Ученые CERN осуществили первый в этом году запуск Большого Адронного Коллайдера. Большой адронный коллайдер Коллайдер андронный 15 мая

Данное событие знаменует собой начало очередного "сезона" работы коллайдера, которые следует за периодом технической остановки, длившегося в данном случае 17 недель. В течение прошлого месяца специалисты Европейской организации ядерных исследований CERN занимались завершением регламентных работ и обслуживания оборудования коллайдера, которые были начаты в декабре 2016 года. На прошедших выходных были выполнены окончательные проверки работоспособности каждого отдельного узла и всего коллайдера в целом, и 1 мая группа управления коллайдером осуществила его полноценный запуск.

Напомним нашим читателям, что Большой Адронный Коллайдер останавливается каждую зиму на своего рода "каникулы", в течение которых инженеры и обслуживающий персонал производят крупномасштабные ремонтные работы и работы по модернизации оборудования. Период "каникул" в этом году был длиннее, чем в предыдущих годах, что дало инженерам возможность произвести более сложные работы. К этим работам относится замена некоторых секций сверхпроводящих магнитов, установка нового поглотителя и устройства фокусировки в синхротроне Super Proton Synchrotron, замена достаточно большого количества электрических кабелей.

Произведенные за каникулы модернизации позволят коллайдеру вырабатывать лучи протонов большей яркости, что, в свою очередь, позволит ученым наблюдать за достаточно редкими процессами. "Нашей целью является достижение интегрированной яркости в 45 фемтобарнов^-1 (в прошлом году интегрированная яркость составляла 40 фемтобарнов^-1)" - рассказывает Ренде Штееренберг (Rende Steerenberg), глава группы, осуществляющей управление работой коллайдера, - "Яркость можно увеличить разными способами. Можно просто "загнать" больше лучей протонов в одну точку пространства, а можно и увеличить плотность одного луча. Эти два способа дают разные результаты по стабильности луча, и мы еще не знаем, какой из способов будет самым приемлемым".

В 2016 году коллайдер смог обеспечить стабильность лучей протонов, при которой становится возможным проведение экспериментов и сбор данных, в 49 процентах от общего времени работы ускорителя. А в позапрошлом году этот показатель составлял около 35 процентов. В ходе нынешнего этапа работы коллайдера исследователи планируют еще больше увеличить данный показатель.

В течение первых недель работы в недрах коллайдера будет циркулировать несколько лучей протонов, которые будут использоваться дли проверки работоспособности и калибровки оборудования. Затем количество протонов в ускорителе будет постепенно повышаться, пока их количества не станет достаточным для начала проведения первых столкновений и начала сбора научных данных.

Большой адронный коллайдер , сокращённо БАК (англ. Large Hadron Collider, сокращённо LHC) - ускоритель заряженных частиц на встречных пучках, предназначенный для разгона протонов и тяжёлых ионов и изучения продуктов их соударений. Коллайдер построен в ЦЕРНе (Европейский совет ядерных исследований), находящемся около Женевы, на границе Швейцарии и Франции. БАК является самой крупной экспериментальной установкой в мире. В строительстве и исследованиях участвовали и участвуют более 10 тысяч учёных и инженеров более чем из 100 стран. «Большим» назван из-за своих размеров: длина основного кольца ускорителя составляет 26 659 м; «адронным» - из-за того, что он ускоряет адроны, то есть тяжёлые частицы, состоящие из кварков; «коллайдером» (англ. collider - сталкиватель) - из-за того, что пучки частиц ускоряются в противоположных направлениях и сталкиваются в специальных точках столкновения.

