Адронний колайдер коротко. Навіщо взагалі потрібний Великий адронний колайдер? Коли чекати кінця світу

Де знаходиться великий адронний колайдер?

У 2008 році CERN (Європейська рада ядерних досліджень) завершила будівництво надпотужного прискорювача частинок, названого Великий адронний колайдер. Англійською: LHC – Large Hadron Collider. CERN – міжнародна міжурядова наукова організація, утворена у 1955 році. По суті, це головна лабораторія світу в галузях високих енергій, фізики частинок та сонячної енергетики. Членами організації є близько 20 країн.

Навіщо потрібний великий адронний колайдер?

На околицях Женеви в 27-кілометровому (26 659 м) круговому бетонному тунелі створено кільце надпровідних магнітів для розгону протонів. Передбачається, що прискорювач допоможе не тільки проникнути в таємниці мікроструктури матерії, а й дозволить просунутися у пошуках відповіді на питання про нові джерела енергії в глибині матерії.

З цією метою одночасно з будівництвом самого прискорювача (вартістю понад 2 млрд доларів) створено чотири детектори частинок. З них два великі універсальні (CMS і ATLAS) і два – більш спеціалізовані. Загальна вартість детекторів наближається також до 2 млрд. доларів. У кожному з великих проектів CMS та ATLAS взяли участь понад 150 інститутів із 50 країн, у тому числі російських та білоруських.

Полювання за невловимим бозоном Хіггса

Як працює прискорювач адронний колайдер? Колайдер - це найбільший прискорювач протонів, що працює на зустрічних пучках. В результаті прискорення кожен з пучків матиме енергію в лабораторній системі 7 тераелектрон-вольт (ТеВ), тобто 7x1012 електрон-вольт. При зіткненні протонів утворюється безліч нових частинок, які реєструватимуться детекторами. Після аналізу вторинних частинок отримані дані допоможуть відповісти на фундаментальні питання, що хвилюють вчених, які займаються фізикою мікросвіту та астрофізикою. Серед головних питань – експериментальне виявлення бозона Хіггса.

Бозон Хіггса, що став «знаменитим», - гіпотетична частка, що є одним з головних компонентів так званої стандартної, класичної моделі елементарних частинок. Названий на ім'я британського теоретика Пітера Хіггса, який передбачив його існування в 1964 році. Вважається, що хіггсівські бозони, будучи квантами поля Хіггса, мають відношення до фундаментальних питань фізики. Зокрема до концепції походження мас елементарних частинок.

2-4 липня 2012 року ряд експериментів на колайдері виявили якусь частинку, яку можна співвіднести з бозоном Хіггса. Причому дані підтвердилися при вимірюванні і системою ATLAS, і системою CMS. Досі точаться суперечки, чи справді відкритий горезвісний бозон Хіггса, чи це інша частка. Факт у тому, що виявлений бозон – найважчий із тих, що раніше фіксувалися. Для вирішення фундаментального питання були запрошені провідні фізики світу: Джеральд Гуральник, Карл Хаген, Франсуа Енглер і сам Пітер Хіггс, який теоретично обґрунтував у далекому 1964 існування бозона, названого на його честь. Після аналізу масиву даних, учасники дослідження схильні вважати, що бозон Хігса дійсно виявлений.

Багато фізиків сподівалися, що при дослідженні бозона Хіггса виявляться «аномалії», які змусили б говорити про так звану «Нову фізику». Однак до кінця 2014 року опрацьовано майже весь масив даних, накопичений за три попередні роки в результаті експериментів на ВАК, та інтригуючих відхилень (за винятком окремих випадків) не виявлено. Насправді виявилося, що двофотонний розпад горезвісного бозона Хіггса виявився, за словами дослідників, «занадто стандартним». Втім, намічені на весну 2015 експерименти можуть здивувати науковий світ новими відкриттями.

