Fabriquez un collisionneur de hadrons. Le plus grand collisionneur de hadrons de la planète est fermé pour modernisation

Vous savez probablement déjà que des scientifiques du Centre européen de recherche nucléaire (CERN) ont découvert des signes de l'existence de ce qu'on appelle la « particule divine » : le boson de Higgs. Voyons comment ça s'est passé.

Le 4 juillet 2012, des scientifiques du Centre européen de recherche nucléaire CERN en Suisse ont découvert le boson de Higgs - une particule subatomique appelée « particule divine ». La recherche de la particule « divine » dure depuis près de 50 ans. Le boson de Higgs a été découvert lors d'expériences au Grand collisionneur de hadrons, dont les principaux anneaux accélérateurs sont situés dans un tunnel souterrain de 27 kilomètres.

Le boson de Higgs est l'élément le plus important Modèle standard — théorie physique, décrivant l'interaction de tous particules élémentaires: cela explique la présence d'un phénomène tel que la masse.

Regardons de plus près la fantastique machine, d'une valeur pouvant atteindre 6 milliards de dollars, qui a découvert le boson de Higgs. Bienvenue dans le monde des particules subatomiques !

Sur la photo : Physicien théoricien anglais, membre Société royaleÉdimbourg Peter W. Higgs. C'est lui qui a prédit dans les années 60 l'existence du boson de Higgs, responsable de la masse de toutes les particules élémentaires.

Dans ses discours, Peter a déclaré que si le boson n'était pas découvert, cela signifierait que lui et de nombreux autres physiciens ne comprendraient plus comment les particules élémentaires interagissent. La particule de Higgs est si importante que physicien américain, lauréat du prix Nobel Léon Lederman l'appelait « la particule divine ».

Ainsi, comme déjà mentionné, le boson de Higgs a été découvert lors d'expériences au Large Hadron Collider. Il a été construit dans un centre de recherche Centre du Conseil européen pour la recherche nucléaire (CERN) près de Genève, à la frontière de la Suisse et de la France. (Photo d'Anja Niederringhaus | AP) :

Le Grand collisionneur de hadrons est la plus grande installation expérimentale au monde. Il s'agit d'un accélérateur géant de particules chargées conçu pour accélérer des protons et des ions lourds. Voyons comment il a été créé. Sur la photo : un tunnel souterrain d'une circonférence de près de 27 km est en cours de construction en France et en Suisse, en l'an 2000. La profondeur du tunnel est de 50 à 175 mètres. (Photo de Laurent Guiraud | © 2012 CERN) :

Plus de 10 000 scientifiques et ingénieurs de plus de 100 pays, dont la Russie, ont participé et participent encore à la construction et à la recherche. Sur la photo : l'installation du calorimètre hadronique d'extrémité est en cours. Détecteur ATLAS, qui est justement destinée à la recherche du boson de Higgs et de la « physique non standard », notamment matière noire. Au total, le Large Hadron Collider exploite 4 détecteurs principaux et 3 détecteurs auxiliaires. 12 août 2003. (Photo de Maximilien Brice | © 2012 CERN) :

Le collisionneur est nommé grand en raison de sa taille : la longueur de l'anneau principal de l'accélérateur est de 26 659 mètres. faire le tour Tunnel souterrain de 27 km, conçu pour accueillir un accélérateur en anneau, best in transport, 24 octobre 2005. (Photo de Laurent Guiraud | © 2012 CERN) :

Calorimètre électromagnétique- un appareil qui mesure l'énergie des particules. Une fois assemblé, c'est un mur de plus de 6 mètres de haut et 7 mètres de large. Se compose de 3 300 blocs. (Photo de Maximilien Brice | © 2012 CERN) :

L'idée de construire le Grand collisionneur de hadrons est née en 1984 et a été officiellement approuvée dix ans plus tard. Sa construction a débuté en 2001. Sur la photo : l'accélérateur annulaire du Grand collisionneur de hadrons, situé dans un tunnel souterrain directement sous l'aéroport international de Genève, le 31 mai 2007. (Photo de Keystone, Martial Trezzini | AP) :

Le collisionneur est appelé collisionneur de hadrons car il accélère les hadrons, c'est-à-dire les particules lourdes constituées de quarks. 19 octobre 2006. (Photo de Maximilien Brice | © 2012 CERN) :

Objectif principal La construction du Grand collisionneur de hadrons était un raffinement ou une réfutation du modèle standard - une construction théorique en physique, dont la formation a été achevée dans les années 1960-1970, décrivant les particules élémentaires et trois des quatre interactions fondamentales(sauf gravitationnel) : fort, faible et électromagnétique. La tâche principale Le Grand collisionneur de hadrons a pu prouver expérimentalement l’existence du boson de Higgs. Elle a été découverte le 4 juillet 2012.

