Adron kollayderi nimadan iborat? Vahima qilishning hojati yo'q: adron kollayderi rossiyalik olimlar nazorati ostida. Kollayder yaratish g'oyasi qachon paydo bo'lgan?

Yevropada olib borilayotgan eksperiment haqidagi xabar jamoatchilik tinchligini larzaga solib, muhokama qilinadigan mavzular ro‘yxatining birinchi pog‘onasiga ko‘tarildi. Adron kollayderi hamma joyda - televizorda, matbuotda va Internetda paydo bo'ldi. Agar LJ foydalanuvchilari yuzlab g'amxo'r odamlar ilm-fanning yangi ixtirosi haqida o'z fikrlarini faol ravishda bildirgan alohida jamoalarni yaratsa, nima deyishimiz mumkin. “Delo” sizga o‘zing bilmay bo‘lmaydigan 10 ta faktni taqdim etadi hadron kollayderi.

Sirli ilmiy ibora har bir so'zning ma'nosini anglaganimizdan so'ng, bunday bo'lishni to'xtatadi. Adron– elementar zarralar sinfining nomi. Kollayder- maxsus tezlatkich, uning yordamida yuqori energiyani moddaning elementar zarrachalariga o'tkazish va ularni eng yuqori tezlikka tezlashtirish, ularning bir-biri bilan to'qnashuvini takrorlash mumkin.

2. Nima uchun hamma u haqida gapiradi?

CERN Yevropa yadroviy tadqiqotlar markazi olimlarining fikricha, tajriba milliardlab yillar avval koinotning paydo bo‘lishiga olib kelgan portlashni miniatyura shaklida takrorlash imkonini beradi. Biroq, jamoatchilikni eng ko'p tashvishlantirayotgan narsa, agar tajriba muvaffaqiyatsizlikka uchrasa, mini-portlashning sayyora uchun oqibatlari qanday bo'lishidir. Ba'zi olimlarning fikricha, qarama-qarshi yo'nalishda o'ta relyativistik tezlikda uchadigan elementar zarrachalarning to'qnashuvi natijasida mikroskopik qora tuynuklar paydo bo'ladi va boshqa xavfli zarralar uchib ketadi. Qora tuynuklarning bug'lanishiga olib keladigan maxsus nurlanishga tayanishning alohida ma'nosi yo'q - uning ishlashi haqida hech qanday eksperimental dalil yo'q. Shuning uchun ham skeptik olimlar tomonidan faol ravishda qo'zg'atilgan bunday ilmiy yangiliklarga ishonchsizlik paydo bo'ladi.

3. Bu narsa qanday ishlaydi?

Elementar zarralar turli orbitalarga qarama-qarshi yo'nalishda tezlashadi, shundan so'ng ular bitta orbitaga joylashtiriladi. Murakkab qurilmaning ahamiyati shundaki, u tufayli olimlar 150 megapikselli raqamli kameralar ko'rinishidagi maxsus detektorlar tomonidan qayd etilgan, har biriga 600 million kadr olish imkoniyatiga ega bo'lgan elementar zarrachalarning to'qnashuv mahsulotlarini o'rganish imkoniyatiga ega bo'ldilar. ikkinchi.

4. Kollayder yaratish g'oyasi qachon paydo bo'lgan?

Mashinani qurish g'oyasi 1984 yilda tug'ilgan, ammo tunnel qurilishi faqat 2001 yilda boshlangan. Tezlatgich avvalgi tezlatkich - Katta elektron-pozitron kollayderi joylashgan tunnelda joylashgan. 26,7 kilometrlik halqa Fransiya va Shveytsariyada qariyb yuz metr er ostidan yotqizilgan. 10-sentabr kuni tezlatgichda protonlarning birinchi nurlari uchirildi. Ikkinchi nur yaqin kunlarda ishga tushiriladi.

5. Qurilish qanchaga tushdi?

Loyihani ishlab chiqishda butun dunyodan yuzlab olimlar, shu jumladan rossiyalik olimlar ishtirok etishdi. Uning qiymati 10 milliard dollarga baholanmoqda, shundan AQSh adron kollayderi qurilishiga 531 million sarmoya kiritgan.

6. Ukraina tezlatgichni yaratishga qanday hissa qo'shdi?

Ukraina Nazariy fizika instituti olimlari adron kollayderini qurishda bevosita ishtirok etishdi. Ular tadqiqot uchun maxsus ichki kuzatuv tizimini (ITS) ishlab chiqdilar. U "Alis" ning yuragi - qism kollayder, bu erda miniatyura "katta portlash" sodir bo'lishi kerak. Shubhasiz, bu avtomobilning eng muhim qismi emas. Ukraina loyihada ishtirok etish huquqi uchun har yili 200 ming grivna to‘lashi kerak. Bu boshqa mamlakatlarning loyihaga kiritgan hissasidan 500-1000 baravar kam.

7. Biz dunyoning oxirini qachon kutishimiz kerak?

Elementar zarrachalar nurlarining toʻqnashuvi boʻyicha birinchi tajriba 21-oktabrga belgilangan. Shu vaqtgacha olimlar zarrachalarni yorug'lik tezligiga yaqin tezlikka tezlashtirishni rejalashtirmoqda. Eynshteynning umumiy nisbiylik nazariyasiga ko'ra, qora tuynuklar bizga tahdid solmaydi. Biroq, agar qo'shimcha fazoviy o'lchamlarga ega bo'lgan nazariyalar to'g'ri bo'lsa, bizda Yer sayyorasidagi barcha muammolarimizni hal qilish uchun ko'p vaqtimiz qolmaydi.

8. Nima uchun qora tuynuklar qo'rqinchli?

Qora tuynuk- fazo-vaqtning tortishish kuchi shunchalik kuchliki, hatto yorug'lik tezligida harakatlanuvchi jismlar ham uni tark eta olmaydi. Qora tuynuklarning mavjudligi Eynshteyn tenglamalarining yechimlari bilan tasdiqlangan. Ko'pchilik Evropada paydo bo'lgan qora tuynuk butun sayyorani qanday yutib yuborishini allaqachon tasavvur qilishiga qaramay, signal berishning hojati yo'q. Qora tuynuklar, ba'zi nazariyalarga ko'ra, ishlayotganda paydo bo'lishi mumkin kollayder, xuddi shu nazariyalarga ko'ra, shunchalik qisqa vaqt davomida mavjud bo'ladiki, ular shunchaki materiyani yutish jarayonini boshlashga vaqtlari bo'lmaydi. Ba'zi olimlarning fikriga ko'ra, ular kollayder devorlariga etib borishga ham ulgurmaydi.

9. Tadqiqot qanday foydali bo'lishi mumkin?

Ushbu tadqiqotlar insoniyatga elementar zarrachalar tarkibini bilish imkonini beradigan fanning yana bir ajoyib yutug'i ekanligidan tashqari, bu insoniyatning bunday tavakkal qilgan foydasi emas. Ehtimol, yaqin kelajakda siz va men dinozavrlarni o'z ko'zimiz bilan ko'rishimiz va Napoleon bilan eng samarali harbiy strategiyalarni muhokama qilishimiz mumkin. Rossiyalik olimlarning fikricha, tajriba natijasida insoniyat vaqt mashinasini yaratishi mumkin.

10. Adron kollayderini qanday qilib ilmiy bilimdon deb topish mumkin?

Va nihoyat, agar kimdir oldindan javob bilan qurollangan bo'lsa, sizdan adron kollayderi nima ekanligini so'rasa, biz sizga har qanday odamni yoqimli ajablantiradigan munosib javobni taklif qilamiz. Shunday ekan, xavfsizlik kamarlaringizni mahkamlang! Hadron Collider - bu to'qnashuv nurlaridagi protonlar va og'ir ionlarni tezlashtirish uchun mo'ljallangan zaryadlangan zarracha tezlatgichi. Yadroviy tadqiqotlar bo‘yicha Yevropa kengashi tadqiqot markazida qurilgan bu 100 metr chuqurlikda yotqizilgan 27 kilometrlik tunnel. Protonlar elektr zaryadlanganligi sababli, ultrarelyativistik proton protonga yaqin uchadigan deyarli haqiqiy fotonlar bulutini hosil qiladi. Bu fotonlar oqimi yadro to'qnashuvi rejimida yadroning katta elektr zaryadi tufayli yanada kuchayadi. Ular yaqinlashib kelayotgan proton bilan to'qnashib, odatdagi foton-adron to'qnashuvlarini yoki bir-biri bilan to'qnashishi mumkin. Olimlar tajriba natijasida fazoda fazo-vaqtning tipologik xususiyati bo'lgan fazo-vaqt "tunnellari" paydo bo'lishi mumkinligidan qo'rqishadi. Tajriba natijasida supersimmetriya mavjudligini ham isbotlash mumkin, bu shunday qilib superstring nazariyasi haqiqatining bilvosita tasdig'iga aylanadi.

Men CERNdagi ochiq kunga tashrif buyurish haqidagi hikoyamni davom ettiraman.

3-qism. Kompyuter markazi.

Ushbu qismda men CERN ishining mahsuli saqlanadigan va qayta ishlanadigan joy - tajribalar natijalari haqida gapiraman. Biz kompyuter markazi haqida gapiramiz, lekin uni ma'lumotlar markazi deb atash to'g'riroq bo'lar edi. Lekin birinchi navbatda men CERNda hisoblash va ma'lumotlarni saqlash masalalariga bir oz to'xtalib o'taman. Har yili katta adron kollayderining o'zi shu qadar ko'p ma'lumot ishlab chiqaradiki, agar u kompakt diskga yozilsa, balandligi 20 kilometr bo'lgan stack bo'lar edi. Buning sababi shundaki, kollayder sekundiga 30 million marta to'qnashadi va har bir to'qnashuv 20 ga yaqin hodisani keltirib chiqaradi, ularning har biri detektorda katta hajmdagi ma'lumotni hosil qiladi. Albatta, bu ma'lumotlar dastlab detektorning o'zida qayta ishlanadi, so'ngra mahalliy hisoblash markaziga boradi va shundan keyingina asosiy ma'lumotlarni saqlash va qayta ishlash markaziga uzatiladi. Biroq, har kuni taxminan petabayt ma'lumotlarni qayta ishlash kerak. Bunga qo'shimcha qilishimiz kerakki, bu ma'lumotlar nafaqat saqlanishi, balki butun dunyo bo'ylab tadqiqot markazlari o'rtasida taqsimlanishi va qo'shimcha ravishda CERNning o'zida 4000 ga yaqin WiFi tarmog'i foydalanuvchilarini qo'llab-quvvatlashi kerak. Shuni qo'shimcha qilish kerakki, Vengriyada ma'lumotlarni saqlash va qayta ishlash yordamchi markazi mavjud bo'lib, u bilan 100 gigabit aloqa mavjud. Shu bilan birga, CERN ichiga 35 000 kilometr optik kabel yotqizilgan.
Biroq, kompyuter markazi har doim ham kuchli emas edi. Fotosuratda ishlatilgan uskunalar vaqt o'tishi bilan qanday o'zgarganligi ko'rsatilgan.

Endi meynfreymlardan oddiy shaxsiy kompyuterlar tarmog'iga o'tish sodir bo'ldi. Hozirda markaz haftasiga 7 kun 24 soat ishlaydigan 10 000 serverda 90 000 ta protsessor yadrolariga ega. Ushbu tarmoqda bir vaqtning o'zida o'rtacha 250 000 ta ma'lumotlarni qayta ishlash ishlari ishlaydi. Ushbu hisoblash markazi zamonaviy texnologiyalarning eng yuqori pog'onasida turadi va ko'pincha bunday katta hajmdagi ma'lumotlarni saqlash va qayta ishlash uchun zarur bo'lgan muammolarni hal qilish uchun hisoblash va ITni oldinga suradi. Kompyuter markazi yaqinida joylashgan binoda Tim Berners-Li Butunjahon Internet tarmog'ini ixtiro qilganini eslatib o'tish kifoya (buni Internetda kezib, fundamental fan foydasiz deb aytadigan muqobil iqtidorli ahmoqlarga ayting).

