W sercu Europy, obok granicy francusko-szwajcarskiej, niedaleko Genewy, znajduje się ośrodek badawczy Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych (CERN). To tutaj powstał Wielki Zderzacz Hadronów (LHC) - największy na świecie obiekt doświadczalny do prowadzenia badań, których celem jest udowodnienie lub obalenie licznych hipotez naukowych, jakie pojawiły się w fizyce teoretycznej w ostatnich latach.
Ostatnie prace budowlane zostały tutaj zakończone w listopadzie 2006 r., Ale pierwsze oficjalne uruchomienie nastąpiło dopiero we wrześniu 2008 r. Naturalnie wykorzystano tylko część możliwości projektowych.
Śmierć w czarnej dziurze
Jednak nie wszystko w działaniu urządzenia od razu poszło gładko. Krótko po uruchomieniu zderzacza, we wrześniu, zdarzył się wypadek, który wyłączył go na cały rok. Wielu dziennikarzy szybko podało mistyczne przyczyny wypadku: rzekomo wyższe moce nie tolerowałyby ingerencji w najświętszą świętość natury - jej mikrokosmos. Niemniej jednak specjaliści instytutu spokojnie dali awarię całkowicie ziemskie wyjaśnienie - okablowanie po prostu nie mogło tego znieść.
To wyjaśnienie nie odpowiadało przedstawicielom mediów. Wielu z nich, nie mając jednak wystarczających podstaw, przewidziało straszne konsekwencje dla świata, jeśli testy przy zderzaczu będą kontynuowane. Wokół zderzacza zapanowała prawdziwa histeria. Ktoś twierdził, że testy otworzą drzwi do świata niezbadanej ciemnej energii i ciemnej materii, który wypełnia próżnię wszechświata. A to doprowadzi do nieprzewidywalnych konsekwencji. Ktoś krzyknął, że eksperymenty nieuchronnie doprowadzą do pojawienia się czarnych dziur, które z coraz większą prędkością pochłoną najpierw sam instytut, a potem całą naszą planetę. Nic i nikt nie zostanie uratowany, chyba że uciekniesz z czarnej dziury z prędkością przekraczającą prędkość światła. Ale jak wiesz, nic na Ziemi nie może się poruszać z taką prędkością. Tak czy inaczej, naukowcy wykazali się prawdziwą odwagą,nie ulegając ostrzeżeniom amatorów, a mimo to wystrzelił zderzacz.
Cudowny tunel
Film promocyjny:
LHC to prawdziwy cud nowoczesnej technologii. Wyobraź sobie gigantyczne urządzenie o niesamowitej złożoności, umieszczone w kręgu w podziemnym tunelu. W rurach tworzących LHC wiązki naładowanych cząstek poruszają się z ogromną prędkością w przeciwnych kierunkach. Tunel ma prawie 27 kilometrów długości i znajduje się na głębokości od 50 do 175 metrów, nachylony w kierunku powierzchni ziemi. W skład systemu wchodzą akceleratory, które umożliwiają przyspieszenie cząstek do prędkości wymaganej przez naukowców, magnesy utrzymujące przepływ cząstek w pożądanym kierunku oraz czujniki, które pozwalają określić położenie cząstek i ich charakterystykę.
Pomimo mikroskopijnych rozmiarów samej badanej substancji, wszystko w LHC uderza swoją skalą. Na przykład detektory o wysokości 25 metrów, temperatura pracy magnesów to -271 ° C, zużycie energii równe 10% całkowitego rocznego zużycia małego kraju, fantastyczna prędkość wiązek cząstek, która pozwala na 10.000 obrotów na sekundę.
Jako materiał roboczy stosuje się protony i kombinacje protonów ołowiu i neutronów lub ciężkich jonów. Cząsteczki poruszają się z niesamowitą prędkością, bliską prędkości światła, co bez VAK byłoby możliwe tylko wtedy, gdyby zostały podgrzane do milionów stopni Celsjusza - w warunkach zbliżonych do warunków powstania Wszechświata. Podczas ruchu cząstki zderzają się ze sobą i rozpraszają w różnych kierunkach, ale w postaci kwarków, które są dziesiątki tysięcy razy mniejsze od protonów. Dlatego urządzenie nazwano zderzaczem, od angielskiego słowa collide - „to collide”. To prawda, kwarki niemal natychmiast łączą się w nowe cząstki - tak szybko, że naukowcy nie mają czasu na ich rozważenie. Jednak to odpowiada każdemu, ponieważ zbadanie właściwości nowych cząstek wystarczy, aby uzyskać dane o właściwościach kwarków.
