маленькая частица

Вы уже наверное в курсе, что ученые Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН) обнаружили признаки существования так называемой "божественной частицы" - бозона Хиггса. Давайте посмотрим как это было.

4 июля 2012 учеными из европейского центра ядерных исследований ЦЕРН в Швейцарии обнаружили бозон Хиггса — субатомную частицу, называемую «частицей бога». Поиски «божественной» частицей велись почти 50 лет. Обнаружить бозон Хиггса удалось во время экспериментов на Большом адронном коллайдере, основные кольца ускорителя которого находятся в 27-километровом подземном тоннеле.

Бозон Хиггса является важнейшим элементом Стандартной модели — физической теории, описывающей взаимодействие всех элементарных частиц: он объясняет наличие такого явления как масса.

Познакомимся поближе с фантастической машиной, стоимостью до 6 млрд долларов, которая обнаружила бозон Хиггса. Добро пожаловать в мир субатомных частиц!

На фотографии: Английский физик-теоретик, член Королевского Общества Эдинбурга Питер В. Хиггс. Это он в 60-е годы предсказал существование бозона Хиггса, который отвечает за массу всех элементарных частиц.

В своих выступлениях Питер заявлял, что если бозон не будет обнаружен, это будет означать, что он и многие другие физики больше не понимают как взаимодействуют элементарные частицы. Частица Хиггса настолько важна, что американский физик, нобелевский лауреат Леон Ледерман назвал ее «частицей бога».

Итак, как уже говорилось, бозон Хиггса был обнаружен во время экспериментов на Большом адронном коллайдере. Он был построен в научно-исследовательском центре Европейского совета ядерных исследований (ЦЕРН) недалеко от Женевы, на границе Швейцарии и Франции. (Фото Anja Niedringhaus | AP):

Большой адронный коллайдер является самой крупной экспериментальной установкой в мире. Это гигантский ускоритель заряженных частиц, предназначенный для разгона протонов и тяжелых ионов. Посмотрим, как он создавался. На фотографии: идет прокладка туннеля под землёй на территории Франции и Швейцарии с длиной окружности почти 27 км, 2000-й год. Глубина нахождения туннеля — от 50 до 175 метров. (Фото Laurent Guiraud | © 2012 CERN):

В строительстве и исследованиях участвовали и участвуют более 10 000 учёных и инженеров из более чем 100 стран, в том числе и из России. На фотографии: идет монтаж торцевого адронного калориметра детектора ATLAS, который как раз и предназначен для поиска бозона Хиггса и «нестандартной физики», в частности темной материи. Всего на Большом адронном коллайдере работают 4 основных и 3 вспомогательных детектора. 12 августа 2003 года. (Фото Maximilien Brice | © 2012 CERN):

Большим коллайдер назван из-за своих размеров: длина основного кольца ускорителя составляет 26 659 метров. Объезжать 27-километровый подземный тоннель, предназначенный для размещения кольцевого ускорителя, лучше всего на транспорте, 24 октября 2005 год. (Фото Laurent Guiraud | © 2012 CERN):

Электромагнитный калориметр — прибор, который измеряет энергию частиц. В собранном виде представляет собой стену высотой более 6 метров и 7 метров в ширину. Состоит из 3 300 блоков. (Фото Maximilien Brice | © 2012 CERN):

Идея строительство Большого адронного коллайдера родилась в 1984 году и была официально одобрена десятью годами позже. Его строительство началось в 2001 году. На фотографии: кольцевой ускоритель Большого адронного коллайдера, находящейся в подземном тоннеле прямо под Международным женевским аэропортом, 31 мая 2007 года. (Фото Keystone, Martial Trezzini | AP):

Коллайдер называется адронным из-за того, что он ускоряет адроны, то есть тяжелые частицы, состоящие из кварков. 19 октября 2006 года. (Фото Maximilien Brice | © 2012 CERN):

Доставка на место торцевого магнита детектора ATLAS, 29 мая 2007 года. (Фото Claudia Marcelloni | © 2012 CERN): 

Основной целью строительства Большого адронного коллайдера было уточнение или опровержение Стандартной модели — теоретической конструкции в физике, формирование которой было завершено в 1960—1970-х годах, описывающей элементарные частицы и три из четырех фундаментальных взаимодействий (кроме гравитационного): сильное, слабое и электромагнитное. Главной задачей Большого адронного коллайдера было экспериментально доказать существование бозона Хиггса. Он был обнаружен 4 июля 2012.

