Collider u Rusiji ubrzava čestice u sudarajućim snopovima (kolajder od riječi sudariti se, u prijevodu - sudarati se). To je potrebno kako bi se proučavali proizvodi sudara ovih čestica međusobno, kako bi znanstvenici dali snažnu kinetičku energiju elementarnim česticama materije. Oni se također bave sudarom ovih čestica, usmjeravajući ih jednu protiv druge.
Povijest stvaranja
Postoji nekoliko vrsta sudarača: kružni (na primjer, LHC - Veliki hadronski sudarač u europskom CERN-u), linearni (projektiran od strane ILC).
Teoretski, ideja o korištenju sudara zraka pojavila se prije nekoliko desetljeća. Wideröe Rolf, fizičar iz Norveške, dobio je patent u Njemačkoj 1943. za ideju sudarajućih zraka. Objavljena je tek deset godina kasnije.
Godine 1956. Donald Kerst je predložio korištenje sudara protonskih zraka za proučavanje fizike čestica. Dok je Gerard O'Neill mislio iskoristiti akumulacijuzvoni da biste dobili intenzivne zrake.
Aktivan rad na projektu stvaranja sudarača započeo je istovremeno u Italiji, Sovjetskom Savezu i Sjedinjenim Državama (Frascati, INP, SLAC). Prvi sudarač koji je lansiran bio je AdA elektron-pozitronski sudarač, koji je napravio Tushekavo Frascati.
U isto vrijeme, prvi rezultat objavljen je tek godinu dana kasnije (1966.), u usporedbi s rezultatima promatranja elastičnog raspršenja elektrona na VEP-1 (1965., SSSR).
Dubna Hadron Collider
VEP-1 (sudare elektronske zrake) je stroj koji je stvoren pod jasnim vodstvom G. I. Budkera. Nešto kasnije, zrake su dobivene u akceleratoru u Sjedinjenim Državama. Sva ova tri sudarača bila su probna, služili su da pokažu mogućnost proučavanja fizike elementarnih čestica pomoću njih.
Prvi hadronski sudarač je ISR, protonski sinkrotron, koji je 1971. lansirao CERN. Njegova energetska snaga bila je 32 GeV u snopu. Bio je to jedini radni linearni sudarač u devedesetima.
Nakon lansiranja
U Rusiji se stvara novi akceleracijski kompleks na temelju Zajedničkog instituta za nuklearna istraživanja. Zove se NICA - postrojenje za ionski sudarač bazirano na nuklotronu i nalazi se u Dubni. Svrha zgrade je proučavanje i otkrivanje novih svojstava guste materije bariona.
Nakon što se stroj pokrene, znanstvenici iz Zajedničkog instituta za nuklearna istraživanja uDubna u blizini Moskve moći će stvoriti određeno stanje materije, kakvo je bio Svemir u svojim prvim trenucima nakon Velikog praska. Ova tvar se naziva kvark-gluonska plazma (QGP).
Izgradnja kompleksa na osjetljivom objektu započela je 2013., a puštanje u rad planirano je za 2020.
Glavni zadaci
Posebno za Dan znanosti u Rusiji, djelatnici JINR-a pripremili su materijale za obrazovne događaje namijenjene školarcima. Tema se zove "NICA - Svemir u laboratoriju". Video sekvenca uz sudjelovanje akademika Grigorija Vladimiroviča Trubnikova govorit će o budućim istraživanjima koja će se provoditi na hadronskom sudaraču u Rusiji u zajednici s drugim znanstvenicima iz cijelog svijeta.
Najvažniji zadatak pred istraživačima u ovom području je proučavanje sljedećih područja:
- Svojstva i funkcije bliskih interakcija elementarnih komponenti standardnog modela fizike čestica jedna s drugom, odnosno proučavanje kvarkova i gluona.
- Pronalaženje znakova faznog prijelaza između QGP-a i hadronske materije, kao i traženje prethodno nepoznatih stanja barionske materije.
