Urychlovač v Rusku urychluje částice ve srážejících se paprscích (srážeč od slova srazit, v překladu - srazit se). Je to potřeba ke studiu produktů dopadu těchto částic mezi sebou, aby vědci udělili elementárním částicím hmoty silnou kinetickou energii. Zabývají se také srážkou těchto částic a nasměrují je proti sobě.
Historie stvoření
Existuje několik typů urychlovačů: kruhový (například LHC – Large Hadron Collider v evropském CERNu), lineární (projektovaný ILC).
Teoreticky se nápad využít srážku paprsků objevil před několika desítkami let. Wideröe Rolf, fyzik z Norska, získal v Německu v roce 1943 patent na myšlenku srážky paprsků. To bylo zveřejněno až o deset let později.
V roce 1956 předložil Donald Kerst návrh na využití srážky protonových paprsků ke studiu fyziky částic. Zatímco Gerarda O'Neilla napadlo využít akumulaciprsteny pro získání intenzivních paprsků.
Aktivní práce na projektu vytvoření urychlovače začala současně v Itálii, Sovětském svazu a Spojených státech (Frascati, INP, SLAC). Prvním vypuštěným urychlovačem byl elektron-pozitronový urychlovač AdA, který postavil Tushekavo Frascati.
Ve stejné době byl první výsledek publikován až o rok později (v roce 1966) ve srovnání s výsledky pozorování elastického rozptylu elektronů na VEP-1 (1965, SSSR).
Dubna Hadron Collider
VEP-1 (kolizní elektronové paprsky) je stroj, který vznikl pod jasným vedením G. I. Budkera. O něco později byly paprsky získány v urychlovači ve Spojených státech. Všechny tyto tři urychlovače byly testovací, sloužily k demonstraci možnosti studia fyziky elementárních částic pomocí nich.
Prvním hadronovým urychlovačem je ISR, protonový synchrotron, vypuštěný v roce 1971 CERNem. Jeho energetický výkon byl 32 GeV v paprsku. Byl to jediný funkční lineární urychlovač v devadesátých letech.
Po spuštění
V Rusku vzniká nový urychlovací komplex na bázi Spojeného institutu pro jaderný výzkum. Jmenuje se NICA - Nuclotron based Ion Collider a nachází se v Dubně. Účelem budovy je studovat a objevovat nové vlastnosti husté hmoty baryonů.
Po spuštění stroje vědci ze Spojeného ústavu pro jaderný výzkum vDubna u Moskvy bude schopna vytvořit určitý stav hmoty, kterým byl Vesmír ve svých prvních okamžicích po velkém třesku. Tato látka se nazývá kvark-gluonová plazma (QGP).
Výstavba komplexu v citlivém zařízení začala v roce 2013 a spuštění je plánováno na rok 2020.
Hlavní úkoly
Speciálně ke Dni vědy v Rusku pracovníci SÚJV připravili materiály pro vzdělávací akce určené pro školáky. Téma se jmenuje „NICA – Vesmír v laboratoři“. Videosekvence za účasti akademika Grigorije Vladimiroviče Trubnikova vypráví o budoucím výzkumu, který bude prováděn na Hadron Collider v Rusku ve společenství s dalšími vědci z celého světa.
Nejdůležitějším úkolem, kterému výzkumníci v této oblasti čelí, je prostudovat následující oblasti:
- Vlastnosti a funkce těsných interakcí elementárních složek standardního modelu částicové fyziky mezi sebou, tedy studia kvarků a gluonů.
- Hledání známek fázového přechodu mezi QGP a hadronovou hmotou, stejně jako hledání dříve neznámých stavů baryonové hmoty.
- Práce se základními vlastnostmi blízkých interakcí a symetrie QGP.
Důležité vybavení
Podstatou hadronového urychlovače v komplexu NICA je poskytovat velké spektrum paprsků: od protonů a deuteronů až po paprsky, které se skládají z mnohem těžších iontů, jako je zlaté jádro.
Těžké ionty budou urychleny do energetických stavů až 4,5 GeV/nukleon a protony - až dvanáct a půl. Srdcem urychlovače v Rusku je urychlovač Nuclotron, který funguje od devadesátého třetího roku minulého století, ale byl výrazně zrychlen.
Urychlovač NICA poskytoval několik způsobů interakce. Jeden ke studiu toho, jak těžké ionty kolidují s detektorem MPD, a druhý k provádění experimentů s polarizovanými paprsky v zařízení SPD.
Dokončení stavby
Bylo zaznamenáno, že prvního experimentu se účastní vědci ze zemí jako USA, Německo, Francie, Izrael a samozřejmě Rusko. V současné době probíhají práce na NICA na instalaci a uvedení jednotlivých dílů do aktivního funkčního stavu.
Budova pro hadronový urychlovač bude dokončena v roce 2019 a instalace samotného urychlovače bude provedena v roce 2020. Ve stejném roce začnou výzkumné práce na studiu srážky těžkých iontů. Celé zařízení bude plně funkční v roce 2023.
Urychlovač v Rusku je pouze jedním ze šesti projektů v naší zemi, které byly oceněny třídou megascience. V roce 2017 vláda vyčlenila na stavbu tohoto stroje téměř čtyři miliardy rublů. Náklady na základní konstrukci stroje odhadli odborníci na dvacet sedm a půl miliardy rublů.
Nová éra
Vladimir Kekelidze, ředitel fyziků v JINR High Energy Laboratory, věří, že projekt urychlovače v Rusku dá zemi příležitost vystoupat na nejvyššípozice ve fyzice vysokých energií.
