Collider Venäjällä kiihdyttää hiukkasia törmäyssäteissä (collider sanasta törmätä, käännöksessä - törmätä). Sitä tarvitaan näiden hiukkasten keskinäisten törmäystuotteiden tutkimiseksi, jotta tiedemiehet antaisivat voimakasta kineettistä energiaa aineen alkuainehiukkasille. Ne käsittelevät myös näiden hiukkasten törmäystä ja suuntaavat ne toisiaan vastaan.
Luomisen historia
On olemassa useita eri tyyppisiä törmäimiä: pyöreä (esimerkiksi LHC - Large Hadron Collider Euroopan CERN:ssä), lineaarinen (ILC:n suunnittelema).
Teoriassa ajatus säteiden törmäyksestä syntyi pari vuosikymmentä sitten. Norjalainen fyysikko Wideröe Rolf sai patentin Saksassa vuonna 1943 ajatukselle törmäyspalkeista. Se julkaistiin vasta kymmenen vuotta myöhemmin.
Vuonna 1956 Donald Kerst teki ehdotuksen protonisäteiden törmäyksen käyttämisestä hiukkasfysiikan tutkimiseen. Vaikka Gerard O'Neill ajatteli hyödyntää kertyvääsoi saadakseen voimakkaita säteitä.
Aktiivinen työ törmätimen luomiseksi aloitettiin samanaikaisesti Italiassa, Neuvostoliitossa ja Yhdysvalloissa (Frascati, INP, SLAC). Ensimmäinen laukaistava törmäyskone oli Tushekavo Frascatin rakentama AdA-elektroni-positronitörmäyskone.
Samaan aikaan ensimmäinen tulos julkaistiin vasta vuotta myöhemmin (vuonna 1966) verrattuna VEP-1:n elektronien elastisen sironnan havaintoihin (1965, Neuvostoliitto).
Dubna Hadron Collider
VEP-1 (törmäyselektronisuihkut) on kone, joka luotiin G. I. Budkerin selkeän ohjauksen alaisena. Jonkin ajan kuluttua säteet saatiin USA:n kiihdyttimestä. Kaikki nämä kolme törmäyskonetta olivat koelaitteita, ja ne osoittivat mahdollisuuden tutkia alkeishiukkasfysiikkaa niiden avulla.
Ensimmäinen hadronitörmätin on ISR, protonisynkrotroni, jonka CERN käynnisti vuonna 1971. Sen energiateho oli 32 GeV säteessä. Se oli ainoa toimiva lineaarinen törmäyskone 1990-luvulla.
Julkaisun jälkeen
Venäjälle luodaan uusi kiihdytyskompleksi Joint Institute for Nuclear Researchin pohj alta. Se on nimeltään NICA - Nuclotron-pohjainen Ion Collider -laitos, ja se sijaitsee Dubnassa. Rakennuksen tarkoitus on tutkia ja löytää baryonien tiheän aineen uusia ominaisuuksia.
Koneen käynnistymisen jälkeen tutkijat Joint Institute for Nuclear ResearchistaMoskovan lähellä sijaitseva Dubna pystyy luomaan tietyn aineen tilan, joka oli maailmankaikkeus sen ensimmäisinä hetkinä alkuräjähdyksen jälkeen. Tätä ainetta kutsutaan kvarkkigluoniplasmaksi (QGP).
Kompleksin rakentaminen herkkään tilaan aloitettiin vuonna 2013, ja käyttöönotto on suunniteltu vuonna 2020.
Päätehtävät
JINR:n henkilökunta valmisteli erityisesti Venäjän tiedepäivään materiaalia koululaisille tarkoitettuihin koulutustilaisuuksiin. Aihe on nimeltään "NICA - Universe in the Laboratory". Videojakso, johon osallistuu akateemikko Grigory Vladimirovich Trubnikov, kertoo tulevasta tutkimuksesta, jota tehdään Hadron Colliderissa Venäjällä yhteisössä muiden tutkijoiden kanssa ympäri maailmaa.
Tämän alan tutkijoiden tärkein tehtävä on tutkia seuraavia alueita:
- Hartikkelifysiikan standardimallin alkeiskomponenttien läheisten vuorovaikutusten ominaisuudet ja toiminnot keskenään, eli kvarkkien ja gluonien tutkiminen.
- Löydetään merkkejä faasisiirtymästä QGP:n ja hadronisen aineen välillä sekä etsitään baryonisen aineen aiemmin tuntemattomia tiloja.
