«Наука и Техника» [журнал для перспективной молодежи], 2007 № 04 (11)

1976 год — заработал суперпротонный синхротрон (SpS), который в 1981 году был приспособлен для протон-антипротонных столкновений.

1983 год — на SpS открыли W- и Z-бозоны — переносчики слабого взаимодействия. Важность открытия была столь высока, что на следующий год физики, обнаружившие эти частицы, получили Нобелевскую премию (Симон ван дер Мер, Карло Руббиа).

В начале 1980-х годов был предложен проект ускорителя, осуществляющего столкновения электронов и их антиподов позитронов, — большой электрон-позитронный коллайдер (LEP). Осенью 1983 года началось строительство LEP. В долине Женевского озера на глубине ста метров был вырыт кольцевой туннель общей длиной 27 километров. Качество подземных работ было столь высоким, что, когда в 1988 году два конца туннеля соединились, расхождение между/ ними составило всего один сантиметр. В точках пересечения встречных пучков ускорителя были построены четыре экспериментальные установки, каждая из которых состояла из большого числа детекторов частиц,

Ускоритель неоднократно перестраивался для достижения все больших энергий частиц. То, как физики и инженеры пытались добиться повышения энергии столкновения, — отдельная и большая история. Не останавливаясь на ней, приведем лишь такой факт: ученые установили зависимость энергии разгоняемых частиц от положения Луны по отношению к Земле, от уровня воды в Женевском озере, от прибытия поездов на железнодорожный вокзал Женевы и от многих других, казалось бы, незначительных факторов. Причина их влияния — небольшие деформации кольца ускорителя, ухудшающие фокусировку пучков. Ювелирный учет таких тонкостей помог довести энергию столкновения до 210 ГэВ.

LEP за одиннадцать лет работы подарил физикам много интересных результатов, самые важные из которых — всестороннее изучение W- и Z-бозонов. Современные представления о природе этого типа взаимодействия сложились именно под влиянием результатов работы ускорителя LEP. Эксперименты на LEP позволили показать, что на самом деле слабое и электромагнитное взаимодействия имеют сходную природу и могут быть объединены в рамках одного взаимодействия — электрослабого. А отсюда уже не так далеко до теории Великого объединения, над которой ломают головы физики всего мира.

Большой адронный коллайдер

В начале 1990-х, когда на новеньком ускорителе LEP еще не успела высохнуть краска, ученые в ЦЕРН уже начинали задумываться над тем, что бы такое построить следом за ним. И придумали — программу «Как все началось».

В декабре 1 991 года Совет ЦЕРН одобрил проект ускорителя нового поколения — Большого адронного коллайдера (LHC). Для него был не нужен новый туннель — вполне годился и старый, тот, что был вырыт для LEP. Решено было, что «ускорители-старички» PS и SpS также не останутся без работы — они будут придавать частицам первоначальную энергию.

Строительство LHC началось в ноябре 2000 года. В 27-километровом туннеле построено новое кольцо труб, в котором с помощью особым образом расположенных сверхпроводящих магнитов, поле которых составит более 8 тесла, будут одновременно разгоняться два пучка протонов. Важная характеристика — светимость, величина, пропорциональная количеству протон-протонных соударений за единицу времени, — будет в сто раз больше достигнутых значений. За одну секунду на экспериментальных установках LHC будет происходить более одного миллиарда соударений! Кроме протонов, на LHC планируется разгонять и тяжелые ядра атомов — например, свинца. Запуск LHC намечается на 2007 год В работе над созданием LHC принимают участие 720 российских ученых.

Зачем физикам такой мощный ускоритель?

В 2007 году ученые планируют воспроизвести в ядерной лаборатории те далекие первозданные условия, когда еще не было протонов и нейтронов, а существовала сплошная кварк-глюонная плазма. Иными словами, исследователи надеются увидеть мир элементарных частиц в том виде, каким он был всего через доли микросекунд после Большого взрыва, то есть после образования Вселенной. Программа называется «Как все началось».

Кроме того, уже более 30 лет в научном мире выстраиваются теории, объясняющие наличие массы у элементарных частиц. Одна из них предполагает существование бозона Хиггса. Эту элементарную частицу называют еще божественной, поскольку, возможно, именно благодаря хиггсовским полям наш мир приобретает массу и способность двигаться по инерции в нужном направлении. Как сказал один из сотрудников ЦЕРН, «поймав следы Хиггс-бозона, я приду к своей бабушке и скажу: погляди, пожалуйста, — вот из-за этой маленькой штучки у тебя столько лишних килограммов». Но экспериментально существование бозона пока подтвердить не удалось: все надежды — на ускоритель LHC.

Так проходит кольцевой туннель гигантского ускорителя общей длиной 27 километров

Система GRID — продолжение WWW