Главная » В мире » Как работает Большой Адронный Коллайдер

Как работает Большой Адронный Коллайдер

Как начинается ускорение частиц

Все начинается с небольшого баллона газа (водорода), находящегося под давлением, начинается самая большая (на данный момент) цепь ускорения частиц. Атомы водорода из этого баллона определенными порциями поступают в начальную камеру линейного ускорителя ЦЕРНа, где с помощью электрического поля от них отрываются ядра водорода, и остаются одни электроны. Эти ядра представляют собой протоны, дающие положительный заряд, что дает возможность ускорять их посредством электрического поля. Линар 2 - начальный ускорительТак и начинается их путешествие к столкновению с энергиями схожими с теми, которые были сразу после Большого Взрыва.

В ходе этого ускорения, начальный линейный ускоритель работает как первая ступень огромной ракеты. К тому моменту, когда пучок протонов покинет линейный акселератор, он будет двигаться со скорость 1/3 скорости света.

Приближаемся к скорости света

Затем протоны попадают в бустер (2-ая ступень нашей ракеты). Для того, чтобы максимально увеличить интенсивность пучка, его разделяют на 4 малых пучка на каждое из колец бустера. Поскольку теперь линейное ускорение нецелесообразно, то ускоритель имеет форму замкнутого кольца, длина окружности которого - 157 метров. Электрическое поле пульсирует каждый раз, когда пучки достигают определенной точки, что еще больше увеличивает скорость пучков, а мощные электромагниты направляют пучок протонов по кругу. Бустер увеличивает скорость протонов до 91.6% скорости света и делает пучки более плотными. Бустер в коллайдере

Затем пучки протонов соединяются и попадают в следующую ступень - протонный синхротрон (3-я ступень ракеты). Длина его окружности - 628 метров. Пучки двигаются в нем по кругу в течение 1.2 секунды, достигая при этом более 99.9% скорости света! При этом достигается критическая точка, когда электрическое поле больше не может увеличить их скорость, которая достигла максимально возможной (если принимать то, что теоретический максимум - скорость света). Следовательно, вместо скорости, энергия теперь увеличивает массу протонов. Иными словами, протоны не могут двигаться быстрее, поэтому они становятся тяжелее. Микроскопическая энергия каждого электрона измеряется в эВ (электрон-вольт). Сейчас энергия каждого протона увеличена до 25  ГэВ. В этот момент протоны в 25 раз тяжелее, чем когда они находились в покое.

Протоны наращивают энергию

Теперь протоны направляются в протонный суперсинхротрон (4-ая ступень). Длина окружности его кольца составляет 7 километров. Он предназначен для увеличения энергии протонов до 450 Гэв. Суперсинхротрон БАК

Этой энергии достаточно, чтобы инжектировать пучки протонов в Большой Адронный Коллайдер (БАК, LHC), который расположен между горами Юра и Альпами на границе Франции и Швейцарии. Длина его окружности составляет 27 километров. Протяженность БАК

БАК состоит из двух вакуумных труб, по которым пучки летят в противоположных направлениях. Использование специальных устройств - кикеров, позволяет синхронизировать входящие пакеты пучков с теми, которые уже циркулируют в БАК. В одну трубку попадают пучки, которые будут циркулировать по часовой стрелке, а в другую трубу - против часовой стрелки. Движущиеся в противоположных направлениях пучки пучки пересекаются в 4 точках, вокруг которых расположены детекторы. Там, собственно, и происходит столкновение частиц. Энергия столкновения протонов вдвое превышает энергию летящего протона. Продукты столкновения регистрируются детекторами. Кикеры в коллайдере

В течение получаса протонный синхротрон инжектирует в коллайдер пакеты протонов до тех пор, пока в нем не будет 2808 пакетов. В то время БАК добавляет энергию протонам, и те пролетают 27-километровый круг больше 11 000 раз за секунду, получая заряд энергии при каждом обороте от пульсирующего электрического поля. В конце концов каждый протон приобретает энергию в 7 ТэВ, следовательно, они в 7 000 раз тяжелее, чем в состоянии покоя. Сила электрического тока, циркулирующего в БАК достигает 12 000 Ампер. Это возможно благодаря тому, что БАК охлаждается до температуры ниже, чем в открытом космосе, а при такой температуре электромагниты становятся сверхпроводящими.

Теперь протоны готовы к столкновению в детекторе. Направляющие магниты изменяют траекторию движения протонов и переводят их на встречный курс. Общая энергия протонов, сталкивающихся в БАК, около 14 ТэВ. Так воспроизводится состояние, похожее на состояние после Большого Взрыва. Столкновение протонов

Следы от частиц фиксируются детекторами и анализируются мощными компьютерами. Ученые надеются на то, что результаты анализов дадут им новое понимание того, как Вселенная появилась и развивалась. Что управляет ее поведением сегодня, и что произойдет с ней в будущем.

Стоит отметить, что 14 февраля 2013 года БАК был закрыт на модернизацию до конца 2014 года.

Оставить комментарий

Подпишитесь на наш паблик в ВК

Рейтинг@Mail.ru