«Большой адронный коллайдер - самое совершенное творение человеческого разума!?...»

Тема моей исследовательской работы «Большой адронный коллайдер - самое совершенное творение человеческого разума!?...»

Цель  моей работы:

•        собрать и обобщить научную информацию о Большом Адронном коллайдере.

•         исследовать его географию, предисторию, кооперацию, устройство, принцип действия.

•         Определить применение БАК  для решения фундаментальных физических вопросов и  выявить перспективы его использования.

Задачи, которые я поставила:

1.        Что такое  Большой адронный коллайдер (БАК)?

2.        Исследовать все аргументы за и против БАКа.  

3.        Выявить уникальные свойства  БАКа.

4.         Наметить области его применения.

Что же представляет собой БАК?

Большой адронный коллайдер (БАК) – это ускоритель  тяжелых элементарных частиц, входящих в состав атомного ядра. Это целый подземный завод, занимающий площадь провинциального городка.

           Он построен на глубине 100 м на терри¬тории Франции и Швейцарии, недалеко от Женевы.  Его  строительство началось в 2001 г. Ускоритель расположен в туннеле с  длиной окружности около 27 км. Для удержания  и коррекции протонных пучков используются  почти 2000 сверхпроводящих  магнитов,  длина которых превышает  22 км. Магниты будут работать при  очень низкой температуре, близкой к абсолютному нулю. Работа коллайдера потребует больших  энергозатрат, равных примерно 10% от суммарного годового  энергопотребления кантона  Женева.  

     Главным координатором всех работ является знаменитый ЦЕРН.  В строительстве и эксплуатации самой сложной в ис¬тории человечества экспериментальной установки задействовано более 20 европейских стран, а также США и Япония.

         Наша страна не является  членом ЦЕРНа, однако  она тоже активно участвует в его деятельности. Россия поставляет интеллектуальную элиту: почти каждый четвёртый учёный — наш.

    Главное предназначение колайдера – разгонять  тяжелые элементарные  частицы до огромных скоростей и энергий. Например, при выходе БАК на проектную мощность энергия каждой частицы будет сравнима с кинетической энергией 1000 автомобилей, движущихся со скоростью 100 км/ч.  

    Протоны будут двигаться  по окружности в виде 3 тыс. сгустков. Каждый сгусток состоит из 100 млрд. частиц.

        БАК при этом будет ускорять  протоны до самых высоких энергий,  когда-либо достигавшихся в ускорителях, и сталкивать их «лоб в лоб», создавая при  каждом столкновении тысячи частиц, разлетающихся со скоростью,  близкой к скорости света.

     Сталкиваясь между собой в зоне детекторов, они создадут более 600 миллионов столкновений в секунду. Эти столкновения, или события, как их называют физики, фактически будут происходить между кварками и глюонами, из которых состоят адроны.

    Согласно расчетам, конденсация кварков и глюонов в барионное вещество начинает эффективно «работать» при энергиях порядка 180 Мегаэлектронвольт.

БАК «перекрывает» этот порог — он  способен обеспечить энергию  в тысячу раз больше,  что позволит удерживать полученные капли плазмы достаточно длительное время. Из расчетов российских математиков следует, что высвобождающейся при столкновениях в БАКе энергии вполне достаточно, чтобы «скрутить» пространство-время в точке столкновения в «бараний рог» (точнее, в тор), создав тем самым — идеальный вариант «машины времени».    

    Четыре гигантские системы детекторов, самый большой из которых занял бы половину собора Нотр-Дам в Париже, а самый тяжелый содержит железа больше, чем Эйфелева башня, будут измерять параметры тысяч частиц, разлетающихся при каждом столкновении. Несмотря на огромный размер детекторов, монтаж отдельных элементов должен производиться с точностью до микронов.

Таким образом, обобщив технические характеристики БАКа, я пришла к выводу: Большой Адронный коллайдер - машина превосходных  степеней.

Внимательно посмотрите на слайд. Это общая схема устройства коллайдера.  Главными элементами являются

•        Линейный ускоритель. В нем происходит ускорение протонов с помощью электрического поля.

•        Кольцо БАКа. В нем протоны двигаются в противоположных направлениях по круговой орбите при помощи сильных электромагнитов. При этом рождаются новые частицы.

•        Детекторы, регистрирующие элементарные частицы, рождающиеся в результате соударений протонов.

•        Калориметры для определения энергии частиц.

•        Системы запуска первого уровня, собирающие данные о событиях – столкновениях.

•         Система запуска более высокого уровня, анализирующая эти данные.

•        Процессоры  для обработки данных.

•        Архив данных.

Человечество благополучно пережило 10 сентября 2008 г. — день, когда, согласно предсказаниям современных Нострадамусов, вся Земля с ее миллиардами обитателей должна была в мгновение  ока исчезнуть за горизонтом событий «очень маленькой» черной дыры. В этот день были проведены  первые тестовые испытания Большого адронного коллайдера.

