Физика на Большом адронном коллайдере (Large Hadron Collider, LHC)

Страницы работы

Содержание работы

Июнь 2009 г.

Том 179, Мб




УСПЕХИ ФИЗИЧЕСКИХ НАУК

УСТНЫЙ ВЫПУСК ЖУРНАЛА "УСПЕХИ ФИЗИЧЕСКИХ НАУК"

Физика на Большом адронном коллайдере

И.М. Дрёмин

DOI: 10.3367/UFNr.0179.200906c.0571

Цели физических исследований на Большом адронном коллайдере (Large Hadron Collider, LHC) весьма впечатляют. Четыре основных экспериментальных установки готовы к соревнованию по набору и анали­зу данных об адронных соударениях при очень высоких энергиях. Главные надежды связаны с получением ответов на наиболее глубокие, из всех когда-либо задаваемых, вопросы, которые касаются самых фунда­ментальных проблем строения вещества, действующих в нём сил и структуры пространства-времени. Кратко описаны ускоритель LHC и его четыре детектора. Приводятся основные сведения, полученные ранее на других ускорителях. Обсуждаются наиболее важные проблемы, стоящие перед исследованиями на LHC, а также последовательность подхода к их экспериментальному изучению. Кратко обозначены дальнейшие перспективы физики высоких энергий.

PACS numbers: 12.10.-g, 12.60.-i, 29.20.db




Содержание

1.  Введение (571).

2.  Описание Большого адронного коллайдера (571).

3.  Детекторы и коллаборации (572).

4.  Что мы узнали ранее (576).

5.  Основные цели экспериментов на Большом адронном коллайдере (576).

6.  Начальный период экспериментов на Большом адронном коллай­дере (578).

7.  Дальнейшие шаги (578).

8.  Перспективы физики высоких энергий (579).

1. Введение

После начала работы в ЦЕРНе Большого адронного коллайдера (Large Hadron Collider, LHC) передний фронт физики высоких энергий, достигнутый когда- либо в соударениях частиц на ускорителях, будет про­двинут в совершенно новую область энергий — в несколько тераэлектронвольт. Высокие энергии дают нам возможность изучать свойства пространства на всё меньших масштабах. Каждый шаг в этом направлении обычно приводил к новым фундаментальным откры­тиям. Вот почему результатов экспериментов на LHC ожидают с таким нетерпением.

Современная теория сил природы, носящая название Стандартной модели, обладает большими возможно­стями. Стандартная модель способна описывать многие

И.М. Дрёмин. Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Ленинский просп. 53, 119991 Москва, Российская Федерация Тел. (499) 783-37-19 E-mail: dremin@lpi.ru

Статья поступила 23 декабря 2008 г.

экспериментальные наблюдения и делать предсказания. Тем не менее изучаются также пути выхода за рамки этой модели. Эксперименты на LHC могут указать, какой путь выбран природой, и, более того, найти нечто непредсказанное. В основе всех подходов лежат прин­ципы симметрии и инвариантности. К наиболее дискути­руемым проблемам относятся природа возникновения и разнообразие масс частиц и полей, строение физического вакуума, разнообразие типов частиц во Вселенной, единое описание фундаментальных сил, включая грави­тацию, возможное существование суперсимметричных партнёров всех наблюдаемых частиц и дополнительных размерностей пространства-времени.

Здесь будет дан краткий обзор ускорителя LHC и его детекторов, основных физических открытий на более ранних ускорителях, основных целей экспериментов на LHC, их начального и последующих этапов, а также перспектив физики высоких энергий.

Ссылок на литературу об ускорителе LHC и физичес­ких исследованиях на нём не приводится, поскольку, во- первых, число статей необыкновенно велико и, во- вторых, их легко отыскать в Интернете и физических журналах, начав, например, с популярных статей в CERN Courier (особенно в выпусках за сентябрь-ноябрь 2008 г.).

2. Описание Большого адронного коллайдера

© И.М. Дрёмин 2009


Большой адронный коллайдер должен ускорять пучки протонов до полной энергии 14 ТэВ (т.е. энергия каждого из сталкивающихся протонов равна 7 ТэВ) в системе центра масс (это эквивалентно 1017 эВ в системе покоя одного из протонов) и пучки ионов до энергии 5,5 ТэВ на нуклон. Пучки движутся по окружности во встречных направлениях внутри тоннеля длиной 27 км на глубине от 50 м до 175 м, многократно пересекая границу между Швейцарией и Францией вблизи Женевы.

Движение пучков по окружности обеспечивается 1232 сверхпроводящими магнитами длиной 14,3 м и весом 3,5 т каждый, имеющими внутри два канала (для каждого из пучков, движущихся в противоположные стороны). Магнитное поле в них равно 9 Тл. Величина максималь­ного магнитного поля определяет верхнюю границу достижимой энергии при данной геометрии. Магнитные линии в форме "то" окружают оба канала, проходящие через центры лепестков этого знака, что позволяет обес­печить движение пучков с одинаковым электрическим зарядом по встречным траекториям. Магнитное поле создаётся электрическими токами величиной до 11,7 А, текущими по сверхпроводящим кабелям общей длиной 7600 км и весом 1200 т. Каждый кабель состоит из 36 ниток сверхпроводящей проволоки, которая, в свою очередь, содержит 6300 тонких сверхпроводящих нио­бий-титановых проволочек. Полная длина этих проволо­чек примерно равна десяти расстояниям от Земли до Солнца (т.е. 10 а.е.» 1,5 х 109 км). Магниты надёжно закреплены, поскольку при полном магнитном поле на 1 м установки действует сила в 100 т.

Похожие материалы

Информация о работе

Предмет:
Физика
Тип:
Статьи
Размер файла:
323 Kb
Скачали:
0