Не бозоном єдиним

Пошук бозона Хіггса – не самоціль гігантського проекту. Для вчених також важливим є пошук нових видів частинок, що дозволяють судити про єдину взаємодію природи на ранній стадії існування Всесвіту. Нині вчені розрізняють чотири фундаментальні взаємодії природи: сильну, електромагнітну, слабку та гравітаційну. Теорія передбачає, що у початковій стадії Всесвіту, можливо, існувало єдине взаємодія. Якщо нові частинки будуть відкриті, підтвердиться ця версія.

Фізиков також турбує питання про загадкове походження маси частинок. Чому частинки взагалі мають масу? І чому вони мають такі маси, а чи не інші? Принагідно тут завжди мається на увазі формула Е=mc². У будь-якому матеріальному об'єкті є енергія. Питання у тому, як її звільнити. Як створити такі технології, які б дозволили вивільняти її з речовини з максимальним коефіцієнтом корисної дії? На сьогодні це головне питання енергетики.

Іншими словами, проект Великого адронного колайдера допоможе вченим знайти відповіді на фундаментальні питання та розширити знання про мікросвіт і, таким чином, про походження та розвиток Всесвіту.

Внесок білоруських та російських вчених та інженерів у створення ВАК

На етапі будівництва європейські партнери з CERN звернулися до групи білоруських учених, які мають серйозні напрацювання у цій галузі, взяти участь у створенні детекторів для LHC із самого початку проекту. У свою чергу білоруські вчені запросили до співпраці колег Об'єднаного інституту ядерних досліджень з наукограда Дубна та інших російських інститутів. Фахівці єдиною командою розпочали роботу над так званим детектором CMS – «Компактним мюонним соленоїдом». Він складається з багатьох найскладніших підсистем, кожна з яких сконструйована так, щоб виконувались специфічні завдання, при цьому спільно вони забезпечують ідентифікацію та точне вимір енергій та кутів вильоту всіх частинок, що народжуються в момент протонних зіткнень у ВАК.

Білорусько-російські фахівці також брали участь у створенні детектора ATLAS. Це встановлення висотою 20 м, здатне виміряти траєкторії частинок з високою точністю: до 0,01 мм. Чутливі датчики всередині детектора містять близько 10 млрд. транзисторів. Пріоритетна мета експерименту ATLAS полягає у виявленні бозона Хіггса, вивченні його властивостей.

Без перебільшення, наші вчені зробили значний внесок у створення детекторів CMS та ATLAS. Деякі важливі компоненти виготовлено на мінському Машинобудівному заводі ім. Жовтневої революції(МОЗОР). Зокрема торцеві адронні калориметри для експерименту CMS. Крім того, завод зробив дуже складні елементи магнітної системи детектора ATLAS. Це великогабаритні вироби, що вимагають володіння спеціальними технологіями обробки металів та надточної обробки. За оцінкою техніків CERN, замовлення було виконано блискуче.

Не можна недооцінювати і «внесок особистостей у історію». Наприклад, інженер кандидат технічних наук Роман Стефанович відповідальний у проекті CMS за надточну механіку. Жартома навіть кажуть, що без нього CMS не був би зібраний. Але якщо серйозно, то можна цілком виразно стверджувати: без нього терміни складання та налагодження при потрібній якості не були б витримані. Інший наш інженер-електронник Володимир Чеховський, пройшовши досить складний конкурс, сьогодні налагоджує електроніку детектора CMS та його мюонних камер.

Наші вчені беруть участь як у запуску детекторів, так і в лабораторній частині, їх експлуатації, підтримці та оновленні. Вчені з Дубни та їхні білоруські колеги повноправно займають свої місця у міжнародному фізичному співтоваристві CERN, яке працює задля отримання нової інформації про глибинні властивості та будову матерії.

(або ВАК)- на даний момент найбільший і найпотужніший прискорювач частинок у світі. Ця махіна була запущена у 2008 році, але довго працювала на знижених потужностях. Розберемося, що це таке і навіщо потрібний великий адронний колайдер.

