LHC и Физиката на елементарните частици

Най-големият ускорител на елементарни частици в света – Големият адронен колайдер, започна вчера сблъсъка на лъчи от протони със скорост, близка до тази на светлината, съобщи Би Би Си.
Необичаен електрически сигнал по-рано сутринта обаче задейства защитните системи, които спряха за кратко машината. Сблъсъците на частици с рекордна енергия от 7 трилиона електронволта ще дадат старта на близо двегодишни интензивни изследвания. Учените се надяват, че резултатите ще хвърлят светлина върху създаването на Вселената. Те предупреждават обаче, че анализирането на данните, събрани от сблъсъците, ще отнеме време и не трябва да се очакват незабавни резултати. „Значимите открития ще се случат, когато успеем да съберем милиарди събития и да идентифицираме сред тях най-необичайните, които биха могли да представляват ново състояние на материята или нови частици. Това няма да се случи утре, необходими са месеци и години на търпелива работа”, посочи Гидо Тонели, представител на Европейския център за ядрени изследвания (ЦЕРН), който ръководи проекта.
Големият адронен колайдер е едно от най-големите научни начинания в историята. Той се помещава в тунел, дълъг 27 километра, под Женева. Очаква се при сблъсъците на частици да възникнат феномени, които не са били наблюдавани до момента. Една от големите цели е да бъде открита елементарната частица Хигс бозон, за която се смята, че има съществена роля в структурата на Вселената. Учените се надяват, че частицата ще им помогне да обяснят защо материята притежава маса – факт, който все още е недоказан на фундаментално ниво.
Колайдерът претърпя повреда малко след първоначалното му пускане през 2008 г., но след рестартирането му в края на миналата година той постигна няколко от своите първоначални цели, припомня Би Би Си. Два протонни лъча бяха пуснати в противоположни посоки в тунелите с енергия от 3,5 трилиона електронволта от 19 март. След като лъчите постигнаха стабилност в движението си, техните траектории бяха пресечени, за да бъдат осъществени сблъсъците. Подобна енергия от 7 трилиона електронволта е най-високата, постигана в ускорител на частици досега.
През следващите месеци четирите огромни детектора на колайдера - Alice, Atlas, CMS и LHCb, ще изследват резултата от експеримента. След сблъсъците колайдерът ще бъде затворен за поддръжка в продължение на една година, след което учените ще се опитат да осъществят подобен експеримент с енергия от 14 трилиона електронволта.

Интервю с акад. Матей МАТЕЕВ, председател на Съюза на физиците в България, един от пионерите на научното сътрудничество на България с ЦЕРН

- Скоро ще узнаем има ли четвърто измерение
- Няма опасност да се образува черна дупка, която да погълне Земята
- Ако изнамерим частицата Бог, ще разберем как е създадено мирозданието
- Оптическият микроскоп увеличава 1000 пъти, а колайдерът - един милиард пъти повече
- Само четири процента от Вселената са съставени от частици, които познаваме, останалата част за нас е неизвестна тъмна енергия

ВИЗИТКА

Матей Матеев е професор, доктор на физическите науки, член на БАН, председател на Съюза на физиците в България. Един от учените пионери в сътрудничеството на България с авторитетния Център за ядрени изследвания в Швейцария - ЦЕРН, който се занимава с изучаване структурата на материята и осъществява гигантския експеримент с адронния ускорител. Специализирал теоретична физика в Италия, работил 9 г. в Обединения институт за ядрени изследвания в Дубна. Акад. Матей Матеев е дългогодишен ръководител на Катедрата по теоретична физика на Физическия факултет на СУ „Св. Климент Охридски". Известен общественик - в годините на прехода Матей Матеев е министър на народната просвета във втория кабинет на Андрей Луканов и в коалиционното правителство на Димитър Попов.

- Какво означава рекордът, постигнат преди дни в адронния ускорител, преведен на езика на обикновените хора? Обяснете практическия смисъл на мегаексперимента с колайдера.

- Съвременните ускорители на заредени частици са „микроскопите", с които учените физици „разглеждат" и изучават структурата на материята. Ако увеличението на оптически микроскоп е 1000 пъти, то увеличението на един ускорител с енергия на ускорените частици 1 гигаелектронволт е един милиард пъти по-голямо.

Големият адронен колайдер, ГАК, е чудо на съвременната техника и технология. Ускорява протони, които се сблъскват с енергия от няколко тераелектронволта, което означава, че той достига още 1000 пъти кратно увеличение спрямо гигаелектронните ускорители. (ГАК) е разположен в подземен тунел във формата на пръстен с дължина 27 км и диаметър около 3 м, в който през 80-те години на миналия век работеше т. нар. голям електрон-позитронен ускорител. Новото е, че в ГАК се ускоряват един срещу друг групи протони, които се сблъскват в четири зони на пръстена. В тези зони са разположени четири детектора, които регистрират продуктите, образувани при сблъскванията. Два от детекторите - АТЛАС и CMS, са универсални, а два са по-тясно специализирани - АЛИСА и LHCB. Две големи групи български учени участват в CMS. Отделни българи, представляващи главно чужди университети и научноизследователски институти, участват в АТЛАС, АЛИСА и LHCB. Образът на всяко сблъскване в детектора се регистрира от бързо действащи компютри и моментално се разпространява от разработената специално за нуждите на ГАК международна компютърна мрежа ГРИД. Тя дава възможност на хиляди изследователи в света да могат едновременно да обработват данните на ГАК. В четирите експеримента, за които споменах, работят около 7000 учени-физици, сред тях и много българи, от най-известните лаборатории в света.

- Това означава ли, че човечеството създаде най-сложната машина?

- ГАК, заедно с четирите детектора, е най-сложната, на най-високо технологично ниво машина, създадена някога от човечеството. Температурата, при която работят магнитите на ускорителя, е по-ниска от температурата на междузвездната среда. Магнитните полета, които закривяват траекториите на протоните и вакуума в тръбите, са недостигани досега. Броят на събитията (милиони за секунда), които се обработват от компютрите към ГАК, също доскоро беше недостижим за изчислителната техника. В процеса на създаване на ускорителя бяха решени голямо количество нови технологични задачи, които вече намират и скоро ще намерят приложение в световната индустрия. Ярки примери са свръхпроводящите магнити с променливи токове и световната изчислителна мрежа ГРИД, която навлиза вече в много други области.

Достигането на енергията от 1,18 тераелектронволта за всеки от двата протонни снопа в края на ноември е рекорд в ускоряването на заредени частици. Такава енергия никога не е била достигана от съществуващ ускорител. Максималната енергия, за която е проектиран ГАК, е значително по-голяма - 7 тераелектронволта за всеки от сноповете. В момента ускорителят постепенно се пуска в действие. Очаква се в началото на следващата година ускорителят да започне да работи стабилно при енергии от около 3 тераелектронволта в течение на дълго време. ГАК е предвиден да работи между 15 и 20 години и е може би най-дългосрочната инвестиция на човечеството в знанието за природата.

- Не крие ли рискове за Земята експеримент с ускоряване на частици до подобни стойности?

- Ускоряването на заредени частици до такива огромни енергии ни доближава до условията, при които, съгласно нашите съвременни разбирания, е създадена Вселената, в която съществува нашата цивилизация. От някои хора, често без съответната научна аргументация и подготовка, бяха изказани опасения, че ако това е така, то при тези енергии могат да бъдат създадени обекти, които биха представлявали опасност за човечеството. В частност - черни дупки. Подобно твърдение е съвършено неправомерна екстраполация, която не почива на научни аргументи. Нашата Земя в историята си от порядъка на десетки милиарди години непрекъснато е бомбардирана от космически лъчи, някои от които с милиарди пъти по-голяма енергия от тези, които ще бъдат създадени в ГАК. Сумиран през годините, броят на космическите лъчи с енергия, равна или по-голяма от тези на ГАК, е значително по-голям, отколкото броят на сблъсъците на протони в ГАК през целия му предполагаем живот - и никога досега не се е случило нищо апокалиптично в историята на Земята. Така че ГАК не представлява опасност не само за човечеството, но и за тези, които непосредствено работят на него.

