Зачем нужен адронный коллайдер и что случилось с человеком
Большой адронный коллайдер: назначение, открытия и мифы
Большой адронный коллайдер (БАК) — самый большой и мощный ускоритель частиц в мире. Он был построен Европейской организацией ядерных исследований (ЦЕРН).
10 000 ученых и инженеров из более чем 100 разных стран работали вместе над созданием этого проекта. Его строительство стоило 10 миллиардов долларов. В настоящее время это самая большая и сложная экспериментальная исследовательская установка в мире.
Как выглядит Большой адронный коллайдер
Это гигантский замкнутый туннель, построенный под землей. Он имеет длину 27 километров и уходит на глубину от 50 до 175 метров.
Находится коллайдер на границе Франции и Швейцарии, недалеко от города Женева.
Как работает Большой адронный коллайдер
Слово «коллайдер» в этом случае можно перевести как «сталкиватель». А сталкивает он адроны — класс частиц, состоящих из нескольких кварков, которые удерживаются сильной субатомной связью. Протоны и нейтроны являются примерами адрона.
БАК в основном использует столкновение протонов в своих экспериментах. Протоны — это части атомов с положительным зарядом. Коллайдер ускоряет эти протоны в тоннеле, пока они не достигнут почти скорости света. Различные протоны направлены через туннель в противоположных направлениях. Когда они сталкиваются, то можно зафиксировать условия, подобные ранней Вселенной.
Откуда берутся протоны в для столкновения?
Для этого ионизируются атомы водорода. Атом водорода состоит из одного протона и одного электрона. Во время ионизации удаляется электрон и остаётся нужный для эксперимента протон.
БАК состоит из трёх основных частей:
Зачем нужен Большой адронный коллайдер
С помощью БАК можно изучить элементарные частицы и способы их взаимодействия. Он уже многому научил нас в области квантовой физики, и исследователи надеются узнать больше о структуре пространства и времени. Наблюдения, которые делают учёные, помогают понять, какой могла быть Вселенная в течение миллисекунд после Большого взрыва.
Какие открытия совершили на БАК
На данный момент самое большое открытие — это бозон Хиггса. Это одно из важнейших открытий 21 века, объясняющее существование массы частиц во Вселенной. Это подтверждает Стандартную модель, с помощью которой сегодня физики описывают взаимодействие элементарных частиц. Именно на этом взаимодействии основано устройство всей Вселенной.
Суть работы бозона Хиггса в том, что благодаря ему другие элементарные частицы могут иметь и передавать свою массу. Но это очень и очень упрощённое понимание, и если Вам интересно, почитайте научную литературу.
С полным списком всех открытий на Большом адронном коллайдере можно ознакомиться на Википедии.
Может ли коллайер уничтожить Землю
С момента запуска БАК стал объектом разнообразных домыслов. Самый известный — в ходе экспериментов может образоваться чёрная дыра и поглотить планету.
Есть две причины, чтобы не волноваться.
Надеемся, Вам было интересно, как и нам во время работы над этим материалом!
История, мифы и факты
Идея создания коллайдера была озвучена в 1984 году. А сам проект на строительство коллайдера был одобрен и принят аж в 1995 году. Разработка принадлежит Европейскому центру ядерных исследований (CERN). Вообще запуск коллайдера привлек к себе большое внимание не только ученых, но и простых людей со всего мира. Говорили о всевозможных страхах и ужасах, связанных с запуском коллайдера.
Впрочем, кто-то и сейчас, вполне возможно, ждет апокалипсиса, связанного с работой БАК и тресется от одной мысли о том, что будет, если ч взорвется большой адронный коллайдер. Хотя, в первую очередь все боялись черной дыры, которая, сначала будучи микроскопической, разрастется и благополучно поглотит сначала сам коллайдер, а за ним Швейцарию и весь остальной мир. Также большую панику вызывала аннигиляционная катастрофа. Группа ученых даже подала в суд, пытаясь остановить строительство. В заявлении говорилось, что сгустки антиматерии, которые могут быть получены в коллайдере, начнут аннигилировать с материей, начнется цепная реакция и вся Вселенная будет уничтожена. Как говорил известный персонаж из «Назад в Будущее»:
Вся Вселенная, конечно, в самом худшем случае. В лучшем – только наша галактика. Доктор Эмет Браун.