Это составная часть ALICE — одной из шести экспериментальных установок, сооруженных на Большом адронном коллайдере. 3 584 кристаллов вольфрамата свинца. ALICE оптимизирована для изучения столкновений тяжелых ионов. (Фото Maximilien Brice | © 2012 CERN):

Экспериментальная установка ALICE, 2007 год. (Фото Maximilien Brice | © 2012 CERN): 

Официальный запуск коллайдера был произведен 10 сентября 2008 года. Данные, поступающие с Большого адронного коллайдера, обрабатываются в 140 дата-центрах, расположенных в 33 странах по всему миру. Ежегодно приходится обрабатывать 15 миллионов гигабайт данных! На фотографии: дата-центр в Женеве, 3 октября 2008 года. (Фото Valentin Flauraud | Reuters): 

Детектор ATLAS во время сборки 11 ноября 2005 года. Общие размеры детектора ATLAS: длина — 46 метров, диаметр — 25 метров, общий вес — около 7 000 тонн. На этом детекторе проводят одноименный эксперимент, предназначенный для поиска сверхтяжелых элементарных частиц, в том числе и только что обнаруженного бозона Хиггса. (Фото Maximilien Brice | © 2012 CERN): 

Детектор ATLAS, 22 февраля 2006 года. (Фото Maximilien Brice | © 2012 CERN):

Компактный мюонный соленоид — один из двух больших универсальных детекторов элементарных частиц, созданных в Европейском центре ядерных исследований и предназначенный для исследования свойств микромира. Он расположен в подземной пещере внушительных размеров: 53 метров в длину, 27 метров в ширину и 24 метров в высоту. (Фото Maximilien Brice | © 2012 CERN):

Английский физик Питер Хиггс, чьим именем назвали бозон. Рядом с детектором ATLAS, апрель 2008 года. (Фото Claudia Marcelloni | © 2012 CERN):

Наблюдения за бозонами Хиггса не только позволят разобраться в происхождении массы, но и помогут разгадать загадку темной материи. (Фото Michael Hoch | © 2012 CERN):

Сборка Большого адронного коллайдера, 16 июня 2008 года. (Фото Maximilien Brice | © 2012 CERN):

27-километровый подземный тоннель содержит две трубы, которые идут параллельно и пересекаются лишь в местах расположения детекторов.

На фотографии: линейный ускоритель низкоэнергетических частиц Linac2, расположенный подземном тоннеле. Всего Большой адронный коллайдер имеет шесть главных ускорителей. (Фото Keystone, Martial Trezzin | AP):

Внутренний детектор ATLAS, 23 августа 2006 года. Детектор производит огромное количество информации — около 1 Пбайт = 1 024 Тбайт «сырых» данных в секунду! (Фото Claudia Marcelloni | © 2012 CERN):

В эксперименте ATLAS участвовали около 2 000 ученых и инженеров из 165 лабораторий и университетов из 35 стран, в том числе и из России. (Фото Claudia Marcelloni | © 2012 CERN):

Фантастическая машина — Большой адронный коллайдер. На фотографии: универсальный детектор элементарных частиц — компактный мюонный соленоид. (Фото Maximilien Brice | © 2012 CERN):

В 2009 году стоимость Большого адронного коллайдера оценивалась от 3.2 до 6.4 млрд евро, что делало его самым дорогим научным экспериментом в истории человечества.

На фотографии: один из торцевых калориметров детектора ATLAS, 16 февраля 2007 года. Невероятно большая и сложная конструкция. (Фото Claudia Marcelloni | © 2012 CERN):

Еще одна фотография детектора элементарных частиц — компактного мюонного соленоида, 2007 год.(Фото Maximilien Brice | © 2012 CERN):

Вокруг Большого адронного коллайдера ходило много слухов. Например, что он представляет огромную опасность для человечества, и его запуск может привести к концу света. Поводом стали заявления ученых о том, что в результате столкновений частиц в коллайдере могут якобы образоваться микроскопические черные дыры: после этого появились мнения, что в них может «засосать» всю нашу Землю.