- Ще бъде ли открита частицата Бог, както я наричат метафорично? Какво ще научим от нея? Ще открием ли истината за възникването на нашата Вселена?

- Частицата на Хигс, или както я нарече носителят на Нобелова премия физик Леон Ледерман - частицата Бог, полето на която пронизва цялата Вселена и създава масата на всички останали частици, е първата цел, към която ще бъдат насочени усилията на всички, работещи на ГАК. Много учени, занимаващи се с физика на високите енергии, са убедени, че тя съществува. Вярно е, че нито един от сценариите без нейно участие не е пренебрегнат. Така че с нетърпение очакваме чрез колайдера този въпрос да бъде решен - положително или отрицателно.

Откритието на частицата на Хигс би било изключително доказателство за мощта на човешката мисъл и използваните от нас математически модели, описващи природните закони.

Пред ГАК стоят за разгадаване още много тайни. Днес знаем, че само 4% от материята в нашата Вселена са съставени от структурни елементи (частици), които познаваме. Останалата част има непозната за нас структура, която условно наричаме тъмна материя и тъмна енергия. ГАК може да отвори вратата към решаването на тази загадка. Има още два въпроса, на които ГАК ще отговори. Съществуват ли тежки суперчастици и има ли пространството повече от три измерения. Вярата в тяхното съществуване е породена от убедеността ни във вътрешната математическа съгласуваност на природните закони.

- Какво е българското участие в проекта с адронния колайдер? Къде сме ние, сравнени с европейските учени?

- Нашето участие в проекта с ГАК датира от далечните 1990-1992 г. През 1990 г. генералният директор на CERN, Нобеловият лауреат Карло Рубия от Италия, посети България, срещна се с български учени и с премиера Луканов и за първи път ясно покани България за пълноправен член на организацията. Имах щастието да бъда домакин на Рубия и да водя един от първите разговори на българската физическа колегия за членството ни в ЦЕРН. Беше организирана обща за БАН и Софийския университет група, която да участва в един от големите проектирани експерименти на бъдещия ГАК. Главните действащи лица тогава бяха Владимир Генчев и Георги Султанов от Института за ядрени изследвания и ядрена енергетика на БАН и Леандър Литов, Румен Ценов и моя милост от Физическия факултет на Софийския университет. Експериментът, който ние избрахме, беше CMS - един от двата универсални детектора на бъдещия ускорител. Ще припомня, че в далечната 1992 г. ГАК съществуваше само като идеен проект и ние, българите, сме от основателите на огромната колаборация CMS, в която днес влизат повече от 140 изследователски центъра в света. Нашето участие в CMS е забележимо. Български учени, инженери и техници участваха в изработването на жизнено важни части на това изключително сложно съоръжение. Ние сме равностойни, уважавани за компетентността си участници в ЦЕРН, където се чувстваме членове на световното семейство на учените и специалистите, занимаващи се с физиката на високите енергии.

- Утопия ли е появата на български нобелист по физика?

- По ред причини е много малко вероятно в близките 10 години да имаме български Нобелов лауреат по физика. По-скоро ми се струва възможно първият български Нобелов лауреат в областта на естествените науки да бъде медик, биолог, биохимик, който работи и се развива в някоя от престижните лаборатории на САЩ или Западна Европа.

- Били сте министър в кабинета на Андрей Луканов. Що за човек и шеф беше той?

- Бях първи заместник-министър на народната просвета в първия кабинет на Луканов, министър във втория, както и министър в коалиционния кабинет на Димитър Попов. Това бяха изключително бурни времена от началото на прехода, в които Луканов беше възлова фигура. Отличаваше се с интелекта си, високата си култура, бързата мисъл и борбения си дух. Голямата му идея, която той не можа да осъществи, беше да постигне национално съгласие за пътя на икономическия преход към капиталистическа икономика. При острите противоречия по това време тази негова идея се оказа утопия и в резултат той постепенно беше изместен в периферията на управлението на страната, а по-късно и на БСП. Луканов като министър-председател се интересуваше преди всичко от икономическите проблеми, а в областта на образованието и науката ми имаше пълно доверие и изцяло подкрепяше моите решения и действия. За министрите си беше достъпен по всяко време на денонощието. За мен беше удоволствие да работя с него.

- Най-голямото ви лично предизвикателство?

- Голямата ми мечта е да видя и да бъда свидетел на това, българските учители и учени да могат да работят в благоприятна и дружелюбна среда, освободени от грижите за ежедневното си съществуване. Едва тогава ще мога да бъда спокоен за бъдещето на своята страна и на нейните дъщери и синове.

СЪМИШЛЕНИКЪТ

Доц. Леандър ЛИТОВ от Софийския университет, работи в ЦЕРН

Дори когато се стигне до същинския експеримент със сблъсъка, апокалипсис няма да настъпи. В ускорителя може да се генерират т.нар. черни дупки, но те ще са с големината на комар, който при това никого не може да ухапе, защото се самоунищожава за секунди. Чрез експериментите в колайдера може да се отворят пространствени проходи към паралелни вселени. През тях обаче няма да могат да минават хора, както се случва в известния филм Старгейт например. Възможно е между измеренията да преминат само елементарни частици. Експериментите в ЦЕРН не могат да бъдат използвани като оръжие за масово унищожение. Фантастична е теорията на писателя Дан Браун, в чийто роман Шестото клеймо в ускорителя на частици се произвежда мощно оръжие, наречено антиматерия, което е в състояние да причини огромни разрушения. Ние не сме богове и не искаме да заместим Бог. Целта на учените не е да повторят Сътворението, а да го изследват.

ОПОНЕНТЪТ

През септември 2008 г. Европейският съд за човешки права в Страсбург отхвърли искането на група учени за забрана на експеримента с адронния колайдер. Противници на грандиозния експеримент подадоха иск срещу правителството на САЩ и CERN с настояване опитът да се отложи до гарантиране на напълно безопасни условия. Опоненти, включително немският биохимик Ото Руслер, се опитаха да спрат пускането на колайдера. В навечерието на старта учени, работещи по проекта, са получили дори смъртни заплахи, като преди това са били засипани с обаждания и писма на уплашени хора, писа британският „Дейли телеграф". Появиха се хипотези за глобален катаклизъм. Противниците на експеримента се опасяват, че когато колайдерът достигне пълна мощност, може да създаде черни дупки, които ще започнат да растат и в крайна сметка ще погълнат Земята.

Въпросите зададе Хенриета Костова

Теория на суперструните (още може да се срещне и като суперструнна теория) е теория, която прави опит да обедини всички частици и фундаментални сили в природата в една теория, моделираща ги като трептенията на микроскопични суперсиметрични струни. Разглеждана е като една от най-обещаващите кандидат-теории на квантовата гравитация. Суперструнната теория е съкращение от „суперсиметрична струнна теория", защото противоположно на бозонната струнна теория, тя е версия на струнната теория, обединяваща фермионите и суперсиметрията.

Най-големият проблем на теоретичната физика е обединяването на Общата теория на относителността, която обяснява гравитацията и се отнася до големи структури (звезди, галактики, галактични свръхкупове) с квантовата механика, която обяснява другите три фундаментални сили, действащи на микроскопично ниво - електромагнетизъм, силно ядрено взаимодействие и слабо ядрено взаимодействие.

Развитието на квантовата теория на полето често води до сингулярности (безкрайности), които се отхвърлят като не-физични решения. Физиците развиват математически техники (пренормировка), за да елиминират тези безкрайности, които работят добре при електромагнитното, силното ядрено взаимодействие и слабото ядрено взаимодействие, но не и при гравитацията. По този начин развитието на теория на квантовата гравитация трябва да стане чрез различни средства от тези използувани за другите сили.

