Большой адронный коллпайдер- мифы и реальность.

Районная научно-практическая конференция учащихся

«Эврика»

Большой адронный коллпайдер- мифы и реальность.

                                                                               Выполнил:

Карпенко Иван Сергеевич

Ученик 11 класса

СОШ №23

Кущевского района

научный руководитель:

Карпенко Любовь Васильевна

учитель физики I категории

СОШ №23

Кущевского  района

2009 год.

Аннотация.

— Фундаментальная наука не ставит и не должна ставить перед собой утилитарных задач. Но хорошо известно, что информационные технологии и Всемирная паутина возникли благодаря внутренним потребностям физики высоких энергий и ядерной физики. Следует напомнить, что современная мобильная связь, цифровая запись звука и изображения и т.д., и т.п. — всё это тоже результаты развития фундаментальной науки. Явление сверхпроводимости используется пока в интересах науки, но уже начинает внедряться в энергетику. Что касается Большого адронного коллайдера, то в данном случае мы имеем дело с уникальным научным экспериментом, последствия которого предугадать невозможно. Ясно, что это будет новое, очень нужное для науки знание, которое приблизит нас к самым сокровенным тайнам мироздания.

Оглавление.

1.Цель проекта.

2 Задачи проекта.

            3. История строительства

            4. участники строительства

            5. испытания.

            6.процесс ускорения частиц в коллайдере

            7.потребление энергии.

            8.изучение хигговского механизма

            9.поиск суперсимметрии

            10. общая стратегия.

            11. рождение и распад бозона Хиггса.

            12. зачем обществу нужна фундаментальная наука.

            13. неконтролируемые  физические процессы

14. Аргументы в пользу катастрофического сценария

15. Аргументы противников катастрофического сценария

 16. На большом адронном коллайдере изучат свойства черных дыр.

 17.  Выводы.

  18. Предложения.

  19. Литература.

Цель проекта:

. Надо четко понимать, что перед практической наукой регулярно встают задачи, которые она сама решить просто не в состоянии — ни с помощью накопленного практического опыта, ни через прозрение изобретателей-рационализаторов, ни методом проб и ошибок. Зато они решаются с помощью фундаментальной науки. Я, как будущий физик-ядерщик,  хочу разобраться в необходимости создания и использовании научного эксперимента связанного с большим адронным коллайдером,и доступным языком развеять опасения скептиков проекта.

Задачи проекта:

1.Рассмотреть принцип действия большого адронного коллайдера.

2. Разобраться в мифах и реальности существующих вокруг большого адронного коллайдера.

История строительства

Искусство — это «я»; наука — это «мы», говорил Клод Бернар. Даже не будучи запущенным, БАК уже многое сделал для науки. Например, объединил учёных всего мира — в один голос они объясняют значимость нового проекта многочисленным непосвящённым.

Идея проекта Большого адронного коллайдера родилась в 1984 году и была официально одобрена десятью годами позже. Его строительство началось в 2001 году, после окончания работы

предыдущего ускорителя — Большого электрон-позитронного коллайдера.

В ускорителе предполагается сталкивать протоны с суммарной энергией 14 ТэВ (то есть 14 тераэлектронвольт или 14·1012 электронвольт) в системе центра масс налетающих частиц, а также ядра свинца с энергией 5,5 ГэВ (5,5·109 электронвольт) на каждую пару сталкивающихся нуклонов. Таким образом, БАК  самый высокоэнергичный ускоритель элементарных  частиц в мире, на порядок превосходит по энергии своих ближайших конкурентов — протон-антипротонный коллайдер Тэватрон, который в настоящее время работает в Национальной ускорительной лаборатории им. Энрико Ферми (США), и релятивистский коллайдер тяжёлых ионов RHIC, работающий в Брукхейвенской лаборатории (США).

Ускоритель расположен в том же туннеле, который прежде занимал Большой электрон-позитронный коллайдер. Туннель с длиной окружности 26,7 км проложен на глубине около ста метров под землёй на территории Франции и Швейцарии. Для удержания и коррекции протонных пучков используются 1624 сверхпроводящих магнита, общая длина которых превышает 22 км. Последний из них был установлен в туннеле 27 ноября 2006 года. Магниты  работают при температуре 1,9 K (−271 °C). Строительство специальной криогенной линии для охлаждения магнитов закончено19 ноября 2006 года.