Также, высказывались опасения, что обнаружение бозона Хиггса вызовет бесконтрольный рост массы во Вселенной. Появился даже анекдот: «У физиков есть традиция — один раз в 14 миллиардов лет собираться и запускать адронный коллайдер». Причина слухов оказалась банальной: слова ученых были искажены и неверно интерпретированы журналистами. (Фото Michael Hoch | © 2012 CERN):

Монтаж кольцевого ускорителя в подземном тоннеле, 1 ноября 2007 года. (Фото Maximilien Brice | © 2012 CERN):

Работы внутри пещеры по размещению калориметра (прибора, который измеряет энергию частиц) на детекторе ATLAS, январь 2011 года. (Фото Claudia Marcelloni | © 2012 CERN)

После окончания сеанса работы в 2012 году коллайдер был закрыт (до конца 2014 на текущий момент) на ремонт и модернизацию, в ходе которой он будет доведен до проектной мощности - энергии столкновения в 14 ТэВ. До этого он работал на половинной энергии - 8 ТэВ. Попутно установят дополнительные детекторы. Заодно более чем в сотню раз повысят плотность пучка (точнее, светимость).
Вот после доведения его до проектного состояния основная работа, ради которой его делали, и начнется. До этого, можно сказать, был лишь "пробный подход к снаряду".

На фотографии: восемь труб – это магниты, окружающие калориметра. Вся эта огромная конструкция является частью одного из детекторов частиц Большого адронного коллайдера. (Фото Maximilien Brice | © 2012 CERN):

По мнению учёных, обнаруженный бозон Хиггса может пролить свет на происхождение Вселенной и понять, что представляла из себя Вселенная в первые мгновения после Большого Взрыва. (Фото CERN | AP):

Это был рассказ о Большом адронном коллайдере — фантастической машине, стоимостью под 6 млрд. долларов. (Фото Maximilien Brice | © 2012 CERN):

double slit experiment (observer effect)

p3stie

Опубликованы подробности о мощнейшем луче неизвестной природы

Международная группа астрономов из США, Японии, Южной Кореи, России, а также стран Европы представила документ, где подробно рассказывается об открытии мощнейшего космического луча, чья точная природа пока остается неизвестной. Результаты исследования опубликованы в виде статьи в престижном научном журнале Science. Кратко об открытии сообщается в пресс-релизе на Phys.org.

Космические лучи представляют собой заряженные частицы экстремально высокой энергии из внеземных источников, находящихся, как считается, за пределами галактики Млечный Путь. Чрезвычайно энергичная частица, занимающая по мощности второе место среди когда-либо наблюдавшихся космических лучей, была зафиксирована массивом поверхностных детекторов эксперимента Telescope Array в штате Юта (США) в мае 2021 года.

Необычное событие вызвало срабатывание 23 из 507 детекторов, расположенных на площади примерно 1000 квадратных километров. Энергия предполагаемого протона (или же тяжелого ядра с большим зарядом), столкнувшегося с атмосферой Земли и вызвавшего «ливень» из вторичных частиц, оценивается в 244 эксаэлектронвольт (приставка «экса» соответствует квинтиллиону, или 10 в 18-й степени) или примерно в 40 джоулей. Это примерно в 40 миллионов раз больше, чем энергия протонов, разгоняющихся в Большом адронном коллайдере.

Частица проходила вблизи диска галактики Млечный Путь, где присутствуют достаточно сильные магнитные поля, способные отклонить частицу с энергией даже 244 эксаэлектронвольт. С учетом этого наиболее вероятное направление ее прибытия указывает на Местную Пустоту — полости между Местной группой галактик и близлежащими галактическими нитями. В этой области отсутствуют активные галактики, которые могли бы сгенерировать этот луч. Если бы он шел из более далеких областей, он потерял бы значительную часть своей энергии.

Как пишут авторы, происхождение космического луча может иметь три возможных объяснения. Во-первых, частица могла быть отклонена более сильным магнитным полем, чем предполагают модели. Во-вторых, ее источником мог стать неопознанный космический объект в локальном межгалактическом пространстве. Наконец, само ее существование может указывать на пробелы в современной физике элементарных частиц. Например, высокоэнергетический процесс мог породить первичную частицу неизвестного типа, сохранившую свою энергию в течение полета из более далеких активных галактик.