A Collider Oroszországban felgyorsítja a részecskéket az ütköző nyalábokban (ütköző az ütközés szóból, fordításban - ütközni). Erre azért van szükség, hogy tanulmányozzák ezeknek a részecskéknek a hatástermékeit egymással, hogy a tudósok erős kinetikus energiát adjanak az anyag elemi részecskéinek. Ezeknek a részecskéknek az ütközésével is foglalkoznak, egymás ellen irányítva őket.
A teremtés története
Többféle ütköztető létezik: körkörös (például LHC – Large Hadron Collider az európai CERN-ben), lineáris (az ILC előrejelzése).
Elméletileg a gerendák ütköztetésének ötlete néhány évtizede jelent meg. Wideröe Rolf norvég fizikus 1943-ban kapott szabadalmat Németországban az ütköző gerendák ötletére. Csak tíz évvel később jelent meg.
1956-ban Donald Kerst javaslatot tett a protonsugarak ütközésének alkalmazására a részecskefizika tanulmányozására. Miközben Gerard O'Neill arra gondolt, hogy kihasználja a felhalmozástcsenget, hogy intenzív sugarakat kapjon.
Olaszországban, a Szovjetunióban és az Egyesült Államokban (Frascati, INP, SLAC) egyszerre indult az ütköző létrehozására irányuló projekt aktív munka. Az első elindított ütköztető az AdA elektron-pozitron ütköztető volt, amelyet Tushekavo Frascati épített.
Ugyanakkor az első eredményt csak egy évvel később (1966-ban) tették közzé, összehasonlítva a VEP-1-en az elektronok rugalmas szórásának megfigyelésével (1965, Szovjetunió).
Dubna Hadronütköztető
A VEP-1 (ütköző elektronsugarak) egy gép, amelyet G. I. Budker egyértelmű irányítása alatt hoztak létre. Nem sokkal később a gerendákat az Egyesült Államokban lévő gyorsítónál szerezték be. Mindhárom ütköztető próbaüzem volt, bemutatták az elemi részecskefizika tanulmányozásának lehetőségét ezek segítségével.
Az első hadronütköztető az ISR, a proton szinkrotron, amelyet 1971-ben indított el a CERN. Energiateljesítménye 32 GeV volt a sugárban. Ez volt az egyetlen működő lineáris ütköztető a kilencvenes években.
Indítás után
Új gyorsítókomplexumot hoznak létre Oroszországban a Joint Institute for Nuclear Research bázisán. NICA - Nuclotron alapú ionütköztető létesítménynek hívják, és Dubnában található. Az épület célja a barionok sűrű anyagának új tulajdonságainak tanulmányozása és felfedezése.
Miután a gép beindult, a Joint Institute for Nuclear Research tudósaiA Moszkva melletti Dubna képes lesz létrehozni egy bizonyos halmazállapotot, amely az Univerzum volt az Ősrobbanás utáni legelső pillanataiban. Ezt az anyagot kvark-gluon plazmának (QGP) hívják.
A komplexum építése egy érzékeny létesítményben 2013-ban kezdődött, az indulást 2020-ra tervezik.
Fő feladatok
Kifejezetten az oroszországi Tudomány Napja alkalmából a JINR munkatársai anyagokat készítettek az iskolásoknak szánt oktatási eseményekhez. A téma neve „NICA – Az Univerzum a laboratóriumban”. A Grigorij Vlagyimirovics Trubnyikov akadémikus részvételével készült videósorozat az oroszországi Hadronütköztetőben folyó jövőbeni kutatásokról fog mesélni, a világ más tájain élő tudósokkal közösen.
A kutatók előtt álló legfontosabb feladat ezen a területen a következő területek tanulmányozása:
- A részecskefizikai standard modell elemi komponenseinek egymással való szoros kölcsönhatásának tulajdonságai és függvényei, vagyis a kvarkok és gluonok tanulmányozása.
- A QGP és a hadronikus anyag közötti fázisátalakulásra utaló jelek megtalálása, valamint a barionos anyag korábban ismeretlen állapotainak keresése.
- A szoros kölcsönhatások és a QGP szimmetria alapvető tulajdonságaival való munka.