Основната идея е, че фундаменталните съставни части на реалността са струни с дължината на Планк l_P = \sqrt{\frac{\hbar G}{c^3}} (около 10−35 м), които трептят в резонансни честоти. Силата на разтягане на тези струни (8,9х1042 нютона) е около 1040 пъти силата на разтягане на средна струна на пиано (735 нютона). Гравитонът (частица-носител на гравитационните сили) например, е предвидено от теорията да бъде струна с амплитуда на трептене равна на нула.

Сингулярностите са избегнати, защото наблюдаемите последствия от Големия срив (свиване на Вселената) никога не достигат нулев размер. Всъщност, ако Вселената започне процес от типа на „Големия срив”, струнната теория предрича, че Вселената не може да стане по-малка от размера на струна като в този момент би започнала да се разширява.
Допълнителни измерения [редактиране]

В нашето физическо пространство са наблюдавани само четири големи измерения и физичната теория трябва да има това в предвид, но нищо не пречи на една теория да разглежда повече от четири измерения. В случая съгласуваността на теорията изисква пространство-времето да има според различните струнни теории 10, 11 или 26 измерения. Конфликтът между наблюдение и теория е решен предполагайки, че ненаблюдаваните измерения са т.нар. компактни измерения (те са толкова малки, че са недостъпни за наблюдение).

Човешкият ум познава триизмерното пространство и трудно може да си представи дори и четвърто пространствено измерение, а още по-малко по-високи. Но дори в това състояние ние виждаме само 2+1 измерения; зрението в три измерения би позволило да се виждат едновременно всички страни (с изключение на отвътре) на обекта. Един начин за справянето с това ограничение е не опитът да се видят големите измерения като цяло, а просто да се мисли за тях като допълнителни числа в уравненията, които описват начина, по който е устроен светът. Това поставя въпроса дали тези „допълнителни числа” могат да бъдат изследвани директно в някакъв експеримент (който трябва да покаже на учените различни резултати в 1, 2 или 2+1 измерения). Някои скептици повдигат въпроса дали моделите, които се осланят на подобно абстрактно моделиране (и потенциално невъзможно огромна експериментална апаратура), могат да бъдат разглеждани като „научни”. 6-измерните Калаби-Яу многообразия могат да дадат обяснение за допълнителните измерения изисквани от суперструнната теория.

Суперструнната теория не е първата теория предполагаща допълнителни пространствени измерения. Модерната струнна теория се опира на съременна математика и топология, които се развиват мащабно след Калуза и Клайн и правят физическите теории, опиращи се на допълнителни измерения по-правдоподобни.
Брой на суперструнните теории
нужда от превод Физиците теоретици са затруднени от съществуването на пет самостоятелни суперструнни теории. Този проблем намира решение при втората суперструнна революция през 1990-те, при което петте суперструнни теории се оказват гранични случаи на една основна теория: М-теорията.

Известно е, че материята на природата (Вселената) се състои от тела (от веществена и полева форма на материя), а телата се състоят от молекули, молекулите – от атоми - АТ, атомите от ядра и електрони е-, които се движат по орбити около ядрата - AN, а ядрата сe състоят от протони - р и неутрони - n.


e-- електрон, р - протон, n – неутрон, AN - атомно ядро, АТ - атом
Фиг. 1. Атом на хелий


В този аспект въпросът за същността на материята се свежда до същността на структурните елементи на атома (ядрото и електроните в орбитите - фиг. 1).
Известно е, че електроните са веществена форма на електромагнитната материя на елементарните частици. Остава да се изясни същността на материята на протоните и неутроните. Понеже е прието, че материята в природата е еднородна, би трябвало и материята на протоните и неутроните, т.е. на ядрото да е електромагнитна. Но засега това становище не е възприето, въпреки, че съществуват достатъчно опитни факти за такъв извод.
И действително известни са редица научни факти във вид на реакции между елементарни частици, които с достатъчно основание мотивират (доказват) електромагнитната същност на ядрото, респективно на протоните и неутроните, както следва:
1. От взаимодействието между неускорени електрони (електрон e0- и позитрон e0+) пораждат фотон g1 и g2 и обратното


където: gG е гама фотон.
От (1) се вижда, че веществената форма на материята във вид на електрон (e0-, e0+) може да се превръща във полева форма във вид на фотони (g1 и g2) и обратното, от гама фотон - (gG) се получават електрони (e0-, e0+).
2. От взаимодействието между ускорени електрони (e- и e+) се пораждат протони (протон - p, антипротон - ) и неутрони (неутрон - n, антинеутрон - )


ите енергии съгласно релативната електродинамика и при вземане предвид, че енергиите и масите на съответните частици и техните античастици при покой са равни, а именно


и освен това се отчете научния факт, че масата на електрона - e функция от електричния заряд - qe, т.е.:


където: e0 е диелектричната константа на вакуума; re0 - изчислителния радиус на електрона; c - скорост на електромагнитните вълни (на светлината) във вакуум.
За масите на протоните и неутроните се получават закономерностите:


или при отчитане на (2, 1-4)


Където: n са скоростите на ускорените електрони.
От (5) в е очевидно, че същността на масите на протоните (p, ) и неутроните (n, ) са еднакви с тази на същността на масите на електроните, т.е. масите на протоните и неутроните са с елекромагнитна същност - те са електрпомагнитна материя, такава каквато е материята на електроните. Основание за този извод (твърдение) е обстоятелството, че изразите в средните скоби ([ ]) са безразмерни числа - величини.
Но, освен това доказателство съществуват и следните опитни фактори (реакции):


от където са очевидни истините (фактите) че: а) масите на протоните и неутроните са еднородни по същност и b) масите на протоните са еднородни по същност с масите на електроните, т.е. те са електромагнитни.


На фиг. 2 са посочени центрове на плътностите на електричните заряди rе в обемите на протон (фиг.2а) и на неутрон (фиг.2b). Те са получени от Хофщедтер през петдесетте години на миналия век по метода на еластичното разсейване на електрони спрямо протони и неутрони. Вижда се, че в обема на протона центрове на плътностите на електричните заряди (rе > 0) са само положителни, а в обема на неутрона има области с положителен (rе > 0) и области с отрицателни (rе < 0) центрове на плътността на електричните заряди, но като цяло интегралът на тези плътности в обема на неутрона е нула т.е. извън неутрона няма електрично поле.
Изложеното в параграф 2.1 (фиг. 1) е достатъчно основание за утвърждаване на научния факт, че материите (масите) на протона, неутрона и на ядрото на атома – AN и атомът – АТ


са с електромагнитна същност – са от електромагнитна материя. Или веществената форма на материята на атома е електромагнитна т.е. атомът е веществена форма на електромагнитната материя.
ИЗВОДИ.
1. Масите (материите) на протоните и неутроните са еднородни с масите на електроните и на фотоните, т.е. те са електромагнитна материя.
2. Ядрата на атомите са продукт от самоорганизация на протони и неутрони. Ядрата са електромагнитна материя.
3. Атомите са продукт от самоорганизация на ядра и електрони, т.е. атомите са електромагнитна материя.

Проф. д.т.н. П. Р. Пенчев

Книга за "Материята" ЛИНК

Хигс бозонът е хипотетична масивна скаларна елементарна частица, чието съществуване е предсказано от т.нар. стандартен модел (основен модел във физиката на елементарните частици). Той е единствената елементарна частица от стандартния модел, която още не е наблюдавана. Експерименталното и наблюдение би изяснило как по принцип частици без маса (с нулева маса в покой) успяват да създадат маса в материята. По специално, Хигс бозонът би обяснил разликата между нулевата маса в покой на фотона и сравнително масивните W и Z бозони. Масите на елементарните частици, както и различията между електромагнетизма (породен от фотона) и слабото ядрено взаимодействие (породена от W и Z бозоните), са от критично значение за структурата на микроскопичната (а оттам и на макроскопичната) материя. Така че, ако съществува, Хигс бозонът е неделима и вездесъща част от материалния свят. За търсенето му ще се използва Големият адронен ускорител в комплекса на Европейския център за ядрени изследвания (CERN) край Женева

Доц. Пламен Физиев: Експериментите в Церн – истини и заблуди

Пламен Физиев е ръководител на катедра „Теоретична физика” в Софийския университет. Последните години работи над съвременната теория на гравитацията и намиране на теоретични модели, обясняващи лавината от наблюдателни данни в тази област,които ежедневно опровергават досегашните ни разбирания.