Кто учавствует:

профессор, заместитель директора Института физики высоких энергий (г. Протвино Московской обл.) (ГНЦ ИФВЭ), координатор российского участия в эксперименте ATLAS на БАК Александр ЗАЙЦЕВ; профессор, заместитель директора по научной работе НИИ ядерной физики им. Д. В. Скобельцына МГУ (ННИЯФ МГУ), координатор участия российских институтов в создании и работе БАК Виктор САВРИН. В проекте участвовали несколько тысяч физиков из 85 стран, в том числе около 700 российских ученых, сотни предприятий и организаций.

Виктор Саврин                                     Александр Зайцев                                          Игорь Ткачев.

По своему научному значению пуск коллайдера под Женевой намного превосходит даже полет на Луну. Над его созданием 14 лет работали ученые 40 стран. Страсть к познанию уже обошлась участникам проекта в 8 миллиардов долларов. Размах исследований столь огромен, что предсказать результаты фактически невозможно. Физики уверены лишь в одном — они не изобретатели, а исследователи. То есть все то, что будет создано в ускорителе, уже существует миллиарды лет. А вот как человечество распорядится открытиями — по сценарию Дэна Брауна или создаст электростанцию — вопрос уже не завтрашнего дня.
Советские физики были первыми
В Проекте БАК принимают участие более 15 российских организаций, среди которых были ведущие научно-исследовательские институты России, работающие в связке с промышленными предприятиями, около 130 украинских ученых из 9 научных подразделов. Некоторые ключевые элементы в сложной конструкции БАКа были смоделированы и произведены в России.Завод в Тульской области создал кристаллы нового типа, которые тяжелее свинца. Это делается только в России, причем эти кристаллы как раз нужны для обнаружения частиц Хиггса", — продолжает В. Матвеев. "КБ в Жуковском создало механизм конструкции для удержания кристаллов. Один из российских авиационных заводов в Нижегородской области сделал уникальные ободы для детектора переходного излучения. В него укрепляются спицы. Конструкция предназначена для микроточного определения траектории взаимодействия частиц.

Запуск БАКа - это, наверное, самая главная новость последнего времени. Кто-то боится этого, ссылаясь на то, что возможен конец света, кто-то наоборот хочет, чтобы запуск произошел как можно быстрее. Так давайте же все-таки разберемся, что это за БАК такой и опасен ли он для существования планеты Земля.

Испытания 2008 год

11 августа успешно завершена первая часть предварительных испытаний. Во время испытаний пучок заряженных частиц прошёл чуть более трёх километров по одному из колец БАК. Таким образом, учёным удалось проверить работу синхронизации предварительного ускорителя, так называемого протонного суперсинхротрона (SPS), и системы правой доставки луча. Эта система передаёт в основное кольцо разогнанные пучки таким образом, что они начинают двигаться по

кольцу по часовой стрелке. В результате испытаний удалось оптимизировать работу системы.

10 сентября был произведён официальный запуск коллайдера. запущенный пучок протонов успешно прошёл весь периметр коллайдера по часовой стрелке. В 17:02 по московскому времени запущенный против часовой стрелки пучок протонов также успешно прошёл весь периметр коллайдера.

12 сентября, команде БАК удалось запустить и непрерывно удерживать циркулирующий пучок в течение 10 минут. Чуть позже пучок был запущен вновь и циркулировал уже непрерывно, прерываясь лишь в случае необходимости. На этом задача по установлению циркулирующего пучка завершилась, и физики приступили к подробным тестам магнитной системы.

19 сентября, в 14:05 по московскому времени, в ходе тестов магнитной системы сектора 3-4 (34) произошёл инцидент, в результате которого БАК вышел из строя. Согласно данным предварительного расследования, подтверждённым и детализированным позднее, один из электрических контактов между сверхпроводящими магнитами расплавился под

действием возникшей из-за увеличения силы тока электрической дуги, которая пробила изоляцию гелиевой системы охлаждения (криогенной системы), что привело к выбросу около 6 тонн жидкого гелия в туннель и, как следствие, резкому росту температуры. Для восстановления криогенной системы потребуется вернуть этот участок ускорителя к комнатной  температуре, а после ремонта — охладить его снова до рабочей температуры.