Biroq, ma'lumotlarni saqlash muammosiga qaytaylik. Fotosurat shuni ko'rsatadiki, antidiluviya davrida ma'lumotlar ilgari magnit disklarda saqlangan (Ha, ha, men Evropa Ittifoqi kompyuteridagi bu 29 megabaytli disklarni eslayman).

Bugungi ahvolni ko‘rish uchun kompyuter markazi joylashgan binoga boraman.

Ajablanarlisi shundaki, u erda juda ko'p odam yo'q va men tezda ichkariga kiraman. Ular bizga qisqa metrajli filmni ko'rsatishadi va keyin bizni qulflangan eshikka olib boradilar. Yo'lboshchimiz eshikni ochadi va biz o'zimizni juda katta xonada topamiz, u erda ma'lumotlar yozib olingan magnit lentali shkaflar mavjud.

Xonaning ko'p qismini aynan shu kabinetlar egallaydi.

Ular 480 million faylda taxminan 100 petabayt ma'lumotni (700 yillik Full HD videoga teng) saqlaydi. Qizig'i shundaki, butun dunyo bo'ylab 160 hisoblash markazlarida 10 000 ga yaqin fiziklar ushbu ma'lumotga ega. Ushbu ma'lumot o'tgan asrning 70-yillaridan boshlab barcha eksperimental ma'lumotlarni o'z ichiga oladi. Agar diqqat bilan qarasangiz, bu magnit lentalar shkaflar ichida qanday joylashganligini ko'rishingiz mumkin.

Ba'zi stendlarda protsessor modullari mavjud.

Jadvalda ma'lumotlarni saqlash uchun ishlatiladigan kichik displey mavjud.

Ushbu ma'lumot markazi 3,5 megavatt elektr energiyasini iste'mol qiladi va elektr uzilishlarida o'zining dizel generatoriga ega. Sovutish tizimi haqida ham aytish kerak. U binoning tashqarisida joylashgan va soxta zamin ostida sovuq havoni haydaydi. Suvni sovutish faqat oz sonli serverlarda qo'llaniladi.

Shkafning ichiga qarasangiz, magnit lentalarni avtomatik namuna olish va yuklash qanday sodir bo'lishini ko'rishingiz mumkin.

Darhaqiqat, bu xona kompyuter uskunalari joylashgan yagona xona emas, lekin tashrif buyuruvchilarning hech bo'lmaganda bu erga kirishlari allaqachon tashkilotchilarga hurmatni uyg'otadi. Men stolda ko'rsatilgan narsalarni suratga oldim.

Shundan so'ng yana bir guruh mehmonlar paydo bo'ldi va bizni ketishni so'rashdi. Men oxirgi suratga tushaman va ma'lumotlar markazini tark etaman.

Keyingi bo'limda fizik tajribalarda qo'llaniladigan noyob uskunalar yaratiladigan va yig'iladigan ustaxonalar haqida gapiraman.

Ushbu sirli qurilma haqida ko'plab mish-mishlar mavjud, ko'pchilik u Yerni yo'q qiladi, sun'iy qora tuynuk hosil qiladi va insoniyatning mavjudligini tugatadi, deb da'vo qilmoqda. Aslida, bu qurilma olimlar tomonidan olib borilgan izlanishlar tufayli insoniyatni butunlay yangi bosqichga olib chiqishi mumkin. Ushbu mavzuda men sizga Katta adron kollayderi (LHC) nima ekanligi haqida taassurot qoldirish uchun barcha kerakli ma'lumotlarni to'plashga harakat qildim.

Shunday qilib, ushbu mavzu Adron Kollayderi haqida bilishingiz kerak bo'lgan hamma narsani o'z ichiga oladi. 2010 yil 30 martda CERNda (Yevropa yadroviy tadqiqotlar tashkiloti) tarixiy voqea yuz berdi - bir nechta muvaffaqiyatsiz urinishlar va ko'plab yangilanishlardan so'ng atomlarni yo'q qilish uchun dunyodagi eng katta mashinani yaratish yakunlandi. Nisbatan past tezlikda proton to'qnashuvi bilan bog'liq dastlabki sinovlar 2009 yilda hech qanday jiddiy muammolarsiz o'tkazildi. 2010 yilning bahorida o'tkaziladigan favqulodda eksperiment uchun sahna qo'yilgan edi. LHC ning asosiy eksperimental modeli maksimal tezlikda to'qnashadigan ikkita proton nurlarining to'qnashuviga asoslangan. Ushbu kuchli to'qnashuv protonlarni yo'q qiladi, favqulodda energiya va yangi elementar zarralarni yaratadi. Bu yangi atom zarralari nihoyatda beqaror va faqat bir soniya ichida mavjud bo'lishi mumkin. LHC tarkibiga kiritilgan analitik apparatlar ushbu hodisalarni yozib olishlari va ularni batafsil tahlil qilishlari mumkin. Shu tariqa olimlar qora tuynuklarning paydo bo‘lishini taqlid qilishga harakat qilmoqdalar.

2010 yil 30 martda Katta adron kollayderining 27 kilometrlik tunneliga qarama-qarshi yo'nalishda ikkita proton nurlari otildi. Ular to'qnashuv sodir bo'lgan yorug'lik tezligiga tezlashdi. 7 TeV (7 teraelektronvolts) bo'lgan rekord darajadagi energiya qayd etildi. Bu energiyaning kattaligi rekord darajadagi va juda muhim ma'nolarga ega. Keling, LHC ning eng muhim tarkibiy qismlari - proton nurlari to'qnashuvi paytida soniyalarning fraktsiyalarida nima sodir bo'lishini qayd qiluvchi sensorlar va detektorlar bilan tanishaylik. 2010-yil 30-martdagi to‘qnashuvda markaziy rol o‘ynagan uchta datchik bor – bular CERNning murakkab tajribalarida muhim rol o‘ynagan kollayderning eng muhim qismlaridandir. Diagrammada LHC ning asosiy loyihalari bo'lgan to'rtta asosiy eksperimentning (ALICE, ATLAS, CMS va LHCb) joylashuvi ko'rsatilgan. Er ostidan 50 dan 150 metrgacha chuqurlikda ulkan datchik-detektorlar uchun ulkan g'orlar qazilgan.

Keling, ALICE (Katta eksperimental ion kollayderining qisqartmasi) deb nomlangan loyihadan boshlaylik. Bu LHCda qurilgan oltita eksperimental inshootlardan biridir. ALICE og'ir ion to'qnashuvlarini o'rganish uchun tuzilgan. Bu holda hosil bo'lgan yadroviy moddaning harorati va energiya zichligi glyuon plazmasining tug'ilishi uchun etarli. Suratda ALICE detektori va uning barcha 18 moduli ko'rsatilgan


ALICE-dagi ichki kuzatuv tizimi (ITS) olti silindrsimon qatlamli silikon datchiklardan iborat bo'lib, ular zarba nuqtasini o'rab oladi va paydo bo'ladigan zarrachalarning xususiyatlarini va aniq pozitsiyalarini o'lchaydi. Shu tarzda, tarkibida og'ir kvark bo'lgan zarrachalarni osongina aniqlash mumkin

LHC ning asosiy tajribalaridan biri ham ATLAS hisoblanadi. Tajriba protonlar orasidagi to'qnashuvlarni o'rganish uchun mo'ljallangan maxsus detektorda o'tkaziladi. ATLAS uzunligi 44 metr, diametri 25 metr va og'irligi taxminan 7000 tonnani tashkil qiladi. Tunnel markazida proton nurlari to'qnashib, u shu paytgacha yaratilgan eng katta va eng murakkab sensorga aylanadi. Sensor proton to'qnashuvi paytida va undan keyin sodir bo'lgan hamma narsani yozib oladi. Loyihaning maqsadi koinotimizda ilgari qayd etilmagan yoki aniqlanmagan zarralarni aniqlashdir.

Ochilish va tasdiqlash Xiggs bozoni- Katta adron kollayderining eng yuqori ustuvorligi, chunki bu kashfiyot elementar atom zarralari va standart moddaning paydo bo'lishining standart modelini tasdiqlaydi. Kollayder to'liq quvvat bilan ishlaganda, standart modelning yaxlitligi buziladi. Biz xossalarini faqat qisman tushunadigan elementar zarralar o'zlarining strukturaviy yaxlitligini saqlay olmaydilar. Standart model 1 TeV yuqori energiya chegarasiga ega, undan yuqori zarracha parchalanadi. 7 TeV energiyasida massalari hozir ma'lum bo'lganidan o'n baravar katta bo'lgan zarralar yaratilishi mumkin edi. To'g'ri, ular juda o'zgaruvchan bo'ladi, lekin ATLAS ularni "yo'qolib ketishdan" oldin bir soniyaning o'sha qismlarida aniqlash uchun mo'ljallangan.

Ushbu fotosurat Katta adron kollayderining barcha fotosuratlari ichida eng yaxshisi hisoblanadi:

Yilni muon solenoidi ( Yilni muon solenoidi) LHCdagi ikkita ulkan universal zarrachalar detektorlaridan biridir. 38 mamlakatdagi 183 laboratoriya va universitetlardan 3600 ga yaqin olimlar detektorni ishlab chiqaradigan va boshqaradigan CMSni qo'llab-quvvatlaydi. Solenoid Shveytsariya bilan chegara yaqinida, Frantsiyaning Cessi shahrida er ostida joylashgan. Diagrammada CMS qurilmasi ko'rsatilgan, biz sizga batafsilroq aytib beramiz.

Eng ichki qatlam kremniy asosidagi kuzatuvchidir. Traker dunyodagi eng katta kremniy sensori hisoblanadi. U 76 million kanalni o'z ichiga olgan 205 m2 silikon datchiklarga ega (taxminan tennis korti maydoni). Kuzatuvchi elektromagnit maydonda zaryadlangan zarrachalar izlarini o'lchash imkonini beradi

Ikkinchi darajada elektromagnit kalorimetr mavjud. Keyingi darajadagi adron kalorimetri har bir holatda ishlab chiqarilgan alohida adronlarning energiyasini o'lchaydi

Katta adron kollayderi CMS ning keyingi qatlami ulkan magnitdir. Katta elektromagnit magnitning uzunligi 13 metr va diametri 6 metrga teng. U niobiy va titandan tayyorlangan sovutilgan rulonlardan iborat. Ushbu ulkan solenoid magnit zarrachalarning ishlash muddatini maksimal darajada oshirish uchun to'liq quvvat bilan ishlaydi.

5-qavat - muon detektorlari va qaytib bo'yinturug'i. CMS energetik LHC to'qnashuvlarida aniqlanishi mumkin bo'lgan turli xil fizika turlarini tekshirish uchun mo'ljallangan. Ushbu tadqiqotning ba'zilari standart model parametrlarining o'lchovlarini tasdiqlash yoki yaxshilashga qaratilgan bo'lsa, boshqalari yangi fizikani qidirishda.

2010-yil 30-martda o‘tkazilgan tajriba haqida juda kam ma’lumot mavjud, biroq bir fakt aniq ma’lum. CERN ma'lumotlariga ko'ra, kollayderning uchinchi urinishida misli ko'rilmagan energiya portlashi qayd etilgan, chunki proton nurlari yorug'lik tezligida to'qnashuvdan oldin 27 km tunnel atrofida yugurgan. Rekord energiya darajasi joriy konfiguratsiyada ishlab chiqarishi mumkin bo'lgan maksimal darajada qayd etilgan - taxminan 7 TeV. Aynan shu energiya miqdori Katta portlashning birinchi soniyalariga xos bo'lib, bizning koinotimizning mavjudligini keltirib chiqardi. Dastlab bunday energiya darajasi kutilmadi, ammo natija barcha kutganlardan oshib ketdi

Diagrammada ALICE 7 TeV ning rekord darajadagi energiya chiqishini qanday qayd etishi ko'rsatilgan:

Ushbu tajriba 2010 yil davomida yuzlab marta takrorlanadi. Bu jarayon qanchalik murakkab ekanligini tushunishingiz uchun kollayderdagi zarrachalarning tezlashishiga o'xshashlik keltirishimiz mumkin. Murakkablik nuqtai nazaridan, bu, masalan, Nyufaundlend orolidan ignalarni shunchalik mukammal aniqlik bilan otish bilan tengdirki, bu ignalar Atlantikaning biron bir joyida to'qnashib, butun dunyoni aylanib chiqadi. Asosiy maqsad - koinot qurilishining standart modeli asosidagi elementar zarracha - Xiggs bozonini ochish.