Історія, міфи та факти

Ідея створення колайдера була озвучена у 1984 році. А сам проект на будівництво колайдера було схвалено і прийнято аж 1995 року. Розробка належить Європейському центру ядерних досліджень (CERN). Взагалі запуск колайдера привернув до себе велику увагу не лише вчених, а й простих людейз усього світу. Говорили про всілякі страхи та жахіття, пов'язані із запуском колайдера.

Втім, хтось і зараз, цілком можливо, чекає на апокаліпсис, пов'язаний з роботою ВАК і тремтить від однієї думки про те, що буде, якщо ч вибухне великий адронний колайдер. Хоча, в першу чергу, всі боялися чорної дірки, яка, спочатку будучи мікроскопічною, розростеться і благополучно поглине спочатку сам колайдер, а за ним Швейцарію та решту світу. Також більшу паніку викликала анігіляційна катастрофа. Група вчених навіть подала до суду, намагаючись зупинити будівництво. У заяві йшлося про те, що згустки антиматерії, які можуть бути отримані в колайдері, почнуть анігілювати з матерією, почнеться ланцюжкова реакціяі весь Всесвіт буде знищений. Як казав відомий персонаж із «Назад у Майбутнє»:

Весь Всесвіт, звичайно, у найгіршому випадку. У кращому – лише наша галактика. Лікар Емет Браун.

А тепер спробуємо зрозуміти, чому він адронний? Справа в тому, що він працює з адронами, точніше розганяє, прискорює та стикає адрони.

Адрони- Клас елементарних частинок, схильних до сильної взаємодії. Адрони складаються з кварків.

Адрони поділяються на баріони та мезони. Щоб було простіше, скажімо, що з баріонів складається майже вся відома нам речовина. Спростимо ще більше і скажемо, що баріони – це нуклони (протони та нейтрони, що становлять атомне ядро).

Як працює великий адронний колайдер

Масштаб дуже вражає. Колайдер є кільцевим тунелем, що залягає під землею на глибині ста метрів. Довжина великого адронного колайдера становить 26 659 метрів. Протони, розігнані до швидкостей близьких до швидкості світла, пролітають у підземному колі територією Франції та Швейцарії. Якщо говорити точно, то глибина залягання тунелю лежить у межах від 50 до 175 метрів. Для фокусування і утримання пучків протонів, що летять, використовуються надпровідні магніти, їх загальна довжина становить близько 22 кілометрів, а працюють вони при температурі -271 градусів за Цельсієм.

У складі колайдера 4 гігантські детектори: ATLAS, CMS, ALICE та LHCb. Крім основних великих детекторів є ще й допоміжні. Детектори призначені для фіксації результатів зіткнень частинок. Тобто після того, як на навколосвітніх швидкостях стикаються два протони, ніхто не знає чого чекати. Щоб «побачити», що вийшло, куди відскочило і як далеко відлетіло, і існують детектори, напхані всілякими датчиками.

Результати роботи великого адронного коллайдера.

Навіщо потрібний колайдер? Ну точно не для того, щоб знищити Землю. Здавалося б, який сенс зіштовхувати частки? Справа в тому, що питань без відповідей у сучасній фізиці дуже багато, і вивчення світу за допомогою розігнаних частинок може в буквальному сенсі відкрити новий пласт реальності, зрозуміти устрій світу, а можливо навіть відповісти на головне питання«Сенсу життя, Всесвіту і взагалі».

Які відкриття вже здійснили на ВАК? Найвідоміше - це відкриття бозона Хіггса(Йому ми присвятимо окрему статтю). Крім того, були відкриті 5 нових частинок, отримані перші дані зіткнень на рекордних енергіях, показано відсутність асиметрії протонів та антипротонів, виявлено незвичайні кореляції протонів. Список можна продовжувати довго. А ось мікроскопічних чорних дірок, які наводили страх на домогосподарок, виявити не вдалося.