Cela fait partie d'ALICE- un sur six installations expérimentales construit au Grand collisionneur de hadrons. 3 584 cristaux de tungstate de plomb. ALICE est optimisé pour étudier les collisions d'ions lourds. (Photo de Maximilien Brice | © 2012 CERN) :

Le collisionneur a été officiellement lancé le 10 septembre 2008. Les données provenant du Large Hadron Collider sont traitées dans 140 centres de données situés dans 33 pays à travers le monde. Chaque année, nous devons traiter 15 millions de gigaoctets de données ! Sur la photo : data center à Genève, le 3 octobre 2008. (Photo de Valentin Flauraud | Reuters) :

Détecteur ATLAS lors de l'assemblage le 11 novembre 2005. Les dimensions globales du détecteur ATLAS sont : longueur - 46 mètres, diamètre - 25 mètres, poids total - environ 7 000 tonnes. Ce détecteur est utilisé pour mener une expérience du même nom, destinée à rechercher des particules élémentaires super-lourdes, dont le boson de Higgs récemment découvert. (Photo de Maximilien Brice | © 2012 CERN) :

Solénoïde à muons compact- l'un des deux grands détecteurs universels de particules élémentaires créés au Centre européen de recherche nucléaire et conçus pour étudier les propriétés du micromonde. Il est situé dans grotte souterraine dimensions impressionnantes : 53 mètres de long, 27 mètres de large et 24 mètres de haut. (Photo de Maximilien Brice | © 2012 CERN) :

Les observations des bosons de Higgs ne nous aideront pas seulement à comprendre l'origine de la masse, mais contribuera également à résoudre le mystère de la matière noire. (Photo de Michael Hoch | © 2012 CERN) :

Le tunnel souterrain de 27 kilomètres contient deux tuyaux parallèles et se croisant uniquement aux emplacements des détecteurs.

Sur la photo : accélérateur linéaire de particules à basse énergie Linac2 situé dans un tunnel souterrain. Au total, le Large Hadron Collider dispose de six accélérateurs principaux. (Photo de Keystone, Martial Trezzin | AP) :

Intérieur Détecteur ATLAS, 23 août 2006. Le détecteur produit quantité énorme informations - environ 1 Po = 1 024 To de données « brutes » par seconde ! (Photo de Claudia Marcelloni | © 2012 CERN) :

En 2009, le coût du Grand collisionneur de hadrons était estimé entre 3,2 et 6,4 milliards d'euros, ce qui en fait le plus cher expérience scientifique dans l'histoire de l'humanité.

De nombreuses rumeurs circulent autour du Grand collisionneur de hadrons. Par exemple, qu'il représente un énorme danger pour l'humanité et que son lancement pourrait provoquer la fin du monde. La raison en était les déclarations des scientifiques selon lesquelles des trous noirs microscopiques pourraient se former à la suite de collisions de particules dans le collisionneur : après cela, des opinions sont apparues selon lesquelles notre Terre entière pourrait être « aspirée » par eux.

Certains craignent également que la découverte du boson de Higgs ne provoque une croissance incontrôlée de la masse dans l'Univers. Il y a même eu une blague : « Les physiciens ont pour tradition de se réunir tous les 14 milliards d’années et de lancer un collisionneur de hadrons. » La raison des rumeurs s'est avérée banale : les propos des scientifiques ont été déformés et mal interprétés par les journalistes. (Photo de Michael Hoch | © 2012 CERN) :

Encore plus. Après la fin de son exploitation en 2012, le collisionneur sera fermé pour réparations à long terme. Les réparations devraient durer au moins un an et demi et s'étaler sur toute l'année 2013. Certains scientifiques des États-Unis et du Japon proposent, après avoir terminé leurs travaux sur le Grand collisionneur de hadrons, de commencer à travailler sur un nouveau Très Grand Collisionneur de Hadrons.

Sur la photo : huit tuyaux sont des aimants entourant le calorimètre. L’ensemble de cette immense structure fait partie de l’un des détecteurs de particules du Large Hadron Collider. (Photo de Maximilien Brice | © 2012 CERN) :

Selon les scientifiques, la découverte du boson de Higgs peut faire la lumière sur l'origine de l'Univers et comprendre à quoi ressemblait l'Univers dans les premiers instants après le Big Bang. (Photo CERN | AP) :

Natalia Demina a visité le Centre européen pour la recherche nucléaire (CERN) à la veille de son 60e anniversaire. Elle est convaincue qu'après la modernisation, le Grand collisionneur de hadrons sera prêt pour de nouvelles découvertes.

Je n'ai jamais roulé à vélo dans le tunnel du Grand collisionneur de hadrons. Même si deux douzaines de vélos, accrochés à un support spécial ou appuyés contre le mur, attendaient clairement les intéressés. Nous étions juste en bas quand soudain une sirène retentit. Notre groupe a été immédiatement précipité vers l'ascenseur, qui nous a fait remonter à la surface, à 90 mètres de hauteur. "Si un incendie se déclare dans le tunnel, tout sera rempli d'une mousse spéciale dans laquelle vous pourrez respirer.", - la joyeuse accompagnatrice nous a rassurés L'Afro-Suisse Abdillah Abal. "Avez-vous essayé de le respirer?"- J'ai demandé. "Non!"- il a répondu, et tout le monde a ri.

