Ο επιταχυντής στη Ρωσία επιταχύνει τα σωματίδια στις συγκρουόμενες δέσμες (συγκρουστήρας από τη λέξη συγκρούονται, σε μετάφραση - για να συγκρούονται). Χρειάζεται για να μελετηθούν τα προϊόντα πρόσκρουσης αυτών των σωματιδίων μεταξύ τους, έτσι ώστε οι επιστήμονες να μεταδώσουν ισχυρή κινητική ενέργεια στα στοιχειώδη σωματίδια της ύλης. Αντιμετωπίζουν επίσης τη σύγκρουση αυτών των σωματιδίων, κατευθύνοντάς τα το ένα εναντίον του άλλου.
Ιστορία της Δημιουργίας
Υπάρχουν διάφοροι τύποι επιταχυντών: κυκλικοί (για παράδειγμα, LHC - Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων στο Ευρωπαϊκό CERN), γραμμικοί (προβάλλονται από την ILC).
Θεωρητικά, η ιδέα να χρησιμοποιηθεί η σύγκρουση δοκών εμφανίστηκε πριν από μερικές δεκαετίες. Ο Wideröe Rolf, ένας φυσικός από τη Νορβηγία, έλαβε δίπλωμα ευρεσιτεχνίας στη Γερμανία το 1943 για την ιδέα των συγκρουόμενων ακτίνων. Δεν δημοσιεύτηκε παρά μόνο δέκα χρόνια αργότερα.
Το 1956, ο Ντόναλντ Κερστ έκανε μια πρόταση να χρησιμοποιηθεί η σύγκρουση δεσμών πρωτονίων για να μελετήσει τη σωματιδιακή φυσική. Ενώ ο Gerard O'Neill σκέφτηκε να εκμεταλλευτεί το συσσωρευτικόδαχτυλίδια για να λαμβάνετε έντονες δοκούς.
Ενεργές εργασίες για το έργο για τη δημιουργία ενός επιταχυντή ξεκίνησαν ταυτόχρονα στην Ιταλία, τη Σοβιετική Ένωση και τις Ηνωμένες Πολιτείες (Frascati, INP, SLAC). Ο πρώτος επιταχυντής που εκτοξεύτηκε ήταν ο επιταχυντής ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων AdA, που κατασκευάστηκε από τον Tushekavo Frascati.
Ταυτόχρονα, το πρώτο αποτέλεσμα δημοσιεύτηκε μόλις ένα χρόνο αργότερα (το 1966), σε σύγκριση με τα αποτελέσματα της παρατήρησης της ελαστικής σκέδασης ηλεκτρονίων στο VEP-1 (1965, ΕΣΣΔ).
Επιταχυντής Αδρονίων Ντούμπνα
Το VEP-1 (συγκρουόμενες δέσμες ηλεκτρονίων) είναι μια μηχανή που δημιουργήθηκε υπό τη σαφή καθοδήγηση του G. I. Budker. Λίγο καιρό αργότερα, οι δοκοί αποκτήθηκαν στο γκάζι στις Ηνωμένες Πολιτείες. Και οι τρεις αυτοί επιταχυντές ήταν δοκιμαστικοί, χρησίμευσαν για να αποδείξουν τη δυνατότητα μελέτης της φυσικής στοιχειωδών σωματιδίων χρησιμοποιώντας τους.
Ο πρώτος επιταχυντής αδρονίων είναι το ISR, το σύγχροτρο πρωτονίων, που εκτοξεύτηκε το 1971 από το CERN. Η ενεργειακή του ισχύς ήταν 32 GeV στη δέσμη. Ήταν ο μόνος λειτουργικός γραμμικός επιταχυντής στη δεκαετία του '90.
Μετά την κυκλοφορία
Ένα νέο συγκρότημα επιτάχυνσης δημιουργείται στη Ρωσία, με βάση το Κοινό Ινστιτούτο Πυρηνικής Έρευνας. Ονομάζεται NICA - Εγκατάσταση επιταχυντή ιόντων με βάση το Nuclotron και βρίσκεται στη Ντούμπνα. Σκοπός του κτιρίου είναι να μελετήσει και να ανακαλύψει νέες ιδιότητες της πυκνής ύλης των βαρυονίων.
Μετά την εκκίνηση του μηχανήματος, επιστήμονες από το Κοινό Ινστιτούτο Πυρηνικής Έρευνας στοΗ Ντούμπνα κοντά στη Μόσχα θα είναι σε θέση να δημιουργήσει μια συγκεκριμένη κατάσταση της ύλης, που ήταν το Σύμπαν στις πρώτες του στιγμές μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Αυτή η ουσία ονομάζεται πλάσμα κουάρκ-γλουονίου (QGP).
