Реферат: Большой адронный коллайдер 2

2010 год

• 18 марта энергия пучка протонов доведена до 3,5 ТэВ.
• 30 марта состоялись столкновения протонов с суммарной энергией 7 ТэВ. Начался первый длительный сеанс научной работы БАК.
• На 22 апреля2010 года собрана статистика, позволяющая уточнить для случая недоступной ранее энергии протон-протонных столкновений ряд параметров, плохо вычислимых из первых принципов. В частности, оценено количество заряженных частиц, рождающихся в столкновении, а также их распределение по псевдобыстроте. Эти данные позволят более эффективно наладить анализ данных, поступающих с детекторов.
• 24 июня показано отсутствие асимметрии протонов и антипротонов.
• 19 августа получено ограничение на энергию возбуждённых состояний кварков для моделей, где такие состояния существуют.
• 19 сентября эксперимент LHCb представил первые данные по рождению прелестных мезонов.
• 22 сентября обнаружен новый физический эффект, не предсказанный существующей теорией. Среди сотен частиц, которые рождаются при столкновении протонов, обнаружились пары, движения которых связаны друг с другом. Тем не менее данный эффект не стал для экспериментаторов полной неожиданностью, поскольку очень похожий эффект был обнаружен в 2007 году в столкновении ядер на коллайдере RHIC. В случае столкновений ядер предлагается следующее объяснение. Летящие с околосветовой скоростью ядра сильно сплющиваются в продольном направлении и выглядят скорее «блинами», чем «шариками». В первый момент после столкновения два ядра-«блина» пролетают друг сквозь друга, но столкновение не проходит для них незаметным, и в пространстве между ними возникает совершенно особое состояние материи, которое получило название «глазма», glasma(англ.), и из которого затем получается комок кварковых и глюонных полей.

Теоретические расчёты показывают, что в «глазме» глюонные силовые поля формируются между двумя пролетевшими ядрами в виде продольных трубок. Каждая такая трубка растянута в большом диапазоне по полярным углам, но имеет фиксированный азимутальный угол. Эта трубка получается вытянутой вдоль потому, что именно в этом направлении движутся частицы. Когда она распадётся на частицы, то они в момент рождения оказываются автоматически скоррелированными по азимутальному углу.

4 октября начались эксперименты с 200 сгустками на пучок. Светимость БАКа в таком режиме работы превысила 6·10³¹ см^-2 с^-1 , то есть возросла в 10 000 раз с момента первых столкновений на полной энергии 7 ТэВ.

Планы на ближайшие несколько лет

2010—2011 годы

Научная работа ближайших месяцев будет сочетаться с техническими мероприятиями, целью которых является повышение светимости коллайдера. На 11 апреля 2010 года светимость составляет одну десятимиллионную от расчетного значения. Для её повышения необходимо:

• увеличить число сгустков в пучке (сейчас 2 сгустка, проектное значение — 2808)
• увеличить число частиц в сгустке (сейчас 10 миллиардов, расчетное число — 100 миллиардов)
• улучшить фокусировку пучков в точках столкновений (сжать пучки).

Также были планы в 2010 году выделить время (порядка месяца) на проведение ион-ионных столкновений.

Научная отдача за это время будет невелика, очень сомнительно, что бозон Хиггса будет обнаружен или что БАК позволит качественно улучшить результаты Теватрона по его поиску. Тем не менее, работая даже на энергии 3,5 ТэВ, БАК за предстоящий сеанс работы может собрать статистику, сопоставимую в плане научной значимости с суммарной собранной статистикой Теватрона.

В таком режиме (3,5 ТэВ) БАК должен проработать до лета или осени 2011 года.

2012 и далее

После сеанса научной работы 2010-2011 гг. коллайдер будет закрыт на долговременный ремонт. Ремонт предположительно займёт весь 2012 год или более длительное время. После ремонта ожидается повышение энергии протонов до проектной энергии в 7 ТэВ на пучок.

Планы развития

После того, как LHC выйдет на проектную энергию и светимость, планируется провести модернизацию каскада предварительных ускорителей, в первую очередь SPS, что позволит заметно повысить светимость коллайдера (проект Super-LHC).

Также обсуждается возможность проведения столкновений протонов и электронов (проект LHeC). Для этого потребуется пристроить линию ускорения электронов. Обсуждаются два варианта: пристройка линейного ускорителя электронов и размещение кольцевого ускорителя в том же тоннеле, что и LHC.

Ближайшим из реализованных аналогов LHeC является немецкий электрон-протонный коллайдер HERA. Отмечается, что в отличие от протон-протонных столкновений, рассеяние электрона на протоне — это очень «чистый» процесс, позволяющий изучать партонную структуру протона намного внимательнее и аккуратнее.