І це при тому, що колайдера ще не розігнали до його максимальної потужності. Наразі максимальна енергія великого адронного колайдера – 13 ТеВ(Тера електрон-Вольт). Однак, після відповідної підготовки протони планують розігнати до 14 ТеВ. Для порівняння, у прискорювачах-попередниках ВАК максимально отримані енергії не перевищували 1 ТеВ. Так розганяти частки міг американський прискорювач Теватрон зі штату Іллінойс. Енергія, досягнута в колайдері – далеко не найбільша у світі. Так, енергія космічного проміння, зафіксованого на Землі, перевищує енергію частки, розігнаної в колайдері в мільярд разів! Тож небезпека великого адронного колайдера мінімальна. Цілком імовірно, що після того, як усі відповіді будуть отримані за допомогою ВАК, людству доведеться будувати ще один колайдер посильніше.

Друзі, любите науку, і вона обов'язково покохає Вас! А допомогти Вам полюбити науку легко зможуть наші автори. Звертайтесь за допомогою, і нехай навчання приносить радість!

Де знаходиться великий адронний колайдер?

Навіщо потрібний великий адронний колайдер?

Полювання за невловимим бозоном Хіггса

Не бозоном єдиним

Внесок білоруських та російських вчених та інженерів у створення ВАК

Без перебільшення, наші вчені зробили значний внесок у створення детекторів CMS та ATLAS. Деякі важливі компоненти виготовлено на мінському Машинобудівному заводі ім. Жовтневої революції (МОЗОР). Зокрема торцеві адронні калориметри для експерименту CMS. Крім того, завод зробив дуже складні елементи магнітної системи детектора ATLAS. Це великогабаритні вироби, що вимагають володіння спеціальними технологіями обробки металів та надточної обробки. За оцінкою техніків CERN, замовлення було виконано блискуче.

Дізнавшись вперше про існування LHC, захоплюючись його розмірами, дивуючись незрозумілості та практичної марності його завдань, читач, як правило, ставить питання: а навіщо взагалі потрібний цей LHC?

У цьому питанні є одразу кілька аспектів. Навіщо людям взагалі потрібні ці елементарні частинки, навіщо витрачати стільки грошей на один експеримент, якою буде користь для науки від експериментів на LHC? Тут я спробую дати відповіді, нехай короткі та суб'єктивні, на ці запитання.

Навіщо суспільству потрібна фундаментальна наука?

Почну з аналогії. Для первісної людини зв'язування бананів має очевидну користь - їх можна з'їсти. Гострий ніж також корисний практично. А ось електродриль з його погляду - безглузда річ: її не можна з'їсти, з неї не можна отримати якусь іншу безпосередню користь. Думаючи виключно про задоволення нагальних потреб, він не зможе зрозуміти цінність цього агрегату; він просто не знає, що бувають ситуації, в яких електродриль виявляється надзвичайно корисним.

Відношення більшої частини суспільства до фундаментальної науки – приблизно таке саме. Тільки на додачу людина в сучасному суспільствівже користується величезною кількістю досягнень фундаментальної науки, не замислюючись про це.

Так, люди, звичайно, визнають, що високі технологіїроблять життя комфортнішим. Але при цьому вони неявно вважають, що ці технології - результат чисто прикладних розробок. А ось це – велика помилка. Потрібно чітко розуміти, що перед практичною наукою регулярно постають завдання, які вона сама вирішити просто не в змозі- ні за допомогою накопиченого практичного досвіду, ні через прозріння винахідників-раціоналізаторів, ні методом спроб та помилок. Проте вони вирішуються за допомогою фундаментальної науки. Скажімо, ті властивості речовини, які нещодавно здавалися абсолютно марними, раптом відкривають можливість для створення нових пристроїв або матеріалів з несподіваними можливостями. Або ж раптом виявляється глибока паралель між якимись складними об'єктами із суто прикладної та з фундаментальної науки, і тоді абстрактні наукові результати вдається використати на практиці.

