Как студент, изучающий физику частиц, я имею определенные привилегии в мире физики. Многие из них скучны. Но в 2008 году я получил разрешение посетить ЦЕРН с собственным классом на 1 день. Нам предстояла приватная экскурсия по экспериментальному ускорителю частиц, размещенному в Швейцарии и Франции.
Большой адронный коллайдер в цифрах.
Я всегда думал, что лучший способ объяснить очень большие масштабы этой машины — посмотреть на сумасшедшие цифры, которые описывают, как она работает.
Граффити БАК
- БАК — это ускоритель частиц, построенный на границе Франции и Швейцарии.
- Сейчас над БАК работают 10 000 физиков и инженеров из 85 стран мира.
- Он выстроен на глубине 200 метров под землёй.
- Его окружность составляет 27 километров.
- Он применяется для ускорения пучков протонов до скоростей, составляющих 99,99% от скорости света.
- Каждый пучок состоит из 3000 пучков по 100 миллиардов частиц в каждом.
- За одну секунду каждый пучок сделает 11 245 кругов по ускорителю.
- Пучки направляются коллекцией из 9600 магнитов, которые охлаждены до температур ы-456 градусов по Фаренгейту.
- За год БАК соберет около 15 петабайт данных. Петабайт — это миллион гигабайт. Таким объемом данных можно заполнить 100 000 DVD-дисков.
Только подумайте об этом… 3 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 частиц делают более 11 000 кругов по 27-километровому кольцу… За ОДНУ секунду! И по сей день я считаю данные цифры ошеломляющими и не могу даже начать думать об этом.
После девяти лет строительства БАК, наконец, был запущен в эксплуатацию в 2009 году. У меня была экскурсия в 2008 году, поэтому я смог посетить сам ускоритель, что уже невозможно сделать сейчас, когда он функционирует.
В чем суть БАК?
БАК ускоряет протоны до чрезвычайно высоких энергий и заставляет их сталкиваться, создавая новые частицы, которые потом можно изучать. Предполагается, что поэтому мы сможем воспроизвести условия, существовавшие во время Большого взрыва, чтобы дать ответ на некоторые из очень фундаментальных вопросов о Вселенной — почему мы здесь? Как появилась материя? Почему у нас есть масса? Что такое темная материя? И также попытаться открыть новую физику, новые частицы и новые теории, о которых ранее не было слышно.
Экскурсия
Экскурсия проходила в середине декабря, и после того, как мне понадобилось пробудится в 4 часа утра, я был не очень впечатлен тем, что мне нужно будет столкнуться с холодной, снежной швейцарской погодой!
Серая Женева встречает нас
Нас быстро провели в приемную, где мы получили короткий инструктаж про то, что будет в себя включать наша экскурсия, после этого нам рассказали об ключевых принципах работы БАК и его отдельных детекторов. На плакате нарисовано важно здесь кольцо БАК — самое большое кольцо вверху, и также все другие линии пучков, которые применяются для ускорения или хранения пучков частиц.
Одна из вещей, которая мне понравилась в ЦЕРНе, это то, что названия улиц были названы в честь известных физиков.
Интересно, когда здесь появится Route Lauren…
Мы подошли к одному из 6-ти детекторов — ATLAS, известному как детектор общего назначения. Когда пучки могут столкнуться в самом центре детектора, образуется много разных частиц с огромным диапазоном энергий. ATLAS меряет максимально большой диапазон сигналов, а не фокусируется на определенной области.
Одна из интересных частей здания, в котором находится детектор, — это очень большая дыра в полу с платформой над краем, позволяющая посетителям заглянуть на 200 метров вниз и увидеть пучковую линию ускорителя внизу. Я ненавижу высоту, поэтому в данный момент мне было очень страшно, и я должна сознаться, что физически не смотрела на край, а держала камеру, делала снимок и визжала, когда бежала назад в безопасное место!
Это длинный путь вниз…
Потом настало время осмотреть компоненты самого БАКа. Мы начали с линейного ускорителя (LINAC), с которого все и начинается. Как следует из названия, цель LINAC — ускорять протоны по линейному пути. До того времени, когда протоны могут достигать конца ускорителя, они уже двигаются со скоростью 1/3 скорости света.
На таких скоростях протонные пучки потом проходят через серию ускорительных колец для последующего увеличения их энергии, пока она не станет очень высокой, чтобы они могли попасть в важно здесь кольцо БАК. Здесь они будут циркулировать на протяжении нескольких часов, постоянно сталкиваясь в 6-ти разных детекторах.
Нам дали очень мало времени, чтобы гулять и сфотографировать случайные части элементов.
Я посетил кольцо низкоэнергетических ионов, которое может захватывать, охлаждать и хранить материю и антиматерию, чтобы изучить их позднее. В отличие от Ангелов и Демонов, эту антиматерию нельзя похитить из ЦЕРНа — она хранится в 80-метровом кольце!
Я посетил «мозг» операции — комнату управления ATLAS. Здесь физики тестируют, калибруют, совершенствуют, чинят и настраивают мелкие детали детектора ATLAS. Она состоит из 15 станций, каждая с 4 мониторами, и 8 проекционных экранов на стенке.
Комната управления ATLAS
Мы узнали про то, как ЦЕРН хранит собранную информацию. Я уже упоминал, что за год работы БАК может заполнить 100 000 DVD-дисков, но в 1960-х годах для хранения данных применяли вот такой диск, который вмещал только пару килобайт данных!
На этом мое путешествие по самой замечательной научной машине подошло к концу, и мне оставалось сделать лишь одно…
Поцелуй на прощание с БАК
Однако напоследок… Я решил дать ответ на вопрос, который мне очень часто задают друзья-нефизики.
Разрушит ли БАК мир и убьет ли нас всех?
Когда БАК был запущен в эксплуатацию, в прессе было много сумасшествия относительно того, что он может вырабатывать черные дыры, которые поглотят Землю и убьют всех нас. Существуют сотни теорий заговора и большое количество сайтов, посвященных этому. Не столь давно я наткнулся на сайт, который возлагал вину за землетрясение/цунами в стране восходящего солнца на БАК, говоря, что очень большие генерируемые энергии вызвали ударную волну в Земля, что и стало причиной землетрясению. Я не могу выразить словами, насколько это меня разозлило и насколько эти идиоты абсолютно нелепы и неинформированы!
Позвольте мне категорически сказать, что БАК никак не может нас убить. Вы должны осознать, что мир, да и вся Галактика, регулярно подвергается бомбардировке космическими лучами высокой энергии из внегалактических источников. Протяните руку, и эти космические лучи будут проходить через нее каждую секунду. Некоторые из данных лучей в атмосфере вызывают столкновения частиц в тысячи раз намного мощнее, чем те, которые когда-либо будут получены на БАК. Поскольку это происходит на протяжении миллиардов лет после большого взрыва, если бы эти столкновения могли привести к образованию черных дыр, скажем так, это бы уже случилось.
Покидая ЦЕРН…