Идея создания сверхмощного коллайдера - ускорителя, в котором "лоб в лоб" сталкиваются разогнанные практически до скорости света пучки элементарных частиц - впервые появилась у физиков Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) еще в 1984 году, а его строительство в туннеле, "оставшемся в наследство" от электрон-позитронного коллайдера LEP, началось в 2001 году.

В проекте участвовали несколько тысяч физиков из 85 стран, в том числе около 700 российских ученых, сотни предприятий и организаций.

В среду пучок протонов впервые прошел по всему кольцу ускорителя, что означает, что все системы самого большого и дорогого научного прибора работают нормально и готовы к началу экспериментов.

Запуск

До сегодняшнего дня называлось множество разных дат, когда коллайдер будет запущен. Всеобщий ажиотаж и ожидание "конца света" заставляли всех задаваться вопросом: "Когда?". На этом и на нерасторопности пресс-службы ЦЕРНа играли интернет-шутники, создававшие сайты с обратным отсчетом до "запуска", на которые "клевали" многие серьезные СМИ.

Наконец, в августе ЦЕРН объявил, что первый пучок протонов пройдет по кольцу коллайдера 10 сентября. В конце августа физики проверили систему инжекции - "впрыска" протонов в кольцо, а затем пропустили их по одному из восьми секторов ускорителя.

В среду ученые один за другим открывали каждый сектор кольца, проверяя, насколько хорошо мощные магниты фокусируют и удерживают пучок, как работают детекторы, криогенные и другие системы.

Тест на минимальной мощности, значительно меньшей "штатных" семи тераэлектронвольт, и без столкновений протонов проводился для окончательной проверки работоспособности систем коллайдера. Проверка завершилась успешно.

"Это фантастический момент. Мы можем теперь ожидать наступления новой эры в понимании происхождения и эволюции Вселенной", - заявил руководитель проекта Лин Эванс (Lyn Evans) после теста.

Он признался, что в среду ему даже удалось выиграть пари - он поспорил на то, что в первый раз пучок протонов удастся провести по кольцу ускорителя менее, чем за час, однако не признался, какой была ставка.

Отвечая на вопросы журналистов, Эванс сообщил, что серьезные физические эксперименты на БАК начнутся в ближайшие месяцы. Пока же оборудование будет проходить отладку. Официальное открытие БАКа состоится 21 октября.

Российский физик, научный сотрудник Института физики высоких энергий Александр Солодков, работающий в проекте БАК с 1993 года, сообщил РИА Новости, что первые столкновения частиц начнутся в коллайдере в ближайшие две недели.

"В случае успешной работы - это вопрос дней. Через две недели заведомо будут столкновения", - сказал Солодков, который следил за сегодняшним запуском и параметрами работы коллайдера в режиме реального времени, подключившись к компьютерной сети ЦЕРНа.

Ученый добавил, что столкновения будут происходить на энергии "существенно меньшей, чем максимально планируемая энергия".

"Он (коллайдер) будет работать на энергии инжекции, на энергии, на которой пучок поступает из предыдущего ускорителя (протонного суперсинхротрона SPS). Это 450 гигаэлектронвольт, то есть суммарная энергия столкновений составит 900 гигаэлектронвольт", - сказал ученый.

Максимальная энергия, которая будет достигнута в этом году, - это 5 на 5 тераэлектронвольт. Получается 10 тераэлектронвольт. Только в следующем году суммарная энергия будет повышена до 14 тераэлектронвольт, сообщил ученый.

Микроскоп-переросток

Несмотря на гигантские размеры, коллайдер предназначен для тех же целей, что и обычный микроскоп - помочь ученым заглянуть в микромир. Однако его "разрешающая способность" в миллиарды раз больше, он может "видеть" элементарные частицы, из которых состоит атом и даже их составные части - кварки и глюоны.

Поскольку у физиков нет инструментов, которыми можно "ощупать" элементарные частицы, им приходится использовать одни частицы, чтобы изучить другие. Ударяя электронами или протонами, или ядрами атомов по другим объектам микромира как молотком по ореху, ученые изучают получившиеся "осколки" - сотни формирующихся при столкновении элементарных частиц, чтобы изучить устройство "ореха".

Для разгона сталкиваемых частиц ученые используют ускорители. Для измерения их энергии используют особые единицы - электронвольты. Первые ускорители - циклотроны и линейные ускорители - были созданы еще в 1930-е годы, их мощность составляла десятки мегаэлектронвольт.