Завершилась на мажорной ноте. Несмотря на поздний запуск и проблемы с одной из вакуумных секций , преследовавшие техников практически весь год, коллайдер все же смог выполнить планы по набору данных и даже превысил их (рис. 1). Интегральная светимость, набранная за 2017 год, достигла 50 fb −1 в детекторах ATLAS и CMS и почти 2 fb −1 в специализированном детекторе LHCb. Полная статистика сеанса Run 2 приближается к отметке 100 fb −1 . Она, конечно, пока еще целиком не обработана, но первые предварительные результаты с учетом статистики 2017 года ожидаются уже этой весной.

Интересно сравнить ход набора данных в 2017 году по сравнению с графиками прошлых лет (рис. 2). Стараясь справиться с технической проблемой, ограничивавшей количество сгустков в пучках, специалисты научились фокусировать их еще сильнее: параметр beta* удалось уменьшить до 30 см. В результате пиковая светимость временами достигала 200% от номинальной. Это позволило физикам впервые реализовать в детекторах ATLAS и CMS такую опцию как «выравнивание светимости» (luminosity leveling). В таком режиме работы светимость коллайдера искусственно понижается в первые часы столкновений небольшим разведением пучков в стороны; она не задирается по максимуму, а держится на постоянном уровне (рис. 3). Это позволяет вести работу в более-менее одинаковых условиях на протяжении длительного времени и упрощает последующий анализ данных. Выравнивание светимости уже давно применяется в детекторе LHCb, но через несколько лет его придется делать и в основных детекторах ATLAS и CMS. Поэтому нелишним было опробовать такой режим уже сейчас, раз пиковая светимость это позволяет.

Программа протонных столкновений завершилась в 2017 году двумя специальными сеансами. Первый - столкновения с расфокусированными пучками, в которых протоны движутся с исключительно малыми поперечными импульсами. Такая конфигурация открывает возможности для изучения мягких адронных процессов. Второй специальный сеанс - это столкновения на пониженной энергии 5,02 ТэВ против обычных 13 ТэВ, который будет полезен для сравнения ядерных столкновений с протонными. Во время этого сеанса, между прочим, специалисты из коллаборации LHCb продемонстрировали чудеса коллайдерной эквилибристики. Они впрыснули прямо в вакуумную трубу , по которой летают протоны, небольшую порцию газообразного ксенона. В результате детектор умудрялся наблюдать одновременно и обычные протон-протонные столкновения, и соударения протонов с неподвижной мишенью - ядрами ксенона.

Изюминкой 2017 года стал короткий сеанс столкновений ядер ксенона. До сих пор LHC работал только с протонами и ядрами свинца. Однако для изучения ядерных эффектов при сверхвысоких энергиях полезно проверить и ядра промежуточных масс. Такой сеанс прошел 12 октября , он продлился восемь часов, и в ходе него все четыре основных детектора регистрировали результаты столкновений (рис. 4).

Рекордами похвастался и IT-отдел ЦЕРНа. Полный объем сырых данных о столкновениях на LHC, накопленный за все время его работы, уже превысил 200 петабайт, которые хранятся на магнитных лентах для более надежной сохранности. Темп поступления данных тоже колоссальный: за один только октябрь поступило 12 петабайт информации о столкновениях.

Наконец, ЦЕРН напоминает, что его исследования не замыкаются на одном лишь Большом адронном коллайдере. В видеоролике CERN in 2017: a year in images пресс-отдел ЦЕРНа собрал воедино самые впечатляющие научные и технические достижения лаборатории в минувшем году.

На Большом адронном коллайдере подвели итоги 2017 года. Новые улучшения, внесённые в конструкцию, позволили увеличить один из важнейших параметров установки – светимость. Теперь она в два раза больше проектной. Планы на год по интегральной светимости тоже перевыполнены. До конца года установке предстоит два технических включения, после чего будут вноситься новые улучшения.

Первый в мире проект ускорителя заряжённых частиц разработал норвежский школьник. В 1923 году Рольф Видероэ придумал устройство, разгоняющее частицы с помощью электрического поля. Впрочем, воплотить проект "в железе" не удалось из-за эффектов, не учтённых юным исследователем.