Fontos felszerelések
A NICA komplexum hadronütköztetőjének lényege, hogy nagy sugárspektrumot biztosítson: a protonoktól és deuteronoktól a sokkal nehezebb ionokból álló nyalábokig, például az aranymagig.
A nehéz ionok felgyorsulnak 4 energiaállapotig,5 GeV/nukleon, és protonok - legfeljebb tizenkét és fél. Az oroszországi ütköztető szíve a Nuclotron gyorsító, amely a múlt század kilencvenharmadik éve óta működik, de jelentősen felgyorsult.
A NICA ütköztető többféle interakciót biztosított. Az egyik a nehéz ionok és az MPD detektor ütközésének tanulmányozása, a másik pedig a polarizált nyalábokkal végzett kísérletek elvégzése az SPD létesítményben.
Az építkezés befejezése
Megjegyezték, hogy az első kísérletben olyan országok tudósai vesznek részt, mint az USA, Németország, Franciaország, Izrael és természetesen Oroszország. Jelenleg a NICA-n folynak a munkálatok az egyes alkatrészek beszerelésén és működőképes állapotba hozatalán.
A hadronütköztető épülete 2019-ben készül el, magának az ütköztetőnek a felszerelését pedig 2020-ban végzik el. Ugyanebben az évben megkezdődnek a nehézionok ütközésének vizsgálatával kapcsolatos kutatási munkák. A teljes eszköz 2023-ban lesz teljesen működőképes.
Az oroszországi ütköztető csak egyike annak a hat projektnek hazánkban, amely elnyerte a megatudományos osztályt. 2017-ben a kormány csaknem négymilliárd rubelt különített el ennek a gépnek az építésére. A gép alapvető felépítésének költségét a szakértők huszonhét és fél milliárd rubelre becsülték.
Új korszak
Vladimir Kekelidze, a JINR High Energy Laboratory fizikusok igazgatója úgy véli, hogy az oroszországi ütköztetőprojekt lehetőséget ad az országnak, hogy a legmagasabb szintre emelkedjenpozíciók a nagy energiájú fizikában.
A közelmúltban "új fizika" nyomait fedezték fel, amelyeket a Nagy Hadronütköztető rögzített, és túlmutat mikrokozmoszunk standard modelljén. Kijelentették, hogy az újonnan felfedezett "új fizika" nem zavarja az ütközőgép működését.
Vlagyimir Kekelidze egy interjúban kifejtette, hogy ezek a felfedezések nem fogják leértékelni a NICA munkáját, hiszen magát a projektet elsősorban azért hozták létre, hogy pontosan megértsük, hogyan is néztek ki az Univerzum születésének kezdeti pillanatai, és azt is, hogy a Dubnában elérhető kutatási feltételek sehol máshol nem léteznek a világon.
Elmondta azt is, hogy a JINR tudósai a tudomány új aspektusait sajátítják el, amelyekben eltökéltek, hogy vezető szerepet töltenek be. Egy olyan korszak jön, amelyben nemcsak egy új ütközőt hoznak létre, hanem egy új korszakot is országunk nagyenergiájú fizika fejlesztésében.
Nemzetközi projekt
Ugyanez az igazgató szerint a NICA-n, ahol a Hadronütköztető is található, a munka nemzetközi lesz. Mivel korunkban a nagyenergiájú fizikai kutatásokat egész tudományos csoportok végzik, amelyek különböző országokból származó emberekből állnak.
A világ huszonnégy országából származó alkalmazottak már részt vettek a projekt munkálataiban egy biztonságos létesítményben. Ennek a csodának az ára pedig hozzávetőleges becslések szerint ötszáznegyvenöt millió dollár.
Az új ütköző az új anyagok, az anyagtudomány, a sugárbiológia, az elektronika, a sugárterápia és az orvostudomány területén is segíti a tudósokat. KivéveMindezek mellett a Roscosmos programok, valamint a radioaktív hulladékok feldolgozása és ártalmatlanítása, valamint a legfrissebb kriogéntechnológia és energiaforrások létrehozása, amelyek használata biztonságos lesz.