Коллайдер уничтожает землю
А теперь попытаемся понять, почему он адронный? Дело в том, что он работает с адронами, точнее разгоняет, ускоряет и сталкивает адроны.
Адроны – класс элементарных частиц, подверженных сильному взаимодействию. Адроны состоят из кварков.
Столкновение частиц
Как работает большой адронный коллайдер
Детектор на БАК
В составе коллайдера 4 гигантских детектора: ATLAS, CMS, ALICE и LHCb. Помимо основных больших детекторов, есть еще и вспомогательные. Детекторы предназначены для фиксации результатов столкновений частиц. То есть после того, как на околосветовых скоростях сталкиваются два протона, никто не знает чего ожидать. Чтобы «увидеть», что получилось, куда отскочило и как далеко улетело, и существуют детекторы, напичканные всевозможными датчиками.
Большой адронный коллайдер. Фото расположения
Результаты работы большого адронного коллайдера.
Зачем нужен коллайдер? Ну уж точно не для того, чтобы уничтожить Землю. Казалось бы, какой смысл сталкивать частицы? Дело в том, что вопросов без ответов в современной физике очень много, и изучение мира с помощью разогнанных частиц может в буквальном смысле открыть новый пласт реальности, понять устройство мира, а может быть даже ответить на главный вопрос «смысла жизни, Вселенной и вообще».
Какие открытия уже совершили на БАК? Самое знаменитое – это открытие бозона Хиггса (ему мы посвятим отдельную статью). Помимо того были открыты 5 новых частиц, получены первые данные столкновений на рекордных энергиях, показано отсутствие асимметрии протонов и антипротонов, обнаружены необычные корреляции протонов. Список можно продолжать долго. А вот микроскопических черных дыр, которые наводили страх на домохозяек, обнаружить не удалось.
Большой адронный коллайдер
Друзья, любите науку, и она обязательно полюбит Вас! А помочь Вам полюбить науку легко смогут наши авторы. Обращайтесь за помощью, и пусть учеба приносит радость!
masterok
masterokМастерок.жж.рф
Хочу все знать
С момента запуска Большого Адронного Коллайдера, который стал, по сути, первым ускорителем частиц, захватившим общественное внимание, многих занимает вопрос – что случится, если на пути его главного луча окажется живой человек? Что ж, к счастью (или к несчастью?) нам нет нужды гадать – именно это случилось с русским учёным Анатолием Бугорским в 1978 году.
Давайте узнаем как это было.
13 июля 1978 года исследователь из Института физики высоких энергий СССР Анатолий Бугорский, во время ремонта синхрофазотрона У-70 (самого мощного на момент своей постройки ускорителя частиц в мире) случайно оказался на пути главного протонного луча ускорителя.
Событие произошло случайно: во время предыдущего эксперимента высокая интенсивность пучка была не нужна, поэтому автоматическую блокировку двери, как выяснилось позже, отключили. Табло же на двери не светилось из-за перегоревшей лампочки. Кроме того, Бугорский, позвонив на пульт, сказал, что будет в канале через пять минут, а пришёл, видимо, немного раньше, чем оператор снял пучок. Анатолий Петрович наклонился к приборам и его голова попала в невидимую зону опасности.
Луч вошёл в его череп в левой части затылка и вышел слева от носа. Различные источники расходятся в оценках, какое количество ионизирующего излучения в этот момент получил Анатолий, но некоторые говорят, что порядка 200.000 – 300.000 рад. В любом случае, луч был достаточно силён, чтобы прожечь дыру в кости, коже, и мозговой ткани.
Дозы радиации в 200.000 – 300.000 рад, если бы она была поглощена человеческим телом, было более чем достаточно для острой лучевой болезни и смерти. В случае Бугорского, протонный луч оказался настолько узко сфокусированным, что прошёл прямо сквозь тело – если бы он был чуть шире, и поразил большее число клеток, Анатолий наверняка бы погиб.
Справедливости ради следует сказать, что по современным стандартам советский У-70 – это весьма слабый ускоритель. Когда в 2015 году вновь будет запущен Большой Адронный Коллайдер, он будет иметь энергию столкновения двух протонных лучей около 70 ТэВ – это почти в 200 раз больше, чем 67 ГэВ У-70.