Nedávno byly objeveny stopy "nové fyziky", které byly opraveny Velkým hadronovým urychlovačem a přesahují standardní model našeho mikrokosmu. Bylo uvedeno, že nově objevená „nová fyzika“nebude narušovat činnost urychlovače.
V rozhovoru Vladimir Kekelidze vysvětlil, že tyto objevy neznehodnotí práci NICA, protože samotný projekt vznikl především proto, aby přesně porozuměl tomu, jak vypadaly úplně prvotní okamžiky zrození vesmíru, a také jaké podmínky pro výzkum, které jsou dostupné v Dubně, neexistují nikde jinde na světě.
Také řekl, že vědci JINR ovládají nové aspekty vědy, ve kterých jsou odhodláni zaujmout vedoucí postavení. Že přichází éra, ve které nejen vzniká nový urychlovač, ale nová éra ve vývoji fyziky vysokých energií pro naši zemi.
Mezinárodní projekt
Podle stejného režiséra bude práce na NICA, kde se Hadron Collider nachází, mezinárodní. Protože výzkum fyziky vysokých energií v naší době provádějí celé vědecké týmy, které se skládají z lidí z různých zemí.
Práce na tomto projektu se v zabezpečeném zařízení již zúčastnili zaměstnanci z dvaceti čtyř zemí světa. A cena tohoto zázraku je podle přibližných odhadů pět set čtyřicet pět milionů dolarů.
Nový urychlovač také pomůže vědcům provádět výzkum v oblasti nové hmoty, materiálové vědy, radiobiologie, elektroniky, paprskové terapie a medicíny. Až naNavíc z toho všeho budou těžit programy Roskosmos, stejně jako zpracování a likvidace radioaktivního odpadu a vytvoření nejnovějších zdrojů kryogenní technologie a energie, jejichž použití bude bezpečné.
Higgsův boson
Higgsův boson jsou tzv. Higgsova kvantová pole, která se ve fyzice, respektive v jejím standardním modelu elementárních částic objevují s nutností jako důsledek Higgsova mechanismu nepředvídatelného narušení elektroslabé symetrie. Jeho objev byl dokončením standardního modelu.
V rámci stejného modelu odpovídá za setrvačnost hmoty elementárních částic - bosonů. Higgsovo pole pomáhá vysvětlit výskyt setrvačné hmoty v částicích, tedy nosičích slabé interakce, a také nepřítomnost hmoty v nosiči - částici silné interakce a elektromagnetické (gluon a foton). Higgsův boson se ve své struktuře projevuje jako skalární částice. Má tedy nulovou rotaci.
Otevření pole
Tento boson byl axiomatizován již v roce 1964 britským fyzikem jménem Peter Higgs. Celý svět se o jeho objevu dozvěděl prostřednictvím čtení jeho článků. A po téměř padesáti letech hledání, tedy v roce 2012, 4. července, byla objevena částice, která se do této role hodí. Byl objeven jako výsledek výzkumu na LHC a jeho hmotnost je přibližně 125-126 GeV/c².
Věřit, že tato konkrétní částice je stejný Higgsův boson, pomáhá z dobrých důvodů. V roce 2013, v březnu, různí výzkumníci z CERNuoznámil, že částice nalezená před šesti měsíci je ve skutečnosti Higgsův boson.
Aktualizovaný model, který obsahuje tuto částici, umožnil sestrojit kvantovou renormalizovatelnou teorii pole. A o rok později, v dubnu, tým CMS oznámil, že Higgsův boson má rozpadovou šířku menší než 22 MeV.
Vlastnosti částic
Stejně jako každá jiná částice ze stolu podléhá Higgsův boson gravitaci. Má náboje barvy a elektřiny a, jak již bylo zmíněno dříve, nulovou rotaci.
Existují čtyři hlavní kanály pro výskyt Higgsova bosonu:
- Po splynutí dvou gluonů. On je ten hlavní.
- Při sloučení párů WW- nebo ZZ-.
- S podmínkou doprovodu W- nebo Z- bosonu.
- S přítomnými top kvarky.
Rozpadá se na pár b-antikvark a b-kvark, na dva páry elektron-pozitron a/nebo mion-antimuon se dvěma neutriny.
V roce 2017, na samém začátku července, na konferenci za účasti EPS, ATLAS, HEP a CMS zazněla zpráva, že se konečně začaly objevovat znatelné náznaky, že Higgsův boson se rozpadá na pár b-kvark- antikvark.
Dříve to bylo nereálné vidět to na vlastní oči v praxi, protože bylo obtížné oddělit produkci stejných kvarků jiným způsobem od procesů na pozadí. Standardní fyzikální model říká, že takovýto rozpad je nejčastější, tedy ve více než polovině případů. Otevřeno v říjnu 2017spolehlivé pozorování signálu rozpadu. Takové prohlášení učinily CMS a ATLAS ve svých zveřejněných článcích.
Vědomí mas
Částice objevená Higgsem je tak důležitá, že ji Leon Lederman (laureát Nobelovy ceny) v názvu své knihy nazval Boží částicí. Ačkoli Leon Lederman sám ve své původní verzi navrhoval „ďábelskou částici“, redakce jeho návrh odmítla.
Toto frivolní jméno je široce používáno v médiích. I když mnoho vědců to neschvaluje. Domnívají se, že název „boson lahví šampaňského“by byl mnohem vhodnější, protože potenciál Higgsova pole připomíná dno právě této lahve a její otevření povede zcela jistě k úplnému vypuštění mnoha takových lahví.