Ushbu barcha tajribalarning muvaffaqiyatli natijalari bilan 400 GeV (qorong'u materiya deb ataladigan) eng og'ir zarralar dunyosi nihoyat kashf etilishi va o'rganilishi mumkin.

Yerning 100 metr ostida, Fransiya va Shveysariya chegarasida koinot sirlarini ochadigan qurilma o‘rnatilgan. Yoki, ba'zilarga ko'ra, Yerdagi barcha hayotni yo'q qiladi.

Qanday bo'lmasin, bu dunyodagi eng katta mashina va u Koinotdagi eng kichik zarralarni o'rganish uchun ishlatiladi. Bu Katta Adron (Android emas) Kollayder (LHC).

Qisqa Tasvir

LHC Yevropa yadroviy tadqiqotlar tashkiloti (CERN) boshchiligidagi loyihaning bir qismidir. Kollayder Shveytsariyadagi Jeneva tashqarisidagi CERN tezlatkich majmuasining bir qismi bo‘lib, proton va ionlar nurlarini yorug‘lik tezligiga yaqinlashuvchi tezlikka tezlashtirish, zarrachalarni bir-biriga sindirish va natijada yuzaga keladigan hodisalarni qayd etish uchun ishlatiladi. Olimlar bu koinotning kelib chiqishi va uning tarkibi haqida ko'proq ma'lumot olishga yordam beradi, deb umid qilmoqda.

Kollayder (LHC) nima? Bu hozirgi kungacha ishlab chiqarilgan eng shuhratparast va kuchli zarracha tezlatgichidir. Yuzlab mamlakatlardan minglab olimlar yangi kashfiyotlar izlashda hamkorlik qiladilar va bir-biri bilan raqobatlashadilar. Eksperimental ma'lumotlarni yig'ish uchun kollayderning aylanasi bo'ylab joylashgan 6 ta bo'lim mavjud.

U bilan qilingan kashfiyotlar kelajakda foydali bo'lishi mumkin, ammo bu uning qurilishiga sabab emas. Katta adron kollayderining maqsadi koinot haqidagi bilimimizni kengaytirishdir. LHC milliardlab dollarga tushishini va ko'plab mamlakatlarning hamkorligini talab qilishini hisobga olsak, amaliy qo'llanilishining etishmasligi hayratlanarli bo'lishi mumkin.

Adron kollayderi nima uchun?

Bizning koinotimizni, uning faoliyati va haqiqiy tuzilishini tushunishga urinish uchun olimlar standart model deb nomlangan nazariyani taklif qilishdi. U dunyoni nimaga aylantiradigan asosiy zarralarni aniqlash va tushuntirishga harakat qiladi. Model Eynshteynning nisbiylik nazariyasi elementlarini kvant nazariyasi bilan birlashtiradi. Shuningdek, u koinotning 4 ta asosiy kuchidan 3 tasini hisobga oladi: kuchli va kuchsiz yadro kuchlari va elektromagnetizm. Nazariya to'rtinchi asosiy kuch - tortishish kuchiga taalluqli emas.

Standart model koinot haqida turli tajribalar bilan mos keladigan bir nechta bashoratlarni amalga oshirdi. Ammo uning tasdiqlanishini talab qiladigan boshqa jihatlari ham bor. Ulardan biri Xiggs bozoni deb ataladigan nazariy zarradir.

Uning kashfiyoti massa haqidagi savollarga javob beradi. Nega materiya bunga ega? Olimlar neytrinolar kabi massaga ega bo'lmagan zarralarni aniqladilar. Nega ba'zi odamlarda bor, boshqalarda esa yo'q? Fiziklar ko'plab tushuntirishlarni taklif qilishdi.

Ulardan eng oddiyi Higgs mexanizmidir. Bu nazariya massa mavjudligini tushuntiruvchi zarracha va mos keladigan kuch mavjudligini bildiradi. Bu ilgari hech qachon kuzatilmagan, shuning uchun LHC tomonidan yaratilgan voqealar Xiggs bozonining mavjudligini isbotlaydi yoki yangi ma'lumot beradi.

Olimlarning yana bir savoli koinotning kelib chiqishi bilan bog'liq. Keyin materiya va energiya bir edi. Ular ajralib chiqqandan so'ng, materiya va antimateriya zarralari bir-birini yo'q qildi. Agar ularning soni teng bo'lsa, unda hech narsa qolmaydi.

Ammo, baxtimizga, koinotda ko'proq materiya bor edi. Olimlar LHC operatsiyasi davomida antimateriyani kuzatishga umid qilishmoqda. Bu koinot paydo bo'lganida materiya va antimateriya miqdoridagi farqning sababini tushunishga yordam beradi.

Qorong'u materiya

Bizning koinot haqidagi hozirgi tushunchamiz shuni ko'rsatadiki, mavjud bo'lishi kerak bo'lgan materiyaning atigi 4 foizi hozirda kuzatilishi mumkin. Galaktikalar va boshqa samoviy jismlarning harakati ko'proq ko'rinadigan materiya borligini ko'rsatadi.

Olimlar bu noaniq materiyani qorong'u materiya deb atashgan. Kuzatiladigan va qorong'u materiya taxminan 25% ni tashkil qiladi. Qolgan 3/4 qismi koinotning kengayishiga hissa qo'shadigan faraziy qorong'u energiyadan keladi.

Olimlar ularning tajribalari qorong'u materiya va qorong'u energiya mavjudligiga qo'shimcha dalillar keltirishi yoki muqobil nazariyani tasdiqlashiga umid qilmoqda.

Ammo bu zarrachalar fizikasi aysbergining faqat uchi. Yana ekzotik va munozarali narsalarni ochib berish kerak, bu kollayder uchun.

Katta portlash mikro miqyosda

Protonlarni etarlicha yuqori tezlikda to'qnashtirib, LHC ularni kichikroq atom zarrachalariga ajratadi. Ular juda beqaror va parchalanish yoki rekombinatsiya qilishdan oldin bir soniyaning bir qismi davom etadi.

Katta portlash nazariyasiga ko'ra, barcha moddalar dastlab ulardan iborat edi. Koinot kengayib, sovib ketganda, ular proton va neytron kabi kattaroq zarrachalarga birlashdi.

G'ayrioddiy nazariyalar

Agar nazariy zarralar, antimateriya va qorong'u energiya etarli darajada ekzotik bo'lmasa, ba'zi olimlar LHC boshqa o'lchamlarning mavjudligini isbotlashi mumkinligiga ishonishadi. Dunyo to'rt o'lchovli (uch o'lchovli fazo va vaqt) ekanligi umumiy qabul qilingan. Ammo fiziklarning ta'kidlashicha, odamlar seza olmaydigan boshqa o'lchamlar ham bo'lishi mumkin. Masalan, simlar nazariyasining bitta versiyasi kamida 11 o'lchovni talab qiladi.

Ushbu nazariyaning tarafdorlari LHC o'zlari taklif qilgan koinot modelining dalillarini taqdim etishiga umid qilishadi. Ularning fikricha, asosiy qurilish bloklari zarralar emas, balki iplardir. Ular ochiq yoki yopiq bo'lishi mumkin va gitara kabi tebranadi. Vibratsiyadagi farq iplarni har xil qiladi. Ba'zilari elektronlar shaklida namoyon bo'ladi, boshqalari esa neytrinolar sifatida amalga oshiriladi.

Raqamlardagi kollayder nima?

LHC katta va kuchli tuzilmadir. U 8 ta sektordan iborat bo'lib, ularning har biri yoy bo'lib, har bir uchida "insert" deb nomlangan bo'lim bilan chegaralangan. Kollayderning aylanasi 27 km.

Tezlatgich quvurlari va to'qnashuv kameralari 100 metr yer ostida joylashgan. Ularga kirish LHC aylanasi bo'ylab bir nechta nuqtalarda joylashgan liftlar va zinapoyalarga ega bo'lgan xizmat tuneli orqali ta'minlanadi. CERN shuningdek, tadqiqotchilar kollayder detektorlari tomonidan yaratilgan ma'lumotlarni to'plash va tahlil qilishlari mumkin bo'lgan er usti binolarni qurdi.

Magnitlar yorug'lik tezligining 99,99% ida harakatlanadigan protonlarning nurlarini boshqarish uchun ishlatiladi. Ular juda katta, og'irligi bir necha tonnaga etadi. LHC taxminan 9600 magnitga ega. Ular 1,9K (-271,25 °C) gacha soviydi. Bu kosmosdagi haroratdan past.

Kollayder ichidagi protonlar o'ta yuqori vakuumli naychalardan o'tadi. Bu maqsadga erishishdan oldin ular bilan to'qnashadigan zarralar bo'lmasligi uchun kerak. Bitta gaz molekulasi tajribaning muvaffaqiyatsiz bo'lishiga olib kelishi mumkin.

Katta kollayder atrofida muhandislar o'z tajribalarini o'tkazishlari mumkin bo'lgan 6 ta maydon mavjud. Ularni raqamli kamerali mikroskoplar bilan solishtirish mumkin. Ushbu detektorlarning ba'zilari juda katta - ATLAS uzunligi 45 m, balandligi 25 m va og'irligi 7 tonnaga teng qurilma.

LHCda ma'lumotlarni to'playdigan va kompyuter tarmog'iga yuboradigan 150 millionga yaqin sensorlar ishlaydi. CERN ma'lumotlariga ko'ra, tajribalar davomida olingan ma'lumotlar miqdori taxminan 700 MB / s ni tashkil qiladi.

Shubhasiz, bunday kollayder juda ko'p energiya talab qiladi. Uning yillik quvvat iste'moli taxminan 800 GVt soatni tashkil qiladi. Bu ancha katta bo'lishi mumkin, ammo qish oylarida ob'ekt ishlamaydi. CERN ma'lumotlariga ko'ra, energiya narxi taxminan 19 million yevroni tashkil qiladi.

Proton to'qnashuvi

Kollayder fizikasining printsipi juda oddiy. Birinchidan, ikkita nur ishga tushiriladi: biri soat yo'nalishi bo'yicha, ikkinchisi esa soat sohasi farqli o'laroq. Ikkala oqim ham yorug'lik tezligiga tezlashadi. Keyin ular bir-biriga yo'naltiriladi va natija kuzatiladi.

Ushbu maqsadga erishish uchun zarur bo'lgan uskunalar ancha murakkab. LHC CERN kompleksining bir qismidir. Har qanday zarralar LHC ga kirishdan oldin, ular allaqachon bir qator bosqichlardan o'tadi.

Birinchidan, protonlarni ishlab chiqarish uchun olimlar vodorod atomlarini elektronlardan ajratishlari kerak. Keyin zarralar LINAC 2 ga yuboriladi, bu esa ularni PS Booster tezlatkichiga ishga tushiradi. Ushbu mashinalar zarrachalarni tezlashtirish uchun o'zgaruvchan elektr maydonidan foydalanadi. Gigant magnitlar tomonidan yaratilgan maydonlar nurlarni ushlab turishga yordam beradi.

Nur kerakli energiya darajasiga yetganda, PS Booster uni SPS supersinxrotroniga yo'naltiradi. Oqim yanada tezlashadi va 1,1 x 1011 protonli 2808 ta nurga bo'linadi. SPS nurlarni LHC ga soat yo'nalishi bo'yicha va soat sohasi farqli ravishda yuboradi.