Η κατασκευή του συγκροτήματος σε μια ευαίσθητη εγκατάσταση ξεκίνησε το 2013 και η εκτόξευση έχει προγραμματιστεί για το 2020.
Κύριες εργασίες
Ειδικά για την Ημέρα της Επιστήμης στη Ρωσία, το προσωπικό του JINR ετοίμασε υλικό για εκπαιδευτικές εκδηλώσεις που προορίζονται για μαθητές. Το θέμα ονομάζεται "NICA - Το Σύμπαν στο Εργαστήριο". Η ακολουθία βίντεο με τη συμμετοχή του ακαδημαϊκού Γκριγκόρι Βλαντιμίροβιτς Τρούμπνικοφ θα μιλήσει για μελλοντική έρευνα που θα διεξαχθεί στον Επιταχυντή Αδρονίων στη Ρωσία σε μια κοινότητα με άλλους επιστήμονες από όλο τον κόσμο.
Το πιο σημαντικό καθήκον που αντιμετωπίζουν οι ερευνητές σε αυτόν τον τομέα είναι να μελετήσουν τους ακόλουθους τομείς:
- Ιδιότητες και συναρτήσεις στενών αλληλεπιδράσεων των στοιχειωδών συστατικών του καθιερωμένου μοντέλου φυσικής σωματιδίων μεταξύ τους, δηλαδή η μελέτη των κουάρκ και των γλουονίων.
- Εύρεση σημείων μετάβασης φάσης μεταξύ QGP και αδρονικής ύλης, καθώς και αναζήτηση για προηγουμένως άγνωστες καταστάσεις βαρυονικής ύλης.
- Εργασία με τις βασικές ιδιότητες των στενών αλληλεπιδράσεων και της συμμετρίας QGP.
Σημαντικός εξοπλισμός
Η ουσία του επιταχυντή αδρονίων στο σύμπλεγμα NICA είναι να παρέχει ένα μεγάλο φάσμα δέσμης: από πρωτόνια και δευτερόνια, έως δέσμες που αποτελούνται από πολύ βαρύτερα ιόντα, όπως ο πυρήνας του χρυσού.
Βαρέα ιόντα θα επιταχυνθούν σε ενεργειακές καταστάσεις έως και 4,5 GeV/νουκλεόνιο και πρωτόνια - έως δώδεκα και μισό. Η καρδιά του επιταχυντή στη Ρωσία είναι ο επιταχυντής Nuclotron, ο οποίος λειτουργεί από το ενενήντα τρίτο έτος του περασμένου αιώνα, αλλά έχει επιταχυνθεί σημαντικά.
Ο επιταχυντής NICA παρείχε διάφορους τρόπους αλληλεπίδρασης. Το ένα για να μελετήσει πώς βαριά ιόντα συγκρούονται με τον ανιχνευτή MPD και το άλλο για τη διεξαγωγή πειραμάτων με πολωμένες δέσμες στην εγκατάσταση SPD.
Ολοκλήρωση κατασκευής
Σημειώθηκε ότι στο πρώτο πείραμα συμμετέχουν επιστήμονες από χώρες όπως οι ΗΠΑ, η Γερμανία, η Γαλλία, το Ισραήλ και φυσικά η Ρωσία. Επί του παρόντος βρίσκονται σε εξέλιξη εργασίες στο NICA για την εγκατάσταση και τη θέση μεμονωμένων εξαρτημάτων σε ενεργή κατάσταση λειτουργίας.
Το κτίριο για τον επιταχυντή αδρονίων θα ολοκληρωθεί το 2019 και η εγκατάσταση του ίδιου του επιταχυντή θα πραγματοποιηθεί το 2020. Την ίδια χρονιά θα ξεκινήσουν οι ερευνητικές εργασίες για τη μελέτη της σύγκρουσης βαρέων ιόντων. Ολόκληρη η συσκευή θα είναι πλήρως λειτουργική το 2023.
Ο επιταχυντής στη Ρωσία είναι μόνο ένα από τα έξι έργα στη χώρα μας που έχουν βραβευτεί με την κατηγορία megascience. Το 2017, η κυβέρνηση διέθεσε σχεδόν τέσσερα δισεκατομμύρια ρούβλια για την κατασκευή αυτού του μηχανήματος. Το κόστος της βασικής κατασκευής του μηχανήματος υπολογίστηκε από τους ειδικούς σε είκοσι επτά και μισό δισεκατομμύρια ρούβλια.
Νέα εποχή
Ο Vladimir Kekelidze, διευθυντής φυσικών στο εργαστήριο υψηλής ενέργειας JINR, πιστεύει ότι το έργο επιταχυντή στη Ρωσία θα δώσει στη χώρα την ευκαιρία να ανέβει στο υψηλότεροθέσεις στη φυσική υψηλής ενέργειας.