- Rad s osnovnim svojstvima bliskih interakcija i QGP simetrije.
Važna oprema
Suština hadronskog sudarača u kompleksu NICA je osigurati širok spektar snopa: od protona i deuterona, do zraka koji se sastoje od mnogo težih iona, kao što je jezgra zlata.
Teški ioni će se ubrzati u energetska stanja do 4,5 GeV/nukleon, a protoni - do dvanaest i pol. Srce sudarača u Rusiji je Nuclotron akcelerator, koji radi od devedeset treće godine prošlog stoljeća, ali je znatno ubrzan.
NICA sudarač je omogućio nekoliko načina interakcije. Jedan za proučavanje kako se teški ioni sudaraju s MPD detektorom, a drugi za provođenje pokusa s polariziranim zrakama u SPD postrojenju.
Završetak izgradnje
Primijećeno je da u prvom eksperimentu sudjeluju znanstvenici iz zemalja poput SAD-a, Njemačke, Francuske, Izraela i, naravno, Rusije. Trenutno su u tijeku radovi na NICA-i kako bi se ugradili i doveli pojedinačni dijelovi u aktivno radno stanje.
Zgrada za hadronski sudarač bit će završena 2019. godine, a montaža samog sudarača bit će izvedena 2020. godine. Iste godine započinje istraživački rad na proučavanju sudara teških iona. Cijeli uređaj bit će u potpunosti operativan 2023.
Skolajder u Rusiji samo je jedan od šest projekata u našoj zemlji koji su nagrađeni megaznanstvenom klasom. Vlada je 2017. godine izdvojila gotovo četiri milijarde rubalja za izgradnju ovog stroja. Trošak osnovne konstrukcije stroja stručnjaci su procijenili na dvadeset sedam i pol milijardi rubalja.
Novo doba
Vladimir Kekelidze, direktor fizičara u Laboratoriju visoke energije JINR-a, vjeruje da će projekt sudarača u Rusiji dati zemlji priliku da se podigne na najviši nivopozicije u fizici visokih energija.
Nedavno su otkriveni tragovi "nove fizike", koje je popravio Veliki hadronski sudarač i oni nadilaze standardni model našeg mikrokozmosa. Navedeno je da novootkrivena "nova fizika" neće ometati rad sudarača.
U jednom intervjuu Vladimir Kekelidze je objasnio da ova otkrića neće obezvrijediti rad NICA-e, budući da je sam projekt nastao prvenstveno kako bi se shvatilo kako su točno izgledali sami početni trenuci rođenja Svemira, a također kakvi uvjeti za istraživanje, koji su dostupni u Dubni, ne postoje nigdje drugdje u svijetu.
Također je rekao da znanstvenici JINR-a svladavaju nove aspekte znanosti, u kojima su odlučni zauzeti vodeću poziciju. Da dolazi era u kojoj se ne stvara samo novi sudarač, već i nova era u razvoju fizike visokih energija za našu zemlju.
Međunarodni projekt
Prema istom direktoru, rad na NICA-i, gdje se nalazi hadronski sudarač, bit će međunarodni. Jer istraživanja fizike visoke energije u naše vrijeme provode cijeli znanstveni timovi, koji se sastoje od ljudi iz raznih zemalja.
Zaposlenici iz dvadeset i četiri zemlje svijeta već su sudjelovali u radu na ovom projektu u sigurnom objektu. A cijena ovog čuda je, prema približnim procjenama, petsto četrdeset i pet milijuna dolara.
Novi sudarač također će pomoći znanstvenicima da provode istraživanja u područjima nove materije, znanosti o materijalima, radiobiologije, elektronike, terapije zrakama i medicine. OsimOsim toga, sve će to koristiti programima Roscosmosa, kao i preradi i zbrinjavanju radioaktivnog otpada te stvaranju najnovijih izvora kriogenske tehnologije i energije koji će biti sigurni za korištenje.
