меню содержание news295 news296 news297
Вторая вселенная или машина времени почти готова
|
Большой Адронный Коллайдер
Идея проекта Большого адронного коллайдера (БАК) родилась в 1984 году и была офи-
циально одобрена десятью годами позже. Его строительство началось в 2001 году, после
окончания работы предыдущего большого ускорителя CERN - электрон-позитронного
коллайдера LEP ( Large Electron-Positron Collider ).
финансирование: Австрия, Болгария, Бельгия, Великобритания, Венгрия, Германия,
Греция, Дания, Испания, Италия, Нидерланды, Норвегия, Польша, Португалия, Сло-
вакия, Финляндия, Франция, Чехия, Швеция, Швейцария.
наблюдатели: Израиль, Индия, Россия, США, Турция, Япония, Европейская комиссия,
ЮНЕСКО.
место положения: окрестности Женевы, на границе Швейцарии и Франции.
территория: более100 га в Швейцарии и более 450 га во Франции; подземные туннели
охватывают на порядок большую площадь.
персонал: около 3 000 постоянных сотрудников; в проекте участвуют около 6 500
ученых из 80 стран - почти половина специалистов по физике высоких энергий в мире.
Большой адронный коллайдер (Large Hadron Collider), строящийся в Европейском центре ядерных ис-
следований CERN (Centre Europeen de Recherche Nucleaire) усилиями физиков всего мира, является ус-
корителем, предназначенным для ускорения протонов и тяжёлых ионов. Целью проекта LHC прежде
всего является открытие бозона Хиггса - важнейшей из экспериментально не найденных частиц
Стандартной Модели (СМ) - а так же поиск явлений физики вне рамок СМ. Также большое внимание
планируется уделить исследованиям свойств W и Z-бозонов, ядерным взаимодействиям при сверх-
высоких энергиях, процессам рождения и распадов тяжёлых кварков (b и t).
История строительста
Идея проекта LHC родилась в 1984 году и была официально одобрена десятью годами позже. Строи-
тельство LHC началось в 2001 году после окончания работы предыдущего большого ускорителя CERN
- электрон-позитронного коллайдера LEP ( Large Electron-Positron Collider ).
На коллайдере LHC предполагается сталкивать протоны с суммарной энергией 14 ТэВ ( 14 тераэлек-
тронвольт или 14·1012 электронвольт ) в системе центра масс налетающих частиц, а также ядра свинца
с энергией 5,5 ГэВ ( то есть 5,5·109 электронвольт ) на каждую пару сталкивающихся нуклонов.
Большой адронный коллайдер строится в существующем туннеле, который прежде занимал LEP.
Туннель с периметром 26,7 км проложен на глубине около ста метров на территории Франции и Швей-
царии. 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 будут работать при температуре -271 °C. Строительство специальной криогенной линии
для охлаждения магнитов закончено 19 ноября 2006 года.
Первые тестовые столкновения с энергией 900 ГэВ ( Commission Run ) должны быть проведены летом
2008 года. Отметим, что энергия сталкивающихся пучков во время Commission Run будет в два раза
ниже, чем энергия в системе центра масс на коллайдере Tevatron.
В конце 2008 года планируется выход на энергию 7 ТэВ, а потом - достижение проектной энергии в
14 ТэВ.
После запуска LHC будет самым высокоэнергичным ускорителем элементарных частиц в мире, почти
на порядок превосходя по энергии своих ближайших конкурентов - протон-антипротонный коллайдер
Tevatron, который в настоящее время работает в Национальной ускорительной лаборатории Э. Ферми
(США) и Релятивистский коллайдер тяжёлых ионов RHIC, работающий в Брукхейвенской лаборатории
(США).
На границе Франции и Швейцарии скоро будет запущен Большой адронный коллайдер, который стро-
или 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 ско-
рости света. Будет воссоздана модель Большого взрыва, благодаря которому и появилась наша Вселен-
ная. Протонам предстоит столкнуться с невиданной доселе энергией – 14 терраэлектронвольт – в мил-
лион раз больше, чем при единичном термоядерном синтезе ( или в 1000 раз больше чем при сверх-
высоких энергетических ливнях частиц, происходящих атмосфере Земли. Сталкиваясь, они образуют
миллионы осколков, которые и предстоит исследовать.