Katta adron kollayderi ichida protonlar 20 daqiqa davomida tezlashishda davom etadi. Maksimal tezlikda ular har soniyada LHC atrofida 11245 marta aylanadi. Nurlar 6 ta detektordan birida birlashadi. Bu holda soniyada 600 million to'qnashuv sodir bo'ladi.

2 ta proton to'qnashganda ular kichikroq zarrachalarga, jumladan, kvark va glyuonlarga bo'linadi. Kvarklar juda beqaror va bir soniya ichida parchalanadi. Detektorlar subatomik zarrachalar yo'lini kuzatish orqali ma'lumot to'playdi va uni kompyuter tarmog'iga yuboradi.

Hamma protonlar to'qnashmaydi. Qolganlari grafit tomonidan so'rilgan nurni ejeksiyon qismiga o'tishda davom etadilar.

Detektorlar

Kollayderning aylanasi bo'ylab ma'lumotlar yig'iladigan va tajribalar o'tkaziladigan 6 ta bo'lim mavjud. Ulardan 4 tasi asosiy detektor va 2 tasi kichikroqdir.

Eng kattasi ATLAS. Uning o'lchamlari 46 x 25 x 25 m.Traker ATLAS orqali o'tadigan zarrachalar impulsini aniqlaydi va tahlil qiladi. Uning atrofida zarrachalarning energiyasini ularni yutish orqali o'lchaydigan kaloriyametr mavjud. Olimlar ularning traektoriyasini kuzatishi va ular haqidagi ma'lumotlarni ekstrapolyatsiya qilishlari mumkin.

ATLAS detektorida muon spektrometri ham mavjud. Myuonlar manfiy zaryadlangan zarralar bo'lib, elektronlardan 200 marta og'irroqdir. Ular kaloriyametrdan to'xtamasdan o'tishga qodir bo'lgan yagona odamlardir. Spektrometr zaryadlangan zarrachalar datchiklari yordamida har bir muonning momentumini o'lchaydi. Ushbu sensorlar ATLAS magnit maydonidagi tebranishlarni aniqlay oladi.

Yilni muon solenoidi (CMS) to'qnashuv paytida ajralib chiqadigan kichik zarralarni aniqlaydigan va o'lchaydigan umumiy maqsadli detektordir. Qurilma Yerning magnit maydonidan deyarli 100 ming marta kattaroq magnit maydon hosil qila oladigan ulkan solenoid magnitning ichida joylashgan.

ALICE detektori temir ionlarining to'qnashuvlarini o'rganish uchun mo'ljallangan. Shunday qilib, tadqiqotchilar Katta portlashdan keyin darhol sodir bo'lgan sharoitlarga o'xshash sharoitlarni tiklashga umid qilmoqdalar. Ular ionlarning kvarklar va glyuonlar aralashmasiga aylanishini kutishadi. ALICE ning asosiy komponenti TPC kamerasi bo'lib, u zarrachalar traektoriyalarini o'rganish va rekonstruksiya qilish uchun ishlatiladi.

LHC antimateriya mavjudligini tasdiqlovchi dalillarni izlash uchun ishlatiladi. U buni go'zallik kvarki deb ataladigan zarrachani qidirish orqali amalga oshiradi. Ta'sir nuqtasini o'rab turgan pastki detektorlar qatori uzunligi 20 metrni tashkil qiladi. Ular go'zallik kvarklarining juda beqaror va tez parchalanadigan zarralarini ushlashlari mumkin.

TOTEM tajribasi kichik detektorlardan biri joylashgan hududda amalga oshiriladi. U protonlarning o'lchamini va LHC yorqinligini o'lchaydi, bu to'qnashuvni yaratishning aniqligini ko'rsatadi.

LHC tajribasi boshqariladigan muhitda kosmik nurlarni simulyatsiya qiladi. Uning maqsadi haqiqiy kosmik nurlarning keng ko'lamli tadqiqotlarini rivojlantirishga yordam berishdir.

Har bir aniqlash joyida bir necha o'ndan mingdan ortiq olimlardan iborat tadqiqotchilar guruhi mavjud.

Ma'lumotlarni qayta ishlash

Bunday kollayder juda katta ma'lumotlar oqimini yaratishi ajablanarli emas. LHC detektorlari tomonidan har yili ishlab chiqarilgan 15 000 000 GB tadqiqotchilar uchun katta qiyinchilik tug'diradi. Uning yechimi kompyuterlardan tashkil topgan kompyuter tarmog'i bo'lib, ularning har biri ma'lumotlar qismini mustaqil ravishda tahlil qilish imkoniyatiga ega. Kompyuter tahlilni tugatgandan so'ng, natijalarni markaziy kompyuterga yuboradi va yangi qismni oladi.

CERN olimlari o'z hisob-kitoblarini amalga oshirish uchun nisbatan arzon uskunalardan foydalanishga e'tibor qaratishga qaror qilishdi. Ilg'or serverlar va protsessorlarni sotib olish o'rniga, tarmoqda yaxshi ishlashi mumkin bo'lgan mavjud apparatlardan foydalaniladi. Maxsus dasturiy ta'minot yordamida kompyuterlar tarmog'i har bir tajriba ma'lumotlarini saqlash va tahlil qilish imkoniyatiga ega bo'ladi.

Sayyora uchun xavf?

Ba'zilar bunday kuchli kollayder Yerdagi hayotga xavf tug'dirishi mumkin, jumladan qora tuynuklar, "g'alati materiya", magnit monopoliyalar, radiatsiya va hokazolarning shakllanishida ishtirok etishidan qo'rqishadi.

Olimlar bunday da'volarni doimiy ravishda rad etadilar. Qora tuynuk hosil bo'lishi mumkin emas, chunki protonlar va yulduzlar o'rtasida katta farq bor. "G'alati materiya" uzoq vaqt oldin kosmik nurlar ta'sirida paydo bo'lishi mumkin edi va bu faraziy shakllanishlar xavfi juda oshirib yuborilgan.

Kollayder nihoyatda xavfsiz: u yer yuzasidan 100 metrlik tuproq qatlami bilan ajratilgan va tajribalar davomida xodimlarning yer ostida bo‘lishi taqiqlangan.

1.1. Kollayderlar fizikasi

Kollayderlar (to'qnashuvchi nurlari bo'lgan tezlatgichlar) zaryadlangan zarrachalarning to'qnashuvchi tezlashtirilgan nurlari paydo bo'ladigan qurilmalardir.
An'anaviy tezlatgichlarda yuqori energiyaga tezlashtirilgan zarralar nuri statsionar nishonning zarralari bilan o'zaro ta'sir qiladi. Bunday holda, umumiy impulsning saqlanish qonuni tufayli, tushayotgan zarralar energiyasining katta qismi tizimning massa markazining harakatini saqlashga sarflanadi, ya'ni. zarrachalarga - parchalanish mahsulotlariga kinetik energiya berish. Uning faqat kichik bir qismi foydali va samarali to'qnashuv energiyasini - zarrachalarning massa markazi (inertsiya markazi) tizimidagi o'zaro ta'sir energiyasini aniqlaydi, masalan, yangi zarrachalarning tug'ilishiga sarflanishi mumkin.
Statsionar nishon bilan, laboratoriya ma'lumot tizimidagi tinch massasi m 0 bo'lgan maqsadli zarracha massa markazida E 0 = m 0 c 2 tinch energiyaga ega va bir xil tinch massasi m 0 bo'lgan boshqa bir tushuvchi zarracha harakat qiladi. bu ramkada relyativistik tezlik bilan va tinch holatda bo'lgan zarrachaga qaraganda beqiyos katta energiyaga ega (E >> E 0). Massa markazi (inertsiya markazi) tizimidagi energiya formula bilan aniqlanadi. E qanchalik katta bo'lsa, uning ulushi zarrachalarning o'zaro ta'sirining samarali energiyasi shunchalik kichik bo'ladi.
Agar teng, lekin qarama-qarshi yo'naltirilgan impulslar bilan harakatlanuvchi zarralar to'qnashsa, ularning umumiy impulsi nolga teng bo'ladi. Bunda laboratoriya ma'lumot tizimi zarrachalarning massa markazi tizimiga to'g'ri keladi va samarali to'qnashuv energiyasi to'qnashuvchi zarrachalar energiyalari yig'indisiga teng bo'ladi. Bir xil massa va energiya E, E sm = 2E bo'lgan engil zarralar uchun bu kinetik energiya o'zaro ta'sir qilish uchun to'liq ishlatilishi mumkin. .
Massa tizimining markazida zarralar bir-biriga teng impulslar va energiyalar bilan harakatlanadi E, reaksiya mahsulotlarining umumiy impulsi nolga teng. Barcha boshlang'ich energiya bizni qiziqtiradigan zarrachalarning tug'ilishiga, materiyaning kichik o'lchamdagi tuzilishiga kirishga sarflanadi.
Zarrachalar to'qnashganda, ularning energiyasi materiyaning eng kichik "tomchilari" ga o'tadi, ular "portlaydi" va biz hosil bo'lgan zarrachalarning tarqalishini kuzatamiz. Tadqiqotchilar kichik miqyosdagi materiyaning tuzilishini ushbu zarralarning o'ziga xos taqsimlanishidan yoki tug'ilgan yangi zarrachalardan (ularning aksariyati juda qisqa muddatli) bilib oladilar.
To'qnashuv nurlaridagi o'zaro ta'sir jarayonining afzalligi, ayniqsa, yorug'lik zarralari - elektronlar, pozitronlar (ularning past dam olish energiyasi tufayli) uchun katta. Belgilangan nishonga ega tezlatgichlar va to‘qnashuvchi nurlardan foydalanadigan tezlatgichlar, agar bir xil to‘qnashuvchi zarrachalar bilan to‘g‘ridan-to‘g‘ri massa markazidagi o‘zaro ta’sir reaksiyasiga sarflangan bir xil foydali energiyaga ega bo‘lsa, ekvivalent hisoblanadi. Harakatsiz nishonga ega ekvivalent tezlatgichlarda E n va to‘qnashuvchi nurlardagi zarralarning kinetik energiyalari E sm. ultrarelativistik holatda quyidagi shaklga ega: E n = E 2 sm. /2E 0. Ushbu nisbatdan foydalanib, qo'zg'almas maqsadli tezlatgich uchun energiyani kollayderga ekvivalentini hisoblash mumkin.
Hisoblash shuni ko'rsatadiki, to'qnashuv nurlarini ishlatmasdan E sm = 0,209 TeV ga teng bo'lgan BEPC energiyasiga (LEP) ekvivalent kinetik energiyani olish uchun tezlatgich energiyasi E n = 4,274 × 10 4 TeV va E n bo'lishi kerak edi. .. / E sm = 2 ·10 5). LHC adron kollayderi uchun bir xil qiymatlar E n = 1,044 10 5 TeV va E n .. / E sm = 7500 (LEP va LHC - qurilgan eng katta elektron-pozitron va adron halqali kollayderlar) Yuqoridagi hisob-kitob natijalariga ko'ra u Faqat to'qnashuv sxemasidan foydalangan holda biz juda yuqori samarali energiya olishimiz mumkinligi aniq.
Agar pastroq energiya ishlatilsa, an'anaviy tezlatgichlar bilan ishlash mumkin edi, ammo zarrachalar to'qnashuvi printsipini amalga oshirish o'rnatishni sezilarli darajada ixchamroq qilish imkonini beradi.