Мощность ускорителей все время росла, для увеличения энергии стали создавать коллайдеры (от английского collide - "сталкивать"), где сталкивались два пучка частиц, что удваивало их мощность. Самый мощный на сегодняшний день работающий коллайдер - Тэватрон в американской лаборатории имени Ферми - достигал суммарной энергии столкновений 2 тераэлектронвольта.

Теперь он отодвинут на второе место соперником - европейским Большим адронным коллайдером, энергия которого в семь раз больше - 14 тераэлектронвольт.

Эта гигантская по меркам ускорителей энергия нужна для того, чтобы открыть тайны устройства материи. Физики надеются проверить так называемую Стандартную модель, объединяющую все виды взаимодействий, кроме гравитационного - сильное (связывающее кварки в протонах и нейтронах), слабое (взаимодействие между электронами и нейтрино) и электромагнитное.

В настоящее время Стандартная модель является общепризнанной теорией, однако в ней есть положения, которые требуют экспериментальной проверки. В частности, речь идет о поисках так называемого бозона Хиггса - гипотетической частицы, которая обеспечивает наличие массы у всех элементарных частиц.

Для поисков следов распада бозона Хиггса предназначены два из четырех главных детекторов Большого адронного коллайдера - ATLAS и CMS.

Кроме того, сталкивая на коллайдере ядра атомов свинца, ученые намерены изучать свойства особого типа вещества, кварк-глюонной плазмы, которое, как полагают, существовало в первые мгновения после Большого взрыва.

Матрешка из ускорителей

Большой адронный коллайдер является последней ступенью целой системы ускорителей, созданных в ЦЕРНе с момента его основания в 1950-е годы. До того, как попасть в БАК, протоны пройдут цепочку ускорителей, некоторым из которых больше полувека. Из линейного ускорителя Linac2 разогнанные до 50 мегаэлектронвольт частицы попадают в PS Booster, который ускоряет их до энергии 1,4 гигаэлектронвольт и отправляет в протонный синхротрон PS с энергией 28 гигаэлектронвольт, запущенный еще в 1959 году.

Предпоследняя ступень - протонный суперсинхротрон SPS, созданный в 1976 году, который разгоняет частицы до 450 гигаэлектронвольт, после чего частицы попадают в кольцо БАКа, где они будут разгоняться до энергии 7 тераэлектронвольт, когда коллайдер выйдет на полную мощность. В среду пучок протонов прошел по кольцу с энергией SPS - 450 гигаэлектронвольт.

Внутри тоннеля БАКа находятся два канала для пучков протонов, окруженные магнитами (всего их 9,6 тысячи), которые фокусируют и поворачивают пучок, удерживая его в центре. Для того, чтобы удержать разогнанные до высоких скоростей протоны, необходимо очень мощное магнитное поле - чем "круче" нужно повернуть частицы, тем мощнее. Именно это приводит к необходимости строить гигантские кольца.

Для создания большой электрической мощности необходима сверхпроводимость, с помощью "теплых" магнитов такое мощное магнитное поле создать не получится. Поэтому все секторы кольца были охлаждены с помощью жидкого гелия до температуры лишь на полтора градуса выше абсолютного ноля.

"Черные дыры", "Странное вещество" и машина времени

В связи с будущим началом работы ускорителя звучит множество катастрофических предсказаний. В частности, говорится о том, что в коллайдере якобы образуется черная дыра, которая поглотит Землю, появятся капли "странного вещества" и даже возникнут "кротовые норы" в другие измерения.

В конце августа Европейский суд по правам человека в Страсбурге отклонил жалобу группы ученых и частных лиц, которые требовали запретить запуск БАКа. Истцы, самым известным из которых является немецкий ученый, специалист по теории хаоса Отто Росслер, утверждали, что эксперименты могут привести к возникновению черных дыр и привести к "концу света".

Однако ученые заверяют, что эксперимент безопасен. Проводились исследования, которые показывают, что частицы космических лучей имеют энергию, значительно превосходящую энергию коллайдера - природа постоянно "ставит" эксперименты, подобные экспериментам на LHC, но это не привело к катастрофе.

Черные дыры, которые, согласно некоторым теориям, якобы могут появиться при работе коллайдера, согласно тем же теориям, будут иметь время жизни столь малое, что просто не успеют начать поглощать материю, заверяют специалисты.

© Сайт Европейской организации ядерных исследований

Ускорительный комплекс ЦЕРНа

http://www.rian.ru/science/20080910/151160369.html