Все, що потрібно знати про Великий адронний колайдер

Глибоко під кордоном Швейцарії та Франції масивна установка у формі кільця вдаряє частинки одна в одну на неймовірних швидкостях. Вчені спостерігають за цими зіткненнями, що дозволяє їм спостерігати неймовірно малі частинки – які по суті складають саму тканину реальності – протягом нескінченно малої миті часу. Ця величезна структура відома як Великий адронний колайдер (ВАК), і вона дала фізикам неймовірне уявлення про фізичну будову нашого Всесвіту.

Разом з тим, здається, що кожен заголовок, який стосується ВАК, загрожує або перевернути нинішню модель фізики, або відкрити світовий розрив у міжвимірному просторі-часі. Зважаючи на те, скільки інформації (і дезінформації) існує про колайдер частинок, ми підготували цей простий, але вичерпний посібник, в якому викладено все, що ви могли б хотіти знати про нього.

Що таке Великий адронний колайдер?

Великий адронний колайдер був побудований в період з 1998 по 2008 рік і розпочав свій перший робочий запуск 20 листопада 2009 року після річної затримки через інцидент, коли внаслідок електричної несправності в тунель було викинуто кілька тонн рідкого гелієвого теплоносія. Масштабний проект обійшовся в 9 мільярдів доларів США, що робить його найдорожчою машиною з коли-небудь побудованих.

• Що таке штучний інтелект? Ось все, що вам потрібно знати
• Ілон Маск пропонує допомогти рити новий тунель колайдера частинок ЦЕРН
• Що таке штучна нейронна мережа? Ось все, що вам потрібно знати

Як випливає з назви, ВАК розбиває пучки крихітних частинок, таких як адрони – тобто маленькі частинки, що складаються з ще менших субатомних частинок, відомих як кварки – один в одного на надвисоких швидкостях. Ці пучки частинок запускаються з енергією близько 13 тераелектронвольт (ТеВ), в результаті чого утворюються неймовірно щільні частинки, які приблизно в 1 000 000 разів гарячіші за ядро Сонця. Це одна з багатьох причин, чому конструкція розміщена під землею і чому вона охолоджена до 1,9 градуса Кельвіна, або майже на 1,9 градуса вище абсолютного нуля.

Але це не єдині вражаючі цифри, пов’язані з ВАК.

По всій 17-мильній петлі близько 1600 магнітів вигинаються і спрямовують промені навколо масивного тунелю і один в одного. Магніти складаються з крихітних ниток ніобію-титану з мідним покриттям, які, якщо їх розмотати, можна було б п’ять разів долетіти до Сонця і повернутися назад, при цьому залишилося б достатньо, щоб обернутися навколо Місяця і ще кілька разів.

Весь цей магнітний матеріал допомагає прискорювати пучки частинок до надвисоких швидкостей, трохи менших за швидкість світла. Коли вони зіштовхуються на таких швидкостях, крихітні частинки вибухають на субатомні частинки, розбиваючись і відскакуючи одна від одної у високоенергетичному середовищі, яке схоже на умови Всесвіту під час Великого вибуху. Під час цих вибухів дослідники шукають нові ключі до розуміння того, як працює Всесвіт.

Для збору та аналізу величезних обсягів даних, отриманих на ВАК, глобальна мережа зі 170 обчислювальних центрів, розташованих у 36 країнах світу, щороку обробляє десятки петабайт даних. Мережа настільки велика, що наразі належить до Книги рекордів Гіннеса як найбільша розподілена комп’ютерна мережа на Землі.

Бозон Хіггса та інші відкриття, зроблені ВАК

В даний час ми використовуємо Стандартну модель фізики елементарних частинок для пояснення того, як працює фізика елементарних частинок. Стандартна модель, яка була сформульована протягом 20-го століття різними вченими, досі залишалася послідовною в поясненні частин Всесвіту, які ми можемо безпосередньо спостерігати – а це лише близько 5 відсотків Всесвіту. Це залишає решту 95 відсотків Всесвіту неврахованими в СС, включаючи темну матерію і темну енергію, а також будь-які потенційні сили або взаємодії, які вони здійснюють.

Навіть ті частини, які ми можемо спостерігати, мають деякі питання без відповідей. Стандартна модель навіть не враховує гравітацію і несумісна з теорією відносності. Очевидно, що нам ще багато чого треба вивчити.

І тут на допомогу приходить ВАК. До цього часу експерименти на ВАК підтвердили існування бозона Хіггса, відомого як “Божа частинка”, який був важливим теоретичним аспектом Стандартної моделі, що ніколи не спостерігався, доки не був підтверджений випробуванням на ВАК 4 липня 2012 року. Бозон Хіггса – це невловима частинка великої маси, яка надає масу всій матерії у Всесвіті – по суті, це те, що дозволяє речам фізично існувати.