1.2. Halqali va chiziqli kollayderlarni solishtirish. Sinxrotron nurlanishi

Jadvaldan ko'rinib turibdiki. 1a, SLAC kollayderidan (SLK, SLC) tashqari, barcha qurilgan kollayderlar halqali edi. Ring kollayderlari deyarli har doim chiziqlilarga qaraganda ixchamroqdir. Ammo shuni ta'kidlash kerakki, yorug'lik zarralarini tezlashtirish uchun aylana traektoriyalaridan foydalanish ularning aylanishi paytida hosil bo'lgan kuchli sinxrotron nurlanishi bilan chegaralanadi.
Relyativistik zarra uchun sinxrotron nurlanishining energiyasi U uning massasi m 0 energiyasi E, traektoriya radiusiga bog'liq. r va quyidagi formula bilan aniqlanadi:

(1.1)

Aylanish energiyalari va radiuslari bir xil bo'lgan elektronlar va protonlarning tinch massasi o'rtasidagi katta farq tufayli elektron nurning sinxrotron nurlanish kuchi proton nuridan 1013 marta katta bo'ladi.
BEPK kollayderida (LEP) aylanadigan nur quyidagi parametrlar bilan tavsiflangan:
E ≈ 100 GeV, r = 4 km, B = 0,75 T, bir aylanishda energiya yo'qolishi 2 GeV edi. Proton to'qnashuvi holatida (1.1) formuladagi 8,85 × 10 -5 koeffitsienti 7,8 × 10 -18 ga almashtirilishi kerak.
Katta sinxrotron yo'qotishlari tufayli massa markazida 208 BeV dan katta energiyaga ega bo'lgan elektron-pozitron halqali to'qnashuvlar yaratilmadi. Shunga qaramay, ish BEPK kollayderi (halqa uzunligi 22,8 km) bilan bir xil diametrli tunnelda joylashgan elektron-pozitron kollayderining loyihasini ko'rib chiqdi. Yorqinligi 10 32 sm -2 s -1 bo'lganda, har bir nurning energiyasi 400 GeV bo'lishi kerak edi. Sinxrotron nurlanishidan kelib chiqadigan yo'qotishlarni qoplash uchun 100 GV chastotali quvvatni sarflash kerak bo'ladi.
Hozirgi vaqtda elektronlardan (pozitronlardan) foydalanganda chiziqli kollayderlar birinchi navbatda TeV diapazonida istiqbolli hisoblanadi. Shu bilan birga, massasi elektronlar massasidan sezilarli darajada oshib ketadigan elementar zarralar to'qnashadigan halqali muon kollayderlari ishlab chiqilmoqda. Birinchi muon kollayderlarining massa markazining energiyasi 0,1 - 3 TeV va yorqinligi (1 - 5)×10 34 sm -2 s -1 bo'ladi deb taxmin qilinadi.

1.3. Kollayderlarning asosiy parametrlari

Kollayderning birinchi asosiy xarakteristikasi - uning nurlarining energiyasi - uni yaratish jarayonida hal qilinishi kerak bo'lgan elementar zarralar fizikasi muammolari asosida tanlanadi. Odatda bu vazifalar doirasi juda keng bo'lib chiqadi. 2-1-jadvalda bir qator yuqori energiyali kollayderlarda o'tkaziladigan yoki o'tkaziladigan ba'zi tajribalar bo'yicha ma'lumotlar keltirilgan. Zarrachalarning kollayderlarda to'qnashuvi haqida qisqacha ma'lumot va zarralar fizikasidan yechilgan masalalar keyingi bo'limda ko'rib chiqiladi.
Kollayderning yorqinligi uning ikkinchi muhim xususiyatidir. Yorqinlik ortishi bilan to'qnashuvchi zarrachalar soni ortadi. Geometrik yorqinlik bo'laklarning to'qnashuv chastotasiga (f), har bir nurning to'plamidagi zarrachalar soniga (n 1 va n 2) va to'pning ko'ndalang kesimiga (S) bog'liq. Yorqinlik (L ) formula bilan aniqlanadi:

Zarrachalar to'qnashganda, ular o'rtasida o'zaro ta'sir bo'lishi mumkin yoki bo'lmasligi mumkin. Faqat to'qnashuvning ma'lum bir natijasi ehtimolini aniqlash mumkin. O'zaro ta'sir qilish ehtimoli maydon o'lchamiga (sm 2) ega bo'lgan o'zaro ta'sirning ko'ndalang samarali kesmasining qiymati bilan belgilanadi s va quyidagi formula bilan aniqlanadi:

Bu erda N - vaqt birligida o'zaro ta'sirni boshdan kechirgan zarralar soni (noelastik to'qnashuvlar). s qiymati odatda millibarnlarda ifodalanadi (1 mbarn = 10 -27 sm 2). Ishda va boshqa bir qator ishlarda nurlanishning qiymatini aniqlaydigan formula berilgan, u nurning emissiyasini, to'plamdagi elektronlarning Gauss taqsimotini hisobga oladi, shuningdek, nurlanish qiymatini hisobga oladi. to'dalarning umumiy to'qnashuv burchagi.
Integral yorug'lik (yoki yorqinlik integrali) tushunchasi tez-tez ishlatiladi, ya'ni "standart tezlatgich yili" davomida tezlatgichning ishlash vaqtiga ko'paytiriladigan yorug'lik. Bir standart yilning davomiyligi odatda 10 6 - 10 7 soniya deb olinadi, bu taxminan to'rt oyga teng. Integratsiyalashgan yorqinlik odatda teskari pikobarnlarda (pbarn -1) yoki teskari femtobarnlarda (fbarn -1) ifodalanadi.
Muayyan kollayderda ma'lum bir jarayon qanchalik tez-tez sodir bo'lishini bilish uchun jarayonning ko'ndalang kesimini kollayderning yorqinligiga (N = sL) ko'paytirish kerak. Detektorning ideal bo'lmagan samaradorligi tufayli haqiqatda qayd etilgan hodisalar soni, albatta, kamroq bo'ladi.
Ular har doim ham eng yuqori yorqinlikni olishga intilmaydilar. Agar adron kollayderining har bir klasterida zarrachalar ko'p bo'lsa, ular to'qnashganda bir vaqtning o'zida bir nechta mustaqil proton-proton to'qnashuvlari sodir bo'ladi. Detektor bir vaqtning o'zida barcha bu to'qnashuvlarning qo'shilgan izlarini yozib oladi, bu esa o'zaro ta'sir jarayonini tahlil qilishni qiyinlashtiradi.
Jarayonlar uchun kesma zarrachalar energiyasining kvadrati sifatida kamayganligi sababli, yuqori energiyali kollayderlarning yorqinligi juda yuqori bo'lishi kerak. Ba'zi qurilgan kollayderlarning yorug'lik qiymatlari yuqorida 1-B va 2-B jadvallarida keltirilgan.

№ 2.1-jadval. Ayrim kollayderlarda olib borilgan tadqiqotlar

2009-yilda foydalanishga topshirilgan CERN da Katta Adron Kollayderining (LHC) loyihaviy qiymati L = 10 34 sm -2 s -1 deb belgilangan. Agar LHC kollayderidagi massalar markazidagi o'zaro ta'sirning ko'ndalang samarali ko'ndalang kesimi s = 80 mb deb faraz qilsak, LHC 14 GeV massa markazidagi energiyada ishlaganda, qiymat N = 8 ga teng bo'ladi. ×10 8 s - 1.
Taxminlarga ko'ra, kollayderning ishlash muddati yiliga taxminan 10 7 s ni tashkil qiladi va yil davomida uning integral yorqinligi taxminan 10 41 sm -2 ni tashkil qiladi. s = 80 mb da yiliga 8×10 15 ta hodisa yuz berishi mumkin. Ushbu hodisalarning aksariyati bir necha ming zarrachalarni hosil qiladi. Hech bir elektron yoki kompyuter tizimlari bunday axborot oqimini qayta ishlashga qodir emas. Bunday yuqori yorug'lik esa yangi fizikaga xos bo'lgan kichik kesmalarga ega bo'lgan juda kam uchraydigan hodisalarni o'rganishda zarurdir. Oldindan ma'lum bo'lgan xususiyatlarga ega bo'lgan hodisalarni ishonchli tanlash imkonini beruvchi yaxshi elektronika bilan juda past kesimli jarayonda yiliga yuztagacha hodisa haqida ma'lumot olish mumkin. s = 1 fb. Bunday hodisalar bilan ishlash uchun kollayderning yuqori yorqinligi kerak.
Kollayderning uchinchi asosiy xarakteristikasi - to'qnashuvchi zarrachalarning turi. Yuqoridagi 1-B jadval va 2-B jadvaldan ham elektron-pozitron, proton-antiproton kollayderlari, ham elektron-proton kollayderlari qurilgani va ulardan foydalanilgani aniq. Shuni ta'kidlash kerakki, antizarrachalardan foydalanish shart emas, chunki zaryad belgisidagi farq fizikaviy tadqiqotlar natijalariga juda oz ta'sir qiladi. Zaryad belgisidagi farq kollayderning konstruksiyasiga ko'proq ta'sir qiladi.Halqali kollayderlarda zarrachalar va antizarrachalardan foydalanish ularni bir kanal (quvur) bo'ylab harakatlanishiga imkon beradi, masalan, Tevatronda. kollayder. Shu bilan birga, LHC kollayderida faqat bir xil belgining protonlari yoki qo'rg'oshin ionlari to'qnashadi. Biroq, bu to'qnashayotgan zarralarni ikki xil kanal orqali boshqarishni talab qildi.
Elektron-pozitron chiziqli kollayderlar tajribalarda olingan natijalarni tahlil qilish nuqtai nazaridan adron kollayderlariga nisbatan ma’lum afzalliklarga ega. Shu bilan birga, saqlash halqalari yo'qligi sababli, ularda yuqori yorqinlikni olish qiyinroq.
Elektron-pozitron va adron kollayderlarida to'qnashuvlar tabiatini taqqoslash quyidagi bo'limlarda ko'rib chiqiladi.

1.4. Zarrachalar fizikasiga qisqacha kirish

Hozirgi vaqtda elementar zarralar fizikasining asosini "Standart model" - mahalliy maydonlarning kvant mexanik nazariyasi tashkil etadi. U har bir elementar zarrachaning maydonlarini (gravitatsion maydondan tashqari) tekshiradi. Bunday maydonlarning tebranishlari energiya va impulsni fazodagi bir joydan ikkinchi joyga o'tkazadi. Kvant mexanikasiga ko'ra, to'lqinlar paketlar yoki kvantlarga yig'iladi, ular laboratoriyada elementar zarrachalar shaklida kuzatiladi.
“Standart model”da (3.1-jadval) fermionlar moddani tashkil etuvchi elementar zarralar bo‘lib, ular ikki turdagi maydonlar bilan ifodalanadi: lepton maydonlari (yunoncha “leptos” – yorug‘lik) va kvark maydonlari (“kvark”). standart modellarda asosiy zarracha hisoblanadi). Fermionlar uch avlodga bo'linadi. Keyingi avlodning har bir a'zosi avvalgisining mos keladigan zarrasidan kattaroq massaga ega. Barcha oddiy atomlar birinchi avlod zarralarini o'z ichiga oladi. Zaryadlangan zarrachalarning ikkinchi va uchinchi avlodlari oddiy moddalarda mavjud emas va faqat juda yuqori energiya sharoitida kuzatiladi.