- Työskentely läheisen vuorovaikutuksen ja QGP-symmetrian perusominaisuuksien parissa.
Tärkeät varusteet
NICA-kompleksin hadronitörmätäjän ydin on tarjota laaja sädespektri: protoneista ja deuteroneista paljon raskaammista ioneista koostuviin säteisiin, kuten kultaydin.
Raskaat ionit kiihtyvät energiatiloihin jopa 4,5 GeV/nukleoni ja protonit - jopa kaksitoista ja puoli. Törmätimen sydän Venäjällä on Nuclotron-kiihdytin, joka on toiminut viime vuosisadan yhdeksännenkymmenennenkolmannesta vuodesta lähtien, mutta jota on kiihdytetty merkittävästi.
NICA-törmäyskone tarjosi useita vuorovaikutustapoja. Toinen tutkii kuinka raskaat ionit törmäävät MPD-detektoriin, ja toinen suorittaa kokeita polarisoiduilla säteillä SPD-laitoksessa.
Rakennus valmistui
Todettiin, että ensimmäiseen kokeeseen osallistuu tutkijoita sellaisista maista kuin USA, Saksa, Ranska, Israel ja tietysti Venäjä. NICA:ssa tehdään parhaillaan töitä yksittäisten osien asentamiseksi ja saattamiseksi aktiiviseen toimintakuntoon.
Hadronitörmätimen rakennus valmistuu vuonna 2019 ja itse törmäimen asennus tehdään vuonna 2020. Samana vuonna aloitetaan tutkimustyö raskaiden ionien törmäyksen tutkimiseksi. Koko laite on täysin käyttövalmis vuonna 2023.
Venäjän törmäyskone on vain yksi kuudesta megascience-luokan hankkeesta maassamme. Vuonna 2017 hallitus myönsi tämän koneen rakentamiseen lähes neljä miljardia ruplaa. Asiantuntijat arvioivat koneen perusrakenteen hinnaksi kaksikymmentäseitsemän ja puoli miljardia ruplaa.
Uusi aikakausi
JINR High Energy Laboratoryn fyysikkojen johtaja Vladimir Kekelidze uskoo, että törmäysprojekti Venäjällä antaa maalle mahdollisuuden nousta korkeimmallekorkean energian fysiikan asemat.
Äskettäin löydettiin jälkiä "uudesta fysiikasta", jotka on korjattu Large Hadron Colliderilla ja ne ylittävät mikrokosmosemme vakiomallin. Todettiin, että äskettäin löydetty "uusi fysiikka" ei häiritsisi törmätimen toimintaa.
Haastattelussa Vladimir Kekelidze selitti, että nämä löydöt eivät alentaisi NICA:n työtä, koska itse projekti luotiin ensisijaisesti ymmärtämään tarkasti, miltä maailmankaikkeuden syntymän ensimmäiset hetket näyttivät. myös mitä ehtoja tutkimukselle, jotka ovat saatavilla Dubnassa, ei ole missään muualla maailmassa.
Hän sanoi myös, että JINR-tutkijat hallitsevat tieteen uusia puolia, joissa he ovat päättäneet ottaa johtavan aseman. Että aikakausi on tulossa, jolloin ei vain luoda uutta törmäyskonetta, vaan uusi aikakausi korkean energian fysiikan kehityksessä maallemme.
Kansainvälinen projekti
Saman ohjaajan mukaan työ NICA:ssa, jossa Hadron Collider sijaitsee, on kansainvälistä. Koska korkean energian fysiikan tutkimusta tekevät aikamme kokonaiset tiederyhmät, jotka koostuvat eri maiden ihmisistä.
Työntekijät 24:stä maailman maasta ovat jo osallistuneet tämän projektin työhön suojatussa tilassa. Ja tämän ihmeen hinta on likimääräisten arvioiden mukaan viisisataaneljäkymmentäviisi miljoonaa dollaria.
Uusi törmäyskone auttaa myös tutkijoita tekemään tutkimusta uuden aineen, materiaalitieteen, radiobiologian, elektroniikan, sädeterapian ja lääketieteen aloilla. PaitsiLisäksi kaikki tämä hyödyttää Roscosmos-ohjelmia sekä radioaktiivisen jätteen käsittelyä ja loppusijoitusta sekä uusimpien kryogeeniteknologian ja energian lähteiden luomista, jotka ovat turvallisia käyttää.