Πρόσφατα, ανακαλύφθηκαν ίχνη «νέας φυσικής», τα οποία διορθώθηκαν από τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων και ξεπερνούν το Καθιερωμένο Μοντέλο του μικρόκοσμού μας. Δηλώθηκε ότι η "νέα φυσική" που ανακαλύφθηκε πρόσφατα δεν θα παρενέβαινε στη λειτουργία του επιταχυντή.
Σε μια συνέντευξη, ο Vladimir Kekelidze εξήγησε ότι αυτές οι ανακαλύψεις δεν θα απαξίωναν το έργο της NICA, καθώς το ίδιο το έργο δημιουργήθηκε κυρίως για να κατανοήσει ακριβώς πώς έμοιαζαν οι πρώτες στιγμές της γέννησης του Σύμπαντος και επίσης ποιες προϋποθέσεις για έρευνα, οι οποίες είναι διαθέσιμες στο Dubna, δεν υπάρχουν πουθενά αλλού στον κόσμο.
Είπε επίσης ότι οι επιστήμονες του JINR κατακτούν νέες πτυχές της επιστήμης, στις οποίες είναι αποφασισμένοι να λάβουν ηγετική θέση. Ότι έρχεται μια εποχή που όχι μόνο δημιουργείται ένας νέος επιταχυντής, αλλά μια νέα εποχή στην ανάπτυξη της φυσικής υψηλής ενέργειας για τη χώρα μας.
Διεθνές έργο
Σύμφωνα με τον ίδιο σκηνοθέτη, οι εργασίες στο NICA, όπου βρίσκεται ο Επιταχυντής Αδρονίων, θα είναι διεθνείς. Επειδή η έρευνα της φυσικής υψηλής ενέργειας στην εποχή μας διεξάγεται από ολόκληρες επιστημονικές ομάδες, οι οποίες αποτελούνται από ανθρώπους από διάφορες χώρες.
Εργαζόμενοι από είκοσι τέσσερις χώρες του κόσμου έχουν ήδη λάβει μέρος στις εργασίες για αυτό το έργο σε μια ασφαλή εγκατάσταση. Και το κόστος αυτού του θαύματος είναι, σύμφωνα με κατά προσέγγιση υπολογισμούς, πεντακόσια σαράντα πέντε εκατομμύρια δολάρια.
Ο νέος επιταχυντής θα βοηθήσει επίσης τους επιστήμονες να διεξάγουν έρευνα στους τομείς της νέας ύλης, της επιστήμης των υλικών, της ραδιοβιολογίας, της ηλεκτρονικής, της θεραπείας με ακτίνες και της ιατρικής. ΕκτόςΕπιπλέον, όλα αυτά θα ωφελήσουν τα προγράμματα της Roscosmos, καθώς και την επεξεργασία και διάθεση ραδιενεργών αποβλήτων και τη δημιουργία των πιο πρόσφατων πηγών κρυογονικής τεχνολογίας και ενέργειας που θα είναι ασφαλείς στη χρήση.
Μποζόνιο Χιγκς
Το μποζόνιο Higgs είναι τα λεγόμενα κβαντικά πεδία Higgs, τα οποία εμφανίζονται αναγκαστικά στη φυσική, ή μάλλον, στο τυπικό μοντέλο στοιχειωδών σωματιδίων του, ως συνέπεια του μηχανισμού Higgs της απρόβλεπτης διάρρηξης της ηλεκτροασθενούς συμμετρίας. Η ανακάλυψή του ήταν η ολοκλήρωση του τυπικού μοντέλου.
Στο πλαίσιο του ίδιου μοντέλου, είναι υπεύθυνο για την αδράνεια της μάζας των στοιχειωδών σωματιδίων - μποζονίων. Το πεδίο Higgs βοηθά να εξηγηθεί η εμφάνιση μιας αδρανειακής μάζας σε σωματίδια, δηλαδή φορείς της ασθενής αλληλεπίδρασης, καθώς και η απουσία μάζας στον φορέα - ένα σωματίδιο ισχυρής αλληλεπίδρασης και ηλεκτρομαγνητικής (γκλουόνιο και φωτόνιο). Το μποζόνιο Higgs στη δομή του αποκαλύπτεται ως βαθμωτό σωματίδιο. Έτσι, έχει μηδενικό σπιν.
