Collider Rusijoje pagreitina daleles susidūrusiuose spinduliuose (kolider nuo žodžio collide, vertime - susidurti). Jis reikalingas norint ištirti šių dalelių sąveikos produktus tarpusavyje, kad mokslininkai suteiktų stiprią kinetinę energiją elementarioms medžiagos dalelėms. Jie taip pat susiduria su šių dalelių susidūrimu, nukreipdami jas viena prieš kitą.
Kūrybos istorija
Yra kelių tipų greitintuvai: žiediniai (pavyzdžiui, LHC – didelis hadronų greitintuvas Europos CERN), linijinis (projektuotas ILC).
Teoriškai idėja panaudoti sijų susidūrimą kilo prieš porą dešimtmečių. Wideröe Rolf, fizikas iš Norvegijos, 1943 m. Vokietijoje gavo patentą dėl susidūrusių sijų idėjos. Jis buvo paskelbtas tik po dešimties metų.
1956 m. Donaldas Kerstas pasiūlė panaudoti protonų pluoštų susidūrimą, kad galėtų ištirti dalelių fiziką. Nors Gerardas O'Neillas galvojo pasinaudoti kaupiamuojuskamba, kad gautų intensyvius spindulius.
Aktyvus darbas su projektu sukurti priešpriešinį vamzdį prasidėjo vienu metu Italijoje, Sovietų Sąjungoje ir JAV (Frascati, INP, SLAC). Pirmasis paleistas greitintuvas buvo AdA elektronų-pozitronų greitintuvas, kurį sukūrė Tushekavo Frascati.
Tuo pačiu metu pirmasis rezultatas buvo paskelbtas tik po metų (1966 m.), palyginti su elektronų elastinės sklaidos VEP-1 stebėjimo rezultatais (1965 m., SSRS).
Dubna Hadron Collider
VEP-1 (susidūrę elektronų pluoštai) yra mašina, sukurta aiškiai vadovaujant G. I. Budkeriui. Po kurio laiko spinduliai buvo gauti akceleratoriuje JAV. Visi šie trys greitintuvai buvo bandomieji, jie parodė galimybę jais tirti elementariųjų dalelių fiziką.
Pirmasis hadronų greitintuvas yra ISR, protonų sinchrotronas, kurį 1971 m. paleido CERN. Jo energijos galia pluošte buvo 32 GeV. Tai buvo vienintelis veikiantis tiesinis greitintuvas devintajame dešimtmetyje.
Po paleidimo
Jungtinio branduolinių tyrimų instituto pagrindu Rusijoje kuriamas naujas pagreičio kompleksas. Jis vadinamas NICA – nukleotronais paremtas jonų greitintuvo įrenginys ir yra Dubnoje. Pastato tikslas – ištirti ir atrasti naujas tankios barionų medžiagos savybes.
Mašinai paleidus, mokslininkai iš Jungtinio branduolinių tyrimų instituto m. Dubna prie Maskvos galės sukurti tam tikrą materijos būseną, kokia buvo Visata pirmosiomis akimirkomis po Didžiojo sprogimo. Ši medžiaga vadinama kvarko gliuono plazma (QGP).
Kompleksas jautriame objekte pradėtas statyti 2013 m., o paleidimas planuojamas 2020 m.
Pagrindinės užduotys
Specialiai Rusijos mokslo dienai JINR darbuotojai paruošė medžiagą mokiniams skirtiems edukaciniams renginiams. Tema vadinasi „NICA – Visata laboratorijoje“. Vaizdo įrašų seka, kurioje dalyvaus akademikas Grigorijus Vladimirovičius Trubnikovas, pasakos apie būsimus tyrimus, kurie bus atliekami hadronų greitintuve Rusijoje, kartu su kitais mokslininkais iš viso pasaulio.
Svarbiausia užduotis, su kuria susiduria šios srities mokslininkai, yra ištirti šias sritis:
- Standartinio dalelių fizikos modelio elementariųjų komponentų artimos sąveikos savybės ir funkcijos, tai yra kvarkų ir gliuonų tyrimas.
- Rasti fazinio perėjimo tarp QGP ir hadroninės medžiagos požymių, taip pat ieškoti anksčiau nežinomų barioninės medžiagos būsenų.