БАК - самый мощный в истории ускоритель элементарных частиц, созданный при участии физиков из 80 стран на границе Швейцарии и Франции. Несмотря на гигантские размеры, коллайдер ("сталкиватель") предназначен для тех же целей, что и обычный микроскоп - помочь ученым заглянуть в микромир. Однако его "разрешающая способность" в миллиарды раз больше: он может "видеть" элементарные частицы, из которых состоит атом, и даже их составные части - кварки и глюоны.
Максимальная скорость протонов в кольце ускорителя будет составлять 99,99 процента скорости света. За одну секунду пучок элементарных частиц сделает 11245 полных кругов по ускорителю.
Каждую секунду частицы будут сталкиваться около 600 миллионов раз. Температура в месте столкновения будет в 100 тысяч раз больше, чем температура в центре Солнца.
Внутри вакуумных труб, по которым движутся протоны, поддерживается давление 10-13 атмосфер.
Движением потока протонов управляют 9300 магнитов. Они охлаждаются до температуры -193,2 градуса по Цельсию (80 градусов по Кельвину) с помощью 10080 тонн жидкого гелия. Затем в охлаждающие модули заливают 60 тонн жидкого гелия, и температура магнитов падает до -271,3 градуса по Цельсию (1,9 градуса по Кельвину)

Процесс ускорения частиц в коллайдере

Скорость частиц в БАК на встречных пучках близка к скорости света в вакууме. Разгон частиц до таких больших скоростей достигается в несколько этапов. На первом этапе низкоэнергетичные линейные ускорители Linac 2 и Linac 3 производят инжекцию протонов и ионов свинца для дальнейшего ускорения. Затем частицы попадают в PS-бустер и далее в сам PS

(протонный синхротрон), приобретая энергию в 28 ГэВ. После этого ускорение частиц продолжается в SPS (протонный суперсинхротрон), где энергия частиц достигает 450 ГэВ. Затем пучок направляют в главное 26,7-километровое кольцо и в точках столкновения детекторы фиксируют происходящие события.

Потребление энергии

Во время работы коллайдера расчётное потребление энергии составит 180 МВт.. Сам CERN не производит энергию, имея лишь резервные дизельные генераторы.Задачи, стоящие перед LHC

Обычно утверждается, что целью LHC является открытие хиггсовского бозона- частицы масса которой равна массе200 протонов.  Несмотря на всю важность этой задачи, это всего лишь один из пунктов довольно обширной научной программы LHC. Основные пункты этой программы.

Изучение хиггсовского механизма

Физиков интересует, на самом деле, не столько сам хиггсовский бозон, сколько хиггсовский механизм нарушения электрослабой симметрии. Именно изучение этого механизма, возможно, натолкнет физиков на новую теорию нашего мира, более глубокую, чем Стандартная модель.

Поиск суперсимметрии

Суперсимметрия — это очень сильная и глубокая теоретическая идея об устройстве нашего мира. Она пока не подтверждена экспериментом, но, возможно, LHC сможет найти ее проявления

Изучение топ-кварков

Топ-кварки — самые тяжелые из известных на сегодня фундаментальных частиц, причем они намного тяжелее всех остальных кварков. Это наводит физиков на мысль, что топ-кварки могут играть важную роль в самом процессе нарушения электрослабой симметрии. Кроме того, топ-кварки могут оказаться удобным рабочим инструментом для поиска хиггсовского бозона. Всё это требует внимательного изучения свойств топ-кварков на LHC.

Изучение кварк-глюонной плазмы

На LHC будут происходить не только протон-протонные столкновения, но и столкновения ядер свинца (ожидается, что примерно 1 месяц в году будет проходить в режиме ядерных столкновений). При лобовом столкновении двух ультрарелятивистских ядер на короткое время образуется и затем распадается плотный и очень горячий комок ядерного вещества. Понимание происходящих при этом явлений (переход в состояние кварк-глюонной плазмы и ее остывание) очень нужно для построения более совершенной теории сильных взаимодействий, которое окажется очень полезным как для ядерной физики, так и для астрофизики.

Поиск хиггсовского бозона на LHC.

Общая стратегия

В Стандартной модели — единственной на сегодня теории, которая хорошо описывает мир элементарных частиц, — до сих пор не проверено на опыте одно очень важное явление — хиггсовский механизм нарушения электрослабой симметрии.

Проверка этого механизма — одна из центральных задач LHC. Эту задачу можно разбить на три этапа:
1) найти частицу, похожую на хиггсовский бозон,
2) проверить, что эта частица обладает свойствами, которые ожидаются от хиггсовского бозона,
3) выяснить, какой из вариантов хиггсовского механизма согласуется с экспериментальными данными.

Поскольку хиггсовский бозон нестабилен, искать его будут по продуктам распада. На какие частицы распадается бозон Хиггса — зависит от его массы, а она, к сожалению, пока точно неизвестна. Поэтому экспериментаторам на LHC придется искать хиггсовский бозон сразу «по всем фронтам», в диапазоне масс примерно от 100 до 1000 ГэВ. Впрочем, возможно, что новые данные с коллайдера Тэватрон укажут примерное значение массы бозона, что заметно упростит задачу его поиска на LHC.

