С Днем Рождения, Lhc: Вот 10 Лет Атомного Разрушения На Большом Адронном Коллайдере

{h1}

Десять лет назад был включен крупнейший в мире научный инструмент, и началась исследовательская династия.

Десять лет назад был включен крупнейший в мире научный инструмент, и началась исследовательская династия.

10 сентября 2008 года пучок протонов был впервые выпущен вокруг всего кольца длиной 16,5 миль (27 километров) Большого адронного коллайдера (LHC) - самого большого в мире и самого мощного из когда-либо созданных атомных взрывателей. Расположенный в лаборатории CERN, недалеко от Женевы, Швейцария, LHC был сконструирован так, чтобы разбивать высокоэнергетические пучки протонов вместе со скоростью, близкой к скорости света. Поставленная цель состояла в том, чтобы создать и открыть бозон Хиггса, последний недостающий фрагмент Стандартной Модели, нашу лучшую теорию поведения субатомного вещества. Но цель была больше, чем это. На самом деле мы хотели открыть что-то совершенно неожиданное - такое большое и новое, что это означало бы, что нам придется переписывать учебники.

И LHC не включается тихо. В предыдущие недели и месяцы пресса была переполнена затаившими дыхание историями об опасениях, что LHC создаст черную дыру, которая уничтожит Землю. Средства массовой информации хорошо поработали над тем, чтобы развеять зловещие претензии, но история была слишком хороша, чтобы ее нельзя было печатать даже среди самых ответственных печатных, сетевых и вещательных изданий.

Лаборатория CERN, в которой находится LHC, решила пригласить прессу посмотреть на первый луч LHC. Безумие черной дыры обеспечило широкое распространение средств массовой информации. BBC, CNN, Reuters и многие десятки международных СМИ были там для празднования. За исключением черных дыр, это был опасный выбор с точки зрения пиара: совершенно новые ускорители - привередливые звери, и LHC был особенно таковым. Он состоит из тысяч магнитов и десятков тысяч блоков питания, контрольной электроники и многого другого. Малейшая неудача могла бы задержать на несколько дней или недель первую успешную циркуляцию луча. [Фотографии: самый большой в мире атомный сокрушитель (LHC)

В то утро были напряженные моменты. Первые несколько попыток потерпели неудачу из-за некоторых мятежных источников питания. Тем не менее, всего в 10:30 по местному времени операторы ускорителей успешно пропустили пучок протонов очень низкой интенсивности через весь комплекс. Поскольку LHC - это, по сути, два ускорителя - для размещения пучков, идущих в противоположных направлениях - следующим шагом было направление пучка через второй набор труб пучка. Это произошло вскоре после первого успеха. Мировые СМИ объявили о технических достижениях буквально так, как это произошло. Физика элементарных частиц редко получает такую ​​информацию.

Несмотря на волнение во всем мире, то, что было достигнуто в тот день, было относительно скромным. Лучи низкой энергии, низкой интенсивности от питающих ускорителей были введены в LHC. Пучки зациклились вокруг кольца пару раз при низкой энергии, что означает самую низкую энергию, для которой был разработан LHC. Способ работы LHC состоит в том, что он принимает пучок частиц от меньших ускорителей, а затем ускоряет пучок до энергии, в 15 раз превышающей его. С этой первой попытки не было никакого намерения ускорить луч. Достаточно было просто обойти это кольцо.

Кроме того, интенсивность лучей составляла менее десятимиллионной проектной интенсивности. В пучках частиц интенсивность подобна яркости, когда говорят о свете. Лучи можно сделать более интенсивными, добавив больше протонов или сфокусировав луч на меньший размер. В тот день фокусировка была все еще будущей целью, и только очень немногие протоны были введены в ускоритель. И первоначально, время фактической электроники ускорителя было не совсем правильным. Таким образом, был явно путь.

Но не важно. Это было захватывающе, и это, безусловно, важный шаг на пути к полноценной работе. Пробки лопнули. Шампанское было пьяным. Спины были хлопнуты, и фотографии были сделаны. Это был хороший день.

Я не был в ЦЕРН для первого луча. В конце концов, мой интерес к программе LHC состоит в том, чтобы использовать ее для разрушения частиц с высокой энергией, и все знали, что столкновений тогда не будет. Вместо этого я работал в Fermilab, ведущей американской лаборатории ускорителей частиц и самом влиятельном исследовательском институте, работающем над анализом данных LHC, помимо самой CERN. У двух лабораторий есть родственные отношения, и мы поддерживаем друг друга, когда преодолеваем технические препятствия. В Fermilab мы решили провести пижамную вечеринку для ученых и местного сообщества в ночь на 10 сентября. Это было необычно. Сотни местных жителей появились в 2:00 утра и ожидали успешного распространения луча в 4:30 утра по местному времени. Я ходил вокруг, разговаривая с представителями общественности, репортерами, которые не могли убедить своих редакторов отправить их в Европу и других ученых. Приветствия толпы были достаточно громкими, и мне нравится думать, что они слышат их в ЦЕРНе, в 4400 милях к востоку.