- Господин Физиев, искам да ви попитам първо докъде са стигнали изследванията на Големия адронен колайдер (LHC) в Церн?
- Наскоро след няколко неуспешни старта ускорителят най-после тръгна, но засега e далече от планираната пълна мощност. Предвижда се тя да се достигне след десетина години. Всички сме малко разочаровани от това. Наистина, това е върхова техника с използване на много нови технологии и непрекъснато възникващи още повече неизвестни... Все пак, вече са получени първите научни резултати. Засега скромни и не особено интересни. Те показват, че LHC може да работи и дава надежди да даде нещо ново на науката.
- Казват, че целта на LHC e да пресъздаде първите секунди на Големия взрив, който е поставил началото на Вселената. Кажете нещо повече за самата теория?
- Това е доста груба грешка, възникнала в резултат на внушения на хора с определено грандоманско мислене. Никога не е поставяна задача да се пресъздаде Големият взрив, от който си мислим, че е започнала познатата ни Вселена. Тази задача е много далече от възможностите на хората не само сега, но и в произволно отдалечено бъдеще. Тя просто изисква ресурси, с които ние никога няма да разполагаме. Числата са поразяващи. Не само Земята и Слънчевата система, но дори цялата ни Галактика, която съдържа милиарди системи като Слънчевата, са нищожни в сравнение с видимата Вселена. Нейният размер в сантиметри е число с 28 нули, а в нея има толкова на брой протони, че ни трябва число с 84 нули, за да ги запишем. Абсолютно немислимо е да възпроизведем Големия взрив не само на Земята, но и в мащабите на цялата Галактика и дори на локалния куп от галактики.
Днес ние разполагаме с различни познания за Вселената. Видимата Вселена се разширява. Трябва да си даваме ясна представа какво всъщност значи това: 5% разширение за 1 милиард години!!! Толкова бавно, че допреди около 80 години науката считаше, че Вселената е вечна и неизменна. Беше необходимо да се постигне огромен напредък в точността на измерванията, за да установим това нищожно за мащабите на човешкия живот разширение. След като стигнахме на базата на реални наблюдения до такъв неочакван извод, намериха се и редица потвърждения. Едно от тях е така нареченото „реликтово” лъчение (или „космическият микровълнов фон”), за откриването и изучаването на който бяха дадени две Нобелови награди. Той ни показва каква е била картината на Вселената преди около 14 милиарда години.
Считаме, че дотам се е стигнало след нещо, което се нарича „Големия взрив”. За него нямаме реална информация, защото 380 000 години след него (ако предположим, че го е имало изобщо) Вселената е била толкова малка, че плътността на частиците в нея е била огромна. Това не е позволявало дори на светлината да се движи свободно между тях. Едва 380 000 години след предполагаемото събитие, Вселената се е разширила дотам, че светлинните частици са тръгнали по пътя си свободно и ние днес ги наблюдаваме като микровълнов фон, за който споменах. Какво е било преди това, можем само да гадаем. И тук има два случая. На базата на изучените природни закони в земни условия, например чрез използването на ускорителите на елементарни частици - от 30-те години на XX век и досега - физиката е открила огромен брой факти за тези частици, за това как са устроени атомите, молекулите и т.н. Благодарение на това знание ние можем да си представим какво би могло да се случи с Вселената в интервала 3 минути след „Големия взрив” до тези 380 000 години. Тук нямаме реални данни от наблюдения, но сме доста сигурни в предсказанията на нашите теории, построени на базата на известните ни физически закони. Ако си мислим за времената преди тези 3 минути, нищо сериозно не бихме могли да кажем. Известните ни закони не могат да се прилагат в невероятните условия, които би трябвало да съществуват тогава във Вселената. Затова аз наричам хипотезите за този най-ранен период "ненаучна фантастика", за разлика от хипотезите за периода от 3-те минути до 380 000 години, което си е научна фантастика, полученатеоретичнона базата на познати закони, но без експериментална проверка. Е, точно там е мястото на LHC. Смешно е да си мислим, че на това доста жалко човешко творение (в мащабите на Вселената, разбира се, а като достижение на днешната цивилизация то е наистина грандиозно) ние бихме могли да пресъздадем нещо като „Големия взрив”. Обаче с LHC бихме могли да научим нещо повече за физическите закони при условия, които досега не ни бяха достъпни, и да продължим да гадаем какво би могло да се случва в най-ранната Вселена на базата на новите научни данни.
- Да, но вие все пак казахте, че предполагате, значи има вероятност сценарият да е съвсем друг. Някои учени оспорват теорията за Големия взрив.
- Да, разбира се. Има и съвсем други модели за еволюцията на Вселената. Все пак, най-много наблюдателни данни подкрепят теорията на Джорж Гамов от 50-те години на XX век за горещото начало на Вселената, тоест, за „Големия взрив”. Но това не е съвсем ясен модел. Например, едва през 1999 г. открихме, че Вселената не само се разширява, но това разширение се ускорява (в нашата епоха, тоест, за последните 1-2 милиарда години). Преди това не го знаехме! Добро обяснение за това ускорение нямаме...
- А физиката има ли отговор как всъщност се е създала материята?
- Не, ние просто не се занимаваме с това, доколкото нямаме научни методи, чрез които да изследваме този въпрос.
- Но материята може ли да се създаде сама и тук ли е мястото на Бог?
- Работата е там, че задаването на такива въпроси не е много смислено, поне от гледна точка на науката. Науката и религията имат доста различен подход към проблемите. Науката не се занимава с Бога! Тя се занимава само с неща, които всеки образован човек, разполагащ с необходимите средства, може да провери във всеки момент.В религията, която се занимава с Бог, подходът е съвършено различен. Там или вярваш, или не! Например, съвършено невъзможно е да се провери непорочното зачатие. В него може само да се вярва.
- Но щом науката не може да отговори на най-основния въпрос – как е създадена материята и енергията, тогава на какво се гради тя? Освен това, според физичните закони, енергията не се губи, тя не може да дойде отникъде. И именно според физиката всяка система, оставена на себе си, се разрушава. Какво значи това – че тя трябва да е създадена от някого и това е логика на физиката. В случая не говорим за религия, а за логика...
- Това, което, както ми се струва, ви притеснява, е ограничеността на моментното ни знание. С течение на времето ние научаваме все повече неща. Казвате "енергия". Преди 200 години физиката е познавала само механичната енергия (това е точно дефинирана характеристика на материята, свързана с нейното движение). По-късно научихме, че има електромагнитно поле с негова си енергия и се научихме да ги използваме (иначе сега нямаше да общуваме с вас, разделени на повече от 3000 километра разстояние). После научихме, че с масата е свързана енергията на покой (тоест, без видимо движение) и се научихме да я използваме - къде за атомни централи, къде за атомни бомби... След това научихме, че има енергия на гравитационните вълни и аха-аха да я открием – дадени са десетина милиарда долара, но резултат все още няма... и т.н. Кръгът на нашите знания непрекъснато се разширява, но никога няма да знаем всичко.
- Според някои теории пространството има 10 измерения, възможно ли е чрез експериментите в LHC да открием успоредни на нас светове?