Ученые планируют воспроизвести в ядерной лаборатории те далекие первозданные условия, когда еще
не было протонов и нейтронов, а существовала сплошная кварк - глюонная плазма. Иными словами,
исследователи LHC (Large Hadron Collider) - Большой Адронный Коллайдер, крупнейший на ближайшие
10 лет в мире ускоритель, глубиной туннеля 100 м. SPS ( Super Proton Synchrotron ) - в этом ускорителе
происходит разгон протонов перед их вводом в большой ускоритель. AD (Antiproton Decelerator) - здесь
накапливаются и замедляются антипротоны, из которых можно в дальнейшем получать антивещество
или использовать их в ускорителе. CNGS - пучек нейтрино, генерируемый ЦЕРН для регистрации, в
730 км от Женевы, в Гран-Сассо. PSB - еще один предварительный ускоритель - усилитель, повыщаю-
щий энергию протонов и ионов. ISOLDE - фабрика по производству редких изотопов для нужд меди-
цины и промышленности. LINAC - линейные ускорители, формирующие начальные пучки протонов
и ионов свинца. PS - данный ускоритель не только готовит пучки ускоряемых частиц и ионов, но и
является фабрикой по производству антипротонов. LEIR - кольцо, в котором накапливаются малоэнер-
гичные ионы и протоны. Ученые надеются увидеть мир злементарных частиц в том виде, каковым он
был всего через доли микросекунд после Большого взрыва.
Физики всего мира с нетерпением ждут запуска Большого адронного коллайдера - самого мощного в
истории ускорителя частиц, который летом этого года будет запущен в ЦЕРНе - европейском исследо-
вательском центре, расположенном неподалеку от Женевы. Ожидается, что это устройство позволит
получить новую информацию о частицах и силах, действующих в космосе, а также воспроизвести
условия, близкие к имевшим место вскоре после «большого взрыва», породившего Вселенную.
Однако в среде разработчиков и строителей ускорителя уже бытует мнение, что побочным эффектом
его использования станет возможность путешествий во времени. И если огромный прибор будет ра-
ботать так, как запланировано, то он, вероятно, станет своего рода порталом, по которому хронопуте-
шественники из будущего смогут попасть в наше время. Им-то будут хорошо известны его параметры
и местоположение, а передовые технологии позволят подключить ускоритель к темпоральной схеме.
Идея о путешествиях во времени родилась в 1949 году, когда коллега Альберта Эйнштейна, Курт
Гедель, с помощью теории относительности доказал принципиальную возможность перемещения во
временном потоке. До сих пор его выводы не удалось опровергнуть ни одному ученому, хотя пыта-
лись многие, в том числе и маститые физики. Единственное, но довольно существенное ограничение,
которое следует из выводов Геделя, состоит в том, что путешествовать можно лишь в прошлое. Таким
образом, даже если гости из будущего появятся в нашем времени, путь назад для них будет закрыт.
Осмелится ли кто-нибудь на такой шаг, трудно сказать.
Уолтер Вагнер, владелец ботанического сада на Большом острове Гавайского архипелага, и испанец
Луис Санчо потребовали от судебных властей вмешаться в запуск Европейским центром ядерных
исследований (ЦЕРН) Большого адронного коллайдера.
Расположенный недалеко от Женевы ускоритель, который станет мощнейшим в мире устройством,
способным сталкивать частицы, должен начать разгон протонов уже этим летом, пишет лондонская
газета The Daily Telegraph ( перевод Инопресса.ru ).
Как надеются физики, ускоритель, на создание которого ушло 14 лет и более 8 млрд. долларов, даст
информацию о происхождении Вселенной, поскольку позволит воссоздать условия, имевшие место
спустя одну триллионную долю секунды после Большого взрыва.
После первого пуска еще год уйдет у ученых на настройку сложнейшей аппаратуры. Но уже сейчас
начались международные переговоры о строительстве линейного ускорителя следующего поколения
длиной 50 километров. Среди пяти возможных площадок неплохие шансы имеет территория рядом
с подмосковной Дубной. Правда, эти работы начнутся не раньше 2020 года.