Загалом, фундаментальна наука - це основа технологій у довгостроковій перспективі, технологій, які розуміються у найширшому значенні. І якщо якісь невеликі вдосконалення існуючих технологій можна зробити, обмежуючись суто прикладними дослідженнями, то створити нові технології – і з їхньою допомогою долати нові проблеми, які регулярно постають перед суспільством! - Можна лише спираючись на фундаментальну науку.

Знову ж таки, вдаючись до аналогій, можна сказати, що намагатися розвивати науку, орієнтуючись тількина негайну практичну користь - це ніби грати у футбол, стрибаючи виключно на одній нозі. І те, й інше, в принципі, можна собі уявити, але у довгостроковій перспективі ефективність від обох занять майже нульова.

Чому фундаментальною наукою займаються вчені?

До речі, варто наголосити, що більшість учених займається наукою зовсім не тому, що це може виявитися корисним для суспільства. Люди займаються наукою, бо це дуже цікаво. Навіть коли просто вивчаєш відкриті кимось закони або побудовані кимось теорії, це вже «лоскоче мізки» і приносить величезне задоволення. А ті рідкісні моменти, коли вдається самому відкрити якусь нову грань нашого світу, завдають дуже сильних переживань.

Ці відчуття віддалено нагадують почуття, що виникають під час читання детектива: автор побудував перед тобою загадку, а ти намагаєшся розгадати її, намагаючись побачити в описуваних фактах прихований, взаємопов'язаний зміст. Але якщо детективі глибина і стрункість загадки обмежені фантазією автора, то фантазія природи виглядає поки необмеженої, та її загадки - багаторівневими. І ці загадки не вигадані кимось штучно, вони справжні, вони довкола нас. Ось ученим і хочеться впоратися хоч би зі шматочком цієї вселенської головоломки, піднятися ще на один рівень розуміння.

Кому потрібні елементарні частки?

Добре, припустимо, фундаментальною наукою справді варто займатися, раз вона через кілька десятків років зможе привести до конкретних практичних здобутків. Тоді давайте вивчатимемо фундаментальне матеріалознавство, маніпулюватимемо окремими атомами, розвиватимемо нові методики діагностики речовин, повчимося розраховувати складні хімічні реакціїна молекулярному рівні. Можна легко повірити в те, що через десятки років все це призведе до нових практичних програм.

Але важко уявити, яка в принципі може бути конкретна практична користь від топ-кварків або від хіггсовського бозона. Швидше за все взагалі ніякої. Тоді який толк у розвитку фізики елементарних частинок?

Товк величезний, і полягає він ось у чому.

Фізичні явища найефективніше описуються мовою математики. Цю ситуацію зазвичай називають дивовижною (знамените есе Ю. Вігнера про «незбагненну ефективність математики»), але тут є й інший, не менш сильний привід для подиву. Вся запаморочлива різноманітність явищ, що відбуваються в нашому світі, описується лише дуже невеликою кількістю математичних моделей. Усвідомлення цієї разючої, зовсім не очевидної якості нашого світу - одне з самих важливих відкриттіву фізиці.

Поки знання обмежуються лише «повсякденною» фізикою, ця тенденція може залишатися непомітною, але чим глибше знайомишся із сучасною фізикою, тим яскравішою і заворожливою виглядає ця «математична економність» природи. Явище надпровідності та хіггсовський механізм виникнення мас елементарних частинок, електрони у графені та безмасові елементарні частинки, рідкий гелій та нутрощі нейтронних зірок, теорія гравітації в багатовимірному просторіі надхолодна хмара атомів - ось лише деякі пари різних природних явищз напрочуд схожим математичним описом. Хочемо ми чи ні, але цей зв'язок між різними фізичними явищами через математику - це також закон природи, І їм не можна нехтувати! Це корисний урок для тих, хто намагається міркувати про фізичні явища, спираючись лише на їхню «природну сутність».