Άνοιγμα πεδίου
Αυτό το μποζόνιο αξιωματοποιήθηκε το 1964 από έναν Βρετανό φυσικό ονόματι Peter Higgs. Όλος ο κόσμος έμαθε για την ανακάλυψή του διαβάζοντας τα άρθρα του. Και μετά από σχεδόν πενήντα χρόνια αναζήτησης, δηλαδή το 2012, στις 4 Ιουλίου, ανακαλύφθηκε ένα σωματίδιο που ταιριάζει σε αυτόν τον ρόλο. Ανακαλύφθηκε ως αποτέλεσμα έρευνας στο LHC και η μάζα του είναι περίπου 125-126 GeV/c².
Το να πιστεύουμε ότι αυτό το συγκεκριμένο σωματίδιο είναι το ίδιο μποζόνιο Higgs, βοηθάει πολύ καλούς λόγους. Το 2013, τον Μάρτιο, διάφοροι ερευνητές από το CERNανέφερε ότι το σωματίδιο που βρέθηκε πριν από έξι μήνες είναι στην πραγματικότητα το μποζόνιο Higgs.
Το ενημερωμένο μοντέλο, που περιλαμβάνει αυτό το σωματίδιο, κατέστησε δυνατή την κατασκευή μιας κβαντικής επανακανονικοποιήσιμης θεωρίας πεδίου. Και ένα χρόνο αργότερα, τον Απρίλιο, η ομάδα CMS ανέφερε ότι το μποζόνιο Higgs είχε γεωγραφικό πλάτος διάσπασης μικρότερο από 22 MeV.
Ιδιότητες σωματιδίων
Ακριβώς όπως κάθε άλλο σωματίδιο από τον πίνακα, το μποζόνιο Higgs υπόκειται στη βαρύτητα. Έχει φορτίσεις χρώματος και ηλεκτρικής ενέργειας, καθώς και, όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, μηδενικό σπιν.
Υπάρχουν τέσσερα κύρια κανάλια για την εμφάνιση του μποζονίου Higgs:
- Μετά τη σύντηξη δύο γκλουονίων. Είναι ο κύριος.
- Όταν τα ζεύγη WW- ή ZZ- συγχωνεύονται.
- Με την προϋπόθεση να συνοδεύεται ένα μποζόνιο W ή Z.
- Με κορυφαία κουάρκ παρόντα.
Διασπάται σε ένα ζεύγος β-αντικουάρκ και β-κουάρκ, σε δύο ζεύγη ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων και/ή μιονίων-αντιμονίων με δύο νετρίνα.
Το 2017, στις αρχές Ιουλίου, σε μια διάσκεψη με τη συμμετοχή των EPS, ATLAS, HEP και CMS, δόθηκε ένα μήνυμα ότι επιτέλους είχαν αρχίσει να εμφανίζονται αξιοσημείωτες ενδείξεις ότι το μποζόνιο Higgs διασπάται σε ζεύγος β-κουάρκ-αντικουάρκ.
Νωρίτερα, δεν ήταν ρεαλιστικό να το δεις αυτό με τα μάτια σου στην πράξη, λόγω των δυσκολιών με τον διαχωρισμό της παραγωγής των ίδιων κουάρκ με διαφορετικό τρόπο από τις διαδικασίες στο παρασκήνιο. Το τυπικό φυσικό μοντέλο λέει ότι μια τέτοια αποσύνθεση είναι η πιο συχνή, δηλαδή σε περισσότερες από τις μισές περιπτώσεις. Άνοιξε τον Οκτώβριο του 2017αξιόπιστη παρατήρηση του σήματος αποσύνθεσης. Μια τέτοια δήλωση έγινε από το CMS και το ATLAS στα άρθρα τους που κυκλοφόρησαν.
Συνειδητότητα των μαζών
Το σωματίδιο που ανακάλυψε ο Χιγκς είναι τόσο σημαντικό που ο Λέον Λέντερμαν (βραβευμένος με Νόμπελ) το ονόμασε το σωματίδιο του Θεού στον τίτλο του βιβλίου του. Αν και ο ίδιος ο Leon Lederman, στην αρχική του εκδοχή, πρότεινε το "Devil Particle", αλλά οι συντάκτες απέρριψαν την πρότασή του.
Αυτό το επιπόλαιο όνομα χρησιμοποιείται ευρέως στα μέσα ενημέρωσης. Αν και πολλοί επιστήμονες δεν το εγκρίνουν αυτό. Πιστεύουν ότι το όνομα "μποζόνιο μπουκαλιού σαμπάνιας" θα ήταν πολύ πιο κατάλληλο, καθώς οι δυνατότητες του πεδίου Higgs μοιάζει με το κάτω μέρος αυτού του μπουκαλιού και το άνοιγμα του θα οδηγήσει σίγουρα στην πλήρη αποστράγγιση πολλών τέτοιων φιαλών.