Первые действующие ускорители появились в начале 1930-х годов. Началась гонка за энергиями. Учёные жаждали разгонять частицы как можно сильнее и заставлять их сталкиваться сначала с неподвижными мишенями, а потом и друг с другом. В этих столкновениях рождались новые, ещё не известные науке частицы. Так ковалась современная физика.

Инженерный гений, подталкиваемый ненасытной жаждой познания, создавал причудливых технических исполинов. Например, для ускорителя в Институте ядерной физики в Гатчине был отлит постоянный магнит с диаметром полюса 6,5 метра!

Сейчас в мире действует примерно десяток больших ускорителей. Есть они, например, в Институте физики высоких энергий в Протвино и в Объединённом институте ядерных исследований в Дубне, где таблицу Менделеева постоянно . Но, конечно, ничто не сравнится с королём королей – Большим адронным коллайдером.

Протоны, ускоряемые электромагнитным полем, несутся навстречу друг другу в туннеле длиной 27 километров. Энергия частиц достигает 13 тераэлектронвольт. Таких ускорителей в истории физики ещё не бывало. Именно такая энергия позволила открыть знаменитый – квант поля, придающего элементарным частицам массу.

На счету ускорителя и – частиц, состоящих из пяти кварков, а не из трёх, как протон или нейтрон. Не говоря о таких мелочах, как , когда-либо достигнутая в эксперименте, и прочих побочных рекордах.

Но, кроме энергии протонов, исследователям важны и другие параметры. В конце концов, мало радости, если старательно ускоренные протоны все как один пролетят мимо друг друга, не столкнувшись.

Между прочим, большинство протонов именно так и делает. Лишь очень малая часть разогнанных частиц встречает "партнёра", чтобы столкнуться с ним лоб в лоб, и, породив новые частицы, порадовать учёных интересной физикой.

Чтобы столкновения происходили чаще, нужно уменьшать диаметр пучка. И в уходящем году на БАК для этого внедрили новую систему. Результаты, как говорится, налицо: как сообщается в релизе , в 2016 году экспериментаторы получали 40 столкновений на 100 миллиардов частиц, а в 2017 году – 60.

Количество столкновений частиц в секунду на квадратный сантиметр поперечного сечения туннеля называется светимостью ускорителя. В этом году её удалось поднять до 2,06 x 10 34 см -2 с -1 , что вдвое выше проектного значения.

Если умножить светимость на время работы ускорителя, получится так называемая интегральная светимость. Можно посчитать её за год, за один эксперимент или за всё время жизни установки.

Это очень удобная величина, чтобы подводить итоги. Она учитывает всё: и сколько экспериментов было проведено за год, и какая светимость наблюдалась в каждом из них. Вопрос, по гамбургскому счёту, прост: достигнута ли плановая интегральная светимость на 2017 год? Как явствует из графика, достигнута и даже превышена. Ура.

График роста интегральной светимости в 2017 году.

На графике представлен рост интегральной светимости коллайдера в 2017 году. Видно, что он достиг 50 обратных фемтобарн, то есть в совокупности на каждый квадратный сантиметр сечения туннеля в этом году пришлось 5 x 10 40 столкновений.

Почему эта величина так важна? Потому что самые интересные события – те, что происходят редко. Насколько они маловероятны, удобно судить по параметру, который специалисты называют сечением события. Например, рождение бозона Хиггса имеет сечение 2 x 10 35 см 2 . Разделив интегральную светимость на это число, получаем, что частица, за открытие которой в 2013 году , в 2017 году родилась 250 тысяч раз.

А в планах у ненасытных физиков очередное улучшение установки. После маленького апгрейда в конце этого года коллайдер проработает до середины 2018 года, а потом остановится на полтора года. За это время энергию частиц планируется поднять до 14 тераэлектронвольт, а светимость увеличить в два раза по сравнению с проектной.