Аналогії між об'єктами з різних областей фізики можуть бути глибокими чи поверхневими, точними чи приблизними. Але завдяки всій цій мережі математичних аналогій наука фізика постає як багатогранна, але цілісна дисципліна. Фізика елементарних частинок - це одна з її граней, яка через розвиток математичного формалізму міцно пов'язана з багатьма «практичнішими» областями фізики, та й природничих наук загалом.

Тому, хто знає, можливо, вивчаючи теорію гравітації, ми зрештою прийдемо до розуміння турбулентності, розвиток методів квантової теоріїполя дозволить по-іншому подивитись генетичну еволюцію, а експерименти з вивчення пристрою протона відкриють нам нові можливості створення матеріалів з екзотичними властивостями.

До речі, іноді у відповідь питання користь фізики елементарних частинок починають перераховувати ті конкретні методики і прилади, які з'явилися побічним результатом вивчення елементарних частинок. Їх уже чимало: адронна терапія ракових пухлин, позитронно-емісійна томографія, мюонна хімія, цифрові малодозні рентгенівські установки, найрізноманітніші застосування синхротронного випромінювання плюс ще кілька методик у процесі розробки. Це все правильно, але треба розуміти, що це побічна, а не головна користь від фізики елементарних частинок.

Навіщо треба вивчати нестабільні частки?

Навколишній світ складається з частинок трьох типів: протонів, нейтронів, електронів. Здавалося б, якщо ми хочемо знати будову нашого світу, давайте вивчати лише ці частинки. Кому цікаві частки, що живуть миті, а потім знову розпадаються? Яке відношення ці частинки мають до нашомумікросвіту?

Причин тут дві.

По-перше, багато хто з цих нестабільних частинок безпосередньо впливають на властивості та поведінку наших звичайних частинок - і це, до речі, одне з важливих відкриттів у фізиці частинок. Виявляється, ці нестабільні частинки насправді присутніу нашому світі, але не у вигляді самостійних об'єктів, а у вигляді «деякого» хмарини, що огортає кожну звичайну частинку. І те, як звичайні частинки взаємодіють один з одним, залежить не тільки від них самих, а й від навколишніх «хмарків». Ці хмарки породжують ядерні сили, Що зв'язують протони і нейтрони в ядра, вони змушують розпадатися вільний нейтрон, вони наділяють звичайні частки масою та іншими властивостями.

Ці нестабільні частки - невидима, але зовсім невід'ємна частина нашого світу, що змушує його крутитись, працювати, жити.

Друга причина також цілком зрозуміла. Якщо вам треба розібратися з пристроєм або принципом роботи якоїсь дуже складної речі, ваше завдання стане набагато простіше, якщо вам дозволять якось змінювати, перебудовувати цю річ. Власне, цим і займаються відладники (не важливо чого: техніки, програмного коду тощо) - вони дивляться, що зміниться, якщо зробити так, повернути так.

Екзотичні для нашого світу елементарні частинки - це теж ніби звичайні частинки, у яких « щось повернуто не так». Вивчаючи всі ці частинки, порівнюючи їх один з одним, можна дізнатися про «наші» частинки набагато більше, ніж в експериментах тільки з протонами та електронами. Так вже влаштована природа - властивості різних частинок виявляються глибоко пов'язані один з одним!

Навіщо потрібні такі великі прискорювачі?

Прискорювач - це мікроскоп, і для того, щоб розглянути пристрій частинок на дуже малих масштабах, потрібно збільшувати «зоркість» мікроскопа. Гранична роздільна здатність мікроскопів визначається довжиною хвилі частинок, що використовуються для «освітлення» мішені - фотони, електрони або протони. Згідно з квантовими законами, зменшити довжину хвилі квантової частки можна шляхом збільшення її енергії. Тому й будуються прискорювачі на максимально досяжну енергію.

