Сучасна фізика елементарних частинок входить у фазу фундаментальної трансформації, оскільки Великий адронний колайдер (ВАК) готується до тривалої зупинки, яка ознаменує кінець однієї епохи та початок іншої. Підземний 25-кілометровий тунель, розташований на кордоні Швейцарії та Франції, тривалий час був передовою лінією науки, де частинки, розігнані до швидкостей, близьких до світлової, відтворювали умови перших миттєвостей після Великого вибуху, пише T4.
Найгучнішим досягненням цього пристрою стало відкриття у 2012 році бозона Хіггса - елементарної частинки, яка наділяє масою всі інші об’єкти у Всесвіті. Проте навіть такий досконалий інструмент потребує радикального оновлення для вирішення нових квантових загадок. Починаючи з літа 2026 року, роботу колайдера буде призупинено для реалізації масштабного проєкту модернізації під назвою "ВАК високої світності". Ця технічна перерва, яка триватиме до середини 2030 року, дозволить інженерам та фізикам вдесятеро збільшити кількість зіткнень частинок, що відкриє шлях до аналізу процесів, які раніше залишалися за межами вимірювальних можливостей людства.
Технічна перерва триватиме до середини 2030 року.Новий генеральний директор ЦЕРНу, професор Марк Томсон, наголошує, що п’ятирічний період простою машини не означає зупинку наукової діяльності. Навпаки, фізики отримають колосальні масиви вже записаних даних, аналіз яких продовжуватиме приносити відкриття протягом усього періоду модернізації.
Томсон розглядає цей етап не як паузу, а як необхідну підготовку до майбутнього, де на зміну поточному прискорювачу має прийти ще масштабніший проєкт - Майбутній кільцевий колайдер Future Circular Collider, FCC. Запланована довжина нового тунелю становить близько 90 кілометрів, що змусить нинішній ВАК виглядати порівняно невеликим пристроєм. Перший етап FCC, спрямований на зіткнення електронів та їхніх античастинок - позитронів, планується реалізувати наприкінці 2040х років, а наступний етап, призначений для розгону протонів до безпрецедентних енергій, запланований на 2070ті роки.
Попри амбітність планів, проєкт FCC стикається з серйозними фінансовими та концептуальними викликами. Його орієнтовна вартість у майже 19 мільярдів доларів викликає дискусії серед держав-членів ЦЕРНу щодо доцільності таких інвестицій у часи економічної нестабільності. Крім того, у науковій спільноті точаться суперечки про те, чи є будівництво все більших прискорювачів найефективнішим способом розгадати таємниці темної матерії та темної енергії. Тим не менш, прихильники проєкту впевнені, що лише експерименти на таких масштабах дозволять зрозуміти Всесвіт на його найфундаментальнішому рівні. Зупинка ВАК є стратегічним кроком у цьому напрямку, адже фізика ще не вичерпала свій потенціал для відкриттів, і відмова від будівництва нових потужностей зараз могла б означати капітуляцію перед найбільшими загадками космології.
Джерело: t4.com.ua
Факти з Інтернету
Якщо виглянути з вікна літака перед посадкою в аеропорту Женеви, побачиш лише злегка горбисті доглянуті поля і гори вдалині. Якщо не знати заздалегідь, то неможливо здогадатися, що під цими полями розташована найскладніша машина з усіх, коли небудь збудованих людиною. Розглянемо деякі характеристики установки, що місцями залягає на глибині 175 метрів під цим безтурботним пасторальним ландшафтом.
У тунелі завширшки 3,8 метра і завдовжки 27 кілометрів розміщені два паралельні кільцеві канали для пучків, які перетинаються у чотирьох точках по колу. Уздовж кільця розташовано понад тисячу шістсот надпровідних магнітів, більшість з яких важить понад двадцять сім тонн. Тунель настільки довгий, що його кривизна майже непомітна, якщо дивитися вздовж нього.
Для забезпечення роботи магнітів за температури менш ніж два градуси вище абсолютного нуля, тобто за температури нижчої, ніж температура космічного мікрохвильового фону в глибинах міжзоряного простору, використовується 96 тонн надплинного He. Загалом застосовується 120 тонн рідкого гелію, який спочатку охолоджують за допомогою приблизно десяти тисяч тонн рідкого азоту. Для цього довелося виготовити близько сорока тисяч герметичних трубних з’єднань. Об’єм використовуваного гелію робить ВАК найбільшою кріогенною установкою у світі.
