Большой Адронный Коллайдер Что? Зачем и почему?

БАК или Large Hadron Collider Большой длина кольца - 27 км Почему Адронный? Почему Коллайдер?

Из чего все состоит? м H2OH2O Водород Кислород Ядрo Электрон Капля воды содержит около молекул H 2 O Размер ядра примерно м Если диаметр протона был бы 10 см, то размер атома составил бы 10 км! Электромагнитное взаимодействие удерживает ядро и электроны в атоме. Нейтрон Протон

Что там внутри протона? Кварки и глюоны - элементарные частицы, размеры которых < м. Сильное взаимодействие удерживает кварки в протоне (глюоны «склеивают» кварки вместе). Адроны частицы, составленные из кварков и подверженные сильному взаимодействию. Почему адронный?

Стандартная Модель Описывает взаимодействия частиц: сильное слабое (распады) электромагнитное Частицы материиПереносчики взаимодействия Античастицы (антиматерия)! электрон e- и позитрон e+ В основе модели лежит принцип симметрии! Почему три поколения?

Стандартная Модель Описывает взаимодействия частиц: сильное слабое (распады) электромагнитное Прекрасно подтверждается многими экспериментами! Были предсказаны теоретически!

Стандартная Модель Но…. Есть еще ряд открытых вопросов! Откуда у частиц массы? Почему они такие разные?Механизм Хиггса? Куда делаcь вся антиматерия? Гравитация? ….

Как изучают элементарные частицы? Оптический микроскоп? увеличение в 10 3 раз (предел ~ 200 нм) Как уменьшить длину волны?

Как изучают элементарные частицы? Электронный микроскоп? (дуализм волна-частица) увеличение в 10 6 раз Маловато... Квантовая механика!

Как изучают элементарные частицы? Чтобы уменьшить длину волны частиц, можно использовать ускорители! На больших энергиях при взаимодействии изучаемого образца с пучком заряженных частиц могут происходить удивительные вещи: Рождение новых частиц! E = mc 2

Единицы измерения в физикe высоких энергий 1 эВ (электронвольт) энергия, приобретаемая электроном при прохождении разности потенциалов в 1 вольт. 1 эВ = 1,6 · Дж В физике элементарных частиц обычно используют МэВ'ы (10 6 эВ), ГэВ'ы (10 9 эВ) и даже ТэВ'ы (10 12 эВ) А есть ли ускоритель у Вас дома? В электронно-лучевой трубке телевизора электроны разгоняются до энергий (всего:) 25 кэВ (1 кЭв = 10 3 эВ).

Большой адронный коллайдер Комплекс ускорителей, способный разогнать протоны до энергий 7 ТэВ Энергия насекомого весом 60 мг, летящего со скоростью 20 см/c! В БАК протоны летят в виде сгустков, содержащих около 1.1· частиц Энергия сгустка сравнима с кинетической энергией мотоцикла весом 150 кг, летящего по дороге со скоростью 150 км/ч!

Большой адронный коллайдер Циклический ускоритель на встречных пучках Магнитное поле держит пучок на орбите Электрическое поле разгоняет частицы d = 7.5 м

Большой адронный коллайдер Энергия, выделяемая при лобовом столкновения двух пучков с энергией E пучок, равна сумме энергий пучков E = 2 E пучок. При столкновении пучка с неподвижной мишенью нам доступны меньшие энергии. Энергия, выделяемая при столкновении идет на рождение новых частиц! Почему коллайдер?

Большой адронный коллайдер Хотя в пучке около 3000 сгустков, а в сгустке около 100 миллиардов протонов, столкновения между ними также маловероятны, как и попадание одной иголки в другую с расстояния 10 км. Лишь 20 частиц из 200 миллиардов столкнутся! Столкновение - событие. Что именно произойдет при столкновении - никто не знает! Однако, проследив за большим количеством событий, мы обнаружим, что некоторые события возникают чаще других. Задача физика-теоретика предсказать вероятность (частоту) возникновения того или иного события.

Детекторы При столкновениях протонов рождаются новые частицы. Чтобы понять, что именно произошло, необходимо проследить за ними и измерить их энергию и импульс. Этим занимаются различные детекторы

Детекторы Трекеры следят за траекторией частицы, стараясь ee не беспокоить Калориметры измеряют энергию, полностью останавливая частицу. Интрига в том, что не все частицы оставляют след в детекторе! Кроме того, частицы могут распадаться! Восстановление события похоже на детективное расследование!

Схема БАК Четыре основных эксперимента Четыре детектора Два специализированных ALICE LHCb Два детектора общего назначения ATLASCMS

ATLAS Длина 46 м Диаметр 25 м Вес 7000 т

CMS Длина 22 м Диаметр 15 м Вес т

Зачем нужен БАК физикам? Проверить механизм возникновения массы у элементарных частиц. Поле ХиггсаЭлементарная частицы Теперь ей трудно двигаться (ускоряться)Найти бозон Хиггса!

Найди хиггс?! Смоделированное событие: Распад бозона Хигсса на два электрона (желтые короткие треки) и два мюона (оранжевые длинные) Игра «Поймай хиггс»

Зачем еще нужен БАК? Новая симметрия (суперсимметрия)? Дополнительные пространственные измерения? Кварк-глюонная плазма?...

БАК и «народное хозяйство» Сооружение БАК потребовало совершенно новых технологических решений (изготовление магнитов, фокусировка пучка, криогенная техника). Необходимость хранения и обработки огромного объема информации ( DVD в год) привело к разработке новых информационных технологий (ГРИД)

Заключение Большой адронный коллайдер уникальный прибор, построенный совместными усилиями огромного коллектива людей со всего мира. Ускоритель должен прояснить фундаментальные вопросы физики высоких энергий и дать новый импульс для ее развития.

Заключение Добро пожаловать в физику высоких энергий! Спасибо за внимание!

Дополнительная информация (отличная подборка информации, составленная И. Ивановым) (официальный сайт LHC) (интересный сайт с эмулятором LHC) /

Дополнительные слайды

Зачем нужен БАК физикам? Найти новую симметрию природы суперсимметрию! Частицы СМ Суперпартнеры Объединение взаимодействий при высоких энергиях! Решение проблемы нехватки массы во Вселенной легчайший суперпартнер! Удивительная связь между «макро» и «микромиром».

Зачем нужен БАК физикам? Дополнительные измерения?

Что нового хотим найти? Исследовать новое состояние вещества кварк- глюонную плазму, возникающую при столкновении сильно разогнанных ядер свинца. Согласно модели Большого Взрыва в таком состоянии было вещество через секунды после Большого Взрыва. Газ адроновГаз кварков