До запуска Большого адронного коллайдера остаются часы
20.11, 19:39 РИА «Новости» Специалисты ЦЕРНа намерены уже в пятницу-субботу, впервые после произошедшей год назад аварии, провести пучок протонов по всему кольцу ускорителя, однако они не называют точные сроки и намерены все тщательно проверить, чтобы новая авария не заставила снова прервать эксперимент.
МОСКВА, 20 ноя — РИА Новости. Считанные часы остаются до нового запуска Большого адронного коллайдера: специалисты ЦЕРНа намерены уже в пятницу-субботу, впервые после произошедшей год назад аварии, провести пучок протонов по всему кольцу ускорителя, однако они не называют точные сроки и намерены все тщательно проверить, чтобы новая авария не заставила снова прервать эксперимент.
«Сейчас уже машина вся охлаждена, последние проверки должны быть закончены к вечеру пятницы. Следующий шаг — сделать так, чтобы пучок прошел по всему кольцу при энергии инжекции — 450 гигаэлектронвольт. Сначала в одну сторону, потом в другую», — сказал РИА Новости руководитель эксперимента LHCb Андрей Голутвин.
«Это может произойти где-то в ночь с пятницы на субботу — сейчас наши коллеги работают круглосуточно», — добавил он.
Собеседник агентства отметил, что понятие «запуск коллайдера» — в значительной степени условность. В минувшем году пресса называла «запуском» первый проход пучка протонов по всему кольцу ускорителя, однако, собственно «работа» коллайдера заключается в том, чтобы осуществлять столкновения частиц, а осенью 2008 года из-за аварии столкновений осуществить не удалось.
Медленно и не спеша
Ученые в этом году крайне тщательно готовятся к новому запуску. Сотрудница технологического подразделения ЦЕРНа Елена Шарифуллина вспоминает, что в 2008 году «торопились к определенной дате буквально так, как раньше мы к 7 ноября обязательно что-то торопились сделать».
«В прошлом году очень сильно обожглись из-за спешки. К назначенной дате недостаточно тщательно проверили все системы. И это привело к аварии. В этом году разработчики ускорителя опасаются любых неожиданностей, поэтому будут постепенно, на минимальных энергиях проводить пучки в одну-другую сторону, потом будут пытаться на этих энергиях провести столкновения», — сказала Шарифуллина.
По ее словам, с точки зрения физиков, работающих в этой области, первые столкновения не будут каким-то достижением, так как в мире уже давно работает коллайдер с энергией столкновений в два тераэлектронвольта — Тэватрон в лаборатории имени Ферми (США). Но для всех сотрудников ЦЕРНа это, конечно, очень важный этап.
По мнению Шарифуллиной, «реперной точкой», началом научной работы коллайдера было бы столкновение на энергии, которая раньше не была достигнута.
На данный момент планируется, что столкновения на половинной энергии (3,5 тераэлектронвольт вместо «штатных» семи на пучок) будут осуществлены уже после нового года.
Первые столкновения — через полторы недели
Первые столкновения пучков протонов в Большом адронном коллайдере (БАК) могут быть осуществлены уже через полторы-две недели, сказал в интервью РИА Новости сотрудник технологического департамента ЦЕРНа Зинур Шарифуллин.
«В ближайшее время мы передаем ускоритель подразделению, которое занимается пучком, то есть если все пойдет хорошо, то первые столкновения частиц могут произойти уже через полторы-две недели», — сказал Шарифуллин.
Он добавил, что первые столкновения будут проходить на энергии инжекции, то есть на той энергии, до которой протоны разгоняет предыдущая ступень ускорительного комплекса — суперсинхротрон SPS. Это лишь 450 гигаэлектронвольт, при том, что проектная энергия коллайдера — семь тераэлектронвольт на пучок.
Однако это важное событие для ускорителя, поскольку во время первого запуска коллайдера осенью 2008 года физики не успели осуществить столкновения — помешала авария, отметил Шарифуллин.
«Новая физика» — после Нового года
Принципиально новые научные результаты Большой адронный коллайдер начнет приносить в начале февраля 2010 года, когда энергия столкновений на нем будет доведена до семи тераэлектронвольт, сообщил в интервью РИА Новости руководитель эксперимента LHCb на БАКе Андрей Голутвин.
«В следующем году должны быть осуществлены столкновения, при которых начнется набор физических данных при энергиях выше, чем в Фермилабе, на Тэватроне. Это займет месяца два — 3,5 тераэлектронвольта на пучок будет уже после Нового года, где-то в начале февраля», — сказал ученый.
Проектная энергия Большого адронного коллайдера — семь тераэлектронвольт на пучок, в то время как энергия на самом мощном работающем ускорителе — протон-антипротонном коллайдера Тэватрон в лаборатории имени Ферми (США) составляет один тераэлектронвольт на пучок.
После аварии на коллайдере осенью 2008 года руководство ЦЕРНа решило, что при новом запуске БАК будет работать сперва на половинной энергии — пучки протонов будут достигать энергии 3,5 тераэлектронвольта вместо штатных семи. Однако, даже на этой энергии, БАК значительно перекроет рекорд Тэватрона. Затем планируется поднять энергию до пяти тераэлектронвольт на пучок. После этого коллайдер будет остановлен, и затем вновь возобновит работу уже на проектной мощности семь тераэлектронвольт на пучок.
Самый, самый, самый…
Большой адронный коллайдер стал самым крупным ускорителем в мире. Он расположен в туннеле длиной 27 километров на глубине 100 метров под землей. Туннель БАК унаследовал от предыдущего ускорителя ЦЕРНа — Большого электрон-позитронного коллайдера LEP, однако четыре гигантские подземные полости для детекторов ATLAS, CMS, ALICE и LHCb были созданы специально для него.