Zagadki nigdy się nie zmniejszają
Naukowcy mają nadzieję, że z pomocą VAK uzyskają potwierdzenie wielu hipotez. Na przykład wciąż toczą się gorące debaty na temat tego, z czego jest zrobiona materia, czyli o wszystkim, co jest dookoła, łącznie z nami. Do niedawna uważano, że tak zwana teoria Modelu Standardowego budowy Wszechświata została gruntownie zbadana. Jednak naukowcy nadal nie otrzymali odpowiedzi na wszystkie swoje pytania. Na przykład zastanawiają się, jaka jest natura masy, jak powstała masa po Wielkim Wybuchu, z którego powstała przestrzeń, jak powstają materia i antymateria i dlaczego nie dogadują się ze sobą, czym jest ciemna energia i ciemna materia, gdzie, jak i dlaczego powstają.
Jednocześnie w ostatnich latach pojawiły się nowe hipotezy naukowe, które wykraczają daleko poza Model Standardowy i próbują odpowiedzieć na te właśnie pytania. Cóż, na przykład słynna teoria strun, zgodnie z którą wokół nas jest ogromna liczba innych wymiarów, które są tak skręcone, że po prostu nawet nie podejrzewamy o ich istnieniu. Ale w tych najcieńszych strunach istnieją całe światy. Jeśli ta teoria, dzięki Wyższej Komisji Atestacyjnej, znajdzie potwierdzenie, to być może uda nam się znaleźć odpowiedź na wiele tajemnic naszej historii i współczesności. Cóż, na przykład, dlaczego około 40 000 lat temu nagle zniknęli neandertalczycy, którzy do tego czasu przez wiele tysiącleci w dość pokojowy sposób koegzystowali na naszej planecie wraz z przodkami ludzi - Cro-Magnonami. Lub gdzie UFO pojawiają się na niebie nad naszymi głowami,ich ruch narusza wszystkie znane prawa fizyki i gdzie znikają tak nagle, jak się pojawiły. A statki dryfujące po Trójkącie Bermudzkim w całkowitym spokoju, ale bez duszy na pokładzie? A słynny Eksperyment Filadelfijski? Lista tajemniczych zjawisk związanych z pojawianiem się i znikaniem ludzi i przedmiotów jest długa.
Nawiasem mówiąc, podczas jednego z eksperymentów naukowcy odkryli, że część protonów w drodze do detektora … po prostu zniknęła. Oznacza to, że sprawa zniknęła. Dlaczego nie jest to potwierdzenie teorii strun?
Magiczne klocki, czyli o zaletach chodzenia po górach
Ponadto w modelu standardowym jest jeszcze jeden zaczep. Wydaje się, że naukowcy dotarli do dna najmniejszych, tak zwanych cząstek elementarnych tworzących wszechświat. Ale nie, tam go nie było! Mówiąc prościej, wszyscy wiemy ze szkolnych lekcji fizyki, że każda substancja składa się z cząsteczek, cząsteczek atomów, a atomy z kolei składają się z jeszcze mniejszych cząstek - protonów i neutronów, zwanych również hadronami (stąd nazwa - Zderzacz Hadronów), które z kolei składają się z kwarków. Okazuje się jednak, że istnieje jeszcze mniejsza cząstka - bozon, nazwany na cześć słynnego indyjskiego naukowca Shatyendranatha Bosego, członka Royal Society of London, który zasugerował jego istnienie w połowie ubiegłego wieku.
Kilkadziesiąt lat później szkocki fizyk teoretyczny Peter W. Higgs, profesor Uniwersytetu w Edynburgu, opracował teorię Bosego iz kolei zasugerował, że bozon przekształca foton pola w cząsteczkę materii o masie. Innymi słowy, przy pomocy bozonu coś powstaje z niczego.
Tak więc bozony Higgsa powinny odtąd stać się podstawą Modelu Standardowego, tych samych cegieł, z których każdy obiekt natury jest zbudowany za pomocą magicznej siły nazywanej przez naukowców supersymetrią. Jest już nazywany albo „cząstką Boga”, potem „przeklętą cząstką”. Niektórzy żartownicy nazywali to nawet „bozonem” butelką szampana”.
Jednak do tej pory istnienie bozonu nie zostało udowodnione eksperymentalnie. Co ciekawe, idea roli bozonu w procesach molekularnych przyszła do Higgsa podczas wędrówki po górach Edynburga. To właśnie oznacza świeże powietrze połączone z ćwiczeniami!
Tak więc jednym z celów WAK jest po prostu potwierdzenie istnienia tego właśnie bozonu Higgsa. Znalezienie go dla fizyków jest dla antropologów jak znalezienie najważniejszego brakującego ogniwa w ewolucji człowieka. Znalazłem to - i wszystko na obrazie wszechświata natychmiast układa się na swoim miejscu. Ostatnia komórka układanki jest zamknięta. Tak czy inaczej, w ostatnich miesiącach specjaliści Centrum dokonali już wielu odkryć, a jeszcze więcej, zgodnie z ich prognozami, nastąpi wkrótce. Na przykład naukowcy zbliżyli się do potwierdzenia istnienia mitycznego neutralino i zamierzają dokonać sensacyjnego odkrycia na temat istnienia ciemnej materii.
Uważamy, że im się uda. Możemy im tylko życzyć powodzenia!
Magazyn: Sekrety XX wieku №3. Autor: Sergey Sukhanov