24 березня 2015

Большой украинский коллайдер: 8 фактов об ускорителе от ученого Геннадия Зиновьева

Несколько лет назад во время шумихи вокруг открытия бозона Хиггса о Большом адронном коллайдере не написали разве что в женских журналах. Но вчера в Киев совсем ненадолго приехал легендарный украинский ученый, доктор физико-математических наук, руководитель программ ЦЕРН – Геннадий Зиновьев, и прочел лекцию в рамках нового проекта о популярной науке Public Science. Мы внимательно послушали его и записали те факты о кварк-глюонной плазме, экспериментах с антивеществом и нежных руках ученых-харьковчанок, которых вы еще не знали.

 

Фотографія: Andrew Barash/Sergey Anashkevitch

 

 

Всего в Европейской организации по ядерным исследованиям ЦЕРН (по-французски Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire – CERN) работает около 2500 сотрудников, и более 8000 приглашенных ученых со всего мира. Не все из них постоянно сидят в ЦЕРНе, многие в основном работают в своих университетах, делают свое дело. Но, когда нужно, они могут приехать в ЦЕРН на заседание коллабораций и вместе выбрать путь, по которому пойдут исследования.

 

На установке Большого адронного коллайдера есть несколько коллабораций: ALICE, ATLAS, CMS, LHCb, LHCf, TOTEM и другие. Самая большая из них – ATLAS, в нее входит более 1,5 тыс. человек. Именно в экспериментах ATLAS и CMS был выявлен бозон Хиггса. По сути, на ЦЕРН сегодня работает весь мир. Свои ресурсы предоставляет и Австралия, и Южная Африка, и страны Южной Америки, и США. И даже Украина.

 

 

Большой адронный коллайдер – это кольцо-ускоритель, расположенное под землей на границе между Швейцарией и Францией, в районе Женевы. Французское правительство было настолько благосклонно к науке, что просто подарило этот кусок земли ученым. Сейчас ЦЕРН – это некое автономное государство, почти как Ватикан. Оно живет своей жизнью, управляется своим специальным советом, у него даже есть свой бюджет. Больше одного миллиарда швейцарских франков в год, между прочим. ЦЕРН – это уникальная организация мировой науки нового типа, где люди единым коллективом делают общее дело. При этом на коллайдере обеспечивают максимально хорошие условия работы и платят хорошие деньги.

 

 

Участие в ЦЕРН открывает ученым двери в Европу. Это значит, что вы готовы поделиться с мировым обществом какими-то достижениями, можете напрячь и приспособить к сотрудничеству свою индустрию. В 1954 году 29 сентября было ратифицировано 12 стран-участниц ЦЕРН. В итоге все страны бывшего социалистического лагеря, от Польши до Болгарии, вступили в организацию. Но оказалось, что у этих стран особенно и нечего предложить. Ни человеческих ресурсов, ни технологий, которые бы могли интересовать ЦЕРН, у них не было. А у Украины – было. Мы сильно задержались на этом пути, но в 2013-м году все-таки достигли того, чтобы ЦЕРН согласился сделать нас ассоциированным членом организации. Еще не полным, но уже ассоциированным.

 

 

Представители от Украины никогда не работали в ЦЕРНе в качестве постоянных сотрудников, у них не было долгосрочных контрактов. Команда Геннадия Зиновьева состояла всего из 10-15 человек. Но на самом деле людей с украинскими паспортами в ЦЕРНе около шестидесяти. К сожалению, это все люди, которые уже уехали из Украины и устроились где-то за границей. Наша страна денег на участие в ЦЕРН не давала. Но их выделила сама организация, когда в ней осознали, что у украинцев есть уникальная технология, и она действительно может позволить достичь таких точностей детектора, которых не будет в других коллаборациях.

 

 

Из-за земного рельефа коллаборации расположены под землей на разной глубине, но в среднем около 100 м. Там расположены устройства, которые фиксируют то, что происходит после столкновения частиц. Первое измерение столкновений сделали в коллаборации ALICE, одним из создателей и до недавнего времени вице-президентом которой был Геннадий Зиновьев. Это стало прорывом и легло в основу первой научной публикации о результатах работы Большого адронного коллайдера. Но когда украинские ученые приехали домой и рассказали здесь о своих достижениях, в ответ услышали только безразличное «Ну и что?»

 

 

В детекторе Большого адронного коллайдера есть специальная внутритрековая система – множество сложных поддетекторов, которые гарантируют точность экспериментов. Если бы ее не было в установке, то не было бы и веры результатам, которые она показывает. Главная задача системы – узнать, сколько частиц родилось, какого сорта, каковы их энергии и импульсы.

 

Модули для внутритрековой системы, которая сейчас стоит на БАК, собирала команда харьковских ученых, мужчин и девушек. В то время Украина не выделяла денег на такую научную работу, и не было машин, которые могли бы правильно состыковать все части модулей. А это очень тонкая и важная работа. Поэтому никто не верил в то, что команде ученых без сложного оборудования это удастся. Но оказалось, что точно скрепить модули можно не только высокотехнологичными машинами, но и женскими руками – у харьковских девушек очень чувствительные пальцы.

 

 

Гранд-идеей при создании коллаборации ALICE была кварк-глюонная плазма. Ученых всегда интересовало, из чего состоит материя. И в конечном счете исследования пришли к тому, что протоны и нейтроны, то есть фундаментальные частицы, состоят из неких объектов – кварков.

 

Эта кварк-глюонная плазма – отдельное состояние материи, наряду с жидким, твердым и газообразным. В ней эти кварки могут двигаться на большие расстояния, примерно в семь раз больше, чем сам размер протона. В первые 10-6 секунды после Большого взрыва наша Вселенная прошла через эту стадию, и вся была в состоянии кварк-глюонной плазмы. И только потом начались электроны, нейтроны, водород и все то, что в итоге создало наш мир.

 

 

Одна из задач работы на Большом адронном коллайдере – поиск антиматерии.  Ученые предполагают, что из нее может состоять часть Вселенной, но пока доказательств этому нет. У частиц и античастиц все свойства одинаковые, кроме одного – заряда. Антиматерия, возникая и взаимодействуя в какой-то точке, мгновенно исчезает. Ученые же пытаются воссоздать этот процесс и удержать античастицу, чтобы исследовать ее.

 

Для этого они используют атом водорода, поскольку он самый простой – состоит из одного протона и одного нейтрона. В результате столкновений протонов при очень высоких энергиях может родиться пара – протон с антипротоном, которые мгновенно аннигилируют. Но новые технологии разрешают «украсть» этот антипротон до того, как он исчезнет.

 

За все время исследований таких антиводородов получилось всего-навсего девять. Поэтому исследования антиматерии продвигаются медленно. И если кому-то удастся извлечь античастицу и «задержать» ее для анализа более 10 секунд, то он наверняка получит Нобелевскую премию.

 

GIFs – dvdp.tumblr.com


comments powered by Disqus