Путешествие элементарной частицы по большому адронному коллайдеру

Зачем? Чтобы весело понаблюдать, что из этого выйдет. Но частице приходится пролететь длинный и тернистый путь, пока ей выпадет честь оказаться под пристальным вниманием одного их детекторов Большого..И пусть физики не обижаются на меня за подобный стиль рассказа о том, чему они посвящают свою жизнь. Это на самом деле очень сложно понимать простому человеку, а тем более рассказывать другим простым людям. Итак, центр управления детектора CMS Большого Адронного Коллайдера (дальше LHC). На экране монитора видно, что происходит в самом конце полета частицы. Она сталкивается с другой и разлетается на массу всяких мелких частей. Адронным коллайдер назван потому, что ускоряет адроны - тяжелые частицы, состоящие из кварков. Коллайдером - потому, что пучки частиц ускоряются в различных направлениях, а затем их сталкивают в определенных, нужных учеными точках. Именно ради этих картинок и закопали в землю эту громадную 27-километровую трубу стоимостью более 5 миллиардов долларов.

Картинка генерируется именно в этом месте. Сейчас коллайдер рассоединенен, а в рабочем состоянии магниты сомкнуты и именно здесь происходит столкновение частиц под присмотром миллионов датчиков. Но откуда же здесь берется эта частица? Кто ее принес и откуда? Ведь ничего не берется из ниоткуда.

И вот, выясняется, что прежде, чем частицу разобьют в хлам, она пролетает до LHC довольно большой путь. И этот путь проходит через цепочку других первоначальных ускорителей, включая линейный и три кольца (booster, proton synchrotron, super proton synchrotron), пересекая при этом государственную границу Франции и Швейцарии. Вернее, проходя под ней. Нелегально. Дело в том, что сам ЦЕРН располагается в Швейцарии, а основная часть 27-киломертвого кольца ускорителя - на 100-метровой глубине на территории Франции. Почему? Потому что какая-то хитрая и умная голова неизвестной национальности решила, что так будет дешевле располагать наземные постройки. Но вернемся к частице. В LHC она прилетает из 7-километрового ускорителя SPS, с которого фактически все здесь когда-то и начиналось. Он был построен еще в 1976 году. Кстати, в SPS частицу тоже сталкивают. С электронами. В результате столкновения образуются нейтрино, которые ученые отправляют транзитом в исследовательский центр, расположенный в Италии. Там эти нейтрино ловят и дальше с ними работают. Когда автор спросил, как они их транспортируют, ему ответили просто - а сквозь Альпы. Они пролетают сквозь земную кору под Альпами в итальянскую гору Grand Sasso, в которой живёт гигантский детектор нейтрино. Представляете картину, да? Стоит по ту сторону Альп некий физик и сачком или чем-то там еще ловит прилетающие из Франции нейтрино) И помещает их в специальную банку... В SPS частица тоже прилетает из другого коллайдера, а именно из PS. Именно на этом пути она пересекает государственную границу. Нелегально под землей...

Схематически расположение ускоритилей под территорией ЦЕРНа выглядит так. Большое кольцо - это тот самый PS. В нем продолжают разгонять протоны, которые потом идут либо на производство антипротонов в AD (antiprotobn decelerator), или дальше подаёт их в ускорители SPS -> LHC.

Летают по коллайдеру частицы вот по таким трубам-магнитам, которых всего 1734 штуки. Это в Большом.

Саша заглядывает в сверхпроводящую ускоряюшую полость БАКа, в которой колеблется электромагнитное поле и ускоряет их

Впервые коллайдер пытались запустить еще в 2008 году. Тогда ученым удалось запустить и некоторое время поддерживать непрерывно циркулирующий пучок, но 19 сентября 2008 года произошла большая авария, в результате которой была повреждена криогенная система охлаждения, жидкий гелий вырвался наружу и случился взрыв, повредивший часть конструкций и проводящих магнитов. А причиной стала некачественная пайка одного из элементов. Он на фото ниже.

Обычная пайка... Но... из-за того, что она была некачественной, под воздействием гигантской электрической дуги все начало плавиться и привело в взрыву. Восстановление и устранение последствий аварии заняло тогда весь остаток 2008 года и часть 2009-го.

Ускоритель Booster тоже находится под землей, но уже на территории Швейцарии, в самом ЦЕРНе

Когда учёным необходимо проводить лругие эксперименты (не с протонами, а с другими ионами) то в бустер иногда прилетают частицы небольшого ускорителя ионов свинца LEIR, построенного в 2005 году. Вот так выглядит один из самых маленьких ускорителей - единственный на поверхности

Нужно сказать, что в каждом из десятка ускорителей проводятся помимо общего эксперимента, еще и свои собственные локальные исследования

Но откуда же изначально берется частица? А отсюда. Именно за этой дверью, в которую требуется только персональный доступ все и начинается...

Вот он - источник тех самых частиц. Баллон с водородом. Вся эта гигантская научная махина использует молекулы водорода из небольшого баллона. Этот баллон не перезаправлялся еще ни разу. Ведь для ученых нужно совсем немного вещества из него... Поразительно. Огромное кольцо из 1700-т магнитов и крохотные молекулы для них..

Рядом с этой заветной комнатой мы увидели склад. Склад и склад, ничего необычного. На самом деле, здесь хранятся всякие запчасти для коллайдеров

А еще неподалеку... Очередной Аксесс, в который не могли не зайти со своим любопытством.

А оказалось, что здесь происходит монтаж очередного, новейшего линейного ускорителя - Linac4

Совсем скоро в этом тоннеле будут располагаться магниты ускорителя, а пока идет монтаж необходимых коммуникаций

Руками ничего не трогать!!!

Очередные километры кабелей

Геометрия науки

В самом начале ускорителя смонтирована какая-то блестящая установка и лежат чертежи.. Посмотрим внимательно, что это такое

Оооу, так это же источник протонов для Linac4 - мощная микроволновка, которая отделяет протоны от электронов в молекулах водорода, и придает им начальный толчок

Вот так он выглядит вблизи.

Невероятно дорогая и сложная по устройству штука.

Первое, что смонтировано и работает - аварийная система. Логично

И вновь мы, пораженные, возвращаемся на бренную землю, поднявшись из подземелья. Здесь стоит один из магнитов... А там, в 100 метрах под ним, такие же точно составляют длинную, 27-километровую цепочку..