У кільцевих прискорювачах частки літають по колу та утримуються на цій траєкторії магнітним полем потужних надпровідних магнітів. Чим більша енергія частинок - тим більше потрібно магнітне поле при постійному радіусі або тим більшим має бути радіус при постійному магнітному полі. Збільшувати силу магнітного полядуже важко з фізичної та інженерної точки зору, тому доводиться збільшувати розміри прискорювача.

Втім, фізики зараз працюють над новими, набагато ефективнішими методиками прискорення елементарних частинок (див., наприклад, новина. Перше застосування лазерних прискорювачів буде медичним). Якщо ці методи виправдають свої очікування, то в майбутньому максимально досяжна енергія часток зможе збільшитися за тих же розмірів прискорювачів. Проте орієнтуватися тут можна лише терміном у кілька десятків років.

Але не варто думати, що гігантські прискорювачі – це єдина зброя експериментальної фізики елементарних частинок. Є й «другий фронт» – експерименти з меншою енергією, але з дуже високою чутливістю. Тут прикладом можуть бути так звані b-фабрики BaBar у Стенфорді та Belle у Японії. Це електрон-позитронні колайдери зі скромною енергією (близько 10 ГеВ), але з дуже високою світністю. На цих колайдерах народжуються B-мезони, причому в таких великих кількостях, що вдається вивчити надзвичайно рідкісні їхні розпади та помітити прояв різноманітних тонких ефектів. Ці ефекти можуть бути викликані новими явищами, які вивчаються (щоправда, з іншого погляду) і LHC. Тому такі експерименти такі ж важливі, як і експерименти на колайдерах високих енергій.

Для чого потрібні такі дорогі експерименти?

Насправді, якщо глянути на ситуацію реалістично, то альтернатива LHC полягала не в тому, щоб пустити. ці жгроші на якусь «практично корисну» діяльність, а в тому, щоби провести на них ще кілька десятків експериментів з фізики елементарних частинок, але середнього масштабу.

Логіка тут зовсім прозора. Уряди більшості країн розуміють, що деяку частку бюджету необхідно витрачати на фундаментальні наукові дослідження- від цього залежить майбутнє країни. Ця частка, до речі, не така вже й велика, близько 2-3% (для порівняння, військові витрати становлять, як правило, десятки відсотків). Витрати фундаментальну науку виділяються, зрозуміло, над шкоду іншим статтям бюджету. Держави витрачають гроші і на охорону здоров'я, і на соціальні проекти, і на розвиток технологій із конкретними практичними застосуваннями, і на благодійність, і на допомогу голодуючим Африки і т. д. «Наукові» гроші – це окремий рядок бюджету, і ці гроші свідомо спрямовані на розвиток науки.

Як це фінансування розподіляється між різними науковими дисциплінами, залежить від конкретної країни. Значна частина йде у біомедичні дослідження, частина - у дослідження клімату, у фізику конденсованих середовищ, астрофізику тощо. буд. Своя частка йде й у фізику елементарних частинок.

Типовий річний бюджет експериментальної фізики елементарних частинок, підсумований по всіх країнах, - близько кількох мільярдів доларів (див., наприклад, дані щодо США). Більшість цих грошей витрачається на численні експерименти невеликого масштабу, яких поставлено в останні рокиблизько сотні, причому вони фінансуються лише на рівні окремих інститутів чи поодиноких випадках - країн. Однак досвід останніх десятиліть показав, що якщо об'єднати хоча б частину грошей, що виділяються на ФЕЧ у багатьох країнах, в результаті може вийти експеримент, наукова цінність якого набагато перевершить сумарну цінність дрібних розрізнених експериментів.

Мабуть, усьому світу відома грандіозна наукова споруда Європи – Великий адронний колайдер, збудований неподалік швейцарського міста Женева.

Перед його запуском було чимало панічних чуток про майбутній кінець світу і про те, що установка завдасть непоправної шкоди екології Швейцарії. Однак роки йдуть, колайдер працює, а світ залишається тим самим. Навіщо ж збудували таку величезну і дорогу конструкцію? Давайте розберемося.

