На пороге открытий

Осенью 2008 г. в ЦЕРН планируется запуск Большого адронного коллайдера (БАК) (Large Hadron Collider, LHC), о котором физики всего мира говорят уже несколько лет. Согласно предположениям уче­ных, новый инструмент позволит совершить настоящую революцию в физике элементарных частиц и проложить путь к новым свершениям. Кольцевой ускоритель даст ис­следователям возможность получить доступ к диапазону, где энергии достигают тераэлектронвольт (см. статью Грэма Коллинза «Фабрика открытий»).

Ожидается, что уже в этом году, после девяти лет строительства сооружения, ученые смогут приступить к экспериментам. Процесс ввода в действие предполагает на пер­вом этапе получение одного пучка протонов, затем двух и, наконец, их столкновение; далее — переход от низких энергий до терамасштаба, от пробных пучков малой интенсивности к более мощным и пригодным для получения экспериментальных данных с достаточной скоростью. На каждом этапе этого пути будут появляться трудности, которые предстоит преодолевать коллективу из 5 тыс. ученых, инженеров и студентов, участвующих в широкомасштабном международном проекте.

Исследователи надеются, что по достижении самых вы­соких из когда-либо исследованных энергий будут обнару­жены новые физические явления, такие как неуловимые частицы Хиггса, или те, что образуют темную материю, составляющую большую часть вещества во Вселенной. Невозможно точно предсказать результаты предстоящих экспериментов, но неожиданные открытия, которые будут сделаны, и явления, с которыми столкнутся специали­сты, окажут, без сомнения, большое влияние не только на данную область физики, но и на многие смежные науки. Не исключено, что результаты экспериментов позволят составить более полное представление о природе материи. Тем не менее это не единственная цель, ради которой создан данный ускоритель, — ведь возможности нового коллайдера будут во много раз превосходить все уже су­ществующие и имеющиеся в распоряжении инструменты физики элементарных частиц. В статье Криса Квига «Революция в физике элементарных частиц» данная проблема подвергается всестороннему рассмотрению.

Но создание Большого адронного коллайдера не заканчивает страницу в истории физики, а скорее знаменует начало будущих перспективных исследований. Уже ведутся предварительные работы по ускорителя частиц нового поколения Международного линейного коллайдера (International Linear Collider, ILC). В установке длиной более 30 км будут сталкиваться электроны и позитроны, разогнанные до скоростей, приближающихся к скорости света. В статье Барри Бэриша.,Николаса Уокера и Хитоши Ямамото «Коллайдер нового поколения» рассматриваются перспективы гораздо более мощного, чем его предшественники, ILC. который позво­лит физикам проверить и уточнить открытия, сделанные на БАК.

Будущее физики

Этот участок шкалы энергий называют терадиапазоном. Все это относится к той области физики, к которой обращаются, когда две элементарные частицы сталкиваются, имея суммарную энергию около одного тераэлектронвольта (1 ТэВ = 10¹² эВ). Машина, которая даст нам доступ к терадиапазону, — кольцевой ускоритель Большой адронный коллайдер (BAK) (Large Hadron Collider, LHC) сооружение которого в ЦЕРН близится к завершению.

Продвигаясь по шкале энергий от единиц электронвольт до терадиапазона, мы удаляемся от знакомого нам мира и попадаем в ряд других самых различных сфер знаний: от областей химии и электроники твердого тела (единицы эВ} до ядерных реакций (миллионы эВ) и далее на террито­рию, которую специалисты по физике частиц ис­следовали во второй половине прошлого столетия (миллиарды эВ).

Но что ждет нас в терадиапазоне. не знает никто. Однако сегодня можно уже с уверенностью ска­зать, что мы станем свидетелями принципиально новых явлений того или иного рода. Ученые надеются обнаружить давно разыскиваемые частицы, которые могли бы дать более полное представление о природе материи. Возможны и неординарные открытия, например обнаружение признаков существования новых измерений.

Физики уже строят планы относительно машины, предназначение которой — развить достигнутый успех. Десятикратное расширение энергетического диапазона БАК позволит повысить точность первых грубых «карт», построенных на основе полученных данных.

В конце «путешествия» к терадиапазону и за его пределы люди впервые узнают, из чего состоит организм человека и на основании каких законов функционирует наш мир. И подобно кольцевому ускорителю, создание которого уже близится к завершению, мы пройдем полный круг.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

КРАТКИЕ ФАКТЫ

СКОРОСТЬ ПРОТОНОВ: 99,9999991% от скорости света

ЧИСЛО ПРОТОНОВ В СГУСТКЕ: до 100 млрд (10¹¹)

ЧИСЛО СГУСТКОВ: до 2808

ЧИСЛО ПРОХОЖДЕНИЯ ПУЧКАМИ ПРОТОНОВ ЗОН ДЕТЕКТОРОВ: до 31 млн в секунду, в 4 зонах

ЧИСЛО СТОЛКНОВЕНИЙ ЧАСТИЦ ПРИ ПЕРЕСЕЧЕНИИ: до 20

ОБЪЕМ ДАННЫХ НА ОДНО СТОЛКНОВЕНИЕ: около 1,5 МБ

Любопытные факты 

НАКЛОН

Туннель БАК наклонен относительно горизонтали на 1,4%, чтобы поместить возможно большую его часть в монолитной скале. Он находится на глубине около 50 м со стороны Женевского озера, противоположная часть залегает на глубине 175 м

ФАЗЫ ЛУНЫ

В полнолуние, во время прилива, земля вблизи от Женевы поднимается на 25 см,увеличивая протяженность БАК на 1 мм и изменяя энергию пучка на 0,02%. Экспериментаторы должны учитывать этот эффект: необходимо контролировать энергию пучка с точностью до 0,002%

ВОСЬМИУГОЛЬНИК