В начале XX века в физике появились две основополагающие теории - общая теория относительности (ОТО) Альберта Эйнштейна, которая описывает Вселенную на макроуровне, и квантовая теория поля, которая описывает вселенную на микроуровне. Проблема в том, что эти теории несовместимы друг с другом. Например, для адекватного описания происходящего в черных дырах нужны обе теории, а они выступают в противоречие.
Эйнштейн многие годы пытался разработать единую теорию поля, но безуспешно, поскольку игнорировал квантовую механику. В конце 1960-х физикам удалось разработать Стандартную модель (СМ), которая объединяет три из четырех фундаментальных взаимодействий - сильное, слабое и электромагнитное. Гравитационное взаимодействие по-прежнему описывают в терминах ОТО. Таким образом, в настоящее время фундаментальные взаимодействия описываются двумя общепринятыми теориями: ОТО и СМ. Их объединения пока достичь не удалось из-за трудностей создания теории квантовой гравитации.
Для дальнейшего объединения фундаментальных взаимодействий в одной теории используются различные подходы: теория струн, получившая свое развитие в М-теории (теории бран), теория супергравитации, петлевая квантовая гравитация и другие.
Большой адронный коллайдер (БАК) позволит провести эксперименты, которые ранее было невозможно провести и, вероятно, подтвердит или опровергнет часть этих теорий. Так, существует целый спектр физических теорий с размерностями более четырех, которые предполагают существование «суперсимметрии» - например, теория струн, которую иногда называют теорией суперструн именно из-за того, что без суперсимметрии она утрачивает физический смысл. Подтверждение существования суперсимметрии, таким образом, будет косвенным подтверждением истинности этих теорий.
Идея проекта БАК родилась в 1984 году и была официально одобрена десятью годами позже. Его строительство началось в 2001 году, после окончания работы предыдущего ускорителя - Большого электрон-позитронного коллайдера.
В ускорителе предполагается сталкивать протоны с суммарной энергией 14 ТэВ(то есть 14 тетраэлектронвольт или 14*1012 электронвольт) в системе центра масс налетающих частиц, а также ядра свинца с энергией 5,5 ГэВ (5,5*109 электронвольт) на каждую пару сталкивающихся нуклонов. Таким образом, БАК будет самым высокоэнергичным ускорителем элементарных частиц в мире, на порядок превосходя по энергии своих ближайших конкурентов - протон-антипротонных коллайдер Тэватрон, который в настоящее время работает в Национальной ускорительной лаборатории им. Энрико Ферми (США), и релятивистский коллайдер тяжелых ионов RHIС, работающий в Брукхейвенской лаборатории (США).
Ускоритель расположен в том же туннеле, который прежде занимал Большой электрон-позитронный коллайдер. Туннель с длиной окружности 26,7 км проложен под землей на территории Франции и Швейцарии. Глубина залегания туннеля - от 50 до 175 метров. Причем кольцо туннеля наклонено примерно на 1,4% относительно поверхности земли.
Удержание и коррекция протонных пучков проводится с используются 1624 сверхпроводящих магнитов, общая длина которых превышает 22 км. Работают они при температуре 1,9* К (-271 *С), что немного ниже температуры перехода гелия в сверхтекучее состояние. Криогенная линия для охлаждения магнитов закончена в ноябре 2006 года. Ученым удалось в 2008 году проверить работу синхронизации предварительного ускорителя, так называемого протонного суперсинхронизатора (SPS), и системы правой доставки луча. Эта система передает в основное кольцо разогнанные пучки таким образом, что они начинают двигаться по кольцу по часовой стрелке. В результате испытаний удалось оптимизировать работу системы. Второй этап испытаний. Была протестирована инжекция протонов в ускорительное кольцо БАК в направлении против часовой стрелки. Пучок протонов успешно прошел весь периметр коллайдера по часовой стрелке.
БАК запускается и непрерывно удерживает циркулирующий пучек в течении 10 минут. Чуть позже пучок был запущен вновь и циркулировал уже непрерывно, прерываясь лишь в случае необходимости. Задача по установлению циркулирующего пучка завершилась, и физики приступили к подробным тестам магнитной системы.
Планируется провести модернизацию каскада предварительных ускорителей, в первую очередь SPS, что позволит заметно повысить светимость коллайдера (проект Suрег-LHS)
Обсуждается возможность проведения столкновений протонов и электронов (проект LhtC). Для этого потребуется пристроить линию ускорения электронов. В отличии от протон-протонных столкновений, рассеяние электрона на протоне - это очень «чистый» процесс, позволяющий изучать партонную структуру протона намного внимательнее и аккуратнее.
На основе полученных результатов измерений и моделирования можно ожидать эффективное выделение нейгрон-антинейтронных событий во всей достижимой области энергий ВЭПП-2000 с рождением нейтрон-антинейтронных пар.
Измерение времени пролета антинейтрона позволяет полностью подавить события фоновых процессов, с потерей всего лишь нескольких процентов полезных событий. Без использования времени пролета антинейтрона полученная эффективность для нейтрон-антинейтронных событий на моделировании составляет около 50%, эффективность подавления фоновых процессов - до 99%.
В 2009-2010 годах ожидается, что удастся пройти как минимум следующие фазы работы коллайдера:
- стадия А, режим работы коллайдера в первый меся «столкновительной фазы»;
- стадия Б, переход к режиму 936 сгустков на пучок, дальнейшее поперечное сжатие сгустков и увеличение числа протонов в них. Планируется провести модернизацию каскада предварительных ускорителей, в первую очередь 8Р8, что позволит заметно повысить светимость коллайдера (проект Suрег-LHS).Библиографическая ссылка
Евреенко С.Н., Конькова Т.В. AРОЕКТ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ФОРМФАКТОРА НЕЙТРОНА В РЕАКЦИИ e // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2010. – № 3. – С. 18-19;URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=384 (дата обращения: 19.04.2024).