- Това са ненаучни фантастики в смисъла, за който по-горе стана дума. Всъщност, няма никакви факти, говорещи в полза на съществуване на нови размерности на физическото пространство-време, подобни на тези, които познаваме от ежедневната ни практика. Нещо повече, ако такива съществуваха, щяхме да имаме сериозни проблеми. Например материята (водородните атоми) не би била устойчива и бързо би се разпадала... Има формални математически модели с повече от 4 измерения. Някои от най-простите, които са само донякъде изследвани, се оказва, че биха имали 10, други 11, трети 26 измерения. Съществуванетона допълнителни размерности с познатите ни свойства грубо противоречи на известните ни факти. Затова хората, които се занимават с такива модели, измислят различни сложни хипотези, обясняващи защо тези допълнителни размерности не се наблюдават на практика. Една възможност се нарича "компактификация". Това означава, че си представяме, че тези допълнителни размерности са като затворени окръжности, които са извънредно малки, типично - 1 делено на 10 с 32 нули в сантиметри. Това също не е наука, защото никога не би могло да бъде проверено. За да се осигурят пари (всички сме грешни) за LHC, тази хипотеза беше комбинирана с още няколко, така че да има надежда на LHC да се забележи нещо ново. Сами разбирате, че това е чиста спекулация, облечена в научна форма. Работата е там, че в съвършено други условия – в космоса, енергиите на LHC се наблюдават! Наблюдават се и много по-големи енергии! При това в голям мащаб. Например, когато LHC бъде доведен до крайната си проектна форма, той ще бъде в състояние да ускори маса, равна на масата на един комар, до планираните енергии. В последните години космическите станции откриха маси, равни на 200 земни маси (тоест, почти масата на Юпитер), които се движат с такива енергии. И... Нищо!... Нито допълнителни размерности, нито раждане на т. нар. черни дупки. Това са известните ни факти...
- Според германския професор по химия Ото Рьослер при експериментите в LHC ще се създадат милиони черни дупки, някои от които няма да се изпарят, ще се разпръснат и ще погълнат земята?
- Това си е чиста проба ненаучна спекулация, раздухана грандиозно от медиите - та чак до съда в Страсбург! Истината е, че елементарни частици с бъдещите LHC енергии непрекъснато идват от космоса и пронизват Земята. Това е добре проверено от две независими съвременни станции за наблюдение на космически лъчи. Едната се казва Euger – на името на известен френски изследовател на космичнителъчи, а другата ICECUBE – в Антарктида. Също грандиозни международни обекти. По данни на техните наблюдения за 5 милиарда години, откакто знаем, че съществува Земята, през нея са преминали 10 с осемнадесет нули (!!!) частици с все още бъдещите енергии на LHC. И... отново нищо не се е случило... Аз мога (и не само аз – има научни публикации в специалната литература) да гарантирам, че и след експериментите на LHC ще изкараме поне още 5 милиарда години (ако не ни сполети нещо друго), пък после "ще му мислим"...
- Увереността на учените не се ли основава върху теорията на Стивън Хокинг за изпарение на черните дупки, която всъщност не е проверена в практиката? Какво ще стане, ако тя е погрешна?
- Тук навлизате в моите научни води. Самото понятие „черна дупка” е доста неясна теоретична спекулация. Миналата година имаше съществен напредък в разбирането на тези неща. Теорията, за която говорите, е от 60-те и 70-те години на миналия век и е чиста математическа спекулация, възникнала първоначално в САЩ по времето на Студената война, когато са плашели правителствата с "гравитационни бомби" и други не особено сериозни неща - пак за пари (след Los Alamos, тоест, след атомната и водородната бомби, доста високо квалифицирани хора са останали без работа). Не случайно терминът "черна дупка" е измислен от Джон Уилър – шефът на теоретичните отдели и на атомната, и на водородната бомба; и е оповестен в Ню Йорк Хилтън хотел – западната бална зала, на 27 декември 1967 г. по време на Новогодишния бал на физиците... По-нататък, вече повече от 45 години, се развиват теоретични спекулации, но през последните 4-5 години изследванията на тези неща най-после се превърнаха в истинска физика. Има много нови експериментални наблюдения, които отхвърлиха теориите от 60-те години. Трупат се всекидневно нови данни, но все още не е построен нов модел, да не говорим за теория. Това в момента е едно от най-големите научни предизвикателства. Миналата година се появиха първите наблюдателни данни, които показват, че обектите, наричани масово „черни дупки”, и, разбира се, наблюдавани от астрономите, май не са това, за което ги мислехме теоретично... Например, в началото на януари 2010 г. бяха публикувани наблюдения на огромна международна колаборация за търсене на гравитационни вълни чрез детектори на гравитационни вълни (в момента синхронно действат 5 такива – всеки с цена над 1 милиард долара). Резултатът от наблюденията на 22 обекта (т.нар. “кратки гама избухвания”) е, че в тях не участват черни дупки. Допреди една година всички бяха склонни да се закълнат, че това са прояви на черни дупки...
- Всъщност, може ли да се окаже, че целият проект е безсмислен, ако ускорителят не е достатъчно мощен, за да осигури желаните резултати или пък даде грешни? Все пак, разбирането на хората за света се крепи на науката. Бих казала, че това е много отговорна задача.
- Тук въпросът стои по друг начин. Най-вероятно LHC няма да даде кой знае какво за чистата физика. Поне такива са сериозните предсказания на базата на данните от предишните ускорители. Единствената сериозна надежда е да научим нещо повече за бозона на Хигс, но и това не е сигурно. Нещо повече, LHC е последният "земен ускорител" и ние знаем това от повече от 25-30години. За да се постигне нещо интересно в този вид физика, е необходимо да се увеличи поне 100 пъти енергията на частиците. Това означава, че следващият ускорител трябва да е с размер 40 000 километра, тоест, колкото екватора. И това не е най-лошото. По-невъзможното е, че необходимата за такъв ускорител енергия е повече от произвежданата от всички земни електростанции! Така че LHC е краят на развитието на ускорителната физика на Земята. Следващи стъпки в тази посока искат излизане в космоса, а това едва ли ще се случи в обозримо бъдеще, пък и не е много интересно... Едва ли ще достигнем космическите мащаби. През 1986-88-ма в света имаше 4 проекта от типа на LHC. Американците заровиха (буквално) в пясъците на Тексас 5 милиарда долара и се отказаха. Руснаците изкопаха само дупката за бъдещ ускорител в Серпухов и грохнаха икономически. Японците излязоха най-хитри и казаха, че ще погледат другите, пък тогава ще решават какво да предприемат. В края на краищата се оказа, че всички се обединиха около CERN и за 25 години „излюпиха” LHC, дай боже да тръгне, както е планирано... Но реалната полза от всичко това за хората е съвсем друга. За да направят LHC, физиците измислиха WEB-a и промениха света, развиха се невероятни нови технологии с много практически приложения. Унгарците направиха дори нова бира – специално за ЦЕРН и т.н. И това е истинската полза от това световно усилие! Въобще, аз мисля, че науката е най-силното предизвикателство за човечеството, а познанието е реалната ни цел. Конкретните резултати са несигурни и трудно предсказуеми. Ако можехме да ги предскажем, това нямаше да е наука...
Колкото до рисковете, те в никакъв случай не са по-големи от всекидневните. Със сигурност за вас е много по опасно в момента, късно през нощта, да излезете сама на улицата...
Разговора води Деляна Узунова