Анатолий Бугоский сегодня. Вы можете видеть, что левая часть его лица немного опущена вниз из-за паралича, и на ней нет морщин – следствие того, что она не двигалась в течение 26 лет.
masterok
Мастерок.жж.рф
Хочу все знать
С момента запуска Большого Адронного Коллайдера, который стал, по сути, первым ускорителем частиц, захватившим общественное внимание, многих занимает вопрос – что случится, если на пути его главного луча окажется живой человек?
Что ж, к счастью (или к несчастью?) нам нет нужды гадать – именно это случилось с русским учёным Анатолием Бугорским в 1978 году. Давайте узнаем как это было …
13 июля 1978 года исследователь из Института физики высоких энергий СССР Анатолий Бугорский, во время ремонта синхрофазотрона У-70 (самого мощного на момент своей постройки ускорителя частиц в мире) случайно оказался на пути главного протонного луча ускорителя.
Событие произошло случайно: во время предыдущего эксперимента высокая интенсивность пучка была не нужна, поэтому автоматическую блокировку двери, как выяснилось позже, отключили. Табло же на двери не светилось из-за перегоревшей лампочки. Кроме того, Бугорский, позвонив на пульт, сказал, что будет в канале через пять минут, а пришёл, видимо, немного раньше, чем оператор снял пучок. Анатолий Петрович наклонился к приборам и его голова попала в невидимую зону опасности.
Луч вошёл в его череп в левой части затылка и вышел слева от носа. Различные источники расходятся в оценках, какое количество ионизирующего излучения в этот момент получил Анатолий, но некоторые говорят, что порядка 200.000 – 300.000 рад. В любом случае, луч был достаточно силён, чтобы прожечь дыру в кости, коже, и мозговой ткани.
Дозы радиации в 200.000 – 300.000 рад, если бы она была поглощена человеческим телом, было более чем достаточно для острой лучевой болезни и смерти. В случае Бугорского, протонный луч оказался настолько узко сфокусированным, что прошёл прямо сквозь тело – если бы он был чуть шире, и поразил большее число клеток, Анатолий наверняка бы погиб.
Справедливости ради следует сказать, что по современным стандартам советский У-70 – это весьма слабый ускоритель. Когда в 2015 году вновь будет запущен Большой Адронный Коллайдер, он будет иметь энергию столкновения двух протонных лучей около 70 ТэВ – это почти в 200 раз больше, чем 67 ГэВ У-70.
Анатолий Бугоский сегодня. Вы можете видеть, что левая часть его лица немного опущена вниз из-за паралича, и на ней нет морщин – следствие того, что она не двигалась в течение 26 лет.
Какую опасность может представлять Большой адронный коллайдер?
Самый крупный и мощный ускоритель частиц в мире — Большой адронный коллайдер (БАК) — на днях вернулся к работе. После модернизации ускоритель частиц заработал с удвоенной мощностью. Значит ли это, что все страхи, связанные с его первоначальным запуском, возродились в удвоенном количестве?
Хотя этого события ждали по всему миру, есть два человека, которые хранили молчание: Уолтер Вагнер, офицер ядерной безопасности на пенсии, и испанский журналист Луис Санчо. У них есть своя история, связанная с БАК, и, возможно, именно им мы обязаны за все страшилки, связанные с запуском расщепляющей протоны машины.
Еще за несколько месяцев до того, как коллайдер должны были включить впервые в 2008 году, Вагнер и Санчо подали иск против организаций, стоящих за монструозной машиной: Министерство энергетики США, Национальная ускорительная лаборатория Ферми и Национальный научный фонд.
Будет лишним сказать, что потребовалось много мужества и, возможно, немного безумия, чтобы попытаться засудить любую из этих организаций, на которые работают ярчайшие интеллектуалы человечества, не говоря уж о том, чтобы напасть сразу на всех. Особенно после того, как они закончили строительство 30-летнего проекта стоимостью в 6 миллиардов долларов. В защиту мужчин, Вагнер и Санчо пытались спасти мир от неминуемого, как им казалось, уничтожения.
Среди опасений было и то, что БАК может породить миниатюрную черную дыру, которая буквально поглотит Землю. В своем иске они утверждали:
«В конце концов, вся Земля упадет в растущую микрочерную дыру, которая превратит Землю в черную дыру средних размеров, вокруг которой будут продолжать вращаться луна, спутники, МКС и т. п».