Що таке Великий адронний колайдер?

У конструкції Великого адронного колайдера, або ВАК, немає нічого містичного. Це лише прискорювач заряджених елементарних частинок, який необхідний для розгону важких частинок та вивчення продуктів, що утворюються при їх зіткненні з іншими частинками.

У всьому світі існує більше десятка аналогічних установок, серед них – російські прискорювачі в підмосковній Дубні та в Новосибірську. ВАК був вперше запущений у 2008 році, але через аварію, що трапилася незабаром, довгий час працював на невисокій енергетичній потужності, і лише з 2015 року стала можливою експлуатація установки на розрахункових потужностях.

Як і практично всі подібні установки, ВАК є тунелем, прокладеним у вигляді кільця. Він знаходиться на глибині приблизно 100 метрів на кордоні між Францією та Швейцарією. Строго кажучи, до системи ВАК входить дві установки, одна меншого, інша більшого діаметра. Довжина великого тунелю перевищує розміри всіх інших прискорювачів, що існують сьогодні, і становить 25,5 кілометрів, через що колайдер отримав назву Великого.

Навіщо побудований коллайдер?

Сучасним фізикам вдалося розробити теоретичну модель, що поєднує три фундаментальні взаємодії з чотирьох існуючих і названу Стандартною моделлю (СМ). Однак вона поки не може вважатися всеосяжною теорією будови світу, оскільки практично недослідженою залишається область, названа вченими теорією квантової гравітації та описує гравітаційну взаємодію. Провідну роль у ньому, згідно з теорією, повинен відігравати механізм утворення маси часток, названий бозоном Хіггса.

Вчені всього світу сподіваються, що дослідження, які проводяться на ВАК, дозволять вивчити властивості бозона Хіггса експериментальним шляхом. Крім того, неабиякий інтерес представляє вивчення кварків – так називаються елементарні частинки, що утворюють адрони (через них колайдер названий адронним).

Як функціонує ВАК?

Як уже сказано, ВАК являє собою круглий тунель, що складається з основного та допоміжного кілець. Стінки тунелю складені з безлічі найпотужніших електромагнітів, які генерують поле, що прискорює мікрочастинки. Початковий розгін відбувається у допоміжному тунелі, але необхідну швидкість частинки набирають в основному кільці, після чого частинки, що несуться назустріч, стикаються, а результат їх зіткнення фіксують високочутливі прилади.

Внаслідок численних експериментів у липні 2012 року керівництво ЦЕРН (Європейської ради ядерних досліджень) оголосило про те, що експерименти дозволили виявити бозон Хіггса. В даний час продовжується вивчення цього явища, так як багато його властивостей відрізняються від передбачених в теорії.

Для чого людям потрібен ВАК?

Витрати на будівництво ВАК склали, за різними даними, понад 6 млрд. доларів США. Сума стає набагато більшою, якщо згадати щорічні витрати на експлуатацію установки. Для чого потрібно нести такі суттєві витрати, яку користь принесе колайдер звичайним людям?

Дослідження, які заплановані і вже відбуваються на ВАК, у перспективі можуть відкрити людям доступ до дешевої енергії, яку можна буде отримувати буквально з повітря. Це буде, мабуть, найбільш грандіозна науково-технічна революція в історії людства. Крім того, розібравшись у механізмі бозона Хіггса, люди, можливо, отримають владу над силою, яка поки що залишається повністю непідконтрольною людям – над гравітацією.

Безумовно, відкриття, які будуть зроблені за допомогою Великого адронного колайдера, не дозволять нам завтра опанувати технологію перетворення речовини в енергію або створити антигравітаційний літальний апарат – практичні результати очікуються лише у віддаленому майбутньому. Проте експерименти дозволять зробити ще кілька невеликих кроків до розуміння суті будови Всесвіту.