Большой адронный коллайдер: что это, где находится и для чего он нужен ученым

Коллайдер (collider) в переводе с английского языка — «сталкиватель»; это установка для исследования продуктов соударения субатомных частиц. Пучки электронов или протонов разгоняются кольцевыми ускорителями и пересекаются на встречных курсах. Высокая скорость вызывает их распад на кварки и бозоны, которые фиксируются детекторами.

Виды коллайдеров

Существуют две конструкции ускорителей:

1. Линейные. Пучки элементарных частиц выпускаются с противоположных сторон прямого туннеля и встречаются в середине. Результат соударения фиксируется детекторами. Единственным коллайдером такой конструкции стал SLC длиной 3,2 км, принадлежащий Стэнфордскому университету (США). Он работал в 1988–1998 годах, в настоящее время остановлен и законсервирован. Планируется строительство нового линейного коллайдера длиной 31 км на острове Хонсю (Япония).

2. Кольцевые. Пучок разгоняется электростатическими или электромагнитными полями установок, расположенных по кругу или спирали.

История коллайдеров

Исследовать свойства элементарных частиц путем их соударения во встречных пучках — идея норвежского физика Рольфа Видероэ. Он даже запатентовал ее в 1943-м, но опубликовал только в 1953 году. Американский физик Дональд Керст предложил использовать этот метод для изучения тяжелых составных частиц, так называемых адронов. Строить подобные ускорители начали после Второй мировой войны в США, Европе и СССР. Первый электрон-позитронный коллайдер запустил в 1961 году Бруно Тушек, ученик Видероэ, во Фраскати, Италия. Но сообщения о результатах исследований появились только в 1966-м.

Советскую установку ВЭП-1 («Встречные Электронные Пучки») запустили в Институте ядерной физики (ИЯФ) Сибирского отделения РАН под руководством академика Г. И. Будкера в 1963 году. Первым изучили упругое рассеяние электронов и опубликовали результаты в 1965-м.

В 1954 году учеными 12 стран была создана ЦЕРН (CERN) — Европейская организация по ядерным исследованиям. Ей принадлежит первый в мире адронный коллайдер, запущенный в 1971 году на границе Франции и Швейцарии. Сегодня это самый большой на планете научный прибор. Длина его кольца — 26,659 км, адроны, то есть протоны и атомные ядра, сталкиваются с энергией 6,5 Тэв.

В 2012 году здесь доказали существование бозона Хиггса. Это элементарная частица, создающая инертную массу. В 2014 году открыли тетракварки, в 2015-м — пентакварки. Для дальнейших исследований планируется строительство нового ускорителя вчетверо больше и вдесятеро мощнее нынешнего. Побочный продукт деятельности ЦЕРН — язык гипертекстовой разметки HTML.

Коллайдер в массовой культуре

Огромная мощность и непредсказуемость результатов работы подобных установок породили сомнения в их безопасности. Место действия романа Дэна Брауна «Ангелы и демоны» — ЦЕРН, где якобы получена капля антивещества, способного уничтожить планету. На эту же тему снимаются телесериалы и кинофильмы, например «Конец света» (2005). Главный герой запускает суперколлайдер, и образовавшаяся черная дыра поглощает весь исследовательский центр, затем Нью-Йорк и всю Землю.