Но и это не предел. В 2022 году стартует новый проект – HL-LHC . За два года работ планируется поднять светимость в 5–7, а возможно, и в 10 раз по сравнению с номинальной. И тогда очень редкие события перестанут быть такими уж редкими.

Какие открытия нам преподнесёт обновлённый коллайдер? Может быть, ? Или , о которой мечтает уже несколько поколений теоретиков? Никто не знает. Человечество ждёт новостей.

Впрочем, мнения специалистов, которые принимают участие в работе БАКа, на данный момент разделились. Некоторые из них прогнозируют невероятный прорыв в научной сфере и открытие ранее неизвестных человечеству областей. Но есть и те, кто предупреждает, что разгон атомных частей может привести к образованию настоящей черной дыры, которая может поглотить не только нашу планету, но и всю Солнечную систему. Более того, отдельные личности утверждают, что запуск коллайдера однажды может разрушить барьер между реальным и потусторонним мирами. Наконец, те, чья фантазия работает на все 100%, предположили, что со дня на день БАК может вообще открыть врата ада – параллельного мира, из которого в наш мир ринется огромное количество нечисти.
По словам некоторых специалистов, уже сейчас во время запусков коллайдера над Европой начали происходить различные аномальные явления. Даже старый ускоритель являлся причиной заметных изменений на планете, а как только будет запушен ускоритель нового типа – ситуация вообще может выйти из под контроля специалистов.
Примечательно, что в минувшем году доктор Эдвард Мантилла, и вовсе, покончил с собой. Мантилла работал в ЦЕРНе, однако перед своей гибелью решил уничтожить огромное количество наработок, которые хранились в памяти компьютеров, к которым у него был доступ.

«Мы сегодня стоим на пороге величайшего открытия или даже конца мира. В скором времени это будет известно, нам остается лишь надеяться на то, что высшие силы, которые снова простят человечеству глупость, не допустят на Земле Апокалипсиса», - написал Мантилла в записке перед своей гибелью.

Как сообщает сетевое издание "Глобальная авантюра" , 9 мая 2017-го года в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН) запущен новый линейный ускоритель протонов – Linac 4, в задачу которого входит повысить производительность Большого адронного коллайдера. Как сообщается в пресс-релизе, для построения этого 90-метрового устройства, способного разгонять элементарные частицы до околосветовой скорости, потребовалось десять лет.

Новый инжектор протонов заменит Linac 2, запущенный четыре десятилетия назад. Linac 4 сможет разгонять пучки отрицательных ионов водорода до энергии 160 МэВ. Это в три раза больше, чем его предшественник.
Как вчера заявил Raymond Veness (входящий в «комитет девяти» сотрудников ЦЕРН), с запуском Linac 4 открылись новые, огромные возможности и 15 мая они планируют впервые запустить Большой адронный коллайдер на максимальную мощность и попытаться «открыть Врата в Параллельный Мир».
Крупнейшая в мире европейская организация по ядерным исследованиям, известная как ЦЕРН (CERN), официально учреждена летом 1953-го года и долгое время широкой публике совершенно не было дела до того, что там происходит. Однако с появлением интернета, то есть возможностью людей быстро находить информацию, обмениваться информацией, мир вдруг узнал про ЦЕРН поистине много нового.

В частности, логотип ЦЕРН при ближайшем рассмотрении представляет собой выставленные по оси и немного повернутые шестерки:

Далее, вдруг как-то так оказалось, что на барельефах Pilier des Nautes (так называемого «Столпа корабельщиков»), поставленного в Париже в 1 веке (тогда город носил название Лютеция) изображено рогатое существо, носящее имя (как следует из надписи) CERNUNNOS.

Как так получилось, что имя демонического божества древней Европы совпало с аббревиатурой центра ядерных исследований - никто не знает. Равно как никто не знает и что на территории CERN делает статуя Шивы, древнего индийского бога разрушения.

