Зачем нужен ученым Большой адронный коллайдер?
04 апреля

Зачем нужен ученым Большой адронный коллайдер?

4 апреля в Информационном центре по атомной энергии г. Саратова состоялась публичная лекция доктора физико-математических наук, профессора физического факультета Саратовского государственного университета им. Н. Г. Чернышевского Александра Григорьевича Лазарсона «Большой адронный коллайдер или поиск Новой физики».

Начал свою лекцию для учащихся профильных 9–11 классов СОШ № 9 г. Энгельса профессор с вопросов: «Как человечество пришло к физике?», «Зачем человечеству нужна физика?», «Где сейчас передовые рубежи этой науки?» И лишь, сделав вместе со школьниками вывод, что основная задача физики как науки сегодня — дать ответ на вопрос: как все устроено? профессор перешел непосредственно к теме лекции.

«Именно физика фундаментальных взаимодействий пытается найти ответ на этот глобальный для человечества вопрос. А основной экспериментальной установкой для получения научных знаний в этой области является сегодня большой адронный коллайдер, или коротко БАК. Откуда именно такое название у этой современной экспериментальной установки: „большим“ назван из-за своих размеров; „адронным“ — из-за того, что он ускоряет адроны, то есть тяжёлые частицы, состоящие из кварков, а „коллайдером“ (collider — сталкиватель) — из-за того, что пучки частиц ускоряются в противоположных направлениях и сталкиваются в специальных точках столкновения»,- продолжил свою лекцию ученый

Затем школьники узнали, что БАК является самой крупной экспериментальной установкой в мире. Его туннель с длиной окружности 26,7 км проложен под землёй на территории Франции и Швейцарии. Глубина залегания туннеля — от 50 до 175 метров, причём кольцо туннеля наклонено примерно на 1,4 % относительно поверхности земли. Для удержания, коррекции и фокусировки протонных пучков используются более полутора тысяч сверхпроводящих магнитов, общая длина которых превышает 22 км. Магниты работают при температуре 1,9 K (-271 °C), что немного ниже температуры перехода гелия в сверхтекучее состояние. Особенно поразила школьников информация, что скорость частиц в БАК на встречных пучках близка к скорости света в вакууме и что кинетическая энергия всех сгустков адронов в БАКе при полном его заполнении сравнима с кинетической энергией реактивного самолета, хотя масса всех частиц не превышает нанограмма и их даже нельзя увидеть невооружённым глазом. В его строительстве и исследованиях участвовали и участвуют более 10 тысяч учёных и инженеров более чем из 100 стран, в том числе и наши соотечественники.

Затем на экране школьникам были представлены достигнутые технические результаты действия БАК. Так в 2011 году на БАК установлен мировой рекорд пиковой светимости для адронных коллайдеров (22 апреля), а 15 ноября была начата трёхнедельная программа столкновений ионов свинца. В начале 2013 года были проведены серии протон-ионных столкновений.14 февраля 2013 года коллайдер был остановлен для модернизации до конца 2014 года.

А зачем же все-таки нужна эта огромная экспериментальная установки и куда направлены усилия 10 тысяч ученых?- вот основной вопрос, который волновал школьников. Отвечая на этот вопрос, лектор сообщил слушателям: «В конце 1990-х годов физикам удалось разработать Стандартную модель, которая объединяет три из четырёх фундаментальных взаимодействий, существующих в природе: сильное, слабое и электромагнитное. Объединения еще и с гравитационным взаимодействием ученым пока достичь не удалось из-за трудностей создания теории так называемой „квантовой гравитации“». Поэтому Стандартная модель не может считаться окончательной теорией элементарных частиц. Она должна быть частью некоторой более глубокой теории строения микромира, той частью, которая видна в экспериментах на коллайдерах. Главная задача БАК — получить хотя бы первые намеки на то, что это более глубокая теория. Такие теории называют «Новая физика» или «За пределами Стандартной модели». БАК позволит провести эксперименты, которые ранее были невозможны и, вероятно, подтвердит или опровергнет часть этих теорий».

 

Далее школьники узнали об основных задачах, которые стоят перед исследователями на БАКе: изучение топ-кварков, изучение механизма электрослабой симметрии, экспериментальное доказательство существования бозона Хиггса, изучение кварк-глюонной плазмы (понимание происходящих при этом явлений нужно для построения более совершенной теории сильных взаимодействий, которая окажется полезной как для ядерной физики, так и для астрофизики), поиск суперсимметрии, проверка экзотических теорий.

Особо школьников заинтересовали необычные идеи ученых относительно устройства мира, которые все вместе называются «экзотическими моделями». Сюда относятся теории с сильной гравитацией, модели с большим количеством пространственных измерений, преонные модели, в которых кварки и лептоны сами состоят из частиц, модели с новыми типами взаимодействия. Ожидается, что результаты, полученные на ускорителе, смогут ограничить фантазию теоретиков. В тоже время значительным научным достижением экспериментов на БАК может стать доказательство или опровержение «суперсимметрии» — теории, гласящей, что любая элементарная частица имеет гораздо более тяжёлого партнера, или «суперчастицу».

После окончания лекции школьники продолжили обсуждение с профессором услышанной информации. Многие факты, приводимые в лекции, были для них неожиданные и требовали дальнейших разъяснений. Многие вопросы начинались словами: «А правда, что …»

„Очень комфортно выступать перед столь заинтересованной аудиторией, готов обсудить и другие аспекты взаимодействия кафедры теоретической физики и Информационного центра“, — поделился своими впечатлениями от общения со школьниками А. Г. Лазарсон.