ЗДЕСЬ ВСЕ ТАЙНОЕ СТАНОВИТСЯ ЯВНЫМ

пятница, 21 января 2011 г.

Андронный коллайдер - врата в потусторонний мир?

Там, где расположен «супермозг»

Европейский центр ядерных исследований, или просто ЦЕРН (CERN), крупнейший в мире исследовательский центр в отрасли физики элементарных частиц и высоких энергий. ЦЕРН располагается на территории Швейцарии и Франции. В северо-западном предместье Женевы — Мейрине — находятся административные корпуса, отдельные лаборатории и «мозг» CERN — громадный компьютерный центр. Стоящие на многоэтажных стеллажах сотни мощных компьютеров можно увидеть только через стекло, поскольку в герметическом и стерильно чистом помещении поддерживается постоянная рабочая температура. Этот «супермозг» способен проводить 10 в 15–й степени операций в секунду.

С другой стороны границы, вблизи французского городка Превесан-Моэн (Prévessin-Moëns), расположены «производственные мощности», то есть цеха и специальные лаборатории, в которых элементы гигантских ускорителей частиц складывают в один механизм и начиняют его сверхсовременной электронной аппаратурой для регистрации данных, которые потом поступают для анализа в «мозг».

Громадная территория ЦЕРНа не подпадает под юрисдикцию Франции и Швейцарии, а находится под контролем стран – участников. Даже пожарные машины на территории центра имеют дипломатические регистрационные номера.

Кроме ЦЕРНа, в мире есть еще несколько подобных ядерных исследовательских центров: четыре в США, три в России (Новосибирск, Москва, Дубна), два во Франции, по одному в Канаде, Германии, Великобритании, Италии, Японии и Китае. Если представить себе, что ЦЕРН — это университет, то остальные национальные центры на его фоне выглядят начальными классами средней школы. Сегодня в ЦЕРНе на постоянной основе работают приблизительно 2600 ученых, но в экспериментах, которые проводят в центре, принимают участие приблизительно 8000 ученых и инженеров, представляющих 500 научных центров и университетов из 80 стран, то есть больше половины физиков–ядерщиков планеты. Из стран, которые не принадлежат к основателям, наибольший уровень сотрудничества из ЦЕРНом имеют США (1260 ученых) и Россия (931).

Материя и антиматерия

Изучение и создание антиматерии является одной из наиболее интригующих программ ЦЕРНа, учитывая ее метафизический характер. Мы и наша планета существуем потому, что не сталкиваемся с антиматерией, по крайней мере, не в летальных количествах. При вхождении космического луча в атмосферу Земли образуются мизерные ее количества.

Ученые уверены, что антиматерия существовала в больших количествах сразу после Большого взрыва, который произошел 13,7 млрд. лет назад и дал начало Вселенной. Тогда же зарождалась и материя. Но на пока ученые не обнаружили во Вселенной значительного количества антиматерии. Тогда куда же она делась, если на момент образования Вселенной материя и антиматерия появились в равных количествах?

Теория антиматерии была разработана в 30–х годах прошлого века, в соответствии с ней, во Вселенной каждой элементарной частице материи отвечает такая же частица антиматерии. Антиматерия — зеркальное отображение материи. Путешествие Алисы в Зазеркалье — путешествие в параллельный мир антиматерии. Частицы антиматерии имеют такую же массу, что и частицы материи, но противоположный электрический заряд.

В 1932 году был открыт позитрон, антиматериальное соответствие материального электрона. Это доказало, что антиматерия не является гипотезой, она существует. Позже были открыты античастицы, Близнецы элементарных частиц вещественного мира. Природа или Творец почему-то отдали предпочтение вещественному миру. Симметричная на момент рождения Вселенная теперь стала асимметричной.

В 1966 году российский ученый Андрей Сахаров определил три условия существования материи во Вселенной. Главная из них: «мирное сосуществование» материи и антиматерии невозможно: материя для выживания должна доминировать над антиматерией.

Для ответа на все вопросы относительно теперешней формы и наполнения Вселенной нужно вернуться к моменту ее рождения, то есть Большому взрыву. Этим и занимаются ученые CERN. А также поиском ответов на многие другие мистические вопросы: почему материя имеет массу, и что это за странные космические частицы, которые не имеют массы и не подчиняются уравнению Эйнштейна E=mc2, почему большая часть Вселенной невидима для нас и что там скрывается? Куда делись 96% массы и энергии Вселенной?

Обычная материя, которой являемся мы и наша планета, занимает только 4% Вселенной, еще 21% - за так называемой темной материей, а остальные 75% Вселенной занимает темная энергия, теория, о существовании которой была выдвинута еще 70 лет назад, но природу и характеристики которой еще надлежит познать. Это тот потусторонний мир, в который ни один живой человек еще не проникал.

Андронный коллайдер: по тоннелю, в полной темноте и со скоростью света

Самым грандиозным на это время проектом ЦЕРН общей стоимостью 10 млрд. долларов является Большой андронный коллайдер (сталкиватель частиц). Его задание: ускорение и сталкивание протонов, а также ускорение тяжелых ионов, с максимальной проектной энергией 14 ТЕВ.


Коллайдер представляет собой трубу диаметром приблизительно 70 см, проложенную под землей в похожем на метро тоннеле диаметром 3,8 м на глубине от 50 (под Женевским озером) до 175 м (на территории Франции). Большая глубина залегания объясняется необходимостью предупреждения проникновения радиоактивного излучения на поверхность земли. Эта труба, которая состоит из отдельных сборных элементов (каждый длиной 17 м), образует идеально ровный круг длиной 27 км. Этот гигантский круг лежит под землей в одной идеально ровной плоскости. Строительство тоннеля велось в двух направлениях, и строители сошлись в конечной точке с точностью в 1 сантиметр!