- Darbas su pagrindinėmis artimos sąveikos ir QGP simetrijos savybėmis.
Svarbi įranga
NICA komplekso hadronų greitintuvo esmė yra suteikti didelį spindulių spektrą: nuo protonų ir deuteronų iki pluoštų, susidedančių iš daug sunkesnių jonų, pavyzdžiui, aukso branduolio.
Sunkieji jonai bus pagreitinti iki energijos būsenų iki 4,5 GeV/nukleonas, o protonų – iki dvylikos su puse. Koliderio širdis Rusijoje yra greitintuvas Nuclotron, veikiantis nuo devyniasdešimt trečiųjų praėjusio amžiaus metų, tačiau gerokai paspartintas.
NICA greitintuvas suteikė kelis sąveikos būdus. Vienas skirtas tirti, kaip sunkieji jonai susiduria su MPD detektoriumi, o kitas atlikti eksperimentus su poliarizuotais pluoštais SPD įrenginyje.
Statybos pabaiga
Pažymėta, kad pirmame eksperimente dalyvauja mokslininkai iš tokių šalių kaip JAV, Vokietija, Prancūzija, Izraelis ir, žinoma, Rusija. Šiuo metu vyksta darbas su NICA, skirtas atskiroms dalims įdiegti ir įjungti aktyvią darbo būklę.
Hadronų greitintuvo pastatas bus baigtas 2019 m., o paties greitintuvo įrengimas bus atliktas 2020 m. Tais pačiais metais prasidės sunkiųjų jonų susidūrimo tyrimo tiriamieji darbai. Visas įrenginys visiškai veiks 2023 m.
Kolaideris Rusijoje yra tik vienas iš šešių projektų mūsų šalyje, kuriems buvo suteikta megamokslo klasė. 2017 metais vyriausybė šios mašinos statybai skyrė beveik keturis milijardus rublių. Ekspertai apskaičiavo, kad pagrindinės mašinos konstrukcijos kaina yra dvidešimt septyni su puse milijardo rublių.
Nauja era
JINR High Energy Laboratory fizikų direktorius Vladimiras Kekelidze mano, kad susidūrimo projektas Rusijoje suteiks šaliai galimybę pakilti į aukščiausiąpozicijų didelės energijos fizikoje.
Neseniai buvo aptikti „naujosios fizikos“pėdsakai, kuriuos užfiksavo Didysis hadronų greitintuvas ir jie viršija standartinį mūsų mikrokosmoso modelį. Buvo teigiama, kad naujai atrasta „naujoji fizika“netrukdys greitintuvo darbui.
Interviu Vladimiras Kekelidzė paaiškino, kad šie atradimai nenuvertins NICA darbo, nes pats projektas buvo sukurtas pirmiausia siekiant suprasti, kaip tiksliai atrodė pačios pradinės Visatos gimimo akimirkos ir taip pat kokių sąlygų tyrimams, kurios yra Dubnoje, nėra niekur kitur pasaulyje.
Jis taip pat sakė, kad JINR mokslininkai įvaldo naujus mokslo aspektus, kuriuose yra pasiryžę užimti vadovaujančią poziciją. Kad ateina era, kai ne tik kuriamas naujas greitintuvas, bet ir nauja mūsų šalies didelės energijos fizikos raidos era.
Tarptautinis projektas
Pasak to paties direktoriaus, darbas NICA, kur yra hadronų greitintuvas, bus tarptautinis. Kadangi didelės energijos fizikos tyrimus mūsų laikais atlieka ištisos mokslo komandos, kurias sudaro žmonės iš įvairių šalių.
Darbuotojai iš dvidešimt keturių pasaulio šalių jau dalyvavo šio projekto darbuose saugioje vietoje. Ir šio stebuklo kaina, apytiksliais skaičiavimais, yra penki šimtai keturiasdešimt penki milijonai dolerių.
Naujasis greitintuvas taip pat padės mokslininkams atlikti tyrimus naujų medžiagų, medžiagų mokslo, radiobiologijos, elektronikos, spindulių terapijos ir medicinos srityse. IšskyrusBe to, visa tai bus naudinga „Roscosmos“programoms, taip pat radioaktyviųjų atliekų apdorojimui ir šalinimui bei naujausių kriogeninių technologijų ir energijos š altinių kūrimui, kuriuos bus saugu naudoti.