Higgsov bozon
Higgsov bozon su takozvana Higgsova kvantna polja, koja se nužno pojavljuju u fizici, odnosno u njenom standardnom modelu elementarnih čestica, kao posljedica Higgsovog mehanizma nepredvidivog narušavanja elektroslabe simetrije. Njegovo otkriće bio je završetak standardnog modela.
U okviru istog modela odgovoran je za inerciju mase elementarnih čestica - bozona. Higgsovo polje pomaže objasniti pojavu inercijalne mase u česticama, odnosno nositeljima slabe interakcije, kao i odsutnost mase u nosaču - čestici jake interakcije i elektromagnetske (gluon i foton). Higgsov bozon u svojoj se strukturi otkriva kao skalarna čestica. Dakle, nema vrtnje.
Otvaranje polja
Ovaj je bozon aksiomatizirao još 1964. godine britanski fizičar po imenu Peter Higgs. Cijeli je svijet saznao za njegovo otkriće čitajući njegove članke. I nakon gotovo pedeset godina potrage, odnosno 2012. godine, 4. srpnja otkrivena je čestica koja odgovara ovoj ulozi. Otkriven je kao rezultat istraživanja na LHC-u, a njegova masa je otprilike 125-126 GeV/c².
Vjerovanje da je ova čestica isti Higgsov bozon, ima dosta dobrih razloga. U ožujku 2013. različiti istraživači iz CERN-aobjavio je da je čestica pronađena prije šest mjeseci zapravo Higgsov bozon.
Ažurirani model, koji uključuje ovu česticu, omogućio je konstruiranje kvantne teorije polja koja se može renormalizirati. Godinu dana kasnije, u travnju, CMS tim je izvijestio da Higgsov bozon ima širinu raspada manju od 22 MeV.
Svojstva čestica
Baš kao i svaka druga čestica iz tablice, Higgsov bozon podložan je gravitaciji. Ima naboje boje i struje, kao i, kao što je ranije spomenuto, nula okretaja.
Postoje četiri glavna kanala za pojavu Higgsovog bozona:
- Nakon fuzije dva gluona. On je glavni.
- Kada se parovi WW- ili ZZ- spoje.
- Uz uvjet praćenja W- ili Z-bozona.
- S prisutnim vrhunskim kvarkovima.
Raspada se na par b-antikvarka i b-kvarka, na dva para elektron-pozitron i/ili mion-antimuon s dva neutrina.
U 2017., na samom početku srpnja, na konferenciji na kojoj su sudjelovali EPS, ATLAS, HEP i CMS, objavljena je poruka da su se konačno počeli javljati uočljivi nagovještaji da se Higgsov bozon raspada u par b-kvark- antikvark.
Ranije je to bilo nerealno vidjeti vlastitim očima u praksi zbog poteškoća s odvajanjem proizvodnje istih kvarkova na drugačiji način od procesa u pozadini. Standardni fizički model kaže da je takav propadanje najčešći, odnosno u više od polovice slučajeva. Otvoreno u listopadu 2017pouzdano promatranje signala raspadanja. Takvu su izjavu dali CMS i ATLAS u svojim objavljenim člancima.
Svijest masa
Čestica koju je otkrio Higgs toliko je važna da ju je Leon Lederman (nobelovac) nazvao Božjom česticom u naslovu svoje knjige. Iako je sam Leon Lederman, u svojoj izvornoj verziji, predložio "Devil Particle", ali urednici su odbili njegov prijedlog.
Ovo neozbiljno ime se naširoko koristi u medijima. Iako mnogi znanstvenici to ne odobravaju. Vjeruju da bi naziv "bozon boce šampanjca" bio puno prikladniji, budući da potencijal Higgsovog polja podsjeća na dno upravo ove boce, a otvaranje će sigurno dovesti do potpunog isušivanja mnogih takvih boca.
