Дельфис

Начнём с пояснения названия. Большой адронный коллайдер, или сокращенно БАК (англ. Large Hadron Collider, сокращённо LHC), – это ускоритель элементарных частиц. Адроны (греч. ἁδρός – крупный, массивный) – элементарные частицы, участвующие в сильном взаимодействии. Две основные группы адронов – это мезоны, состоящие из кварка и антикварка, и барионы, состоящие из трёх кварков. К барионам относятся нуклоны – протоны и нейтроны, образующие ядра атомов. БАК называется коллайдером (англ. collider – сталкиватель) из-за того, что ускоряемые в противоположных направлениях пучки частиц – адронов – сталкиваются в определённых точках. Характеристики вторичных частиц, образовавшихся в результате столкновений исходных адронов, регистрируются специальными детекторами и дают информацию о свойствах элементарных частиц и их взаимодействий. Ускоряемые частицы – или протоны, или ядра свинца. БАК действительно большой. Он является самой крупной экспериментальной установкой в мире, длина его основного кольца составляет 26 659 м.

БАК сооружён на территории ЦЕРН – Европейского центра ядерных исследований в подземном туннеле длиной 27 км, в котором ранее размещался LEP – Большой электронно-позитронный коллайдер, остановленный в 2000 году. Туннель проходит на территории Швейцарии и Франции на глубине от 50 до 175 м. Строительство БАК началось в 2001 году и завершилось в 2006-м. Ускорение частиц в БАК является многоступенчатым процессом, в котором участвует несколько созданных ранее устройств (рис.1). На первом этапе протоны (или ядра свинца) разгоняются в низкоэнергетических ускорителях Linac 2 и Linac 3, которые передают их в PS-бустер (ускоритель-инжектор). Далее эстафету принимает SPS – протонный суперсинхротрон, и только после него частицы направляются в кольцо БАК.

^{Рис.1. © CERN Copyright. Основные экспериментальные установки y ЦЕРНа (изображение с сайта cdsweb.cern.ch)}

Для того чтобы сделать более понятными некоторые характеристики работы БАК, дадим небольшое пояснение единиц энергии, используемых в физике элементарных частиц. Основной единицей является электронвольт (эВ). Такую энергию приобретает электрон, проходя разность потенциалов в 1 В. Например, молекулы газа при комнатной температуре имеют кинетическую энергию около 0,025 эВ. Часто используются кратные единицы – мегаэлектронвольт (МэВ, 10⁶ эВ), гигаэлектронвольт (ГэВ, 10⁹ эВ) и тераэлектронвольт (ТэВ, 10¹² эВ). Так, масса электрона составляет 0,511 МэВ, а масса протона 0,938 ГэВ. Для БАК проектная энергия ускоряемых протонов составляет 7 ТэВ, а ядер свинца – 5,5 ТэВ на нуклон. Каждый из двух встречных пучков протонов может содержать до 2028 сгустков, которые располагаются друг относительно друга в фиксированном положении на расстоянии около 7,5 м, синхронно двигаясь вдоль кольца. В любом сгустке до 100 млрд протонов, длина – в несколько сантиметров, а диаметр – как у самого тонкого человеческого волоса. Радиус вакуумной трубы, в которой движется пучок, составляет всего 5 см.

Скорость протонов в пучке всего на одну стомиллионную долю отличается от скорости света, а их кинетическая энергия более чем в 7000 раз превосходит их массу покоя. Суммарная кинетическая энергия всех сгустков протонов БАК при полном его заполнении сравнима с кинетической энергией реактивного самолёта, хотя суммарная масса всех частиц не превышает одной миллионной доли грамма.

Полностью статья будет опубликована позже. Этот номер журнала «Дельфис» Вы можете приобрести в книжном Интернет-магазине «Дельфис».