И хотя ученые из ЦЕРН в отчете по безопасности отвергли перспективу, нарисованную Вагнером и
Санчо, те утверждают, что существует как минимум небольшой шанс уничтожить все живое на планете
или даже во Вселенной. По их словам, ЦЕРН недооценивает вероятность, что коллайдер может поро-
дить маленькую черную дыру или «странную» частицу, которая превратит Землю в комок «странной
материи».
Они подали иск в федеральный окружной суд Гонолулу и потребовали временно наложить запрет на
запуск ускорителя до тех пор, пока не появятся отчет по вопросам безопасности и оценка экологичес-
ких последствий эксперимента.
Ответчиками по делу значатся ЦЕРН, министерство энергетики США, Национальная ускорительная
лаборатория им. Ферми и Национальный научный фонд. В министерстве юстиции США заявили, что
именно его юристы будут представлять министерство энергетики на слушании, которое пройдет на
Гавайях в июне.
ЦЕРН не подпадает под юрисдикцию американских судов, однако Вагнер утверждает, что для останов-
ки программы будет достаточно добиться запрета по отношению к лаборатории Ферми и министерству
энергетики, которые помогают с поставками необходимых для ускорителя сверхпроводящих магнитов.
Некоторые специалисты и представители общественности высказывают опасения, что имеется отлич-
ная от нуля вероятность выхода проводимых в коллайдере экспериментов из-под контроля и развития
цепной реакции, которая при определённых условиях теоретически может уничтожить всю планету.
Точка зрения сторонников катастрофических сценариев связанных с работой LHC изложена на сайте
lhcb-public.web.cern.ch/lhcb-public.
В этой связи наиболее часто упоминается теоретическая возможность появления в коллайдере микро-
скопических черных дыр, а также теоретическая возможность образования сгустков антиматерии и
магнитных монополей с последующей цепной реакцией захвата окружающей материи.
Указанные теоретические возможности были рассмотрены специальной группой CERN, подготовив-
шей соответствующий доклад, в котором все подобные опасения признаются необоснованными.
В качестве основных аргументов в пользу необоснованности катастрофических сценариев приводятся
ссылки на то, что Земля, Луна и другие планеты постоянно бомбардируются потоками космических
частиц с гораздо более высокими энергиями. Упоминается также успешная работа ранее введённых в
строй ускорителей, включая Релятивистский ионный коллайдер в Брукхейвене. Возможность образова-
ния микроскопических чёрных дыр не отрицается специалистами CERN, однако при этом заявляется,
что такие объекты не могут возникать при энергиях коллайдера LHC в нашем четырёхмерном простран-
стве, так как для этого потребуется энергия большая на 16 порядков по сравнению с энергией пучков
LHC. Гипотетические микроскопические чёрные дыры могут появляться в экспериментах на LHC в
предсказаниях теорий с дополнительными пространственными измерениями. Такие теории пока не
имеют каких-либо экспериментальных подтверждений. Однако, даже если черные дыры будут возни-
кать при столкновении частиц на LHC они будут чрезвычайно неустойчивыми вследствие излучения
Хокинга и будут практически мгновенно испаряться в виде обычных частиц.
ссылки:
alise.okis.ru
e-gzhel.ru/forum/index.php?showtopic=1595
topdok.nnm.ru/bolshoiy_adronnyiy_kollaiyder_large_hadron_collider/page-9
astronomy-by-tiasv.nnm.ru/adronnyiy_kollaiyder_konec_ili_nachalo
Обнаружены космические лучи, испускаемые соседним загадочным объектом
|
Международная группа исследователей обнаружила приводящий в замешательство избыток электронов
высокой энергии, бомбардирующих Землю из космоса. Источник этих космических лучей неизвестен,
но он должен находиться по соседству с солнечной системой и может состоять из темной материи. О
результатах исследований этой группы сообщается в выпуске журнала Nature от 20 ноября.
"Это большое открытие," говорит соавтор Джон Вефель ( John Wefel) из университета штата Луизиана.
"Такое случилось впервые, что мы увидели дискретный источник ускоренных космических лучей, за-
метный на общем галактическом фоне."