Рождение и распад бозона Хиггса

В протон-протонном столкновении на LHC соударяются в реальности не протоны целиком, а составляющие их частицы — партоны. Существует несколько механизмов рождения хиггсовского бозона, но доминирующим на LHC будет возникновение хиггсовского бозона в глюон-глюонных столкновениях.

Хиггсовский бозон обладает исключительным свойством — чем тяжелее частица, тем сильнее он к ней «цепляется». Из-за этого распадаться хиггсовский бозон будет преимущественно на самые тяжелые частицы, разрешенные законом сохранения энергии. Именно поэтому картина распада хиггсовского бозона зависит от его массы

Существует четыре основных канала рождения хиггсовского бозона в столкновении партонов из двух встречных протонов:

Рождение в слиянии глюонов: gg → H. В ультрарелятивистском протоне глюоны (с нужной кинематикой) преобладают над остальными партонами, поэтому это доминирующий канал рождения. Этот процесс оказался довольно трудным для расчета потому, что поправки высокого порядка оказались не малы, однако после нескольких лет работы они вычислены с хорошей точностью.

Рождение в слиянии векторных бозонов WW → H или ZZ → H. Виртуальные векторные бозоны, излучаемые и поглощаемые кварками, можно тоже рассматривать как партоны, которых, правда, в протоне чрезвычайно мало. Тем не менее они очень сильно (гораздо сильнее, чем сами кварки) связаны с хиггсовским бозоном, поэтому сечение этого процесса всего в несколько раз меньше, чем слияние глюонов.

Ассоциативное рождение вместе с W- или Z-бозоном. Этот процесс часто называют также Higgsstrahlung («тормозное излучение бозона Хиггса» — по аналогии с bremsstrahlung, тормозным излучением фотонов).

Ассоциативное рождение вместе с топ-кварками. Этот процесс можно представить себе как рождение двух топ-кварк–антикварковых пар, причем кварк и антикварк из разных пар затем сливаются, порождая хиггсовский бозон. Сечение этого процесса еще меньше, но он обладает своей специфической сигнатурой (картиной распада в детекторе), которую можно использовать для поиска хиггсовского бозона.

Узнав впервые о существовании LHC, повосхищавшись его размерами, поудивлявшись непонятности и практической бесполезности его задач, читатель, как правило, задает вопрос: а зачем вообще нужен этот LHC?

В этом вопросе есть сразу несколько аспектов. Зачем людям вообще нужны эти элементарные частицы, зачем тратить столько денег на один эксперимент, какая будет польза для науки от экспериментов на LHC? Здесь я попробую дать ответы, пусть краткие и субъективные, на эти вопросы.

Зачем обществу нужна фундаментальная наука?

Начну с аналогии. Для первобытного человека связка бананов имеет очевидную пользу — их можно съесть. Острый нож тоже полезен на практике. А вот электродрель с его точки зрения — бессмысленная вещь: ее нельзя съесть, из нее нельзя извлечь какую-либо иную непосредственную пользу. Думая исключительно об удовлетворении сиюминутных потребностей, он не сможет понять ценность этого агрегата; он просто не знает, что бывают ситуации, в которых электродрель оказывается чрезвычайно полезной.

Отношение большей части общества к фундаментальной науке — примерно такое же. Только вдобавок человек в современном обществе уже пользуется огромным количеством достижений фундаментальной науки, не задумываясь об этом.

В общем, фундаментальная наука — это основа технологий в долгосрочной перспективе, технологий, понимаемых в самом широком значении. И если какие-то небольшие усовершенствования существующих технологий можно сделать, ограничиваясь сугубо прикладными исследованиями, то создать новые технологии — и с их помощью преодолевать новые проблемы, регулярно встающие перед обществом! — можно, лишь опираясь на фундаментальную науку.

. Люди занимаются наукой, потому что это жутко интересно.

Хорошо, положим, фундаментальной наукой действительно стоит заниматься, раз она спустя несколько десятков лет сможет привести к конкретным практическим достижениям. Тогда давайте будем изучать фундаментальное материаловедение, будем манипулировать отдельными атомами, будем развивать новые методики диагностики веществ, поучимся рассчитывать сложные химические реакции на молекулярном уровне. Можно легко поверить в то, что спустя десятки лет всё это приведет к новым практическим приложениям.