Распределённые вычисления

Для управления, хранения и обработки данных, которые будут поступать с ускорителя БАК и детекторов, создаётся распределённая вычислительная сеть LCG (англ. LHC Computing GRID ), использующая технологию грид. Для определённых вычислительных задач (расчет и корректировка параметров магнитов путем моделирования движения протонов в магнитном поле) задействован проект распределённых вычисленийLHC@home. Также рассматривается возможность использования проекта LHC@home для обработки полученных экспериментальных данных, однако основные сложности связаны с большим объемом информации, необходимым для передачи на удаленные компьютеры (сотни гигабайт)^[45] .

Научные результаты

По состоянию на 20 октября 2010 года подтверждённых научных результатов пока нет.

Финансирование проекта

Оценить общую стоимость проекта сложно, так как строительство самого ускорителя и его экспериментов (детекторов) финансируется отдельно, в финансировании участвует много стран, и не все деньги идут непосредственно через CERN. К тому же, ремонт ускорителя уже обошёлся дороже, чем ожидалось.

В 2001 году ожидалось, что общая стоимость проекта составит около 4,6 млрд швейцарских франков (3 млрд евро) за сам ускоритель (без детекторов) и 1,1 млрд швейцарских франков (700 млн евро) составит доля CERN в проведении экспериментов (то есть в строительстве и обслуживании детекторов).

Строительство БАК было одобрено в 1995 году с бюджетом 2,6 млрд швейцарских франков (1,6 млрд евро), с добавочными 210 млн франков (140 млн евро) на эксперименты. Однако, как следствие сокращения бюджета CERN, стоимость была сокращена в 2001 году до 480 млн франков (300 млн евро) за ускоритель и 50 млн франков (30 млн евро) на эксперименты, что привело к сдвигу планируемых сроков введения с 2005 года на апрель 2007 года.

Бюджет проекта по состоянию на ноябрь 2009 года составил — 6 млрд долларов. Именно столько было инвестировано в строительство установки, которое продолжалось семь лет. Ускоритель частиц создавался под руководством Европейской организации ядерных исследований. Доля российских учёных в этом международном проекте тоже немалая. В нём задействовано 700 специалистов из России. Общая стоимость заказов, которые получили российские предприятия, по некоторым оценкам, достигает 120 миллионов долларов^[50] .

Также следует учесть, что официальная стоимость проекта БАК не включает стоимость ранее существовавших в CERN инфраструктуры и наработок. Так, основное оборудование LHC смонтировано в тоннель ранее существовавшего коллайдера LEP, и используется многокилометровое кольцо SPSв качестве предварительного ускорителя. В противном случае, если бы БАК пришлось строить с нуля, то стоимость БАК возросла бы в разы.

БАК в искусстве

• В CERN есть филк-группа Les Horribles Cernettes, аббревиатура которой совпадает с аббревиатурой БАК (LHC от англ. Large Hadron Collider ). Первая песня этого коллектива «Collider» была посвящена парню, который забыл о своей девушке, будучи увлечённым созданием коллайдера.
• В научно-фантастическом телесериале Лексс (TheLexx, показ стартовал в апреле 1997 года) в четвёртом сезоне главные герои оказываются на Земле. Обнаруживается, что Земля относится к планетам «типа 13», на последней стадии развития. Планеты типа 13 всегда уничтожают себя сами, в результате неудачного опыта по определению массы бозона Хиггса на сверхмощном ускорителе элементарных частиц, при этом сжимаясь до размеров горошины. В конечном итоге, Земля была уничтожена.
• В шестой серии тринадцатого сезона мультсериала Южный Парк с помощью магнита из Большого адронного коллайдера была достигнута сверхсветовая скорость на конкурсе Дерби соснового леса (PinewoodDerby).
• В фильме «Ангелы и демоны» антивещество из Большого адронного коллайдера было украдено, и похитители хотели взорвать с помощью него Ватикан.
• В фильме «Конец света» (англ. End Day ) производства BBC последним из четырёх наиболее вероятных сценариев апокалипсиса являлась авария при запуске новейшего ускорителя элементарных частиц, повлекшая за собой образование чёрной дыры.
• В 13 серии 1 сезона канадского научно-фантастического сериала «Одиссей 5» главные герои попадают в CERN, где местные учёные и сотрудники уверяют, что БАК полностью безопасен, основываясь на предварительных расчетах. Однако, как выяснилось позже, одна из форм киберразума взломала и проникла в главный компьютер CERN и подделала общие расчёты. Выяснив это, основываясь на новых верных расчетах, учёные выясняют, что появляется большая вероятность появления странников в коллайдере, что неизбежно приведет к концу света.