Большой адронный коллайдер: мифы, факты и научные открытия

Рассказываем простыми словами, кто и зачем построил Большой адронный коллайдер и какие открытия он помог совершить.

Большой и адронный

Слово «коллайдер» образовано от английского collider, что значит «сталкиватель». 

Большим он называется из-за своего размера: длина подземного кольцевого тоннеля немногим меньше 26,7 км. Он проходит по территории Швейцарии и Франции. Раньше в этом же сооружении располагался предыдущий проект Европейского центра ядерных исследований  (ЦЕРН) — Большой электрон-позитронный коллайдер.

Адронным он называется, так как работает с адронами: разгоняет, ускоряет и сталкивает. Это составные частицы, подверженные сильному ядерному взаимодействию. Адроны состоят из кварков и делятся на барионы и мезоны.

Из-за длинного названия коллайдера часто можно встретить аббревиатуру БАК (англ. LHC).

Сейчас БАК — самый большой и мощный ускоритель частиц на планете. Он рассчитывался на столкновения протонов с суммарной энергией 14 ТэВ. Для сравнения: следующий по мощности коллайдер — Тэватрон — может разгонять частицы до энергии только в 1 ТэВ.

История создания

Идея строительства такого мощного ускорителя возникла в 1984 году, но сам проект был принят только в 1995-м. Его разработчик — все тот же ЦЕРН. Планы строительства и запуска коллайдера привлекли большое внимание общественности — ученых и простых людей. Вокруг проекта ходило много слухов, основанных на мифах и страхах.

Самой популярной «страшилкой» того времени была черная дыра, которая должна была образоваться во время запуска, а затем разрастись и поглотить БАК, Швейцарию и всю остальную планету. К счастью, этого не случилось.

Несмотря на препятствия и страхи обывателей, БАК был официально запущен 10 сентября 2008 года.

Зачем ученым нужен БАК

Стандартная модель (СМ) описывает только 3 из 4 фундаментальных взаимодействий — сильное, слабое и электромагнитное. Гравитационное взаимодействие в СМ не входит, а описывается терминами общей теории относительности, разработанной Эйнштейном. Объединить все 4 взаимодействия в рамках одной теории ученые пытаются, используя разные подходы: теорию струн, теорию супергравитации, петлевую квантовую гравитацию и др. 

Эксперименты на базе БАК должны приблизить ученых к «новой физике», которая сможет объяснить действительное устройство Вселенной и объединить все 4 фундаментальных взаимодействия. 

Ускоритель разгоняет протоны до скоростей, близких к скорости света. Удерживают пучки летящих протонов сверхпроводящие магниты, а фиксируют результаты столкновений частиц — детекторы. 

Научные открытия

Самое знаменитое и важное было сделано в 2012 году — открытие неуловимого бозона Хиггса, последнего элемента СМ. В 2013 году Питер Хиггс, который предсказал существование этой частицы за 40 лет до ее фактического открытия, получил Нобелевскую премию по физике.

Кроме того, были обнаружены 5 новых элементарных частиц, пентакварков. Ранее СМ не только не могла описать их параметры, но и предположить сам факт существования. 

Другие результаты работы — подтверждение существования топ-кварка и частицы X(4140), которые наблюдались на Тэватроне, еще нескольких ранее предсказанных частиц. Было показано отсутствие асимметрии протонов и антипротонов, исследованы события рождения адронных струй и т.п.

Исследования такого уровня и даже понимание их результатов требуют большой подготовки. За помощью и поддержкой в изучении физики можно и нужно обращаться к нашим авторам — в ФениксХелп.