Пока знания ограничиваются лишь «повседневной» физикой, эта тенденция может оставаться незаметной, но чем глубже знакомишься с современной физикой, тем более яркой и завораживающей выглядит эта «математическая экономность» природы. Явление сверхпроводимости и хиггсовский механизм возникновения масс элементарных частиц, электроны в графене и безмассовые элементарные частицы, жидкий гелий и внутренности нейтронных звезд, теория гравитации в многомерном пространстве и сверххолодное облачко атомов — вот лишь некоторые пары разных природных явлений с удивительно схожим математическим описанием. Кстати, иногда в ответ на вопрос о пользе физики элементарных частиц начинают перечислять те конкретные методики и приборы, которые явились побочным результатом изучения элементарных частиц. Их уже немало: адронная терапия раковых опухолей, позитронно-эмиссионная томография, мюонная химия, цифровые малодозные рентгеновские установки, самые разнообразные применения синхротронного излучения, плюс еще несколько методик в процессе разработки. Это всё верно, но надо понимать, что это именно побочная, а не главная польза от физики элементарных частиц.

Поставленные задачи

В начале XX века в физике появились две основополагающие теории — общая теория относительности (ОТО) Альберта Эйнштейна, которая описывает Вселенную на макроуровне, и квантовая теория поля, которая описывает Вселенную на микроуровне. Проблема в том, что эти теории несовместимы друг с другом. Например, для адекватного описания происходящего в чёрных дырах нужны обе теории, а они вступают в противоречие. Эйнштейн многие годы пытался разработать единую теорию поля, но безуспешно, поскольку игнорировал квантовую механику. В конце 1960-х физикам удалось разработать Стандартную модель (СМ), которая объединяет три из четырёх фундаментальных взаимодействий — сильное, слабое и электромагнитное. Гравитационное взаимодействие по-прежнему описывают в терминах ОТО. Таким образом, в настоящее время фундаментальные взаимодействия описываются двумя общепринятыми теориями: ОТО и СМ. Их объединения пока достичь не удалось из-за трудностей создания теории квантовой гравитации. Для дальнейшего объединения фундаментальных взаимодействий в одной теории используются различные подходы:

теория струн, получившая своё развитие в М-теории (теории бран), теория супергравитации, петлевая квантовая гравитация и др. Некоторые из них имеют внутренние проблемы, и ни у одной из них нет экспериментального подтверждения. Проблема в том, что для проведения соответствующих экспериментов нужны энергии, недостижимые на современных ускорителях заряженных частиц. БАК позволит провести эксперименты, которые ранее было невозможно провести и, вероятно, подтвердит или опровергнет часть этих теорий. Так, существует целый спектр физических теорий с размерностями больше четырёх, которые предполагают существование «суперсимметрии» — например, теория струн, которую иногда называют теорией суперструн именно из-за того, что без суперсимметрии она утрачивает физический смысл. Подтверждение существования суперсимметрии, таким образом, будет косвенным подтверждением истинности этих теорий.

Неконтролируемые физические процессы

Некоторые специалисты и представители общественности высказывают опасения, что имеется отличная от нуля вероятность выхода проводимых в коллайдере экспериментов из-под контроля и развития цепной реакции, которая при определённых условиях теоретически может уничтожить всю планету. На подобных настроений БАК иногда расшифровывают как Last Hadron Collider (Последний Адронный Коллайдер).В этой связи наиболее часто упоминается теоретическая возможность появления в коллайдере микроскопических чёрных дыр, а также теоретическая возможность образования сгустков антиматерии и магнитных монополей с последующей

цепной реакцией захвата окружающей материи.

Аргументы в пользу катастрофического сценария

По мнению сторонников катастрофического сценария, существует принципиальная разница между бомбардировкой Земли космическими частицами и экспериментами на ускорителе. В первом случае сталкиваются прилетающие из космоса ультрарелятивистские (летящие со скоростью, близкой к скорости света) элементарные частицы с элементарными частицами

на Земле, скорость которых мала. Образующиеся частицы также являются ультрарелятивистскими и улетают в космическое пространство, не успев причинить Земле никакого вреда.[источник не указан 46 дней] В коллайдере же сталкиваются пучки

элементарных частиц, летящие с ультрарелятивистскими скоростями в противоположных направлениях. Образующиеся микроскопические чёрные дыры и другие опасные частицы могут вылетать с любыми скоростями. Некоторые из них будут настолько медленными, что не смогут покинуть Землю.Общая теория относительности в виде, предложенном Эйнштейном, не допускает возникновения микроскопических чёрных дыр в коллайдере. Однако они будут возникать, если верны теории с дополнительными пространственными измерениями. По мнению сторонников катастрофического сценария, хотя такие теории и умозрительны, вероятность того, что они верны, составляет десятки процентов. Излучение Хокинга, приводящее к испарению чёрных дыр, также является гипотетическим — оно никогда не было экспериментально подтверждено. Поэтому есть достаточно большая вероятность того, что оно не действует.