Geneva, 30 March 2010. Beams collided at 7 TeV in the LHC at 13:06

Досегашните изследвания еднозначно указват отсъствието на съществени количества антиматерия във Вселената. В СМ модел по принцип е заложен механизъм, водещ до асиметрия между материя и антиматерия, но ефектът от него не е достатъчен за да обясни практическото отсъствие на антиматерия. Ето защо, друг важен въпрос, изискващ ясен отговор, е: в кой момент от развитието на Вселената и как е изчезнала антиматерията?

Във физиката на частиците Суперсиметрията (често използвано съкращение SUperSYmmetry), е вид симетрия,в която на всеки вид бозон съответства фермион и обратно. Към 2008 година няма директно доказателство, че суперсиметрията съществува в природата. Ако суперсиметрията съществува, тя ще позволи да се решат два главни проблема във физиката на частиците. Минималният суперсиметричен стандартен модел е едно от най-добре изучените кандидати за физика извън границите на Стандартния модел.Обединяването на Суперсиметрията със Стандартния модел изисква удвояването на броя на частиците, тъй като не е възможно коя да е частица от Стандартния модел да се окаже суперпартньор сама на себе си. Увеличаването на броя на частиците води до увеличаване на броя на възможните взаимодействия между тях.

Третият вид частици са тези, които дават маса на останалите. Единствената такава частица в стандартния модел е бозонът на Хигс. Очаква се той да бъде открит в европейския ускорител LHC.

Според съвременните физични теории взаимодействията се осъществяват чрез посредници - специални частици, наречените бозони.
Електромагнитните взаимодействия се осъществяват чрез фотони, които са носители на електромагнитното взаимодействие. Взаимодействащите частици непрекъснато обменят фотони, поради което взаимно се привличат и отблъскват. Тези фотони се наричат виртуални, защото не съществуват самостоятелно, а са неразривно свързани с взаимодействащите частици и изпълняват само ролята на посредник между тях. При определени условия обаче фотоните стават самостоятелни частици. Веднъж излъчени фотоните съществуват независимо от своя източник.
Силното взаимодействие между кварките се осъществява чрез глуони. Подобно на фотоните, глуоните са частици, които нямат маса на покой. Кварките в протоните и неутроните обменят глуони, които ги слепват в една здраво свързана система.
Носителите на слабото взаимодействие , т.нар. W и Z частици, са открити експериментално на ускорителя в Женева при изследване ударите между протони и антипротони с голяма кинетична енергия. За разлика от фотоните и глуоните, те са “тежки” частици – масата им е 100 пъти по-голяма от масата на протона. Един от проблемите на съвременната физика е да обясни защо фотоните нямат маса на покой, а масите W и Z частиците са толкова големи. Това важно различие между носителите на електромагнитното и слабото взаимодействие е причината при ниски енергии тези взаимодействия ясно да се разграничават. При свръхвисоки енергии обаче различията между тях изчезват и двете взаимодействия се обединяват в т. нар. електрослабо взаимодействие.
Гравитационното взаимодействие се осъществава посредством квантите на гравитационното поле, наречени гравитони. Те са безмасови частици, които все още не са получени експериментално.

Кварки се наричат вид елементарни частици, считани засега за неделими. Кварките са единствените частици с дробен електричен заряд. Според съвременните представи цялата материя е изградена от 6 лептона и 6 кварка. Всички досегашни опити да се изолират отделни кварки са завършили с неуспех, въпреки това съществуват убедителни косвени доказателства за съществуването им. Експериментално са определени и техните маси.
Освен това на всеки кварк съответства антикварк със същата маса, но с противоположен електричен заряд.Барионите са изградени от 3 кварка, докато мезоните – от един кварк и един антикварк.
Кварките са заредени частици, чието взаимодействие се определя от заряд характерен само за кварките, наречен цветен заряд или само цвят( цветовете не са свързани с нашите зрителни възприятия). Съществуват 3 вида цветен заряд - червен, син и зелен, като антикварките са носители съответно на античервен, антисин и антизелен. Като два кварка с един и същ цвят се отблъскват, а кварк и антикваарк се привличат, също както и кварки с различни цветни заряди. При свързването на три различни на цвят кварки се получава безцветен барион (не е носител на цветен заряд). Аналогично мезоните са също безцветни.

Според стандартния модел частиците се поделят на фермиони и бозони. Частиците на материята се наричат фермиони. Те се делят на кварки и лептони.

Известни са 4 типа фундаментални взаимодействия между елементарните частици. Подредени по намаляваща сила, те са: силно, електромагнитно, слабо и гравитационно.
Електроните обикалят около атомните ядра под действие на електричните сили на привличане, както и всички други те са породени от електромагнитното поле. В електромагнитни взаимодействия участват, както кварки, така и лептони.
Взаимодействиято между кварките се наричат силно, защото е около 100 пъти по-интензивно от електромагнитното. Ядреното взаимодействие между протоните и неутроните също се дължи на взаимодействието на кварките т.е. то е силно взаимодействие. Всички бариони и мезони участват в силни взаимодействия, докато лептоните, които не са изградени от кварки, не участват в тях.
Нестабилността на редица ядра и частици, както и бета-разпадането, се дължат на един друг вид взаимодействие между елементарните частици, наречено слабо взаимодействие, защото е около 1000 пъти по-слабо от електромагнитното. В него участват и кварките, и лептоните.
Гравитационното взаимодействие е универсално, тъй като в него участват всички частици. Гравитационните сили не играят съществена роля във физиката на микрочастиците, тъй като техните маси са нищожни. Но в мащабите на Вселената тяхната роля е съществена.

Преди създаването на стандартния модел елементарните частици са били разделени въз основа на масата им на три групи - лептони, мезони и бариони (като общото наименование на мезоните и барионите е адрони) . Като най-леки са лептоните, а най-тежки - барионите. Това разделяне важи до момента на откриването на лептона таон, който има маса почти два пъти по-голяма от тази на протона (който е барион). Но основните различия между частиците са в структурата им. Смята се, че лептоните са безструктурни, а мезоните и барионите са съставени от кварки.
Освен това всяка частица си има двойник, наречен античастица, която има същата маса, но противоположен заряд. Незаредените частици като неутроните също имат античастици. При срещата на частица и нейната античастица се извършва анихилация (унищожаване). Двете частици престават да съществуват и вместо тях се появяват фотони или други частици.

PS (Proton Synchrotron) е първият важен ускорител в ЦЕРН, построен през 50-те. Неговата обиколка е 628.3 м. Той е изключително гъвкава машина, която ускорява протони, антипротони, електрони, позитрони и различни видове йони. Важни промени са подобрили представянето му повече от 1000 пъти от 1959. Единствените основни компоненти, останали от неговата оригинална инсталация преди 50 години са насочващите магнити и сградите.

SPS (Super Proton Synchrotron) ускорител на частици с дължина 6,9 км. Той се използва за ускорение на антипротони, електрони и позитрони и тежки йони. Като най-значителното откритие в него са W и Z бозоните, които спечелват нобелова награда на Карло Рубия и на Симон ван дер Меер през 1984. Сега SPS е използван за финален ускорител на протони с висока енергия в LHC.

Комплексът от ускорители на Церн е съставен от машини с особено големи енергии. Всяка машина прехвърля снопа в следващата, които се ускоряват при всеки оборот благодарение на мощни микровълнови полета. В LHC-последния елемент от веригата всеки сноп е ускорен до рекордните 7ТеV(7 000 000 000 000 електронволта). Освен това всеки от LHC инжекторите има собствена зона, където сноповете се използват за експерименти с по-малка енергия.
В ЦЕРН има няколко ускорители LHC (Large Hadron Collider), SPS (Super Proton Synchrotron), AD, BOOSTER, PS, като най- големият от тях е LHC.

В линейните ускорители поток от частици се ускорява праволинейно в медна тръба с помощта на генератори на вълни, наречени клистрони. Когато потокът частици удари специалната мишена, различни детектори засичат какво се случва.
В кръговите ускорители частиците се ускоряват по криволинейна траектория в затворена тръба. Там те правят толкова обороти, колкото са необходими, за да придобият нужната кинетична енергия преди да се сблъскат с мишената. Електромагнити контролират траекторията на частиците и при нужда я променят.