Вакуум у каналах, якими рухаються пучки, за технічними вимогами має бути розрідженішим, ніж вакуум відкритого космосу, з яким стикаються астронавти під час виконання завдань на зовнішній поверхні МКС. Тиск у них має бути вдесятеро нижчим за атмосферний тиск на Місяці. Найбільший об’єм на ВАК, де підтримується такий вакуум, становить дев’ять тисяч кубічних метрів, що можна порівняти з внутрішнім об’ємом великого собору.
Після розгону тунелем в тому чи іншому напрямку протони рухаються зі швидкістю 0,999999991 швидкості світла, або лише приблизно на 3 метри за секунду повільніше, ніж світло. Енергія, якою володіє кожен протон під час зіткнення, еквівалентна енергії комара, що летить, але зосередженій у радіальному об’ємі, в мільйон мільйонів разів меншому за розмір цього комара.
Кожен пучок протонів складається з 2808 окремих згустків, які стискаються в точці зіткнення до товщини приблизно чверті товщини людської волосини. У кожному згустку налічується 115 мільярдів протонів. Згустки зіштовхуються між собою кожну двадцятип’ятимільярдну частку секунди, і загалом за секунду відбувається понад 600 мільйонів подій, тобто зіткнень частинок.
Розподілена комп’ютерна мережа, розроблена для обробки даних з ВАК, є найбільшою у світі. Необроблених даних, які установка генерує за секунду, вистачило б, щоб заповнити понад тисячу терабайтних жорстких дисків. Для шести мільйонів мільярдів протон-протонних зіткнень, проаналізованих лише у 2012 році, було оброблено понад двадцять п’ять тисяч терабайтів даних, що більше, ніж міститься інформації у всіх коли небудь написаних книгах. Для зберігання цієї інформації знадобилася б стопка CD-дисків заввишки близько двадцяти кілометрів. Для цього була створена розподілена по всьому світу комп’ютерна мережа зі 170 комп’ютерними центрами у тридцяти шести країнах. Коли установка працює, вона виробляє близько семисот мегабайтів даних за секунду.
Від тисячі шістсот магнітів вимагається сформувати пучки достатньої інтенсивності для зіткнення, що еквівалентно вимозі вистрілити двома голками з відстані десять кілометрів з такою точністю, щоб вони зіткнулися рівно посередині між двома точками пострілу.
Налаштування пучків настільки точне, що до розрахунків необхідно брати навіть припливні явища, пов’язані з тяжінням Місяця і зміною його положення над Женевою. Під дією цих сил коло ВАК щодня змінюється на один міліметр.
Щоб згенерувати неймовірно інтенсивні магнітні поля, необхідні для розгону протонних пучків, через кожен з надпровідних магнітів протікає струм силою близько дванадцяти тисяч амперів, що приблизно у тисячу разів перевищує струм, який тече по проводах у звичайному сімейному будинку.
Кабелі, з яких намотані магнітні котушки колайдера, мають довжину близько 270 тисяч кілометрів, що більш ніж у шість разів перевищує довжину екватора Землі. А якщо ці кабелі розпустити на окремі жили, то вони простягнулися б до Сонця і назад понад п’ять разів.
Повна енергія кожного пучка приблизно відповідає енергії чотиристатонного поїзда, що мчить зі швидкістю 150 кілометрів на годину. Цієї енергії вистачило б, щоб розплавити п’ятсот кілограмів міді. А енергія, запасена в надпровідних магнітах, у тридцять разів перевищує цю величину.
Навіть з урахуванням надпровідних магнітів, а саме вони дозволяють зробити енергоспоживання установки прийнятним, під час роботи колайдер споживає приблизно стільки ж електроенергії, скільки сумарно використовують усі жителі Женеви.
Фізик Віктор Вайскопф, четвертий генеральний директор ЦЕРН у 1961 і 1966 роках, колись порівняв великі прискорювачі того часу з готичними соборами середньовічної Європи.