Кроме того, высока вероятность образования страпелек. В случае развития колосальных

энергий(1039 МэВ) возможен кварковый распад. Однако такой исход событий имеет вероятность куда ниже, чем образования черной дыры, или образования страпелек.

Аргументы противников катастрофического сценария.

Сравнение с природными скоростями и энергиями.

Ускоритель предназначен для сталкивания таких частиц, как адроны и атомарные ядра. Однако, существуют природные источники частиц, скорость и энергия которых значительно выше, чем в коллайдере . Такие природные частицы обнаруживают в космических лучах. Поверхность планеты Земля частично защищена от этих лучей, но, проходя через атмосферу, частицы космических лучей сталкиваются с атомами и молекулами воздуха. В результате этих природных

столкновений в атмосфере Земли рождается множество стабильных и нестабильных частиц. В результате, на планете уже в течение многих миллионов лет присутствует естественный радиационный фон. То же самое (сталкивание элементарных частиц и атомов) будет происходить и в БАК, однако с меньшими скоростями и энергиями, и в гораздо меньшем количестве.

Если чёрные дыры могут возникать в ходе столкновения элементарных частиц, они также будут и распадаться на элементарные частицы, в соответствии с принципом CPT-инвариантности, являющимся одним из самых фундаментальных принципов квантовой механики.

Далее, если бы гипотеза существования стабильных чёрных микро-дыр была верна, то они бы образовывались в больших количествах в результате бомбардировки Земли космическими элементарными частицами. Но бо́льшая часть прилетающих из космоса высокоэнергетических элементарных частиц обладают электрическим зарядом, поэтому часть чёрных дыр были бы

электрически заряжены. Эти заряженные чёрные дыры захватывались бы магнитным полем Земли и, будь они в самом деле опасны, давно разрушили бы Землю.

К тому же, любые чёрные дыры, заряженные или электрически нейтральные, захватывались бы белыми карликами и нейтронными звёздами (которые, как и Земля, бомбардируются космическим излучением) и разрушали их. В результате время жизни белых карликов и нейтронных звёзд было бы гораздо короче, чем наблюдаемое в действительности. Кроме того,разрушаемые белые карлики и нейтронные звёзды испускали бы дополнительное излучение, которое в действительности не наблюдается.

Наконец, теории с дополнительными пространственными измерениями, предсказывающие возникновение микроскопических чёрных дыр, не противоречат экспериментальным данным, только если количество дополнительных измерений не меньше трёх. Но при таком количестве дополнительных измерений должны пройти миллиарды лет, прежде чем чёрная дыра причинит Земле сколько-нибудь существенный вред. Энергия связи при столкновении 2 протонов, масса которых превращается в энергию. 

Страпельки.

Элементарные частицы, состоящие из «верхних», «нижних» и «странных» кварков, и даже более сложные структуры аналогичные атомным ядрам, обильно производятся в лабораторных условиях, но распадаются за время порядка 10-9 сек. Это обусловлено гораздо большей массой странного кварка по сравнению с верхним и нижним. Вместе с тем существует  гипотеза, что достаточно большие «странные ядра», состоящие из примерно равного количества верхних, нижних и странных кварков, могут быть более стабильными. Дело в том, что кварки относятся к фермионам, а принцип Паули запрещает двум одинаковым фермионам находиться в одном и том же квантовом состоянии, вынуждая частицы, «не успевшие» занять низкоэнергетичные состояния, размещаться на более высоких энергетических уровнях. Поэтому если в ядре имеется три разных сорта кварков, а не два, как в обычных ядрах, то большее количество кварков может находиться в низкоэнергетических состояниях, не нарушая принципа Паули. Такие гипотетические ядра, состоящие из трёх сортов кварков, и называются страпельками.

Предполагается, что страпельки, в отличие от обычных атомных ядер, могут оказаться устойчивыми по отношению к спонтанному делению даже при больши́х массах. Если это верно, то страпельки могут достигать макроскопических и даже астрономических размеров и масс.

Предполагается также, что столкновение страпельки с ядром какого-нибудь атома может вызывать его превращение в странную материю, которое сопровождается выделением энергии. В результате во все стороны разлетаются всё новые страпельки, что теоретически может приводить к цепной реакции.

