Характеристика большого адронного коллайдера

  • 24 янв. 2013 г.
  • 2487 Слова
Большой адро́нный коллайдер (англ. Large Hadron Collider, LHC; сокр. БАК) — ускоритель заряженных частиц на встречных пучках, предназначенный для разгона протонов и тяжёлых ионов (ионов свинца) и изучения продуктов их соударений. Коллайдер построен в научно-исследовательском центре Европейского совета ядерных исследований (фр. Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, CERN), на границеШвейцарии и Франции, недалеко от Женевы. БАК является самой крупной экспериментальной установкой в мире. Он расположен на глубине от 50 до 175 метров под землей в кольцевом тоннеле, длина окружности которого составляет 26 тыс. 659 м (26,7 км). Пучки протонов и антипротонов, двигаясь по кольцу навстречу друг другу, будут разгоняться электрическими полями на специальных ускорительных станциях до энергий 7 ТэВ(терраэлектронвольт, или 1012 электронвольт). Кроме того, предполагается производить ускорение ядер свинца. Для удержания и фокусировки пучков используется 1624 сверхпроводящих магнита, которые работают при температуре 1,9 К (около -2710С). Поэтому для поддержания их работы требуется целая «фабрика» по производству жидкого гелия. Расчетное потребление энергии коллайдером во время работы составляет 180МВт (мегаватт). Для сооружения ускорителя и системы из шести детекторов, которые будут собирать информацию о процессах, происходящих при столкновениях частиц, потребовалось объединить усилия многих стран. Активное участие в этих работах принимает и Россия.
Большим назван из-за своих размеров: длина основного кольца ускорителя составляет 26 659 м; адронным — из-за того, что он ускоряет адроны, тоесть частицы, состоящие из кварков.
Ква́рки — фундаментальные частицы, из которых состоят адроны, в частности, протон и нейтрон. Частица обладает зарядом кратным e3. В настоящее время известно 6 разных сортов (чаще говорят — «ароматов») кварков, свойства которых приведены в таблице. Кроме того, для калибровочного описания сильного взаимодействия постулируется, что кварки обладают идополнительной внутренней характеристикой, называемой цвет.
Адро́н (от греч. hadros — тяжёлый; термин предложен советским физиком Л. Б. Окунем) — класс элементарных частиц, подверженных сильному взаимодействию и не являющихся истинно элементарными.
Адроны делятся на две основные группы в соответствии с их кварковым составом:
мезоны — состоят из одного кварка и одного антикварка,
барионы — состоят из трёх кварковтрёх цветов, образуя так называемую бесцветную комбинацию.
Именно из барионов построена подавляющая часть наблюдаемого нами вещества — это нуклоны, составляющие ядро атома и представленные протоном и нейтроном. К барионам относятся также многочисленные гипероны — более тяжёлые и нестабильные частицы, получаемые на ускорителях элементарных частиц.
К мезонам относятся пионы (π-мезоны) и каоны(K-мезоны) и многие более тяжёлые мезоны.

Поставленные задачи

В начале XX века в физике появились две основополагающие теории — общая теория относительности (ОТО) Альберта Эйнштейна, которая описывает Вселенную на макроуровне, и квантовая теория поля, которая описывает Вселенную на микроуровне. Проблема в том, что эти теории несовместимы друг с другом. Например, для адекватного описания происходящего вчёрных дырах нужны обе теории, а они вступают в противоречие.

Эйнштейн многие годы пытался разработать единую теорию поля, но безуспешно, поскольку игнорировал квантовую механику. В конце 1960-х физикам удалось разработать Стандартную модель (СМ), которая объединяет три из четырёх фундаментальных взаимодействий — сильное, слабое и электромагнитное. Гравитационное взаимодействие по-прежнемуописывают в терминах ОТО. Таким образом, в настоящее время фундаментальные взаимодействия описываются двумя общепринятыми теориями: ОТО и СМ. Их объединения пока достичь не удалось из-за трудностей создания теории квантовой гравитации.

Для дальнейшего объединения фундаментальных взаимодействий в одной теории используются различные подходы: теория струн, получившая...