Інші частинки, такі як екзотичні адрони X(3872), Z(4430), Zc(3900) та Y(4140), також були виявлені під час випробувань ВАК, а також низка інших потенційних елементарних частинок, які ще належить підтвердити.

Відкриття бозона Хіггса стало значним кроком вперед у розумінні фізичних законів Всесвіту, але воно також породило ще більше запитань і проблем. Насправді, багато з того, що відкрив ВАК у фізиці елементарних частинок, загалом викликає більше запитань, ніж дає відповідей. Тому дослідники продовжують використовувати ВАК для зіткнення частинок в надії знайти деякі відповіді.

Безпека ВАК і зіткнення частинок

Звичайно, коли маєш справу з такою великою кількістю енергії і дорогим, потужним обладнанням, постає питання: чи безпечно все це? Коротка відповідь – так, але це не завадило людям висунути безліч гіпотез щодо сценаріїв кінця світу.

Відомі вчені, такі як Стівен Хокінг і Ніл Деграсс Тайсон, запропонували можливі катастрофічні події, які можуть статися в результаті використання ВАК, включаючи утворення міні-чорних дір, знищення Землі і виробництво руйнівних теоретичних частинок, відомих як “стренджлети”. Гокінг також попередив, що бозон Хіггса є небезпечним і потенційно руйнівним відкриттям, і його слід залишити в спокої.

Однак два огляди, схвалені Американським фізичним товариством на замовлення Європейської організації ядерних досліджень (ЦЕРН), підтвердили, що бозон Хіггса є небезпечним і потенційно руйнівним відкриттям, і що його слід залишити в спокої.

Таке занепокоєння з боку провідних наукових діячів призвело до появи великої кількості теорій змови щодо ВАК. Найбільш креативні теорії в Інтернеті стверджують, що ЦЕРН використовує ВАК для відкриття порталів до пекла, для перенесення нас в альтернативні реальності і для зв’язку зі зловмисними істотами. Це, однак, лише дряпає поверхню. Той факт, що дослідники відкрито обговорюють можливість того, що ВАК допоможе виявити докази існування множинних всесвітів або інших вимірів всередині нашого власного, лише підливає масла у вогонь змови.

Видатним аспектом багатьох з цих конспірологічних теорій є зв’язок ЦЕРН з індуїстським божеством творення і руйнування Шивою, який служить талісманом ВАК і статуя якого встановлена біля входу в ВАК. Багато хто стверджує, що це тонкий натяк на те, що в ЦЕРНі відбувається щось набагато більш потойбічне. Насправді, присутність статуї легко пояснюється: це подарунок від уряду Індії на честь завершення будівництва ВАК, і ЦЕРН вважає, що статус Шиви як божества творення і руйнування є відповідною метафорою для функції ВАК.

Що далі для ВАК і фізики елементарних частинок

Отже, тепер, коли дослідники використали ВАК для пошуку бозона Хіггса, що далі чекає на суперструктуру? Відкриття бозона Хіггса – це лише початок. Дослідники сподіваються знайти інші типи бозонів та інші елементарні частинки і за допомогою ВАК розпочати перевірку теорії суперсиметрії, яка стверджує, що кожна частинка матерії має інший, більший аналог десь у Всесвіті.

Також заплановано, що ВАК отримає оновлення до високої світності десь після 2022 року, що збільшить спектр, в якому будуть видимі результати. Простими словами, це означає, що дослідники зможуть краще спостерігати за випробуваннями, оскільки тунелі будуть краще освітлені.

Це важливо зі зрозумілих причин, але головне занепокоєння полягає в тому, що ВАК може вичерпати потенційні відкриття, враховуючи його поточну світність. На початку життя колайдера кількість відкриттів набагато більша, ніж пізніше, оскільки кількість речей, які можна побачити при даній світності, скінченна. Єдиний спосіб збільшити кількість потенційних відкриттів – це підвищити світність колайдера або потужність його приладів. Модернізація повинна дозволити дослідити ще більше загадкових аспектів фізики елементарних частинок.

Вчені навіть сподіваються одного дня використати ВАК для того, щоб зазирнути в царство темної матерії і дослідити потенційні, приховані виміри Всесвіту. Це, звісно, далека перспектива, але, з іншого боку, підтвердження існування бозона Хіггса колись вважалося нездійсненною мрією. Це не каламбур.

Рекомендації редакції

• Все, що вам потрібно знати про літак Boeing 737 Max 8
• Все, що вам потрібно знати про компанію Boring Company
• ЦЕРН планує побудувати масивний коллайдер частинок, який затьмарить ВАК
• Проект SpaceX BFR: Все, що потрібно знати, включаючи перші польоти
• Вчені ЦЕРН стали свідками розпаду частинки бозона Хіггса

Source: digitaltrends.com