. Но этого не происходит.

Машина времени

По информации международного издания New Scientist (англ.), профессор, доктор физико-математических наук Ирина Арефьева и член-корреспондент РАН, доктор физико-математических наук Игорь Волович полагают, что этот эксперимент может привести к созданию машины времени. Они считают, что протонные столкновения могут породить пространственно-временны́е «кротовые норы».

Противоположных взглядов придерживается доктор физико-математических наук из НИИ ядерной физики МГУ Эдуард Боос, отрицающий возникновение на БАК макроскопических чёрных дыр, а следовательно, «кротовых нор» и путешествий во времени.

На Большом коллайдере изучат свойства черных дыр. Группа физиков и экспериментаторов создала программу, моделирующую свойства черных дыр. Программа  «BlackMax», на создание которой ушло два года, позволит проверить различные теории зарождения и распада черных дыр; результаты моделирования будут, как утверждается, использоваться при проведении экспериментов на БАК.

Общепринятое представление о черной дыре таково:

это область пространства, поле тяготения в которой настолько сильно, что вторая космическая скорость для находящихся в ней тел должна превышать скорость света. Границу черной дыры принято называть горизонтом событий.

Построение компьютерной модели этого образования заинтересовало в первую очередь участников экспериментов (представляющих Университет Западного резервного района (Кливленд, США), Оксфордский и Лондонский университеты) на детекторе ATLAS — одном из двух универсальных детекторов, установленных на БАК. Работа на ATLAS напоминает, по словам исследователей, действия поисковых команд, изучающих место падения самолета, собирающих обломки, а затем определяющих причину крушения. BlackMax предоставляет информацию о теоретической форме распределения частиц при распаде черной дыры; задача ученых — сравнить данные с экспериментом и сделать обоснованный вывод.

Уже первые расчеты дали интересные результаты. К примеру, черные дыры, если они вообще образуются в ходе работы коллайдера, должны рождаться вращающимися. При их распаде следует также ожидать появления большего числа частиц (и более изотропного их распределения в пространстве), чем при взаимодействиях, описываемых Стандартной моделью теории элементарных частиц. Наконец, при определенных условиях черная дыра должная распадаться с образованием гравитонов (гипотетических элементарных частиц, которые служат переносчиками гравитационного взаимодействия).

Один из руководителей исследования Глен Старкман подчеркивает особую важность экспериментов на БАК, замечая, что если ученым удастся зарегистрировать образование черных дыр, то откроется возможность объединения двух величайших достижений ХХ века: квантовой механики и общей теории относительности.

Кроме того, это подтвердит правильность выводов теории струн (в частности, самого, пожалуй, смелого из них: о существовании во Вселенной дополнительных измерений).

Можем ли мы использовать кривизну Вселенной?
Ресурсы алмазов, платины и золота на Земле ограничены. Кроме того, другие планеты возможно приготовили для нас и что-то еще более дорогостоящее. Так что, прежде всего нам стоит попробовать использовать пространственно-временные туннели для экспедиций за ценностями. Иной способ транспортировки не может быть быстрее скорости света. Но ведь и скорость света слишком мала для нас, поскольку транспортировка даже с ближайших планет заняла бы времени больше, чем длится человеческая жизнь.

Есть ли у нас какие-нибудь видимые свидетельства пространственной кривизны?
   Вообще кривизна пространства совсем не обязательно должна быть видна наблюдателю. Все видимое во Вселенной - это простото свет исходящий от областей с высокой температурой, что вовсе не обязательно должно иметь место для, скажем, "червоточины" . Конечно можно попытаться поискать свет от источника, создавшего такую пространственную кривизну. Черная дыра, возможно, является подобным источником кривизны, но мы не можем видеть, что происходит вблизи черных дыр. Что люди уже обнаружили в космическом пространстве?

   Учёные нашли там несколько разновидностей элементарных частиц, планеты, звезды, квазары и какую-то темную материю. Звезды и планеты состоят из элементарных частиц. Для квазвров ученые до сих пор не имеют удовлетворительного описания. Эти загадочные объекты относительно компактны и слишком ярки, чтобы оказаться звездами. Тёмная материя получила своё имя за то, что не излучает света, но обнаруживает себя по гравитационному воздействию. Ученые не пришли пока к определённому заключению насчет типа частиц, из которых темная материя состоит. Есть мнения, что это вовсе и не частицы, а другое, необычное состояние материи.