Причем что самое удивительное, статуя изображает не просто Шиву, а Шиву, исполняющего космический танец Nadanta (или Tandavam, в зависимости от контекста) - то есть ритуальный танец, открывающий Врата Бездны.

Врата Бездны, Звездные Врата, порталы в другие миры и древнеиндийская космология вполне могут рассматриваться как некая аллегория - мол, живущие в ЦЕРН физики-ядерщики так развлекаются. Однако как свидетельствуют сами физики - им в ЦЕРН живется совсем не весело.

По сути почти все они являются там настоящими пленниками жесточайшей контрольно-пропускной системы, которая не снилась самому ЦРУ. Все передвижения, все коммуникации с внешним миром и друг с другом строго регламентированы.

Некоторые пытаются что-то обнародовать после командировок в ЦЕРН, но тут же «попадают под машину», «выпрыгивают из окон» или вообще исчезают бесследно. Поэтому о том что в ЦЕРН происходит на самом деле, публика может только догадываться, осмысливая комментарии известных физиков, таких как, например, Стивен Хокинг. Он достаточно популярно объясняет прессе что такое Большой адронный коллайдер, (Large Hadron Collider, LHC).
Британский физик Питер Хиггс в 1964 году провел расчет столкновения двух пучков протонов, разогнанных до энергии в 100 миллиардов ГэВ (гигаэлектронвольт). В итоге столкновения двух отдельных протонов должна появляться гипотетическая частица, названная в честь этого ученного бозоном Хиггса, или как впоследствии назвал её нобелевский лауреат Леон Ледерман - «проклятая частица» (goddamn particle).

В ходе публикации главный редактор самостоятельно изменил название частицы, обозвав бозон Хиггса «частицей бога», однако первоначальное название представляется более правильным. По словам Стивена Хокинга облако из бозонов Хиггса будет представлять собой быстро растущую сферу из нестабильного вакуума, в котором понятия пространства и времени перестанут существовать. Сфера будет расти со скоростью света и такой небольшой объект как наша планета она поглотит в один миг.

Теоретически и практически вряд ли, конечно же, создатели CERN настолько безмозглые и не понимают, что делают. Скорее наоборот, они всё знают и понимают, в частности знают и понимают то, чему простых парней вроде Стивена Хокинга в университетах не учат.

Итальянский физик Серджио Бертолуччи (Sergio Bertolucci), назначенный владельцами CERN официальным главным руководителем над исследованиями, еще в 2009-и году сделал для прессы некоторые намеки на то, чем CERN занимается на самом деле. По его словам Большой андронный коллайдер это как дверь в другие, неизвестные измерения, в которые что-то можно отправить. Или наоборот - из которых нечто можно попросить в этот мир прийти.

Естественно, официально никто из CERN никогда прямо не скажет людям правду, однако действительно, если посмотреть на фотографии LHC, большой андронный коллайдер действительно напоминает или те самые звездные врата из фантастических фильмов,или непонятные механизмы, запечатленные на глиняных табличках древнего Вавилона, барельефах храмов древней Индии и Центральной Америки.Образованные люди достаточно быстро провели все параллели, попутно обращая внимание на следующее странное совпадение: как только в медиа появляются официальные пресс-релизы и прочие сообщения CERN о том, что физики включают нечто новое или испытывают - в небе над планетой, а иногда прямо над CERN облака вдруг начинают принимать странную конфигурацию. Образуются новые сильные шторма и торнадо, а иногда даже случаются и большие землетрясения. Но похоже, тех, кто стоит за этими страшными экспериментами, это мало волнует.
В отличие от сотрудников ЦЕРН, которые понимают к чему это может привести. Таких как доктор Эдвард Мантилла, физика из ЦЕРН, который в 2016 году совершил самоубийство, когда понял, какую опасность для планеты представляет ЦЕРН и его исследования.

