Изменится ли физическая картина мира?

В 2008 году официально запустят самый сложный, дорогой и масштабный физический инструмент в мире — Большой адронный коллайдер. Уже в мае, если все сложится благополучно, в 27−километровом туннеле на границе Франции и Швейцарии начнут сталкиваться друг с другом пучки частиц — протонов или ионов свинца, разогнанных до околосветовой скорости.

Среди продуктов таких столкновений может встретиться что угодно — от микроскопических (но вполне настоящих) черных дыр до кварк-глюонной плазмы, «протовещества» Вселенной, из которого та целиком состояла в первые микросекунды после Большого взрыва, и плюс к тому целый «зоопарк» новых элементарных час­тиц, пока только теоретически предсказанных или не предсказанных вовсе.

Главный из ожидаемых переломов в физике — подтверждение (или опровержение) теории струн, связывающей гравитацию с электрослабыми взаимодействиями (и потому претендующей на роль «теории всего»). Черные дыры в коллайдере, если они будут замечены, могут стать самым убедительным подтверждением этой теории. Другой результат, которого особенно ждут от коллайдера, — частицы «темной материи», которой, по мнению астрономов, в космосе больше, чем обычной.

Но повод воскликнуть «Эврика!», не отходя от коллайдера, ученым вряд ли представится: им предстоит долго разбирать по миллиону гигабайт цифр, выдаваемых детекторами каждый месяц, и уже там искать признаки рождения черной дыры либо легендарного бозона Хиггса.

Самые трудоемкие расчеты сделают распределенными, то есть к ним подключатся тысячи компьютеров по всему миру и в них сможет поучаст­вовать каждый интернет-пользователь. Так что повод переписать все учебники физики может дать ноутбук какого-нибудь шестиклассника.

Что нам это даст? Осознание того, что мир еще сложнее и интереснее, чем мы думали в прошлом году.

Вероятность: 8 из 10.

Что может помешать? Поломка — запуску (из-за проблемы с магнитами его уже переносили на полгода), избыток данных — интерпретации результатов, сложность мироустройства — успеху всей затеи.

комментировать Большой Адронный Коллайдер (Large Hadron Collider, LHC)

Каноничная картинка (масштаб не соблюден, глубина примерно 100 метров, а длина туннеля 26.7 км) :

Коллайдер это ускоритель (в случае LHC — кольцевой), в котором сталкиваются два пучка элементарных частиц. LHC строится с 2001 года в туннеле на границе Франции и Швейцарии, где раньше располагался электронно-позитронный коллайдер LEP. На LHC установлены 4 крупных детектора:

ATLAS (A Toroidal LHC Apparatus)
поиск бозона Хиггса и явлений вне Стандартной модели

CMS (Compact Muon Solenoid)

LHCb (The LHC beauty experiment)
исследование физики b-кварков

ALICE (A Large Ion Collider Experiment)
поиск кварк-глюонной плазмы

О том, насколько много данных будет выдавать коллайдер, свидетельствует тот факт, что, несмотря на аппаратно реализованную трехуровневую фильтрацию «неинтересных» событий, LHC будет генерировать в среднем 500 мегабайт данных в секунду.

LHC будет работать до 2020-х годов, собирая экспериментальный материал. Но есть надежда, что первые значимые результаты появятся уже к концу следующего года. Без всякого сомнения, технический и научный опыт, который был получен при его создании и будет получен при его использовании, сыграет огромную роль в прогнозируемом создании к середине 21-го века Очень Большого Адронного Коллайдера (The Very Large Hadron Collider (VLHC)).

Предположительно на LHC могут быть обнаружены магнитные монополи. Это общее название для гипотетических частиц, обладающих ненулевым магнитным зарядом. Еще Дирак предсказал потенциальную возможность их существования.

2 комментариев Под Женевой сооружается невиданный по мощности ускоритель.

Статья немного устарела, но сойдет для понимания общей картины. Основная мысль, что дыр не будет.

(more…)

11 комментариев Появление черных дыр в результате запуска большого адронного коллайдера

В июле на границе Франции и Швейцарии будет запущен Большой адронный коллайдер, создававшийся на протяжении 14 лет. Это самый большой в мире ускоритель элементарных частиц. На глубине 100 метров по кольцу диаметром 27 километров заряженные частицы будут разгоняться почти до скорости света. Будет воссоздана модель Большого взрыва, благодаря которому и появилась наша вселенная.

Протонам предстоит столкнуться с невиданной доселе энергией – 14 терраэлектронвольт – в миллион раз больше, чем при единичном термоядерном синтезе. Сталкиваясь, они образуют миллионы осколков, которые и предстоит исследовать.
С их помощью ученые надеются значительно продвинуться в понимании, откуда появилась материя и время.