Как выяснилось, в результате аварии были повреждены многие магниты. Всего из сектора 3-4 были извлечены 53 магнита, 16 из них после осмотра и очистки вернули на свое место, остальные 37 были заменены на запасные. Теперь, спустя более полгода после аварии, квадрупольный магнит, предназначенный для фокусировки пучка частиц, в четверг днем был опущен в туннель, и начал свое путешествие к «рабочему месту» - сектору 3-4.

Теперь специалисты ЦЕРНа( Европейский цетр ядерных исследований) сосредоточатся на работах по соединению магнитов, и по установке систем, предотвращающих аварии.
Новый запуск коллайдера намечен на конец сентября, когда по кольцу начнут циркулировать первые пучки протонов. Первые столкновения встречных пучков, изучая которые физики намерены получить данные о бозоне Хиггса, ожидаются в конце октября.

График предусматривает короткую техническую остановку в рождественские праздники. Затем БАК проработает без перерыва до осени 2010 года, благодаря чему физики смогут собрать достаточно данных и сообщить о первых результатах в 2010 году. План также предусматривает, что эксперименты со столкновениями ионов свинца на установке ALICE начнутся в 2010 году.

Лауреат Нобелевской премии по физике  отметил, что детально говорить об работе коллайдера должны узкие специалисты. При этом ученый напомнил, что все серьезные достижения цивилизации — это достижения современной науки. «Как эти достижения используются — другой вопрос», — подчеркнул Алферов.«Учеными всегда двигала любознательность- Когда ученые шли к открытию деления урана, их мысли были связаны с созданием мощного источника энергии. Первое применение этого открытия было совсем иным, констатировал Жорес Алферов. «Нам очень часто не нравится то, что показывают по телевизору, или что пишут в Интернете. Но упрекать за это ученых, которые сделали возможными эти достижения цивилизации, думаю, нельзя», — сказал лауреат Нобелевской премии.

Через некоторое время планируется поднять энергию до 5 тераэлектронвольт. К концу 2010 года ученые намерены впервые провести эксперименты с ионами свинца. После этого коллайдер будет остановлен, и затем вновь возобновит работу уже на проектной мощности 7 тераэлектронвольт.
Коллайдер был остановлен в сентябре 2008 года после аварии, вызванной дефектом в электрическом контакте.После этого пришлось проверить 10 тысяч сверхпроводящих электрических контактов, однотипных с тем, что вызвал аварию. По словам ученых, они сейчас «намного лучше понимают машину, чем год назад».

обычный двигатель внутреннего сгорания уже пречинил нашей планете гигантский вред, хотя выглядит вполне безобидно. Здесь же речь идёт лишь о научном эксперименте. Хочу напомнить, что истерика, которую подняли журналисты и некоторые физики по поводу опасности, которую будто бы несёт в себе Коллайдер, не подкреплена никакими научными доказательствами - одни лишь допущения! Складывается впечатление, что эти люди озабочены не судьбой планеты, а простым желанием обратить на себя внимание. Конечно, было бы спокойнее проводить такого рода эксперименты где-нибуть подальше от Земли, но тогда это будет стоить просто немыслимо дорого. Исследовать Материю необходимо - это наш вклад в Будущее планеты. Все те достижения современной цивилизации, которые мы имеем и те, что только появляются, родились на основе достижений Физики в XIX столетии. Достижения физиков XX столения станут основой для практической реализации лишь во второй половине нынешнего столетия и можно лишь воображать, в какие чудеса техники они вооплотятся. Коллайдер - фундамент цивилизации в XXII столетии. Давайте поверим его создателям.

По трубе большого адронного коллайдера прошли первые с момента прошлогодней аварии частицы.  Физики утверждают, что процесс восстановления его работы прошли по плану: система, позволяющая управлять пучком частиц с энергией небольшого самолета, подтвердила свою работоспособность.

Возобновление работы коллайдера после более чем годового ремонта прошло успешно

В пятницу, 20 ноября, пучки протонов были запущены в БАК и уже через несколько часов было подтверждено о значительном прогрессе в исследовании. Ремонт и профилактические работы обошлись ЦЕРН в 25 млн евро. 16 декабря 2009 года — БАК остановлен на период рождественских каникул. Работа коллайдера должна возобновиться 7 января 2010 года.

Литература.

1. http://ru. wikipedia. org

1. . http://collayder.com

1. Физика 11 Г.Я. Мякишев
2. Репетитор по физике И.Л. Касаткина
3. Занимательная физика Л.И. Кабардин
4. Квантовая физика   Фейман