Higso bozonas
Higso bozonas yra vadinamieji Higso kvantiniai laukai, kurie būtinai atsiranda fizikoje arba, tiksliau, standartiniame elementariųjų dalelių modelyje, kaip Higso mechanizmo, dėl kurio nenuspėjama elektrosilpnos simetrijos lūžimo, pasekmė. Jo atradimas buvo standartinio modelio užbaigimas.
To paties modelio rėmuose jis yra atsakingas už elementariųjų dalelių – bozonų – masės inerciją. Higgso laukas padeda paaiškinti inercinės masės atsiradimą dalelėse, tai yra silpnosios sąveikos nešikliuose, taip pat masės nebuvimą nešiklyje - stiprios sąveikos ir elektromagnetinės dalelės (gliuono ir fotono). Higso bozonas savo struktūroje atsiskleidžia kaip skaliarinė dalelė. Taigi jo sukimasis yra nulinis.
Lauko atidarymas
Šį bozoną 1964 m. aksiomatizavo britų fizikas Peteris Higgsas. Visas pasaulis sužinojo apie jo atradimą skaitydamas jo straipsnius. Ir po beveik penkiasdešimties metų paieškų, tai yra 2012 m., liepos 4 d., buvo atrasta dalelė, kuri tinka šiam vaidmeniui. Jis buvo aptiktas atlikus LHC tyrimus, o jo masė yra maždaug 125–126 GeV/c².
Tikėti, kad ši konkreti dalelė yra tas pats Higso bozonas, yra gana rimtų priežasčių. 2013 m. kovo mėn. įvairūs CERN mokslininkaipranešė, kad prieš šešis mėnesius rasta dalelė iš tikrųjų yra Higso bozonas.
Atnaujintas modelis, kuriame yra ši dalelė, leido sukurti kvantinę renormalizuojamo lauko teoriją. O po metų, balandžio mėn., TVS komanda pranešė, kad Higso bozono skilimo platuma mažesnė nei 22 MeV.
Dalelių savybės
Kaip ir bet kuri kita lentelės dalelė, Higso bozoną veikia gravitacija. Jis turi spalvų ir elektros krūvius, taip pat, kaip minėta anksčiau, nulinio sukimosi.
Yra keturi pagrindiniai Higso bozono atsiradimo kanalai:
- Kai įvyksta dviejų gliuonų susiliejimas. Jis yra pagrindinis.
- Kai susijungia poros WW- arba ZZ-.
- Su sąlyga, kad bus lydimas W arba Z bozono.
- Su geriausiais kvarkais.
Jis suyra į b-antikvarko ir b-kvarko porą, į dvi poras elektronų-pozitronų ir (arba) miuonų-antimuonų su dviem neutrinais.
2017 m., pačioje liepos pradžioje, konferencijoje, kurioje dalyvavo EPS, ATLAS, HEP ir CMS, buvo paskelbtas pranešimas, kad pagaliau pradėjo sklisti pastebimos užuominos, kad Higso bozonas irsta į b-kvarko pora – antikvarkas.
Anksčiau buvo nerealu tai pamatyti savo akimis praktikoje, nes buvo sunku atskirti tų pačių kvarkų gamybą skirtingai nuo fone vykstančių procesų. Standartinis fizinis modelis sako, kad toks skilimas yra dažniausiai, tai yra daugiau nei pusėje atvejų. Atidarytas 2017 m. spalio mėnpatikimas slopinimo signalo stebėjimas. Tokį teiginį pateikė TVS ir ATLAS savo išleistuose straipsniuose.
Masių sąmonė
Higso atrasta dalelė tokia svarbi, kad Leonas Ledermanas (Nobelio premijos laureatas) pavadino ją Dievo dalele savo knygos pavadinime. Nors pats Leonas Ledermanas savo originalioje versijoje pasiūlė „Velnio dalelę“, tačiau redaktoriai jo pasiūlymą atmetė.
Šis nerimtas pavadinimas plačiai naudojamas žiniasklaidoje. Nors daugelis mokslininkų tam nepritaria. Jie mano, kad pavadinimas „šampano butelių bozonas“būtų daug tinkamesnis, nes Higso lauko potencialas primena šio butelio dugną, o jį atidarius tikrai daugelis tokių butelių visiškai ištuštės.