Иск был отклонен, потому что мужчины не смогли доказать наличие «реальной угрозы». Впрочем, на Земле и по сей день остаются люди, которые уверены, что БАК приведет человечество к краху. Хотя Санчо и Вагнер ошиблись — Земля на месте, БАК работает несколько лет подряд — важно понять, почему научная подоплека работы БАК не подразумевает никаких угроз. Понять, почему Большой адронный коллайдер не принесет такого уж катастрофического вреда.
Рождение черной дыры
До сих пор никто не наблюдал и не производил микроскопических черных дыр — даже БАК. Но прежде чем он был включен в первый раз в 2008 году, Вагнер и Санчо опасались, что разгон субатомных частиц до 99,99% скорости света и последующее их столкновение могут создать настолько плотное месиво частиц, что появится черная дыра.
Физики CERN сообщают, что общая теория относительности Эйнштейна предполагает, что на БАК невозможно произвести такое экзотическое явление. Но что, если Эйнштейн ошибался? Этого опасаются Вагнер и Санчо.
Даже если так, другая теория, разработанная известным астрофизиком Стивеном Хокингом, предсказывает, что даже если микроскопическая черная дыра образуется внутри БАК, она мгновенно распадется, не представляя никакой угрозы для существования Земли.
В 1974 году Хокинг предсказал, что черные дыры не просто пожирают материю, но и выплевывают ее в виде чрезвычайно высокоэнергетического излучения Хокинга. Согласно теории, чем меньше черная дыра, тем больше излучения Хокинга она выдает в космос, постепенно сходя на нет. Таким образом, микроскопическая черная дыра, став наименьшей, исчезнет, прежде чем сможет нанести ущерб и уничтожить нас. Возможно, по этой причине мы и не видели микроскопических черных дыр.
Рождение странной материи
Вагнер и Санчо опасаются, что эта странная материя может сливаться с обычной и «может превратить всю Землю в одну большую страпельку». Конечно, опасения Вагнера и Санчо не строятся на их теориях — эти мысли обсуждались в более серьезных научных кругах.
Тем не менее точное поведение странной материи или даже одной страпельки никто не знает; отчасти поэтому страпельки остаются кандидатами на частицы темной материи, которая преобладает в нашей Вселенной.
Для поддержки этой теории физики из Брукхейвенской национальной лаборатории в Нью-Йорке пытаются создать страпельку в Релятивистском коллайдере тяжелых ионов с начала этого века. Пока ни одной страпельки не видели. Но шансы, конечно, всегда есть.
Если Брукхейвенской национальной лаборатории повезет в поисках, остаются опасения, что страпельки, контактируя с обычной материей, начинают цепную реакцию, которая превратит вас, нас и все остальное на Земле в комок странной материи. Сможем ли мы пережить такую трансформацию и что изменится — можно только догадываться. Но неизвестность пугает.
Физики CERN, однако, утверждают, что если Брукхейвену удастся создать страпельку, шансы на то, что она будет взаимодействовать с обычной материей, весьма невелики:
«При таких высоких температурах, которые производятся на коллайдерах, слепить странную материю вместе сложнее, чем образовать лед в горячей воде», — говорят они.
Рождение магнитных монополей
Спустя более полувека такая частица под названием магнитный монополь никогда не создавалась в природе и не наблюдалась в природе. То есть она сугубо гипотетическая. Но это не помешало Вагнеру предположить, что мощная машина вроде БАК может создать первый в истории магнитный монополь, который может уничтожить Землю.
«У таких частиц может быть способность катализировать распад протонов и атомов, заставляя их превращаться в другие типы материи», — писали он и Санчо.
Теория того, что монополь может уничтожать протоны — субатомные строительные блоки всей материи во Вселенной — спекулятивная в лучшем случае, объясняют физики CERN. Но допустим, эта теория верна. В таком случае эта частица будет обладать массой, которая слишком велика, чтобы БАК мог создать такую частицу.
В общем, мы в безопасности.
«Факт существования Земли и других небесных тел исключает возможность создания опасных пожирающих протоны магнитных монополей с помощью БАК», — говорит физики CERN.
Следующие несколько месяцев физики проведут наращивая мощность БАК, чтобы она превысила в два раза предельную мощность, с которой БАК работал во время первого запуска. Это не отменяет тот факт, что Земля едва ли будет уничтожена микроскопическими черными дырами, страпельками или магнитными монополями.