Для того, чтобы магниты ускорителя могли удержать протоны в кольце, на них подается настолько сильный ток, что выдержать его проводники могут только в сверхпроводящем состоянии. Поэтому магниты коллайдера охлаждены до 1,9 градусов Кельвина — около 271 градусов Цельсия ниже нуля. Весьма вероятно, что это самое холодное место во Вселенной.
Протоны, путешествующие в коллайдере, поставят еще и рекорд скорости — они будут разгоняться до 99,9999991% от скорости света. За одну секунду частицы будут 11 тысяч раз пролетать по кольцу коллайдера. Для того, чтобы «расчистить» им дорогу, в трубе для пучка (beam pipe) создан самый глубокий вакуум в Солнечной системе. Давление в коллайдере в десять раз ниже, чем на поверхности Луны.
Физикам, однако, важнее всего другой рекордный параметр — энергия частиц. Проектные параметры ускорителя предусматривают, что протоны будут разгоняться до энергии семь тераэлектронвольт на пучок (самый мощный действующий коллайдер — Тэватрон в США — разгоняет протоны до энергии лишь в один тераэлектронвольт на пучок). Таким образом, энергия столкновений составит 14 тераэлектронвольт, что позволит получить «новую физику».
История создания
История Большого адронного коллайдера восходит к концу 1970-х годов, когда физики стран-членов ЦЕРНа начали обсуждать проект его предшественника — Большого электрон-позитронного коллайдера LEP. Этот проект получил формальное одобрение в 1981 году, а работы по строительству начались в сентябре 1983 года.
Решение о строительстве самого БАКа было одобрено Советом ЦЕРНа в декабре 1994 года. В июне 1996 года к участию в проекте официально присоединилась Россия, а в декабре 1997 года — США.
В 2000 году началась разборка ускорителя LEP, которая закончилась в феврале 2002 года, тогда же первые 500 кристаллов, сделанных в России для фотонного спектрометра детектора ALICE, прибыли в ЦЕРН. В марте 2003 года закончились земляные работы. В 2005 году началась установка сверхпроводящих дипольных магнитов главного кольца ускорителя. Всего их 1,232 тысячи. Весной 2008 года стройка завершилась, а в августе коллайдер был готов к запуску.
Стоимость самого коллайдера составила примерно три миллиарда евро, а всего проекта в целом — более шести миллиардов евро.
Запуск и авария
В сентябре 2008 года коллайдер был успешно запущен: пучок протонов впервые прошел по всему кольцу БАКа. Однако уже 19 сентября, около полудня, во время подготовки сектора 3-4 к работе на энергии пять тераэлектронвольт произошла значительная утечка в туннель жидкого гелия, который используется для охлаждения магнитов ускорителя до сверхпроводящего состояния. 20 сентября пресс-служба ЦЕРНа сообщила, что утечка жидкого гелия из системы охлаждения одного из секторов коллайдера, произошедшая накануне, приведет к остановке ускорителя минимум на два месяца.
В конце сентября руководитель проекта Лин Эванс (Lynn Evans) заявил, что коллайдер возобновит свою работу лишь к маю 2009 года. В середине октября 2008 года ЦЕРН сообщил, что причиной инцидента был дефект электрического соединения, связывающего два из многочисленных магнитов ускорителя.
По итогам расследования сотрудники ЦЕРНа установили, что дефектный контакт, связывающий сверхпроводящие кабели между двумя магнитами из-за высокого сопротивления начал нагреваться, что привело к выходу из сверхпроводящего состояния около сотни магнитов в секторе 3-4. Система безопасности погасила ток, однако на контакте уже возник дуговой разряд, который пробил стенку трубы криогенной системы. Жидкий гелий начал интенсивно испаряться, из-за высокого давления криостаты деформировались, что привело к смещению магнитов относительно друг друга и многочисленным поломкам.
Помимо ремонтных работ по восстановлению коллайдера, в ЦЕРНе была разработана и установлена на ускорителе система предотвращения подобных аварий — Quench Protection System, которая призвана отслеживать малейший рост электрического сопротивления и «давить в зародыше» аварийную ситуацию.
Бозон Хиггса и антиматерия
Современные представления физиков о Вселенной неполны. Нынешняя теория — так называемая Стандартная модель — обобщает наши знания об элементарных частицах, она была проверена в многочисленных экспериментах, однако остается много нерешенных вопросов, ответить на которые призван БАК.
В их числе — проблема происхождения массы, которая не решена в рамках Стандартной модели. Ответом на вопрос, почему некоторые частицы очень тяжелы, а другие не имеют массы совсем, может стать так называемый механизм Хиггса, названный по имени британского физика Питера Хиггса. Согласно этой теории, пространство заполнено полем Хиггса, и взаимодействуя с ним, частицы приобретают массу.
Частицы, которые сильно взаимодействуют с ним — тяжелые, те, которые слабо взаимодействуют — легкими. Поле Хиггса имеют как минимум одну частицу, связанную с ним — бозон Хиггса. Если она существует, то Большой адронный коллайдер сможет ее обнаружить. Кроме того, установка поможет ответить на вопрос о судьбе антиматерии — почему, если в момент большого взрыва возникло равное количество материи и антиматерии, антиматерии в наблюдаемой Вселенной нет?
Кроме того, в рамках одного из экспериментов на коллайдере, на детекторе ALICE будет исследоваться кварк-глюонная плазма, которая должна возникать при столкновении разогнанных в ускорителе ионов свинца. Как полагают ученые, это состояние материи — «комок» кварков и глюонов, которые еще не «собрались» в элементарные частицы, наблюдалось в первые мгновения после Большого взрыва.