№ 3.1-jadval. Standart model

Lepton maydonlarining kvantlari quyidagilardir: elektronlar, og'irroq zarralar - muonlar, taonlar va neytrinolar deb ataladigan elektr neytral zarralar.
Kvark maydonlarining kvantlari quyidagilardan iborat: yuqoriga, pastga, jozibali, g'alati, haqiqiy va jozibali kvarklar. Kvarklarning bir qismi oddiy atomlarning yadrolarini tashkil etuvchi proton va neytronlar ichida bir-biriga bog'langan. Yadroning tarkibiy qismlari: protonlar va neytronlar ham fermionlardir.
Zarrachalar orasidagi oʻzaro taʼsir kuchlari fotonlar, W+, W - va Z 0 zarrachalarning almashinish jarayonlari hamda sakkiz turdagi glyuon (glyuon) bilan belgilanadi.Oʻzaro taʼsir tashuvchilar kalibrli bozonlar deyiladi.
Zaryadlangan zarralar o'rtasida elektromagnit o'zaro ta'sir sodir bo'ladi. Elektromagnit kuchlar ta'sirida zarralar o'zgarmaydi, ular faqat tortiladi yoki qaytariladi. O'zaro ta'sirning tashuvchisi fotonlardir. Elektromagnit kuch atomlardagi elektronlarni ushlab turadi va molekulalar va kristallardagi atomlarni bir-biriga bog'laydi.
Kvarklar kuchli o'zaro ta'sirga duchor bo'ladi. U ularni bir-biriga bog'lab, proton, neytron va boshqa birlashgan zarrachalarni hosil qiladi. Kuchli kuch atomdagi protonlar va neytronlar orasidagi bog'lanishga ta'sir qiladi. Bu qo'zg'alishning tashuvchilari glyuonlardir. Bu tabiatdagi eng kuchli o'zaro ta'sir. Bu yuqori energiyali yadro fizikasidagi o'zaro ta'sirning asosiy turidir. O'zaro ta'sir juda qisqa masofalar bilan cheklangan.
Zaif o'zaro ta'sir kvarklar va leptonlar o'rtasida sodir bo'ladi. Zaif o'zaro ta'sirning eng mashhur ta'siri bu o'ziga xos tarzda kvarklarning modifikatsiyasi. neytronning proton, elektron va antineytrinoga aylanishiga olib keladi.
Qo'zg'alish tashuvchilari W + , W - va Z 0 bozonlari. Radioaktiv yadrolarning beta-parchalanishi paytida yuzaga keladigan zaif o'zaro ta'sir juda qisqa diapazonga ega.
To'rtinchi o'zaro ta'sir kuchi tortishish kuchidir. Kvant nazariyasida gravitatsion o'zaro ta'sirning tashuvchisi graviton deb taxmin qilinadi. Graviton - bu massaga ega bo'lmagan zarracha. Uning aylanishi 2 ga teng.
Gravitatsion o'zaro ta'sir universaldir. Unda barcha zarralar ishtirok etadi. Bu shovqin eng zaif hisoblanadi. U yer sharining ayrim qismlarini bog‘laydi, Quyosh va sayyoralarni Quyosh tizimiga birlashtiradi, galaktikalardagi yulduzlarni bog‘laydi va Olamdagi yirik hodisalarni belgilaydi.
. Gravitatsion maydon Eynshteynning umumiy nisbiylik nazariyasi tomonidan tasvirlangan. Yigirmanchi asrning birinchi yarmida tortishish kuchini o'z ichiga olgan fundamental o'zaro ta'sirlarning yagona nazariyasini yaratishga ko'plab urinishlar bo'ldi. Biroq, hali to'liq qoniqarli model taklif qilinmagan. Bu, xususan, umumiy nisbiylik nazariyasi va boshqa o'zaro ta'sirlarni tavsiflovchi nazariyalarning har xil tabiatga ega ekanligi bilan bog'liq. Gravitatsiya fazoviy vaqtning egriligi bilan tavsiflanadi va bu ma'noda tortishish maydoni ahamiyatsiz, boshqa maydonlar esa materiyadir. Gravitatsiyaning kvant nazariyasini yaratishdagi qiyinchiliklar tufayli ularning birlashuviga hali erishilmagan. Hozirgi vaqtda fundamental o'zaro ta'sirlarni birlashtirish uchun turli xil yondashuvlar qo'llaniladi: simlar nazariyasi, halqa kvant tortishish kuchi, shuningdek, M-nazariyasi.
Standart model bo'sh fazodan amalda ajralmaydigan va tortishish maydoniga to'g'ri kelmaydigan boshqa maydon mavjudligini nazarda tutadi. U odatda Xiggs maydoni deb ataladi. Hamma fazo shu maydon bilan to‘ldirilgan va barcha asosiy zarralar (leptonlar, kvarklar va o‘lchovli bozonlar) Xiggs maydoni bilan o‘zaro ta’sir qilish natijasida massaga ega bo‘ladi, deb ishoniladi.
Bu maydonning kvantlari Xiggs bozonlaridir. Xiggs bozonini 1964 yilda shotland fizigi P.Xiggs nazariy jihatdan bashorat qilgan.
Xiggs bozoni standart modelning hali topilmagan oxirgi zarrasi.
Bu zarra shunchalik muhimki, Nobel mukofoti sovrindori Leon Lederman uni "xudo zarrasi" deb atagan. Taxminlarga ko'ra, to'rt yoki hatto beshta Xiggs bozonlari mavjud bo'lib, ular skalyar zarralar, ya'ni. nol aylanishga ega. Maqolada har xil zaryadga ega Xiggs bozonining besh navi (uchta neytral, bitta ijobiy va bitta salbiy) haqida xabar berilgan.
Xiggs bozonining massasining yuqori chegarasi 1 TeV dan kam ekanligi uzoq vaqtdan beri taxmin qilingan.
Biroq, 2004 yilda Tevatron kollayderida t-kvark massasini aniqlash yo'li bilan olingan eksperimental ma'lumotlarni qayta ishlashda Higgs bozoni massasining yuqori chegarasining qiymati 251 GeV bilan cheklangan.
Xiggs bozonini aniqlash bo'yicha tadqiqotlar bir qator boshqa kollayderlarda ham olib borilgan va olib borilmoqda. Xiggs bozonini topish bo'yicha keng ko'lamli tadqiqotlar massa markazida energiya 208 GeV bo'lgan LEP kollayderida o'tkazildi, ammo muvaffaqiyatga erishmadi.
Xiggs bozonlari mavjudligini eksperimental tasdiqlash va ularni tozalash kutilmoqda
xarakteristikalar LHC kollayderida amalga oshiriladi.
Jadvaldan ko'rinib turibdiki. 2.1, bir nechta kollayderlar kvark-glyuon plazmasi deb ataladigan moddaning holati bo'yicha tadqiqot olib bormoqda, bu erda rangli kvarklar va glyuonlar erkin zarrachalar sifatida xromoplazma deb ataladigan uzluksiz muhitni hosil qiladi. Xromoplazmaning o'tkazuvchanligi elektron-ion plazmasida yuzaga keladigan elektr o'tkazuvchanligiga o'xshaydi. Zamonaviy kontseptsiyalarga ko'ra, kvark-gluon plazmasi yuqori haroratlarda va / yoki hadronik moddalarning yuqori zichligida hosil bo'ladi. Tabiiy sharoitda bu plazma Katta portlashdan keyingi dastlabki 10-5 soniya ichida mavjud bo'lgan deb taxmin qilinadi. Bu sharoitlar neytron yulduzlarning markazida bo'lishi mumkin. Kvark-glyukon plazma holatiga o'tish ~200 MeV kinetik energiyaga mos keladigan haroratda sodir bo'lishi mumkin.
Kvark-gluon plazmasi bo'yicha birinchi tajriba natijalari 1990 yilda CERNda Super Proton Synchrontron, SPSda olingan. Keyin 2000 yilda, shuningdek, CERNda, ushbu "materiyaning yangi holati" ning kashfiyoti e'lon qilindi. Keyingi tadqiqotlar RHIC kollayderida o'tkazildi. Kvark-glyuon plazmasining hosil bo'lishi uchun ~3,5 TeV energiya talab qilinadi, deb ishoniladi. 2010 yilda, dastlabki ma'lumotlarga ko'ra, plazma harorati Selsiy bo'yicha 3,5 -4 trillion darajani tashkil etgani xabar qilingan. RHICda qo'rg'oshin va oltin ionlarining to'qnashuvi bo'yicha ish olib borildi. Kollayder ~33 TeV massa markazi energiyasida ishlagan.
2010 yil noyabr oyida LHC Katta Adron Kollayderida qo'rg'oshin ionlari bilan ishlash va kvark-gluon plazmasini ishlab chiqarish boshlandi. Birinchi hafta davomida o'nlab trillion daraja haroratga ega kvark-glyon plazmasi olindi.
Simmetriya masalalarini o'rganish elementar zarralar fizikasining muhim yo'nalishlaridan biridir. Shunday qilib, PEP II va KEK-B kollayderlarida, xususan, B - mezonlar zavodlarida CP simmetriyasining (C - zaryad simmetriyasi, zarrachaning antizarraga aylanishi) buzilishi masalalari o'rganilmoqda. P - fazoviy simmetriya, tizimning oyna tasviri. Dastlab, fiziklar dirijyorlik qilishda bunga ishonishgan zarralar orasidagi har qanday o'zaro ta'sirning simmetrik o'zgarishi, natija o'zgarmas bo'ladi - simmetriya saqlanib qoladi. Biroq, eksperimental tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, zaif o'zaro ta'sirlar paytida ham P-, ham C-simmetriya buziladi. PEP II va KEK-B kollayderlarida simmetriyani buzish masalalarini o'rganish ularning yuqori yorqinligi tufayli samaralidir.
Yaqin kelajakda simmetriya masalalarini o'rganish LHC kollayderining juda yuqori energiyalarida olib boriladi, bu avvalgi tajribalarga qaraganda CP simmetriyasining buzilishi bilan B mezonlarining ko'proq parchalanishini o'lchash imkonini beradi. Standart model yana bir sinchkovlik bilan sinovdan o'tadi va tabiat nega antimateriyadan materiyani afzal ko'rgani haqida tushuntirish paydo bo'ladi.
Tezlashtirilgan zarrachalar energiyasini oshirishdan asosiy maqsad shundan iboratki, bu zarrachalarning o'zaro ta'sirini har qachongidan ham kichikroq masofalarda va qisqaroq vaqtlarda o'rganish imkonini beradi. Juda kichik o'lchamdagi elementar zarrachalarning ichki tuzilishini o'rganish mumkin
Kvant maydon nazariyasi tortishish kuchining kvant effektlari paydo bo'la boshlagan va materiya tuzilishi 10 -33 sm va Plank massasi m p masofalarga to'g'ri keladigan Plank uzunligiga mutanosib ravishda ishlamaydi, deb ishonish uchun hech qanday asos yo'q. ≈ ћc/G) 1/2 ≈ 1,2×10 19 GeV/c 2, ya’ni massa markazidagi energiya ≈10 19 GeV (ћ - Dirak doimiysi, c - yorug'lik tezligi, G - tortishish doimiysi)
Zarrachalarning impuls p (energiya E = (p 2 c 2 + m 2 c 4) 1/2) bilan to'qnashuvida o'rganilayotgan hodisalarning eng kichik kirish shkalasi l = h/p = hc/E to'lqin uzunligi bilan aniqlanadi.
Bu muammoni hal qilish uchun elementar zarrachalarning kollayderlarda to'qnashuvi qo'llaniladi.
Yuzlab tajribalar allaqachon 10 -18 sm masofalar bilan ajralib turadigan materiya tuzilishiga kirishga imkon berdi. Albatta, 10 -33 sm masofani amalga oshirish uchun massa markazida energiya ≈ 10 7 TeV bo'lgan kollayderlarni yaratish mumkin emas.