Higgs Boson
A Higgs-bozon az úgynevezett Higgs-kvantumterek, amelyek szükségszerűen megjelennek a fizikában, vagy inkább az elemi részecskék standard modelljében, az elektrogyenge szimmetria előre nem látható megtörését okozó Higgs-mechanizmus következményeként. Felfedezése a szabványos modell elkészülte volt.
Ugyanebben a modellben az elemi részecskék - bozonok - tömegének tehetetlenségéért felelős. A Higgs-mező segít megmagyarázni az inerciális tömeg megjelenését a részecskékben, vagyis a gyenge kölcsönhatás hordozóiban, valamint a tömeg hiányát a hordozóban - erős kölcsönhatású és elektromágneses (gluon és foton) részecskében. A Higgs-bozon szerkezetében skaláris részecskeként mutatkozik meg. Így nulla spinje van.
Mezőnyitás
Ezt a bozont egy Peter Higgs nevű brit fizikus axiomatizálta még 1964-ben. Felfedezéséről az egész világ értesült cikkeinek olvasásával. Közel ötven évnyi keresgélés után, vagyis 2012-ben, július 4-én pedig felfedeztek egy részecskét, ami ehhez a szerephez illik. Az LHC-ben végzett kutatások eredményeként fedezték fel, tömege körülbelül 125-126 GeV/c².
Azt hinni, hogy ez a bizonyos részecske ugyanaz a Higgs-bozon, ez jó okokon segít. 2013 márciusában a CERN különböző kutatóiarról számolt be, hogy a hat hónappal ezelőtt talált részecske valójában a Higgs-bozon.
A frissített modell, amely tartalmazza ezt a részecskét, lehetővé tette egy kvantum-renormalizálható térelmélet megalkotását. Egy évvel később, áprilisban pedig a CMS csapata arról számolt be, hogy a Higgs-bozon bomlási szélessége kisebb, mint 22 MeV.
Részecsketulajdonságok
A táblázatban szereplő bármely más részecskehoz hasonlóan a Higgs-bozon is ki van téve a gravitációnak. Szín- és elektromos töltéssel rendelkezik, valamint, mint korábban említettük, nulla spin.
A Higgs-bozon megjelenésének négy fő csatornája van:
- Miután két gluon összeolvad. Ő a fő.
- Amikor a WW- vagy ZZ-párok egyesülnek.
- W- vagy Z-bozon kíséretével.
- A legjobb kvarkokkal.
Bomlik egy pár b-antikvark és b-kvark, két pár elektron-pozitron és/vagy müon-antimuon két neutrínóval.
2017-ben, július elején az EPS, az ATLAS, a HEP és a CMS részvételével megrendezett konferencián azt az üzenetet hozták, hogy végre észrevehető utalások kezdtek megjelenni a Higgs-bozon bomlási folyamatában. b-kvark- antikvark pár.
Korábban irreális volt ezt a gyakorlatban a saját szemével látni, mert nehézségekbe ütközött, hogy ugyanazon kvarkok előállítását eltérő módon lehetett elkülöníteni a háttérben zajló folyamatoktól. A szabványos fizikai modell szerint az ilyen bomlás a leggyakoribb, vagyis az esetek több mint felében. Megnyitás 2017 októberébena csillapító jel megbízható megfigyelése. Ezt a kijelentést a CMS és az ATLAS tette közzé közzétett cikkeiben.
A tömegek tudata
A Higgs által felfedezett részecske annyira fontos, hogy Leon Lederman (Nobel-díjas) könyve címében Isten részecskének nevezte. Bár maga Leon Lederman javasolta eredeti változatában az „Ördögrészecskét”, de a szerkesztők elutasították javaslatát.
Ezt a komolytalan nevet széles körben használják a médiában. Bár sok tudós nem helyesli ezt. Úgy gondolják, hogy a "pezsgősüveg bozon" elnevezés sokkal helyénvalóbb lenne, mivel a Higgs-mezőben rejlő potenciál éppen ennek a palacknak az aljára hasonlít, és ennek kinyitása minden bizonnyal sok ilyen palack teljes kiürüléséhez vezet.
