Zderzacz w Rosji przyspiesza cząstki w zderzających się wiązkach (zderzacz od słowa collide, w tłumaczeniu - zderzać). Jest ona potrzebna do badania produktów zderzenia tych cząstek ze sobą, aby naukowcy mogli nadać elementarnym cząstkom materii silną energię kinetyczną. Zajmują się również zderzeniem tych cząstek, kierując je przeciwko sobie.
Historia stworzenia
Istnieje kilka rodzajów zderzaczy: kołowe (na przykład LHC – Wielki Zderzacz Hadronów w europejskim CERN), liniowe (projektowane przez ILC).
Teoretycznie pomysł na wykorzystanie zderzenia wiązek pojawił się kilkadziesiąt lat temu. Wideröe Rolf, fizyk z Norwegii, otrzymał w Niemczech w 1943 roku patent na pomysł zderzania belek. Został opublikowany dopiero dziesięć lat później.
W 1956 Donald Kerst przedstawił propozycję wykorzystania zderzeń wiązek protonów do badania fizyki cząstek. Podczas gdy Gerard O'Neill pomyślał, aby skorzystać z akumulacjipierścienie, aby uzyskać intensywne promienie.
Aktywne prace nad projektem stworzenia zderzacza rozpoczęły się jednocześnie we Włoszech, Związku Radzieckim i Stanach Zjednoczonych (Frascati, INP, SLAC). Pierwszym zderzaczem, który został wystrzelony, był zderzacz elektron-pozyton AdA, zbudowany przez Tushekavo Frascati.
W tym samym czasie pierwszy wynik został opublikowany dopiero rok później (w 1966 r.), w porównaniu z wynikami obserwacji sprężystego rozpraszania elektronów w VEP-1 (1965, ZSRR).
Dubna Zderzacz Hadronów
VEP-1 (zderzające się wiązki elektronów) to maszyna, która została stworzona pod wyraźnym kierownictwem G. I. Budkera. Jakiś czas później wiązki uzyskano w akceleratorze w Stanach Zjednoczonych. Wszystkie te trzy zderzacze były testowe, służyły do zademonstrowania możliwości badania fizyki cząstek elementarnych za ich pomocą.
Pierwszym zderzaczem hadronów jest ISR, synchrotron protonowy, wystrzelony w 1971 roku przez CERN. Jego moc energetyczna w wiązce wynosiła 32 GeV. Był to jedyny działający zderzacz liniowy w latach dziewięćdziesiątych.
Po uruchomieniu
W Rosji powstaje nowy kompleks akceleracyjny na podstawie Wspólnego Instytutu Badań Jądrowych. Nazywa się NICA - obiekt Ion Collider oparty na nuklotronie i znajduje się w Dubnej. Celem budynku jest badanie i odkrywanie nowych właściwości gęstej materii barionów.
Po uruchomieniu maszyny naukowcy ze Wspólnego Instytutu Badań Jądrowych wDubna pod Moskwą będzie mogła stworzyć pewien stan materii, jakim był Wszechświat w pierwszych chwilach po Wielkim Wybuchu. Substancja ta nazywana jest plazmą kwarkowo-gluonową (QGP).
Budowa kompleksu na wrażliwym obiekcie rozpoczęła się w 2013 roku, a uruchomienie planowane jest na 2020 rok.
Główne zadania
Specjalnie z okazji Dnia Nauki w Rosji pracownicy ZIBJ przygotowali materiały na wydarzenia edukacyjne przeznaczone dla młodzieży szkolnej. Temat nosi nazwę „NICA – Wszechświat w Laboratorium”. Sekwencja wideo z udziałem akademika Grigorija Władimirowicza Trubnikowa opowie o przyszłych badaniach, które będą prowadzone w Zderzaczu Hadronów w Rosji we wspólnocie z innymi naukowcami z całego świata.
Najważniejszym zadaniem stojącym przed badaczami w tej dziedzinie jest zbadanie następujących obszarów:
- Własności i funkcje ścisłych oddziaływań ze sobą elementarnych składowych standardowego modelu fizyki cząstek elementarnych, czyli badania kwarków i gluonów.
- Znajdywanie oznak przejścia fazowego między QGP a materią hadronową, a także poszukiwanie nieznanych wcześniej stanów materii barionowej.