Higgs Boson
Higgsin bosoni on ns. Higgsin kvanttikenttiä, jotka ilmenevät välttämättömästi fysiikassa, tai pikemminkin sen perushiukkasten vakiomallissa, seurauksena Higgsin mekanismista, joka rikkoo sähköheikon symmetrian arvaamattomalla tavalla. Sen löytö oli vakiomallin valmistuminen.
Saman mallin puitteissa se vastaa alkuainehiukkasten - bosonien - massan inertiasta. Higgsin kenttä auttaa selittämään inertiamassan esiintymisen hiukkasissa, toisin sanoen heikon vuorovaikutuksen kantajissa, sekä massan puuttumisen kantajassa - vahvan vuorovaikutuksen ja sähkömagneettisen hiukkasen (gluoni ja fotoni). Higgsin bosoni paljastaa itsensä skalaarihiukkasena. Siten sillä on nolla spin.
Kentän avaus
Tämän bosonin aksiomatisoi vuonna 1964 brittiläinen fyysikko nimeltä Peter Higgs. Koko maailma sai tietää hänen löydöstään lukemalla hänen artikkelejaan. Ja lähes viidenkymmenen vuoden etsinnän jälkeen, eli vuonna 2012, heinäkuun 4. päivänä löydettiin hiukkanen, joka sopii tähän rooliin. Se löydettiin LHC:n tutkimuksen tuloksena, ja sen massa on noin 125-126 GeV/c².
Uskominen, että tämä tietty hiukkanen on sama Higgsin bosoni, auttaa melko hyvistä syistä. Vuonna 2013, maaliskuussa, eri tutkijoita CERNistäraportoi, että kuusi kuukautta sitten löydetty hiukkanen on itse asiassa Higgsin bosoni.
Päivitetty malli, joka sisältää tämän hiukkasen, mahdollisti kvanttirenormalisoitavan kenttäteorian rakentamisen. Ja vuotta myöhemmin, huhtikuussa, CMS-tiimi ilmoitti, että Higgsin bosonin vaimenemisleveysaste oli alle 22 MeV.
Partikkelien ominaisuudet
Aivan kuten mikä tahansa muu taulukon hiukkanen, Higgsin bosoni on painovoiman alainen. Siinä on väri- ja sähkövarauksia sekä, kuten aiemmin mainittiin, nolla spin.
Higgsin bosonin ilmestymiselle on neljä pääkanavaa:
- Kahden gluonin fuusioitumisen jälkeen. Hän on tärkein.
- Kun parit WW- tai ZZ- yhdistyvät.
- Ehdolla W- tai Z-bosonin mukana.
- Huippukvarkeja läsnä.
Se hajoaa b-antikvarkin ja b-kvarkin pariksi, kahdeksi elektroni-positronipariksi ja/tai muoni-antimuoniksi, jossa on kaksi neutriinoa.
Vuonna 2017, aivan heinäkuun alussa, konferenssissa, johon osallistuivat EPS, ATLAS, HEP ja CMS, annettiin viesti, että vihdoin oli alkanut ilmaantua huomattavia vihjeitä Higgsin bosonin hajoamisesta b-kvarkki- antikvarkkipari.
Aiemmin oli epärealistista nähdä tämä omin silmin käytännössä, koska samojen kvarkkien tuotantoa oli vaikea erottaa eri tavalla taustalla olevista prosesseista. Fyysinen standardimalli sanoo, että tällainen hajoaminen on yleisin eli yli puolessa tapauksista. Avattu lokakuussa 2017vaimenemissignaalin luotettava tarkkailu. CMS ja ATLAS antoivat tällaisen lausunnon julkaisemissaan artikkeleissa.
Massien tietoisuus
Higgin löytämä hiukkanen on niin tärkeä, että Leon Lederman (Nobel-palkittu) kutsui sitä kirjansa otsikossa jumalahiukkaseksi. Vaikka Leon Lederman itse ehdotti alkuperäisessä versiossaan "paholaisen hiukkasta", mutta toimittajat hylkäsivät hänen ehdotuksensa.
Tätä kevytmielistä nimeä käytetään laaj alti tiedotusvälineissä. Vaikka monet tutkijat eivät hyväksy tätä. He uskovat, että nimi "samppanjapullon bosoni" olisi paljon sopivampi, koska Higgsin kentän potentiaali muistuttaa juuri tämän pullon pohjaa, ja sen avaaminen johtaa varmasti monien tällaisten pullojen tyhjentämiseen.