1.5. Hadron va lepton kollayderlarini solishtirish

Adron va elektron-pozitron kollayderlarining ayrim afzalliklari va kamchiliklarini ko'rib chiqish qiziq.
Adronlar: protonlar va antiprotonlar birikma zarralardir uchta kvarkdan iborat (elektr zaryadi +2/3 bo'lgan ikkita u-kvark va zaryadi -1/3 bo'lgan bitta d-kvark, ular glyuon maydoni bilan birga ushlab turiladi (shuningdek, 3.1-jadval va ga qarang) Biroq, agar a proton yorug'lik tezligiga juda yaqin tezlikda uchadi, u asosan glyuonlar bilan to'ldirilgan bo'lib chiqadi va u sezilarli darajada kamroq kvarklar va antikvarklarni o'z ichiga oladi.Bunday sharoitda protonlar va antiprotonlar deyarli bir xil ko'rinadi va shuning uchun katta farq yo'q. protonlar protonlar bilan yoki protonlar antiprotonlar bilan to'qnashadi.Undagi glyuon maydoni shunchaki bog'lovchi kuch bo'lishni to'xtatadi va kvarklar yonida uchuvchi zarralar oqimi - glyuonlar shaklida moddiylashadi.Tez uchuvchi proton glyuondan, kvark va hatto antikvark "bulutlar" aralashgan - parton zichligi.
Ikki proton to'qnashganda, bir protondan bitta kvark qarama-qarshi protondan kelgan kvark bilan to'qnashadi, qolgan partonlar esa shunchaki uchib ketishadi. Ular to'qnashganda, partonlar kuchli "zarba" oladilar, bu ularni ota-ona protonlaridan chiqarib yuboradi. Biroq, glyuon maydonida chegaralanish mavjud - bu erkin holatda kvarklarni olishning mumkin emasligidan iborat hodisa. Tajribalarda faqat ikkita mezon yoki uchta kvark (barion) dan tashkil topgan kvark agregatlari kuzatiladi. Adronizatsiya sodir bo'ladi - zarba energiyasi ko'plab adronlarning tug'ilishiga sarflanadi. Bu jarayonda partonlar – “kuzatuvchilar” faol ishtirok etmoqda. Ayrim kvarklar yoki glyuonlar bilan jarayonlarni yaxshi hisoblash mumkin, ammo hadronlanishni aniq tasvirlash hali imkoni yo'q. Hadronlanish tufayli proton-proton to'qnashuvi lepton to'qnashuvidan (masalan, elektron-pozitron) juda farq qiladi. Tahlil jarayoni p - p + to'qnashuvlar juda murakkab.
Hadron to'qnashuvlarida nazariya va tajriba o'rtasidagi bog'liqlik elektron-pozitron to'qnashuvidagi kabi to'g'ridan-to'g'ri emas. Hadron kollayderi tajribalarida yangi zarrachalarning xossalarini aniqlash qiyinroq.
Protondan farqli o'laroq, elektron va pozitron elementar zarralar bo'lib, ularning to'qnashuvi paytida ajralib chiqadigan energiya yuqori aniqlik bilan aniqlanadi. Elektron-pozitron kollayderlari topilgan zarrachalarning boshqa xususiyatlarini aniqlashni osonlashtiradi.
Tuzilgan adron kollayderlari massa markazida juda yuqori energiyaga ega. Biroq, bu energiyaning barchasini yangi zarrachalarni yaratish uchun ishlatib bo'lmaydi. Shunday qilib, LHC uchun 14 TeV umumiy energiyadan faqat 2 TeV energiya foydalidir. Elektron-pozitron tezlatgichlarida deyarli barcha energiya foydalidir. Shunday qilib, massa markazida bir xil energiyaga ega bo'lgan elektron-pozitron kollayderlari adron kollayderlariga nisbatan 5-10 marta ustunlikka ega.
Elektron-pozitron chiziqli kollayderlarni tavsiflashda shuni ta'kidlash kerakki, to'qnashuv to'dalarining to'qnashuvlarining takrorlanish tezligi halqali elektron-pozitronli kollayderlarga nisbatan past bo'ladi. Yana bir bor ta'kidlash kerakki, chiziqli kollayderlarning asosiy kamchiligi shundaki, elektron va pozitronlarning har bir to'plami faqat bir marta ishlatiladi.
Zaryadlangan zarrachalarning zich oqimi yaqinida ular tomonidan qo'zg'atilgan elektromagnit maydon juda kuchli. Ushbu sohadagi radiatsiya zarrachalarning to'qnashuvi natijasida katta energiya yo'qotilishiga olib keladi va shovqin darajasini oshiradi. Uni zaiflashtirish uchun nurlar ko'ndalang yo'nalishlardan biriga cho'ziladi.
Nurlarning past emissiyasi va ularning juda kuchli fokuslanishi tufayli, chiziqli kollayderlarda ular massa markazida ((2-6) × 10 34 sm -2 s -1 ga teng yorug'lik olishga umid qiladilar, bu yorug'lik nuridan kam emas. halqali kollayderlarning yorqinligi.

Kirish va 1-bob uchun havolalar

Kesishuvchi nur tezlatuvchi tizimning xususiyatlari” // Kerst D. V./ CERN simpoziumi, v. I, Gen., 1956, p. 36 http://cdsweb.cern.ch/record/1241555/files/p36.pdf

"Tezlatgichlar va to'qnashuvchi nurlar" // G.I. Budker / Kitobda: Yuqori energiyali zaryadlangan zarralar tezlatgichlari bo'yicha VII Xalqaro konferentsiya materiallari, 1-jild, Er., 1970, bet. 33; Qarshi nurlar. Zaryadlangan zarracha tezlatgichlari bo'yicha oltinchi Butunittifoq yig'ilishi (Dubna, 1978), Dubna, 1978, p. 13; Yuqori energiyali zaryadlangan zarracha tezlatgichlari bo'yicha X xalqaro konferensiya (Protvino, 1977), 1-jild, Serpuxov, 1977 yil.

"To'qnashuvchi nurlardagi tezlatgichlar" // V. P. Dmitrievskiy./ Buyuk Sovet Entsiklopediyasi http://slovari.yandex.ru/~books/TSB/Accelerators%20on%20to'qnashuvi%20beams.

"Kelajak foton to'qnashuvlarida Xiggs bozonining fizikasi" // I.P. Ivanov/ http://hnature.web.ru/db/msg.html?mid=1181352

"Koinotning qorong'u energiyasi" // V. Lukin, E. Mixeeva / "Dunyo bo'ylab" 9-son (2816). 2008 yil sentyabr.

"Qorong'u energiya zarralarini qidirish" // V.A. Ryabov va boshqalar.

"CLIC 2008 PARAMETRLARI" // H. Braun va boshqalar / CLIC-Note-764

"2007 yildagi nur parametrlari bilan CLIC injektori va kuchaytirgichli linyaklarning dizayn tadqiqoti"// A. Ferrari va boshqalar./ CLIC - Eslatma -737

"WLHC tunnelidagi juda katta lepton kollayderi"//T.Sen va J.Norem /www.capp. ill.edu/workshops//opem/References/sen.pdf.

"Tajriba" // B.S. Ishxonov, I.M. Kapitonov, E.I. B.S.ning darsligi asosida Kabin / Veb nashri. Ishxonov, I.M. Kapitonov, E.I. Kabina. "Zarralar va yadrolar. Tajriba", M.: MDU nashriyoti, 2005 y. http://nuclphys.sirp.msu.ru/tajriba/

"Kollayder" // B.S. Ishxonov, I.M. Kapitonov, E.I. Kabin / http://nuclphys.sirp.msu.ru/experiment/accelerators/collider.htm.

"LHC mashinasi"//L. Evans va P.Bryant (muharrirlar)/ Fizika nashriyoti instituti va SISSA tomonidan nashr etilgan, 2008 JINST 3 SO8001

“Katta adron kollayderidagi fizika”/ / “Fizika fanlari yutuqlari”, 179-jild, 6-son. 2009 yil iyun, 571-579-bet (“Uspexi Fizicheskix Nauk” jurnalining og‘zaki soni)

"2050 yilga qadar yagona fizika" // S. Vaynberg, A. Krashenitsa tarjimasi / http://www.scientifisic.ru/journal/weinberg/weinberg,html .

"Hadron kollayderlaridagi tajribalar" http://elementy.ru/LHC/experiments

“Yadro va elementar zarralar fizikasi. Elementar zarralar" //V. Kalanov/ http://znaniya-sila.narod.ru/physics/physics_atom_02.htm

"Tabiatdagi to'rtta asosiy kuch turi" // Ch. Kittel, V. Knight, M. Ruderman / Berkli fizikasi kursi. 1-jild. Mexanika, 456-bet

“Elementar zarrachalar fizikasi asoslari. Moddaning tuzilishi"// http://physics03.narod.ru/Interes/Doclad/bak3.htm

"Asosiy o'zaro ta'sirlar"// http://ru.wikipedia.org/wiki/Fundamental_interactions

"LHC orqasida: kelajakdagi to'qnashuvlar" // D. Born / http://www.3dnews.ru/news/za_granu_bak_budushie_kollaideri/

"Fundamental fizikada kelayotgan inqiloblar" //Devid Gross/ http://elementy.ru/lib/430177

"Loop kvant tortishish kuchi" http://ru.wikipedia.org/wiki

"Olimlar Xudo zarralari sonini 5 taga ko'paytirdilar" // Lenta.ru. http://lenta.ru/news/2010/06/15/boson/

"Kvark-gluon plazmasi" // http://site/enc/e036.htm

“Kvark gluon plazmasini ovlash” // BNL-73847-2005 Yakuniy hisobot / www.bnl.gov/npp/docs/Hunting%20the%20QGP.pdf Fizika

"LHCb eksperimenti"//NINP MSU, 2004 yil / http://physics03.narod.ru/Interes/Doclad/antiv.htm

"Elektr va magnit maydonlarda zaryadlangan zarrachalarning harakati" // L.A. Artsimovich va S.Yu. Lukyanov /Kitob. "Science" nashriyoti. Moskva 1972 yil, 171-177-betlar

"Yangi avlod kollayderi" //B. Barish, N. Walke http://physics03.narod.ru/Interes/Doclad/bak13.htmr, H. Yamamoto. Tarjimasi: A.A. Sorokin 2008 yil uchun 5-sonli "Fan olamida" jurnalida maxsus hisobot Yangi avlod kollayderi.

"Tezlashtiruvchi fizika va chiziqli kollayder uchun texnologiyalar. I ma’ruza”// S.D..Xolms/ Hep.uchicago.edu/~kwangie/LectureNotes_Holmes.pdf

"Fotokollayderlar va fundamental o'zaro ta'sirlarni o'rganish" // I. F. Ginzburg / http://www-fima-ru.narod.ru/

"Muon Collider Progress" // R.B. Palmer

/www.cern.ch/accelconf/e98/PAPERS/THZ04A.PDF THZ04A.PDF

"MULTI-MODE SLED-II impulsli kompressor" // S.V. Kuzikov va boshqalar / Proceedings of LINAC 2004, THP28 pp. 660-662

"Ko'p rejimli RF kechiktiruvchi chiziqli tarqatish tizimi" //S.G. Tantawi va boshqalar/SLAC-PUB-9125

"Xona haroratidagi elektron linyak tuzilmalarida RF parchalanishini o'rganish / Gregori A. Loew va W. Wang // Slac-PUB-4647, 1988 yil may.

"Yuqori chastotali tezlatgichlar uchun gradientni cheklash" / Döbert // Linac 2004 yil, Lübek, Germaniya, WE 101

"0,5 dan 1,0 TeV gacha bo'lgan chiziqli kollayderlarning fizikasi va texnologiyasi."// Styuart Tovey - Vollongang - 2004./ Internet, SNT- Vollongang, ppt.

"4 XFEL tezlatgichi" //

“Evropa rentgen nurlari erkin elektron lazeri. Texnik dizayn hisoboti” // http://xfel.desy.de/localfs.Explorer_read?Current.Path=afs/desy.de/group/xfel/wof/EPT/TRD/XFEL-TRD-final.pdf.