А для чего физикам нужен БАК?

С помощью этой  сложной  экспериментальной установки ученые собираются проникнуть в ранее недостижимые глубины материи.

       Главная задача экспериментов – смоделировать состояние Вселенной, спустя доли секунды после Большого Взрыва и  обнаружить бозон Хиггса.

Бозон Хиггса или частица бога, как называют его журналисты, играет, по мнению ученых, первую скрипку в слаженном оркестре Вселенной. Бозон имеет свой «груз» — поле  Хиггса. Именно оно придает массу всему сущему, прежде всего, элементарным частицам. Но бозон Хиггса существует пока только в теории — о  его энергии, времени жизни, обстоятельствах рождения и том наборе частиц, который получаются  при его распаде, знает только сам создатель теории  шотландский физик Питер Хиггс.

          В рамках Стандартной модели  строения Вселенной предполагается, что должен существовать «царь» всех элементарных  частиц, который примерно в 200  раз тяжелей протона. Бозон Хиггса  вполне подходит на эту роль.

        В тени этого «царя частиц»  скромно ютятся не менее важные  вопросы: что есть масса?

Существуют ли в нашем мире скрытые пространственные измерения и суперсимметрия частиц?

Что собой  представляет темная материя?

 Почему наш мир состоит из вещества  и в нем почти нет антивещества?

Что было, когда во Вселенной еще  ничего не было?

Ответы на эти вопросы судьбоносны для физики.  

Разрешить их и  призван большой адронный коллайдер.

Еще один весомый аргумент в пользу создания БАК - исследование распада протона, что даст      человечеству   «новые возможности для создания  материалов с    эк¬зотическими свойствами».

Однако у БАКа имеются и противники. С одной  точки зрения это  самое совершенное творение человеческого разума.

        С другой - никакое  техническое устройство в истории не ощущало столь  ярого общественного противодействия (создателям коллайдера даже пришлось выступать ответчиками в  суде!). Вопрос стоит о безопасности.

            При работе технического устройства всегда существует вероятность катастрофы. Максимальная вероятность возможных катастрофических сценариев, вызванных неконтролируемым  ходом экспериментов на коллайдере десять процентов. Противники БАКа  считают это  абсолютно  неприемлемым для человечества.

     Оппоненты  БАКа также предполагают, что проникновение в микромир   с использованием  огромных энергий представляет серьезную угрозу для существования Земли. На БАКе действительно могут рождаться микроскопические чёрные дыры. Если бы катастрофический сценарий реализовался, то современная  цивилизация погибла.

       Кроме возможности поглощения  Земли искусственной черной  дырой, выращенной в лаборатории БАКа, в арсенале  приверженцев  сценария «конца света» в результате  столкновения пучков частиц  есть  образование магнитного монополя  Дирака и  сгустков антиматерии.  (Недаром иногда  шутники расшифровывают англоязычное  название как Last  Hadron Collider (Последний адронный коллайдер). В качестве самого  страшного примера опасных игр  со столь мощными энергиями приводится  «страшилка» о том, что,  возможно, загадочное «Молчание  Космоса» — отсутствие любых достоверных  признаков внеземного  разума — связано именно с неумелым  обращением технологических  цивилизаций с такого уровня  устройствами.

Сторонники же  коллайдера   приводят следующие контраргументы. За всю  историю человеческой цивилизации  Землю бомбардировали  миллиарды миллиардов мощнейших космических лучей   — и ничего, человечество живет и  здравствует, и создает искусственные  черные дыры ввиду недостатка  природных.   Что же касается черных дыр, которые могут образоваться при работе коллайдера,  то         главный специалист по этим космическим объектам Стивен Хокинг    сделал ключевое для  понимания физики  открытие: черные дыры, даже самые  крупные, неизбежно испаряются  со временем. На испарение  черных дыр галактических масштабов уходят  миллиарды лет. А вот мелкие…  Мелкие исчезают моментально, за  10-17 секунд, и соответственно у них  просто нет времени на то, чтобы  втянуть в себя хоть сколько-нибудь  существенный объем материи.  Зато, испаряясь, они оставят после себя некое излучение, которое  можно будет обнаружить с помощью  сверхчувствительной аппаратуры  БАК.

  Ожидается, что черные дыры в  БАКе будут возникать приблизительно  каждую секунду, исчезая,  за сверхкороткие  сроки, поэтому никакой опасности  они представлять не смогут даже теоретически.

Зато с их помощью  удастся лучше понять, как  соотносятся между собой  квантовая  механика и гравитация.

Ведь  испарение черных дыр является  квантовомеханическим процессом.

       Уважаемые участники конференции! На основании  проведенной работы я пришла к следующим выводам:

•        большой адронный коллайдер - самое совершенное творение человеческого разума.

•        без использования БАКа невозможно  дальнейшее развитие теоретической физики.

•        информация, полученная с помощью большого адронного коллайдера,  может найти практическое применение для создания машины времени и новых веществ с экзотическими свойствами.