Независимо от вида, компонентите на ускорителите са следните:
Източник на частици — от тук се взимат частиците, които ще бъдат ускорени. Те могат да бъдат електрони, протони, позитрони, йони, ядра на тежки елементи и др.
Медна тръба — в нея се движат ускорените частици. Тръбата е медна, защото медта е много добър електромагнитен проводник. При големите ускорители тези тръби са дълги километри.
Клистрони — генератори на микровълни, само че милион пъти по-мощни от тези в микровълновите печки. Разположени са на равни интервали по дължината на ускорителя. Микровълните ускоряват частиците в медните тръби.
Електромагнити — магнитите не позволяват на снопа частици да се разпръсне.
Мишени — те варират според вида на експеримента.
Детектори — това са едни от най-важните елементи в ускорителя. Те "виждат" новообразуваните частици и радиацията, излъчена при сблъсък. Някои детектори са с втечнен газ, други с наситени газови изпарения, трети са твърди.
Вакуумни системи — в ускорителите трябва да се поддържа дълбок вакуум по две причини: за да се предотврати образуването на искри от микровълните и за да се ограничи загубата на енергия от нежелани сблъсъци с "атмосферни" частици.
Охлаждащи системи — необходими са, защото медните тръби се нагряват много силно и има опасност да се стопят. Другата опасност е да не се разширят.
Компютърни системи — те контролират всички процеси в ускорителя. Често тези компютри са оборудвани с най-бързите процесори, много големи количества памет и са свързани в големи мрежи.
Предпазни щитове — при сблъсъци на частици се освобождава много енергия, предимно под формата на рентгенови и гама-лъчи. Тази радиация е много опасна, поради което ускорителите са дълбоко под земята и са облечени в кожуси от стоманобетон. Когато работят, там не се допускат хора. Нивото на радиационния фон се следи постоянно.
Захранваща система — ускорителите консумират много електроенергия. Често те са вързани към електроразпределителната мрежа, но понякога имат собствени генератори.
Пръстени за съхранение — понеже ускоряването на поток от частици е трудна задача, често ускорените вече частици се прибират в отделен пръстен (умалено копие на основния пръстен), където се поддържа скоростта им.

Това са устройства, които придават енергия на заредени частици с помощта на магнити и ги ускоряват до огромни скорости, съизмерими с тази на светлината. Така ускорените частици биват сблъсквани с насрещен поток от частици или с мишена, при което специални детектори "фотографират" експлозията. От получените снимки физиците научават състава и характеристиките на нчастиците. Съществуват два основни вида ускорители: линейни и кръгови.

LHC (Large Hadron Collider) означава голям адронен колайдер. Голям се отнася до неговата дължина от 27 км, като той е най-дългият ускорител в ЦЕРН. Нарича се адронен, защото ускорява протони или йони, които са адрони, а е колайдер (collide-сблъсквам) защото сблъсква два снопа, обикалящи в противоположни посоки, в четири точки по 27-километровото трасе. На тези места се намират детектори, които регистрират сблъсъка на сноповете. Те са наречени ALICE, CMS, LHCb и ATLAS.
Има и няколко предускорителя, които ще придават скорост на сноповете, преди те да бъдат въведени в LHC. При всяка обиколка снопът частици минава през един или повече клистрони и увеличава своята скорост. Но той прави милиони обиколки за много дни, преди да достигне максималната възможна енергия (11 000 обиколки за секунда, т.е. скорост от 297 000 км/сек, което е близо до практически недостижимата скорост на светлината от 299 792 км/сек).
Как работи LHC - 1 и Мигове от сътворението - 2

ТОТЕМ ще измери ефективния размер на напречното сечение на протона. Със своите средни размери ТОТЕМ е монтиран в близост до CMS. Той има детектори на три различни места.

LHCf е неголям експеримент, който ще регистрира частиците, получени в близост до протон-протон сблъсъка в LHC. Идеята е да се тестват модели използвани за изчисляване на първоначалната енергия на ултра високоенергийните космически лъчи.

LHCb е специализиран за изучаване на малката асиметрия между материята и антиматерията. Проучаването на този въпрос ще бъде безценно за намиране на отговора на въпроса: ‘Защо нашата вселена е съставена от материя, която изучаваме?

CMS е детектор с подобни предназначения като ATLAS, но с различни технически решения и дизайн. Той е построен около голям свръхпроводим соленоид. Тук е най – голямото българско участие.

ATLAS е детектор, който има най-широк физичен обхват, от търсене на Хигс бозонът до суперсиметрия (SUSY) и нови измерения. Той е 46 метра дълъг, 25 метра висок и е най-големият по обем конструиран някога колайдер-детектор.



ATLAS VIDEOS

ALICE (Large Ion Collider Experiment, което означава експеримент на тежки йони)Това е детектор специализиран за анализиране на ядро-ядрени сблъсъци. Той ще изучи свойствата на кварк – глуонна плазма, състояние на вещество, където при високи температура и плътност кварките и глуоните не се ограничават в адроните. Подобна материя вероятно е съществувала след Големия взрив, още преди да се формират частици като протоните и неутроните.

Детекторите са разделени на поддетектори. Съществуват три категории поддетектори:

Проследяващи устройства
Те показват пътищата на електрично заредените частици чрез следите, които са оставили като йонизират вещество. В магнитно поле те могат да бъдат използвани за измерване на радиуса на траекторията на движение на частиците, а от тук и тяхната кинетична енергия. Това може да помогне за идентифициране на частицата.
Вертекс детектор е пример за проследяващо устройство, позиционирано близо до точката на взаимодействие, с достатъчно висока резолюционна способност.
Мюоновите камери са пример за проследяващи устройства, намиращи се в по-външните слоеве на детектора. Тяхна задача е да откриват мюони, единствените частици, които могат да преминават метри през плътен материал.

Калориметри
Това са устройства, които „спират” частиците и измерват количеството енергия, която се освобождава. Калориметрите са основния метод за идентифициране на неутрални частици като фотони и неутрони. Въпреки, че не са видими на детекторите, те се разкриват по енергията, която отделят в калориметрите. Има два основни типа калориметри:
# Електромагнетичен калориметър - той напълно абсорбира електрони и фотони, които лесно взаймодействат с елекромагнитните сили.
# Адроничен калориметър - той улавя адрони;

Детектори
Te разпознавaт частиците, кaто използват различни способи, за да идентифицират вида им. Има два метода за разпознаване взависимост от радиацията, излъчвана от заредените частици. Ако частицата излъчва:
... радиацията на Червенков, то при движението си тя излъчва протони под специфичен ъгъл, който зависи от скоростта и. Следователно при комбинирано измерване на кинетичната енергия и скоростта на частицата, може да се определи масата и от там да се идентифицира частицата.
... преходна радиация, то когато премине през границата на материали с различни електрични свойства, тя излъчва радиация пропорционална на нейната енергия. Това позволява типовете частици да бъдат разграничени.

Целта на големите детектори инсталирани в LHC е да идентифицират вторичните частици произлязли от сблъсъците, да измерят тяхната позиция, заряд и енергия.
Един модерен високоенергичен физичен детектор трябва да бъде херметически затворен, така че вероятността някоя частица да ‘избяга’, незабелязана от сензорите, да бъде малка. За инженерно удобство повечето модерни детектори като LHC са от типа ‘цилиндър с тапи’ дизайн.


Детектори

Въпросът, които вълнува физиците по цял свят, е какви ще са резултатите от гиганския експеримент в ЦЕРН. И дали той ще ни даде отговори на въпросите:

1- Какво всъщност е маса и дали тя е свъразана с частицата на Бога?
2- Защо частиците имат различна маса?
3- Защо вече няма антиматерия?
4- Защо материята, която виждаме, представлява само 4 % от масата на Вселената?
5- От какво е направена 96% от Вселената?
6- Има ли суперсиметрични частици?
7- Дали измеренията са само 4, както е твърдял Айнщайн, или са 5, 10, а защо не 20?
8- Как изглеждала материята след Големият взрив?
9- Дали стандартния модел ще се потвърди? И ако не се потвърди каква е истината?
10- Ще можем ли да пътуваме в други измерения?
11- Дали всъщност кварките и лептоните са „най-елементарните“ частици?