Труба окружена электромагнитами, каждый весом 27 тонн (на них потратили больше металла, чем на Эйфелеву башню). Напряжение к ним подается по проводникам, изготовленным из особенного материала, который при сверхнизких температурах не имеет сопротивления. Задание электромагнитов — разгонять элементарную частицу (в нашем случае — протоны) до скорости, которая всего лишь на одну миллионную процента меньше скорости света. Протоны двигаются по прямоугольному тоннелю в центре трубы. Размер тоннеля — немного больше спичечной коробки, но в точках, где протоны должны сталкиваться, его ширина для увеличения вероятности столкновений уменьшается до нескольких микрон. С помощью систем охлаждения гелием магниты и сам мини–туннель охлаждаются до 1,9 градуса Кельвина, то есть - 271,3 °С (даже температура абсолютного Космоса выше — 2,7 градуса Кельвина. В рабочем тоннеле устанавливается почти абсолютный вакуум.

Пучки протонов предварительно разгоняют с помощью меньших ускорителей, а затем запускают в главный тоннель. Протон будет делать 11 тыс. 245 полных оборотов по рабочему тоннелю длиной 27 км за одну секунду.

Коллайдер действует по тому же принципу, что и акселератор: нужно разогнать элементарную частицу до максимальной скорости, тогда при столкновении выделится максимальное количество энергии. Но в акселераторе частица разгоняется и врезается в какую-то преграду, как мяч в стену, а коллайдер имеет две пары магнитов, поля которых противоположны, и они разгоняют отдельные частицы в двух противоположных направлениях. При их взаимном столкновении выделяется вдвое больше энергии.

Во-первых, более сильные выбросы энергии легче регистрировать, а во-вторых, столкновение со скоростью света пары протон–протон фактически является мини-моделью рождения Вселенной, которая возникла в результате Большого взрыва, или, как его колоритнее называют в английском языке, — Big Bang. Именно исследование рождения Вселенной - главное задание этого проекта.


Как устроен гигантский ускоритель протонов - Большой Адронный Коллайдер

Четкая регистрация столкновения чрезвычайно важна для чистоты и результативности эксперимента. Для этого в специальных шахтах на трубе коллайдера установлены на радиальных расстояниях в 90 градусов четыре главных детектора, из которых два является многоцелевыми. Есть также два меньших детектора для специальных заданий. Каждый из детекторов — это суперприборы гигантских размеров, которых еще не видел мир. При столкновении двух частиц выделяется энергия, которая в миллион миллионов раз меньше, чем энергия, которую тратит комар в полете.


Насколько опасен андронный коллайдер?

В Европе не раз звучали предостережения относительно того, что, экспериментируя со столкновением частиц, ученые могут «пробудить» какое-то еще не известное науке катастрофическое для землян явление. Речь идет, прежде всего, о «воспроизводстве» микроскопических «черных дыр», которые в Космосе существуют, но еще не изучены, а на нашей планете их до сих пор не было, и так называемых «кварков» или«стрейнджлетов» (от сочетания английских слов strange-quark nuggets — «неизвестные частицы»). Есть сценарий, по которому даже микроскопические «черные дыры» могут объединиться и, следовательно «поглотить» нашу планету всего за 50 месяцев.

«Стрейнджлеты» — гипотетические объекты, наличие которых в Космосе ученые установили побочным путем. Он состоит из так называемой «неизвестной материи», связанной между собой «кварками», то есть элементарных кирпичиков материи, природа которых еще полностью не изучена. «Strangelet» имеет супермикроскопические размеры и массу, но когда его размеры вырастают до макроскопических (метр или больше в диаметре), он уже становится «кварковой звездой» или «неизвестной звездой».


Что будет, если все пойдет не так? Адронный коллайдер в действии

Известно лишь, что «стрейнжлеты» в Космосе сами по себе стабильны, но когда они вступают в контакт с обычной материей, то начинают превращать ее в «странную», из которой складываются сами. Процесс имеет цепной характер и значительно опаснее ядерной реакции. Сила ядерного взрыва ограничивается зарядом, а действие «стрейнджлета» ничем не ограничено. Это словно муравей попадает на слона и полностью его съедает. Ученые такой процесс поглощения «стрейнжлетами» нашей планеты называют «сценарием думсдей» («сценарием фатального дня», когда Земля перестанет существовать).

Британский ученый сэр Мартин Риз просчитал, что вероятность возникновения «фатального дня», то есть когда Земля перестанет существовать, в результате опытов в ЦЕРНе составляет 1-50 миллионов. Это такая же вероятность, как срывать джек-пот в лотерее три недели подряд. Ученые ЦЕРНа после изучения всех возможных катастрофических сценариев даже разместили на сайте центра заявление, в котором заверяют, что «нет повода для возникновения серьезной угрозы» от «стрейнжлетов» и черных дыр.

Правда, это главные, но не единственные угрозы во время экспериментов, но о других в заявлении не вспоминается. Еще не известно, какие «фокусы» может выкинуть таинственная антиматерия, так называемая радиация Хокинса, о существовании которой ученые пока дебатируют, и другие «трояны» зарождения Вселенной, которое ученые ЦЕРНа будут моделировать.

"Артефакты"

Комментариев нет:

Отправить комментарий