - продовжує свою розповідь Зімін.

«Чому тут так добре організовано з погляду безпеки? Тому що унизу багато небезпек. По-перше, саме собою підземелля на 100-метровій глибині. По-друге, там дуже багато кріогенної техніки, ATLAS працює із двома магнітними полями. Одне з них утворене центральним надпровідним соленоїдом, який треба охолоджувати. Друге — найбільшими у світі магнітними тороїдами. Це 25-метрові бублики в одному напрямку і 6-метрові в іншому. У кожному їх циркулює струм в 20 кА. І їх також треба охолоджувати рідким гелієм. Запасеної енергії магнітного поля у нас 1,6 ГДж, тож якщо щось трапиться, то наслідки руйнування детектора можуть бути катастрофічними. У пучковій камері детектора високий вакуум, і якщо він порушиться, то може вийти вибух», - каже Микола Зімін.

«Тут одне з найпорожніших (у сенсі вакууму) місць у Сонячній системі та одне з найхолодніших у Всесвіті: 1,9 К (-271,3 °C). Одночасно – одне з найгарячіших місць у Галактиці», - Так люблять говорити в ЦЕРНі, і все це не перебільшення. На БАКУ - найбільша система охолодження у світі, вона необхідна для підтримки 27-кілометрового кільця в стані надпровідності. У трубах, якими летять пучки протонів, створено ультрависокий вакуум у 10-12 атмосфери, щоб уникнути зіткнень із молекулами газу.

РЕСПУБЛІКИ КОЛАБОРАЦІЙ

Робота на Великому адронному колайдері відбувається за умов постійної наукової конкуренції між колабораціями. Але Бозон Хіггса був відкритий одночасно і групою ATLAS, і групою CMS. Володимир Гаврилов (CMS)наголошує на важливості того, що дві незалежні колаборації працювали над цим завданням одночасно. «Заява про те, що знайшли бозон Хіггса, прозвучала тільки після того, як обидві колаборації видали результати, отримані зовсім різними шляхами, але вказують приблизно на ті самі параметри з можливою для двох детекторів точністю. Зараз ця точність збільшується, і згода між результатами ще краща». «ЦЕРН та колаборації — це різні речі. ЦЕРН – це лабораторія, вона дає вам прискорювач, а колаборації – це окремі держави вчених зі своєю конститутією, своїми фінансами, менеджментом. І люди, які працюють на детекторах, на 90% не співробітники ЦЕРНу, а співробітники інститутів, їхню роботу оплачують держави-учасниці та інститути, і ЦЕРН входить у колаборацію на тих самих підставах, що й інші інститути»., - пояснює Олег Федін із Петербурзького інституту ядерної фізики.

МАЙБУТНЄ ВЕЛИКОГО АДРОННОГО КОЛАЙДЕРА

Вже півтора роки колайдер не працює, інженери та техніки перевіряють та замінюють обладнання. «Ми збираємося запустити перші пучки у січні 2015 року. Коли прийдуть перші цікаві результати, я не знаю. Енергія колайдера буде збільшена майже вдвічі - від 7 до 13 ТЕВ, - це, по суті, нова машина», - Повідомив нам генеральний директор ЦЕРНу Рольф-Дітер Хойєр (Rolf-Dieter Heuer).

На що чекає Рольф Хойєр від пуску БАКа після модернізації? «Я мрію про те, що тут, на Баку, нам вдасться знайти сліди частинок темної матерії. Це буде чудово. Але це лише мрія! Я не можу гарантувати, що ми це знайдемо. І, звичайно, ми можемо відкрити якісь нові речі. З одного боку, є Стандартна модель — вона напрочуд добре описує світ. Але нічого не пояснює. Надто багато параметрів введено вручну. Стандартна модель – це фантастика. Але поза Стандартною моделлю — ще більша фантастика».

Напередодні 60-річчя ЦЕРНуРольф Хойєр зазначає, що всі ці роки науковий центр жив під гаслом: «60 років науки для світу». За його словами, «ЦЕРН не те щоб ігнорував, але намагався триматися якнайдалі від будь-яких політичних питань. З самого заснування ЦЕРНу, коли між Заходом та Сходом був поділ, представники з обох боків могли працювати тут разом. Сьогодні у нас працюють вчені з Ізраїлю та Палестини, Індії та Пакистану… Ми намагаємося триматися поза політикою, ми намагаємося працювати як представники людства, як нормальні люди».

У статті використано брошуру LHC The guide. Електронна версія - на сайті