В търсене на тези отговори и на много други, беше създаден този сайт, в който се опитахме да изясним на Вас, любопитни читателю, част от магията на ЦЕРН.

Големият адронен колайдер достигна рекордната енергия



Европейският център за ядрени изследвания отново дава старт на програмата на големия адронен колайдер. Инженерите ще направят поредния опит за сблъсък на два снопа протони, всеки с енергия от 3,5 тераелектронволта, в 27-километровия тунел под френско-швейцарската граница. Така те трябва да възпроизведат Големия взрив, с който е възникнала Вселената.

Големият адронен колайдер край Женева достигна необходимата енергия за опита на 19 март, като подобри собствения си рекорд. Главната цел на проекта е да бъде установено как се е формирала Вселената, когато преди близо 14 милиарда години Големият взрив е разпилял материя с огромна скорост и енергия. Според учените от тази материя са се развили звезди, планети и накрая самият живот.

Когато големият адронен колайдер заработи с пълна мощност, ще могат да се възпроизведат условията, които са съществували само една милиардна от секундата след Големия взрив. Колайдерът беше активиран отново на 1 март, след като бе спрян за около 14 месеца поради инцидент през септември 2008 г. Тогава в тунела, по който трябва да се движат потоците от протони, се бе излял около тон течен хелий, използван за охлаждане на магнитите. Инцидентът предизвика поредица от проблеми с електрическата система. Ремонтът на съоръжението струваше 24 милиона британски лири. Очаква се към края на следващата година колайдерът да бъде затворен отново за период от 12 месеца. Така инженерите ще могат да подготвят тунела и оборудването за сблъсъци при 14 тераелектронволта за следващия работен период, който вероятно ще започне през 2013 г.

Големият адронен колайдер - най-големият ускорител на заредени частици в света - постави рекорд, като сблъска два снопа протони с три пъти по-голяма енергия от постиганата досега, съобщи Асошиейтед прес, цитирана от БТА.

Заредените частици, движещи се по двете направления на 27-километровия тунел на колайдера, действащ недалеч от Женева, се сблъскаха с енергия от 7 тераелектронволта.

С опита на практика бе поставено началото на програмата за физически изследвания на най-големия ускорител на заредени частици на стойност 10 милиарда швейцарски франка или 9 милиарда долара, съобщи ИТАР-ТАСС.

"Ние отваряме вратата към нова физика, към нов период на открития в историята на човечеството" - заяви преди началото на опитите генералният директор на ЦЕРН Ролф-Дитер Хойер. Първите два опита, направени по-рано през деня, завършиха с неуспех за учените от Европейския център за ядрени изследвания ЦЕРН. В 04:00 и 08:00 местно време /05:00 и 09:00 българско време - бел.ред/ учените пуснаха в двете посоки на 27-километровия тунел на колайдера под френско-швейцарската граница два снопа протони. И двата пъти обаче те се "загубиха", при това във втория случай енергията на заредените частици достигна 1,3 тераелектронволта.

Според руския учен Андрей Голутвин, цитиран от ИТАР-ТАСС, не се е случило нищо извънредно.

Става дума само за работен момент. Той поясни, че след аварията през 2008 г. системата за защита вече е 300 пъти по-чувствителна и тя реагира и на най-малките отклонения, които преди просто са можели да остават незабелязани.

Главната цел на Големия адронен колайдер е да бъде установено как се е формирала Вселената, когато преди 13,7 милиарда години Големият взрив е разпилял материя с огромна скорост и енергия.

От тази материя са се развили слънца, звезди, планети и накрая самият живот. Когато Големият адронен колайдер заработи с пълна мощност, ще могат да се възпроизведат условията, които са съществували само една милиардна от секундата след Големия взрив.

Старт на Големия Адронен Колайдер в ЦЕРН - 30 март 2010


30.03.2010 9:53 am
Старт на Големия Адронен Колайдер в ЦЕРН - 30 март 2010

Снимка: http://images.ibox.bg

Европейкият Център за Ядрени Изследвания (ЦЕРН) обяви 30 март като ден в който ще бъдат направени първите опити за осъществяване на сблъсъци на ускорителя LHC при енергия в системата на център на масите 7 TeV.



Очаква се експериментите провеждани на този уникален експериментален комплекс да отговорят на някои от най-фундаментилните въпроси свързани със структурата на материята и пространство–времето и да дадат информация за процесите протичали в най-ранните етапи от развитието на Вселаната. На ускорителя LHC ще набират данни едновременно четири експериментални комплекса, като два от тях ATLAS и CMS (Компактен мюонен соленоид) са общоцелеви експерименти планирани да провеждат възможно най-широк спектър от изследвания. Другите два са специализирани за изучаване на ново състояние на материята – кварк-глуонна плазма (ALICE) и физиката на красивите кварки (LHCB).

Учени от Софийския Университет и БАН участват в подготовката и провеждането на научната програма за изследвания на укорителя LHC от самото начало на проекта. Те имат съществен принос в проектирането, изграждането и експолатацията на експерименталния комплекс CMS. Във Физическия факултет на Софийския Университет е оборудван CMS център, който дава възможност на българските специлиасти да участват в работата и контрола на експеримента CMS от София. На 30 март този център ще бъде отворен за достъп на представители на българските медии. От него в реално време ще може да се следи работата на ускорителя LHC и експеримента CMS, ще бъде осъществена видеоконферентна връзка с центъра за управление на експеримента CMS в ЦЕРН, както и с центъра за експресен анализ на данните в Женева.

За отразяване на това събитие в ЦЕРН в Женева са акредитирани журналисти от над 300 водещи световни медии.

CMS центърът е разположен в зала В30 на сграда В на Физическия факултет на Софийския Университет, бул Джеимс Баучър 5. За контакти: тел. 8161 410, GSM – 0899258731 -доц. Леандър Литов.

Големият адронен ускорител (на английски: LHC, Large Hadron Collider) е най-големият и мощен ускорител на частици в света, който се намира в Европейския център за ядрени изследвания CERN (Centre europeen de recherche nucleaire). Той е предназначен за ускоряване на протони и тежки йони. Целта на проекта LHC е преди всичко да бъде открит Хигс бозонът — най-важната все още ненаблюдавана експериментално елементарна частица на стандартния модел (СМ), а така също и да се търсят физически явления извън рамките на СМ. Планира се да се отдели внимание на изследването на свойствата на W и Z бозоните, на ядрените взаимодействия при свърхвисоки енергии и процесите на раждане и разпад на тежки кварки (b и t).

Разположен е в тунел с дължина на окръжността 27 километра и на дълбочина от 50 до 175 метра под френско-швейцарската граница в близост до Женева. Има 1624 свръхпроводящи магнита, които работят при температура 1,9 K. В построяването и експлоатацията му участват повече от 10 000 учени и инженери от 100 страни.

Ускорителят LHC е предвиден за изследване на сблъсък на високоенергетични протони със сумарна енергия 14 TeV (14·10¹² електронволта, 7 TeV всеки), а така също и на ядра на оловото с енергия 5,5 GeV (5,5·10⁹ електронволта).

История на строителството

Идеята за проекта LHC се ражда през 1984 г. и е официално одобрена десет години по-късно. Строителството му започва през 2001 г., когато е завършен предишният голям ускорител на CERN — електрон-позитронният ускорител LEP (Large Electron-Positron Collider). Големият адронен ускорител е официално открит на 21 октомври 2008.

Първи тестове и експлоатация

Първият тест с ускорителя е извършен на 10 септември 2008. В единия край на тунела е пуснат протонен лъч с дебелина по-малко от човешки косъм и скорост, близка до тази на светлината.

На 30 март 2010 година е извършен първият успешен опит с високи енергии, когато са генерирани два протонни лъча, всеки с енергия 3.5 TeV (общо 7 TeV), което поставя началото на изследователската програма. Целта е да се достигнат енергии от 14 TeV.