- Praca z podstawowymi właściwościami bliskich interakcji i symetrią QGP.
Ważne wyposażenie
Istotą zderzacza hadronów w kompleksie NICA jest zapewnienie szerokiego spektrum wiązek: od protonów i deuteronów do wiązek składających się z dużo cięższych jonów, takich jak jądro złota.
Ciężkie jony zostaną przyspieszone do stanów energetycznych do 4,5 GeV/nukleon, a protony - do dwunastu i pół. Sercem zderzacza w Rosji jest akcelerator Nuclotron, który działa od dziewięćdziesiątego trzeciego roku ubiegłego wieku, ale został znacznie przyspieszony.
Zderzacz NICA zapewniał kilka sposobów interakcji. Jednym z nich jest badanie zderzenia ciężkich jonów z detektorem MPD, a drugim przeprowadzanie eksperymentów ze spolaryzowanymi wiązkami w obiekcie SPD.
Ukończenie budowy
Zauważono, że w pierwszym eksperymencie biorą udział naukowcy z takich krajów jak USA, Niemcy, Francja, Izrael i oczywiście Rosja. Obecnie trwają prace nad NICA w celu zainstalowania i doprowadzenia poszczególnych części do stanu gotowości do pracy.
Budowa zderzacza hadronów zostanie ukończona w 2019 roku, a instalacja samego zderzacza zostanie przeprowadzona w 2020 roku. W tym samym roku rozpoczną się prace badawcze nad badaniem zderzeń ciężkich jonów. Całe urządzenie będzie w pełni sprawne w 2023 roku.
Zderzacz w Rosji jest tylko jednym z sześciu projektów w naszym kraju, które zostały wyróżnione klasą meganauki. W 2017 roku na budowę tej maszyny rząd przeznaczył prawie cztery miliardy rubli. Koszt podstawowej konstrukcji maszyny został oszacowany przez ekspertów na dwadzieścia siedem i pół miliarda rubli.
Nowa era
Vladimir Kekelidze, dyrektor fizyków w Laboratorium Wysokich Energii JINR, uważa, że projekt zderzacza w Rosji da temu krajowi możliwość wzniesienia się na najwyższy poziomstanowiska w fizyce wysokich energii.
Niedawno odkryto ślady „nowej fizyki”, które zostały utrwalone przez Wielki Zderzacz Hadronów i wykraczają poza Model Standardowy naszego mikrokosmosu. Stwierdzono, że nowo odkryta „nowa fizyka” nie zakłóci działania zderzacza.
W wywiadzie Vladimir Kekelidze wyjaśnił, że te odkrycia nie zdewaluują pracy NICA, ponieważ sam projekt został stworzony przede wszystkim po to, aby dokładnie zrozumieć, jak wyglądały bardzo początkowe momenty narodzin Wszechświata, i także jakie warunki do badań, jakie są dostępne w Dubnej, nie istnieją nigdzie indziej na świecie.
Powiedział również, że naukowcy JINR opanowują nowe aspekty nauki, w których są zdeterminowani, aby zająć wiodącą pozycję. Że nadchodzi era, w której powstaje nie tylko nowy zderzacz, ale nowa era w rozwoju fizyki wysokich energii dla naszego kraju.
Projekt międzynarodowy
Według tego samego reżysera prace nad NICA, gdzie znajduje się Zderzacz Hadronów, będą miały charakter międzynarodowy. Ponieważ badania fizyki wysokich energii w naszych czasach są prowadzone przez całe zespoły naukowe, które składają się z ludzi z różnych krajów.
Pracownicy z dwudziestu czterech krajów świata brali już udział w pracach nad tym projektem w zabezpieczonym obiekcie. A koszt tego cudu to, według przybliżonych szacunków, pięćset czterdzieści pięć milionów dolarów.
Nowy zderzacz pomoże również naukowcom w prowadzeniu badań w dziedzinie nowej materii, materiałoznawstwa, radiobiologii, elektroniki, terapii wiązkami i medycyny. OpróczPonadto wszystko to przyniesie korzyści programom Roscosmos, a także przetwarzaniu i unieszkodliwianiu odpadów radioaktywnych oraz tworzeniu najnowszych źródeł technologii kriogenicznej i energii, które będą bezpieczne w użyciu.