В большом адронном коллайдере физики хотят поймать бозон Хиггса, именуемый также «частицей Бога». На теоретическом обосновании ее существования строятся все современные теории происхождения вселенной. Если «частицу Бога» не найдут, все аккуратно выведенные физиками законы окажутся всего лишь неверными гипотезами. Но Уолтера Вагнера и Луиса Санчо пугает не это. Ученые в своем любопытстве зашли слишком далеко. При столкновении частиц с такой энергией в ускорителе могут образоваться межвременные завихрения или черная дыра. Ее масса начнет расти, сначала она всосет в себя сам коллайдер, затем Швейцарию, Европу, да и всю нашу планету.

Российские участники проекта говорят, что само появление подобных дыр почти невероятно. Но в любом случае их не стоит путать с астрономическими черными дырами. Со своей ничтожной массой рукотворные завихрения просуществуют меньше секунды. Узнать, была ли дыра, можно только изучив продукты распада фотонов.

Большой адронный коллайдер уничтожит вселенную

3 комментариев Слишком много информации

При 20 столкновениях, происходящих в центре каждого детектора через каждые 25 нс, БАК создает больше данных, чем можно зарегистрировать. Так называемые системы запуска выбирают крошечную долю данных, представляющих наибольших интерес, и отбрасывают остальные. Глобальная сеть компьютеров, называемая распределенной сетью (GRID), предоставляет тысячам исследователей во всем мире доступ к сохраненным данным и вычислительные мощности для обработки и анализа

Постоянная отсрочка запуска вызывает беспокойство — чем больше времени требуется БАК, чтобы начать производить значительные количества данных, тем больше возможностей открывается перед все еще работающим Теватроном. Например, найти свидетельство существования бозона Хиггса или что-то не менее захватывающее — в том случае, если природа сыграла злую шутку и дала бозону достаточную массу для того, чтобы обнаружить его уже теперь в растущей горе данных лаборатории Ферми.

В сентябре 2007 г. была выявлена еще одна серьезная проблема: подвижные медные штифты в сменных модулях каналов пучка сломались после того как сектор ускорителя был охлажден до криогенных температур, необходимых для работы, и затем снова отогрет до комнатной температуры.

Весь сектор, на котором проводилось испытание, состоит из 366 сменных модулей, и вскрытие каждого для осмотра и, возможно, ремонта, представляло собой весьма трудоемкую задачу. Команда, занимавшаяся данной проблемой, предложила вставить в канал пучка шар, немного меньший, чем шарик для пинг-понга — достаточно маленький, чтобы поместиться в канале и двигаться по нему под действием сжатого воздуха, и достаточно большой, чтобы остановиться в деформированном модуле. В шар был помещен радиопередатчик, настроенный на 40 МГц — т.е. на ту же частоту, с которой будут двигаться по каналу сгустки протонов. К всеобщему удовлетворению оказалось, что со сбоями работали только шесть модулей сектора.

Когда в ноябре был закончен монтаж соединений между магнитами ускорителя, кольцо замкнулось, открывая дорогу к началу процесса охлаждения всех секторов. Руководитель проекта Лин Эванс (Lyn Evans) заметил: «Для ускорителя такой сложности дела идут достаточно гладко, и мы с нетерпением ждем лета, когда Большой адронный коллайдер начнет выдавать первые данные».

Тысячи процессоров в ЦЕРН объединены, чтобы обеспечить достаточную вычислительную мощность для обработки данных, поступающих от детекторов

8 комментариев Сбои и задержки

Несмотря на использование новых технологий, готовых к подключению в режиме реального времени, в ходе сборки Большого адронного коллайдера происходили сбои и задержки. И это не стало неожиданностью. В прошлом марте во время испытаний произошел «серьезный отказ» одного из магнитов, используемых для фокусировки протонных пучков непосредственно перед точкой столкновения («квадрупольный магнит»). При проверке на механическую прочность при потере катушкой сверхпроводимости во время работы с пучком, часть креплений магнита разрушилась, при этом произошел выброс газообразного гелия. (Кстати, когда рабочие или журналисты входят в туннель, они берут с собой небольшие аварийные дыхательные аппараты.)

Такие магниты устанавливаются группами по три единицы, для сжатия пучка в горизонтальном, затем в вертикальном и снова в горизонтальном направлениях. Такая последовательность обеспечивает точную фокусировку пучка. В БАК используются 24 такие группы. Сначала ученые БАК не знали, не придется ли извлечь из туннеля и поднять на поверхность для переделки все 24 группы, что, возможно, сдвинуло бы график запуска на недели. Причиной неполадки оказалась ошибка при конструировании: проектировщики магнита (исследователи из лаборатории Ферми) не смогли учесть все виды нагрузок. Исследователи из ЦЕРН и лаборатории Ферми лихорадочно работали над решением проблемы, придумывая способ укрепления неповрежденных магнитов прямо в туннеле ускорителя. (Тройку, поврежденную в ходе испытаний, подняли на поверхность для ремонта.)

В июне генеральный директор ЦЕРН Роберт Эймар (Robert Aymar) объявил, что из-за неисправности магнита и ряда других проблем он вынужден отложить запланированный на ноябрь 2007 г. запуск ускорителя до весны этого года. Чтобы сохранить график ввода в эксплуатацию, энергию пучка предполагается наращивать быстрее, чтобы уже к июлю «заняться физикой».