Представление художника о космических лучах, ударяющих в верхние слои
атмосферы Земли. / Simon Swordy, Университет Чикаго. /
Галактические космические лучи представляют собой субатомные частицы, ускоренные почти до ско-
рости света отдаленными взрывами сверхновых звезд и другими, бурно протекающими, явлениями.
Они прорываются сквозь Млечный путь, создавая мглу из частиц высокой энергии, которые врывают-
ся в солнечную систему из разных направлений. Космические лучи состоят, главным образом, из про-
тонов и более тяжелых атомных ядер вперемешку с электронами и фотонами, добавляющими «остроты»
в эту смесь.
Чтобы изучить наиболее мощные и интересные космические лучи, Вефель (Wefel) с коллегами послед-
ние восемь лет проводили, занимаясь запуском серии воздушных шаров в стратосферу над Антаркти-
дой. Каждый раз в качестве полезного груза использовался детектор космических лучей, поставляемый
НАСА (NASA-National Aeronautics and Space Administration - Национальное агентство по аэронавтике и
исследованию космического пространства ), и названный ATIC, сокращенно от Advanced Thin Ionization
Calorimeter -усовершенствованный чувствительный ионизационный калориметр. Группа исследовате-
лей предполагала, что ATIC будет подсчитывать компоненты, из которых состоит обычная смесь ( мас-
са ) частиц, главным образом, это протоны и ионы, но калориметр обнаружил кое-что еще: избыток
электронов высокой энергии.
Вефель сравнивает это с движением по автостраде легковых автомобилей типа «седан», микроавтобу-
сов и грузовых автомибилей- как вдруг стайка стремительно несущихся спортивных авто Ламборгини
(Lamborghinis) появляется в потоке обычного транспорта. "Вы не ожидаете увидеть сразу так много го-
ночных автомобилей на трассе- или, что то же самое, так много электронов высокой энергии в массе
космических лучей." В течение пяти-недельного полета на воздушном шаре в 2000 и 2003 годах ATIC
насчитал 70 избыточных электронов в диапазоне энергий 300-800 гигаэлектрон-вольт ( GeV ).
( "Избыток" означает выход за пределы обычного ожидаемого количества из галактического фона. )
Семьдесят электронов может казаться не очень большим числом, но подобно явлению семидесяти
Ламборгини на автостраде, это существенная прибавка!
На рисунке: подсчеты электронов высокой энергии калориметром ATIC.
Кривая треугольного типа, построенная в соответствии с данными, получена из
модели аннигиляции (уничтожения) темной материи, характеризующей частицу
Калуцы- Клейна (Kaluza-Klein) с массой, обладающей энергией 620 гигаэлектрон-
-вольт (GeV). Подробную информацию можно найти в выпуске журнала Nature
от 20 ноября 2008 года : "Избыток электронов с энергиями 300-800 гигаэлектрон-
-вольт в космических лучах," автор Дж. Чанг и другие ( J. Chang et al).
Надписи на рисунке: ATIC Cosmic Ray Counts - Подсчеты ( энергии )
космических лучей калориметром ATIC.
Excess electrons – избыточные электроны.
Energy (GeV) – энергия ( гигаэлектрон-вольты ).
"Источник этих неожиданных электронов должен находиться относительно близко к солнечной систе-
ме - на расстоянии не более одного килопарсека," говорит соавтор Джим Адамс (Jim Adams) из Центра
космических полетов НАСА им. Маршалла.
Почему источник должен быть поблизости? Адамс (Adams) поясняет : "Электроны высокой энергии
быстро теряют энергию, когда пролетают через галактику. Они отдают энергию двумя основными спо-
собами: (1) когда соударяются с медленными фотонами, этот процесс называется обратным эффектом
Комптона (Compton), и (2) когда они излучают часть своей энергии, двигаясь по спирали в галактичес-
ком магнитном поле." К тому времени, когда электрон совершит путешествие длиной в целый кило-
парсек, он уже не будет обладать такой «высокой энергией».
Следовательно, электроны высокой энергии являются «местными». Некоторые члены исследователь-
ской группы полагают, что источник может быть удален менее, чем на несколько сотен парсеков. Для
сравнения, диск спиральной галактики «Млечный путь» имеет ширину порядка тридцати тысяч парсе-
ков. ( Один парсек приблизительно равен трем световым годам. ).