Сегодня на календаре 16 мая. Будем надеяться, что все же ученые сделают научный прорыв, а не откроют "Врата ада".

С обзором материалов интернета по теме

Татьяна Колесникова

Одно из первых столкновений 2017 года в детекторе ATLAS

23 мая в Большом адронном коллайдере прошли первые в 2017 году столкновения протонов в рамках научной программы коллайдера. Завершена калибровка детекторов и тысяч подсистем крупнейшего ускорителя в мире после зимнего перерыва. Ожидается, что в следующие шесть месяцев коллайдер удвоит объем статистики столкновений при энергии 13 тераэлектронвольт. Об этом сообщает пресс-релиз CERN.

Каждую зиму коллайдер прерывает свою работу для обновления и ремонта систем ускорителя и детекторов. Несколько недель уходит у инженеров на последующий запуск БАК. Так, в этом году первые протонные пучки появились в ускорителе 29 апреля - инженеры проверили работоспособность радиочастотных резонаторов, ответственных за ускорение частиц и постепенно подняли кинетическую энергию частиц до требуемых 6,5 тераэлектронвольт (в 6,5 тысяч раз больше, чем энергия покоя протона). Физики настроили магниты и коллиматоры, корректирующие форму и траекторию пучка и обеспечивающие столкновения между встречными пучками.

С 10 мая начались столкновения в точках пересечения пучков - основных детекторах БАК: ATLAS, LHCb, CMS и ALICE. Главная задача предварительных столкновений - проверка управляемости пучков и тестирование систем детекторов, в частности, корректировка положения точки, в которой пучки сталкиваются. Во время предварительных столкновений используются пучки, состоящие из небольшого количества сгустков (около десяти против более двух тысяч) и гораздо меньшего количества протонов, чем во время сбора научных данных.

Сейчас интенсивность пучков также невелика. Постепенно физики будут наращивать количество протонов в сгустках и делать сгустки плотнее - это ускорит темпы столкновений протонов и сбора статистики. В 2016 году ученые набрали интегральную светимость около 40 обратных фемтобарн - эта величина, согласно пресс-релизу организации, соответствует 6,5 миллионам миллиардов столкновений протонов. По плану на 2017 год ожидается интегральная светимость установки по меньшей мере в 45 обратных фемтобарн. Для сравнения, в 2015 году коллайдер обеспечил интегральную светимость около 4,2 обратных фемтобарн, а за 2012 год Run 1 - 23 обратных фемтобарн.

Одно из первых столкновений в детекторе CMS

В отличие от 2015 и 2016 года, в конце нового сезона работы ускорителя не будет сеанса столкновений с ионами свинца для генерации кварк-глюонной плазмы. Это состояние вещества, моделирующее первые минуты жизни Вселенной. Вместо этого детектор ALICE продолжит обработку данных прошлых лет и будет собирать информацию о протон-протонных столкновениях. Недавно физики о том, что несмотря на небольшую массу протонов, в их столкновениях тоже может образовываться кварк-глюонная плазма.

CMS и ATLAS продолжат исследования свойств бозона Хиггса, открытого в 2012 году. Эксперименты определят параметры рождения и каналов распада частицы, а также то, как она взаимодействует с другими частицами. Кроме того, вместе с экспериментом LHCb (наше интервью с руководителями коллаборации можно прочесть ), физики продолжат анализировать редкие и экзотические процессы в поисках следов Новой физики.

Увеличив объем статистики ученые смогут узнать природу необычных пиков высокоэнергетических событий, которые могут указывать на новые, еще не открытые частицы. К примеру, недавно ATLAS об избытке рождения пар бозон Хиггса-бозон слабого взаимодействия с суммарной энергией три тераэлектронвольта. Статистическая значимость события невелика - не превышает 3,3 сигма, но если его источником окажется реальная частица, то ее масса будет в десятки раз больше, чем у любой из известных элементарных частиц.

Владимир Королёв