Bozon Higgsa
Bozon Higgsa to tak zwane pola kwantowe Higgsa, które pojawiają się z konieczności w fizyce, a raczej w jej standardowym modelu cząstek elementarnych, jako konsekwencja mechanizmu Higgsa nieprzewidywalnego łamania symetrii elektrosłabej. Jej odkrycie było uzupełnieniem modelu standardowego.
W ramach tego samego modelu odpowiada za bezwładność masy cząstek elementarnych - bozonów. Pole Higgsa pomaga wyjaśnić pojawienie się masy bezwładnościowej w cząstkach, czyli nośnikach oddziaływania słabego, a także braku masy w nośniku – cząstce o oddziaływaniu silnym i elektromagnetycznym (gluon i foton). Bozon Higgsa w swojej strukturze objawia się jako cząstka skalarna. Dzięki temu ma zerową rotację.
Otwarcie pola
Ten bozon został zaaksjomatyzowany w 1964 roku przez brytyjskiego fizyka Petera Higgsa. Cały świat dowiedział się o jego odkryciu, czytając jego artykuły. I po prawie pięćdziesięciu latach poszukiwań, czyli w 2012 roku, 4 lipca, odkryto cząstkę, która pasuje do tej roli. Został odkryty w wyniku badań w LHC, a jego masa wynosi około 125-126 GeV/c².
Wiara, że ta konkretna cząstka jest tym samym bozonem Higgsa, jest całkiem słuszna. W 2013, w marcu, różni badacze z CERNpoinformował, że cząstka znaleziona sześć miesięcy temu jest w rzeczywistości bozonem Higgsa.
Zaktualizowany model, który obejmuje tę cząstkę, umożliwił skonstruowanie kwantowej renormalizowalnej teorii pola. A rok później, w kwietniu, zespół CMS poinformował, że bozon Higgsa ma szerokość rozpadu mniejszą niż 22 MeV.
Właściwości cząstek
Podobnie jak każda inna cząstka ze stołu, bozon Higgsa podlega grawitacji. Ma ładunki kolorowe i elektryczne, a także, jak wspomniano wcześniej, zero wirowania.
Istnieją cztery główne kanały pojawiania się bozonu Higgsa:
- Po fuzji dwóch gluonów. On jest głównym.
- Gdy pary łączy WW- lub ZZ-.
- Z warunkiem dołączenia bozonu W lub Z.
- Z obecnymi górnymi kwarkami.
Rozpada się na parę b-antykwark i b-kwark, na dwie pary elektron-pozyton i/lub mion-antymion z dwoma neutrinami.
W 2017 roku, na samym początku lipca, na konferencji z udziałem EPS, ATLAS, HEP i CMS pojawił się komunikat, że w końcu zaczęły pojawiać się zauważalne wskazówki, że bozon Higgsa rozpada się na para b-kwark-antykwark.
Wcześniej nierealistycznie było zobaczyć to na własne oczy w praktyce ze względu na trudności z oddzieleniem produkcji tych samych kwarków w inny sposób od procesów w tle. Standardowy model fizyczny mówi, że taki rozpad jest najczęstszy, czyli w ponad połowie przypadków. Otwarte w październiku 2017wiarygodna obserwacja sygnału zaniku. Takie stwierdzenie zostało wypowiedziane przez CMS i ATLAS w swoich opublikowanych artykułach.
Świadomość mas
Cząstka odkryta przez Higgsa jest tak ważna, że Leon Lederman (laureat Nagrody Nobla) nazwał ją w tytule swojej książki cząsteczką Boga. Wprawdzie sam Leon Lederman w swojej pierwotnej wersji zaproponował „Diabelską cząstkę”, ale redakcja odrzuciła jego propozycję.
Ta niepoważna nazwa jest szeroko używana w mediach. Chociaż wielu naukowców tego nie akceptuje. Uważają, że nazwa „bozon butelki szampana” byłaby znacznie bardziej odpowiednia, ponieważ potencjał pola Higgsa przypomina dno tej samej butelki, a otwarcie go z pewnością doprowadzi do całkowitego opróżnienia wielu takich butelek.