"К сожалению," - говорит Вефель (Wefel), "мы не можем точно определить местонахождение источника
на небе." Хотя ATIC и регистрирует направление, откуда поступают частицы, достаточно трудно пере-
вести углы прихода этих электронов в небесные координаты. Для начала, детектор находился в корзи-
не воздушного шара, качающейся при движении вокруг Южного полюса в турбулентном вихре высот-
ных ветров; что усложняло определение искомой точки. Кроме того, поступающие электроны имели
направление движения, в какой-то степени искаженное магнитными полями. "Самое лучшее, на что
можно было надеяться, так это то, что ATIC сможет измерить общую анизотропию - одной стороны
звездного неба в сравнении с другой."
На снимках: детектор космических лучей ATIC поднимается в стратосферу,
привязанный к воздушному шару для исследований верхних слоев атмосферы
и другие снимки запуска.
Такая неопределенность дает полную свободу полету фантазии. Минимальные открывшиеся неожи-
данные перспективы, например, включают: соседний пульсар, «микроквазар» или черную дыру из
звездной массы - все они способны ускорять электроны до указанных энергий. Вполне возможно, что
такой источник притаился где-то неподалеку. Недавно запущенный НАСА космический телескоп гам-
ма-излучения Ферми ( Fermi Gamma-ray Space Telescope ) – это только начальный этап в обследовании
звездного неба с помощью приборов с чувствительностью, достаточной для выявления некоторых та-
ких объектов.
Еще более привлекательная перспектива – темная материя.
Существует класс теорий физики, который носит название "Теории Калуцы-Клейна ( Kaluza-Klein )",
которые занимаются поиском того, как согласовать силы гравитации с другими фундаментальными
силами, если взять за основу дополнительные измерения (координаты). Известная человеку обычная
трехмерная (3D) система измерений, может быть дополнена целыми восемью измерениями, которые
вполне вписываются в космическое пространство, окружающее нас. Популярное, но еще не проверен-
ное объяснение сущности темной материи заключается в том, что частицы темной материи «обитают»
в дополнительных измерениях. Мы ощущаем их присутствие через силы гравитации, но не можем
«почувствовать» их никаким другим способом.
Каким образом темная материя производит избыточные космические лучи? Частицы Калуцы-Клейна
(Kaluza-Klein) обладают любопытным свойством (одним из многих), которое заключается в том, что
они являются собственными античастицами. При столкновении двух таких частиц, они истребляют
друг друга, при этом образуется мелкая «пыль» из фотонов и электронов, обладающих высокой энерги-
ей. Электроны не теряются в невидимых измерениях, однако, они материализуются в реальном 3-мер-
ном мире, в котором ATIC может обнаружить их в виде «космических лучей».
"Наши данные можно объяснить наличием облака или скопления темной материейr по соседству с сол-
нечной системой", говорит Вефель (Wefel). "В частности, в соответствии с высказанной гипотезой име-
ется частица Калуцы-Клейна (Kaluza-Klein) с массой, которая обладает энергией порядка 620 гигаэлек-
трон-вольт (GeV), и которая в момент уничтожения должна производить электроны с таким же энерге-
тическим спектром, который мы наблюдаем."
Проверить такую возможность непросто, поскольку темная материя – ну, уж очень темная. Однако
вполне возможно обнаружить облако, осуществляя поиск друг их продуктов процеса уничтожения,
таких, как гамма-лучи. Опять-таки, у космического телескопа Ферми ( Fermi) может оказаться больше
шансов для определения местонахождения источника.
"Что бы это ни было," - говорит Адамс, - "это будет ошеломляющим."
Более подробная информация об этом исследовании приведена в источнике: "Избыток электронов с
энергиями 300-800 гигаэлектрон-вольт в космических лучах ," автор Дж. Чанг и другие ( J. Chang et al ).
в выпуске журнала Nature от 20 ноября, 2008 года.
ссылки:
astrogorizont.com /content/read-Obnaruzheni_kocmicheckie_luchi
science.nasa.gov/headlines/y2008/19nov_cosmicrays.htm
Газета.Ru - По нам стреляет неизвестно что
В магнитосфере найдены генераторы "электронов-убийц"