Конечно, успехи утра 10 сентября 2008 года были очень важны, но они были всего лишь шагом к желаемому результату, который заключался в запуске самого мощного ускорителя частиц на планете. Для этого необходимо было пройти 1232 гигантских магнита, окружающих LHC, и испытать их на полном электрическом токе. Таким образом, сотрудники ускорителя CERN обратили свое внимание на завершение этого. И вот тут все пошло не так.
22 сентября операторы встряхивали последний комплект магнитов, когда неисправный паяный соединитель вызвал перегрев медной шины, вызвав ее расплавление, затем дугу и прокол, а затем пробил термос, в котором находился жидкий гелий, что позволило магниты, чтобы противостоять току в десять тысяч ампер, что сделало возможным создание мощных магнитных полей. [Галерея: Поиск бозона Хиггса на LHC]

После этого прокола гелий высвобождается под высоким давлением… образуя струю, достаточно сильную, чтобы толкнуть 35-тонный магнит в сторону на 18 дюймов и вытащить монтажные кронштейны из твердого бетона. Гелий находился на уровне минус 450 по Фаренгейту, и он охладил туннель LHC на милю, окружающую повреждение. Устранение повреждений и добавление дополнительного оборудования защиты от неисправностей заняло более года.

27 февраля 2010 года сотрудники ускорителя LHC были готовы попробовать еще раз. И примерно в течение часа с четвертью они повторяли упражнение, снова распространяя лучи в противоположных направлениях. На этот раз попытка была предпринята без предварительного уведомления средств массовой информации. И именно 19 марта сотрудники наконец-то разогнали луч до энергии, в 3,5 раза большей, чем у предыдущего ускорителя с мировым рекордом, Fermilab Tevatron.
В тот день я оказался в ЦЕРНе, и достижение было достигнуто в первые часы перед рассветом. Я наблюдал за мониторами с коллегами, и, когда был объявлен стабильный луч, снова произошло шампанское, шлепки по спине и аплодисменты, на этот раз без телекамер.

С того дня LHC стал просто научным явлением… доставляя необычные лучи четырем детекторам, расположенным вокруг кольца. Научные результаты на сегодняшний день были поразительными: два больших эксперимента опубликовали более 800 статей, а вся исследовательская программа опубликовала более 2000.

Самым значительным открытием за последнее десятилетие стал бозон Хиггса, последний недостающий фрагмент Стандартной модели физики элементарных частиц. Это было объявлено 4 июля 2012 года, снова для мировой аудитории, с охватом более тысячи телевизионных станций для миллиарда зрителей. Мир снова разделил волнение открытий. [6 Последствия нахождения бозонной частицы Хиггса]

И будущее LHC действительно яркое. Хотя мы успешно эксплуатируем установку уже десять лет, мы намерены продолжать использовать ускоритель для открытий. В настоящее время планируется продолжить работу как минимум в течение следующих двух десятилетий. Фактически, в конце 2018 года, согласно оценкам, эксперименты на LHC позволят собрать только 3 процента данных, которые будут записаны в течение срока службы установки. В конце 2018 года LHC приостановит работу на два года для ремонта и модернизации. Весной 2021 года он возобновит работу со значительно улучшенными детекторами.
Невозможно узнать, какие научные истины мы раскроем с помощью LHC. В этом вся суть науки... если бы мы знали, что мы обнаружим, это бы не назвали исследованием. Но LHC, без сомнения, является интеллектуальной и технологической жемчужиной - достижение, о котором исследователи прошлых лет могли только мечтать. LHC может исследовать наименьшие шкалы расстояний, самые высокие энергии и воссоздавать условия, которые в последний раз встречаются во вселенной, всего лишь десятые доли триллионной секунды после Большого взрыва. Это инструмент исследования и открытия. И мы только начинаем. Это будет великолепно.

С Днем Рождения, LHC.

Первоначально опубликовано на WordsSideKick.com.

Дон Линкольн - исследователь физики в Фермилаб. Он является автором «Большого адронного коллайдера: экстраординарная история о бозоне Хиггса и других материалах, которые поразят ваш разум» (Johns Hopkins University Press, 2014), и он снимает серию научно-образовательных видео, Следуйте за ним в Facebook, Мнения, высказанные в этом комментарии, принадлежат ему.

Дон Линкольн внес эту статью в «Голоса экспертов WordsSideKick.com: Op-Ed & Insights».





RU.WordsSideKick.com
Все права защищены!
Перепечатка материалов разрешена только с простановкой активной ссылки на сайт RU.WordsSideKick.com

© 2005–2020 RU.WordsSideKick.com