KIRISH

To'qnashuv nurlaridan foydalanadigan tezlatgichlar kollayderlar deb ataladi (inglizcha to'qnashuv - to'qnashuv so'zidan). Ular o'ta yuqori energiyalar mintaqasida elementar zarrachalar fizikasidagi jarayonlarni eksperimental o'rganishning asosiy qurollari hisoblanadi.Nandal to'qnashuvlarda statsionar nishonga ega bo'lgan an'anaviy tezlatgichlarda nurlarning to'qnashuvi paytida olingan energiya miqdoriga erishib bo'lmaydi.
Toʻqnashuvchi nurli obʼyektlarni ishlab chiqish va qurish 1956 yilda Rossiya (SSSR) va xorijdagi laboratoriyalarda amerikalik fizik V.Kerstning kollayderlardan foydalanish boʻyicha taklifi eʼlon qilinganidan keyin boshlangan.
G.I.ning ishida. Budker to'qnashuv nurlaridan foydalanish g'oyasini birinchi marta Ya.B. Zeldovich (SSSR), pessimistik ohangda bo'lsa-da, to'qnashuv nurlaridagi zarrachalarning zichligi pastligi sababli.
Dastlab elektron-elektron va elektron-pozitron kollayderlari yaratildi (1956-1966).Ularni ishlab chiqish taklifi G.I. Budker (SSSR). Birinchi kollayderlar Yadro fizikasi institutida (SSSR Rossiya), Stenford chiziqli tezlatgich markazida (AQSh), Fraskati (Italiya)dagi chiziqli tezlatgichlar laboratoriyasida, Orsay laboratoriyasida (Fransiya) yaratilgan. Biroz vaqt o'tgach, adron kollayderlari (adron - yunoncha "adros" so'zidan, "katta, massiv" degan ma'noni anglatadi), shu jumladan ion kollayderlari ishga tushirildi. Proton-proton va proton-elektron nurlari bilan kollayderlar CERN (Shveytsariya), Germaniya va Buyuk Britaniyada yaratilgan (1a-B-jadval va 1b-B-jadvalga qarang).
Halqali kollayderlarda to'qnashuvchi nurlarning yorqinligini oshirish muammosi tezlashtirilgan zarrachalarning saqlash halqalarida to'planishi tufayli hal qilindi. Chiziqli kollayderlarda o'zaro ta'sir qiluvchi nurlarning yuqori zichligi past emissiya va kichik energiya tarqalishiga ega bo'lgan yuqori oqimli nurlarga ega tezlatgichlar tomonidan, shuningdek, damping halqalarida sinxrotron nurlanishidan foydalanish va ionlashtiruvchi sovutish orqali ta'minlanadi.
INPda ishlab chiqarilgan birinchi elektron-pozitron kollayder VEPP-2. G.I. Budkera (Rossiya), uzuk edi. Tezlatgich sifatida temirsiz sinxrotron ishlatilgan, uning nuri saqlash halqasiga AOK qilingan. Hozirgacha SLAC tezlatgichi asosida yagona chiziqli elektron-pozitron kollayder yaratilgan. Yorqinlikning oshishi amortizatsiya halqalaridan foydalanish orqali erishiladi.
Zaryadlangan zarracha tezlatgichlari va yuqori energiyali kollayderlarning paydo bo‘lishi elementar zarralar fizikasining yangi nazariy modellarini ishlab chiqish va “Standart model”ni eksperimental sinovdan o‘tkazish imkonini berdi.
Elementar zarralar sohasidagi fizik tadqiqotlar massa markazida toʻqnashuvchi leptonlar va adronlar energiyasini sezilarli darajada oshirishni talab qildi (1 TeV va undan ortiq). 1980-yillarning oxiridan boshlab jahon olimlari hamjamiyati asosiy e'tiborni TeV energiya diapazonida kollayderlarni qurishga qaratdi. Hozirda bu ishlar xalqaro miqyosda tus oldi.
Fiziklar o'ta yuqori energiya fandagi ba'zi fundamental savollarga javob berishga yordam beradi deb umid qiladilar: zarralar qanday qilib massaga ega bo'ladi? Fazo-vaqt tuzilishi qanday? Kosmosning qorong'u energiyasi va qorong'u materiyasini nima yaratadi? . Xususan, kollayderlarda elementar zarrachalar massasining paydo bo'lishi va uning maydonini o'rnatish uchun javobgar bo'lgan Xiggs bozonining xususiyatlarini aniq o'lchash mumkin bo'ladi, deb taxmin qilinadi. Shuningdek, ular supersimmetriya masalalarini o'rganishga imkon beradi.

Jadval № 1a-B. Asosiy qurilgan kollayderlar ro'yxati

Fiziklar yaqin o'n-o'n besh yil ichida kollayderlar yordamida inqilobiy kashfiyotlar qilishiga deyarli ishonch hosil qilishmoqda.
Yangi elektron-pozitron chiziqli kollayderlarning, shu jumladan foton va muon kollayderlarining doimiy rivojlanishi Katta halqali adron kollayderi (LHC) ishlay boshlagan paytda sodir bo'ladi. Ushbu kollayder, birinchi navbatda, elementar zarralar fizikasining yuqorida qayd etilgan muammolari va koinot masalalarini hal qiladi.

Jadval № 1b -B. Ishlab chiqilayotgan ba'zi chiziqli kollayderlar ro'yxati

Kollayderlarda tezlatgich sifatida sinxrotronlar va chiziqli rezonans tezlatgichlar (LRU) ishlatiladi. Sinxrotronlarga asoslangan halqali kollayderlarda ham LRUlar sinxrotron injektorlari sifatida majburiy ravishda ishlatiladi. Sinxrotronlarda zarracha tezlashuvi chiziqli tezlatgichlarning RF tizimlarining fragmentlari bo'lgan rezonator tizimlarda sodir bo'ladi. LRUlar chiziqli lepton kollayderlarining asosidir. Kollayderlarda zarrachalarni tezlashtirishning yangi istiqbolli usullari, masalan, plazmadagi uyg'onish tezlashuvi, shuningdek, plazma qo'zg'atuvchisi sifatida LRU'lardan foydalanishni talab qiladi.
Yangi chiziqli yuqori energiyali elektron-pozitron kollayderlarini ishlab chiqish chiziqli rezonans tezlatgichlarda qo'llaniladigan ish chastotalari diapazonini tanlash bo'yicha keng ko'lamli nazariy va eksperimental tadqiqotlarni o'tkazishga majbur qildi. elektronlar (LUE) va protonlar (LUP). Tezlatgichlarning uzunligini qisqartirish istagi C -, X -, K u - va K to'lqin uzunligi diapazonlarida ishlaydigan yangi tezlashtiruvchi tuzilmalarni ishlab chiqishni talab qildi.
TeV energiya diapazonida yangi kollayderlarni yaratishda chiziqli rezonansli tezlatgichlar texnologiyasidagi ko'plab masalalar hal qilindi. Yuqorida sanab o'tilgan diapazonlarda RF tezlashtiruvchi tuzilmalar yaratilgan bo'lib, ular ilgari ishlatilganidan sezilarli darajada yuqori chastotalarda ishlaydi. 12 gigagertsgacha bo'lgan chastotalarda 100 MV/m tezlashtiruvchi gradientli "issiq" konstruktsiyalarning ishonchli ishlashi ta'minlanadi (K u - diapazon).
Yuqori quvvatli RF manbalari ishlab chiqilgan - bir nurli X diapazonli klistronlar.
RF quvvat yo'llarining boshqa elementlari ham yaxshilandi, masalan, RF impulslarini siqish qurilmalari yoki kechiktirilgan tarqatish qurilmalari. Ushbu texnika bir klistronni bir nechta tezlashtiruvchi qismlarni quvvatlantirish uchun ishlatishga imkon beradi.
10 MVt impuls quvvati va 1,6 ms chastotali impuls davomiyligi bo'lgan L diapazonli ko'p nurli klistronlar ishlab chiqilgan.
Shu bilan birga, K-diapazonli chiziqli tezlatgichlar (chastota 30 GGts) yordamida T diapazonidagi kollayderlarni yaratish bo'yicha dastlab rejalashtirilgan maqsadlarni amalga oshirib bo'lmaganini ta'kidlash lozim. Ultra yuqori chastotalardan foydalanish g'oyasi strukturaning elektr quvvati chastotaning ortishi bilan deyarli chiziqli ravishda oshishiga asoslangan edi. AQShdagi Yangi chiziqli kollayder (NLC), Yaponiyadagi Global chiziqli kollayder (GLC), Shveytsariyadagi yapon chiziqli kollayderi (JLC) va ixcham chiziqli kollayder (CLIC) ning keng qamrovli nazariy va eksperimental tadqiqotlari shuni ko'rsatdiki, , hech bo'lmaganda joriy texnologiyada 12 GGts dan yuqori tebranish chastotalarida maksimal elektr maydoni gradientida sezilarli o'sish kuzatilmaydi. Bu CLIC kollayderida 30 gigagertsli chastotadan 12 gigagertsli chastotaga o'tishning sababi edi.
Operatsion ishonchliligini oshirish istagi va boshqa ba'zi sabablar Xalqaro chiziqli kollayderni (ILC) ishlab chiqish L-chastota diapazoni va o'ta o'tkazuvchan tezlashtiruvchi tuzilmalardan foydalanishga asoslana boshlaganiga olib keldi.
Yechilishi kerak bo'lgan yana bir muammo tezlashtiruvchi tuzilmalar va elektron simlardagi elektron yoki pozitron zarrachalar to'plamlari tomonidan induktsiya qilingan yuqori tartibli ko'ndalang diod rejimlari bilan bog'liq edi. Ushbu maydonlarning ko'rinishi, ayniqsa, elektron yo'llarning katta uzunligida istalmagan. Transvers dipol maydonlarining yuqori rejimlari nurning ko'ndalang o'lchamlarini (uning qulashigacha), emissiya va energiya tarqalishining oshishiga olib keladi. Nurning beqarorligiga olib keladigan rejimlar, ayniqsa, yuqori chastotalarda muammoli, lekin L bandida ham bostirilishi kerak.
Yilni chiziqli kollayder (CLIC) loyihasi bilan bog'liq masalalar alohida o'rin tutadi. An'anaviy sxemalardan farqli o'laroq, CLIC ikki nurli tezlashtirish printsipidan foydalanadi. LU elektronlari va pozitronlarining asosiy ko'p bo'limli tezlashtiruvchi tuzilmalari klistronlardan emas, balki tezlatgich-qo'zg'atuvchilarning relativistik nurini tormozlash paytida tezlatgichlarda hosil bo'lgan RF energiyasidan quvvatlanadi.
Yuqorida aytib o'tilganidek, kollayderlar uchun LUE larning yaratilishi yangi yuqori quvvatli klistronlarning, shu jumladan turli chastota diapazonlarida ko'p nurlilarning rivojlanishini rag'batlantirdi.
Shuni ta'kidlash kerakki, kollayderlar uchun LUE ishlanmalari erkin elektron lazerlarda, zararli bo'lmagan sinov qurilmalarini yaratishda, xatarli o'smalarni davolash va diagnostika qilishda qo'llanilishini topdi. Xalqaro chiziqli kollayder uchun ishlab chiqilgan va LUE bilan bog'liq bo'lgan RF texnologiyasi DESIda qurilayotgan Yevropa rentgen nurlarisiz elektron lazerini loyihalashda qo'llaniladi.
LRU bilan bog'liq asosiy masalalar elektronlar va pozitronlarning chiziqli kollayderlarini qurish va rivojlantirish jarayonida hal qilindi. Bular asosan “Yuqori energiyali chiziqli elektron-pozitron va foton kollayderlari” 3-bobida yoritilgan. Qisqacha aytganda, LRU injektorlari va sinxrotronlardagi zarrachalarni tezlashtirish tizimlari bilan bog'liq masalalar Katta elektron-pozitron to'qnashuvi (LEPC) va Katta adron kollayderi (LHC) tasvirlangan "YUQORI ENERGYALI HALQA KOLAYDERLARI" 2-bobida keltirilgan.
Uyg'onishni tezlashtirish usuli bilan bog'liq materiallar 4-bobda, WAKE TEZLASHTIRISH USULida keltirilgan.
Foton va muon tezlatgichlarida qo'llaniladigan LRU va RF LRU tizimlarining bo'laklari haqida ba'zi ma'lumotlar 2.3 "MUON COLLIDERS" bo'limida keltirilgan. va 3.4-bo'limda "FOTON KOLAYDERLARI". Ammo shuni ta'kidlash kerakki, muon to'qnashuvi uchun mo'ljallangan LRUlarning tafsilotlari nashr etilgan adabiyotlarda hali mavjud emas.
O'quvchi rezonansli chiziqli tezlatgichlar nazariyasi va texnologiyasi bilan tanish deb taxmin qilinadi.
Kitobdan foydalanish qulayligi uchun 1-bobda kolayder nazariyasining ba'zi masalalari qisqacha ko'rib chiqiladi, bu esa ko'plab monografiyalar, maqolalar va ma'ruzalarda mavjud bo'lgan havolalar berilgan boshqa ma'lumotlar manbalariga kamroq murojaat qilmasdan kitob bilan ishlashga imkon beradi. ushbu bobning oxirida.