Vers le bâtiment où se déroule l'expérience ALICE, quelques minutes plus tard, les pompiers sont arrivés. La recherche de la cause de l'alarme s'est poursuivie pendant environ une heure - il s'est avéré que le capteur de niveau d'oxygène dans le tunnel s'était déclenché, mais nous n'étions plus autorisés à descendre.

Moi-même CERN ressemble à une ville, à l'entrée vous serez accueillis par une barrière avec un gardien qui vérifiera votre pass ou votre réservation dans une auberge locale. "C'était plus facile avant, disent les anciens. — Tout cela n'est apparu qu'après plusieurs incidents désagréables, y compris avec les verts". Quels autres incidents ? Le CERN est ouvert sur le monde, chaque jour sur son territoire et dans musée (« Sphère de la science et de l’innovation ») Les écoliers, les étudiants et les enseignants participent à des excursions et découvrent le passé, le présent et l'avenir de l'un des meilleurs centres physiques du monde. Le CERN semble avoir tout : un bureau de poste, un délicieux restaurant self-service bon marché, une banque, des sakura japonais et des bouleaux russes. Presque un paradis, tant pour les employés que pour les visiteurs. Mais il y a aussi quelques Pas grand nombre des gens qui ont besoin d’« incidents » comme l’air, et qui doivent être capables d’y résister intelligemment.

L'anneau lui-même, long de 27 kilomètres, est situé à une profondeur de 50 à 150 m sur le territoire français et suisse. Du centre de Genève au CERN, vous pouvez prendre un tramway urbain régulier en seulement 20 à 30 minutes. La frontière entre les deux pays est presque invisible, et jusqu'à présent, ils ne m'ont pas dit : "Regarde, voici la frontière", je ne l'aurais pas remarquée. Les voitures et les piétons passent sans s'arrêter. J'ai moi-même fait des allers-retours, de l'hôtel au CERN, en riant en disant que j'allais dîner de France en Suisse.

Avant d'arriver au CERN, je ne connaissais pas le rôle joué par l'industrie de défense russe dans la construction du collisionneur, qui existait depuis l'époque de l'URSS. Ainsi, pour le calorimètre hadronique du détecteur CMS, il a fallu fabriquer un grand volume de plaques spéciales en laiton. Où puis-je me procurer du laiton ? Il s'est avéré que dans le Nord, dans nos entreprises navales, beaucoup de cartouches usagées s'étaient accumulées, elles ont donc été fondues.

« À une époque où les Américains menaçaient l'URSS de « guerre des étoiles », l'académicien Velikhov proposa de placer des armes laser en orbite. Les lasers nécessitaient des cristaux spéciaux, - Vladimir Gavrilov, responsable de l'expérience CMS de l'Institut de théorie et physique expérimentale(ITEP). — Plusieurs usines ont été construites pour ce projet. Mais ensuite tout s’est effondré, les usines n’ont plus rien eu à faire. Il s'est avéré que l'usine de Bogoroditsk Région de Toula peut fabriquer les cristaux nécessaires au CMS ».

EXPÉRIENCES ATLAS ET CMS

Quatre grandes expériences ont lieu au Grand collisionneur de hadrons ( ATLAS, CMS, ALICE Et LHCb) et trois petits ( LHCf, MoEDAL Et TOTEM). Le flux de données provenant des quatre grandes expériences s'élève à 15 pétaoctets (15 millions de Go) par an, ce qui nécessiterait une pile de CD de 20 kilomètres pour être enregistré. L’honneur de découvrir le boson de Higgs appartient conjointement à ATLAS et CMS, de nombreux scientifiques russes participent à ces collaborations. En seulement 60 ans, plus d'un millier de personnes ont travaillé au CERN Spécialistes russes. Le détecteur ATLAS est tout simplement incroyable: 35 m de haut, 33 m de large et près de 50 m de long. Nikolay Zimin, employé de l'Institut commun de recherche nucléaire de Doubna et cette expérience, qui a travaillé au CERN pendant de nombreuses années, a comparé le détecteur à une poupée gigogne géante. "Chacun de couches supérieures des détecteurs entourent le précédent, en essayant de couvrir le plus possible l'angle solide. Idéalement, vous devez vous assurer que toutes les particules qui s’échappent peuvent être capturées et que les « zones mortes » du détecteur sont minimisées., souligne-t-il. Chacun des sous-systèmes de détection, « couches de détecteurs », enregistre certaines particules produites lors de la collision de faisceaux de protons.

Combien de « poupées matriochka » y a-t-il dans un grand « détecteur de matriochka » ? Quatre grands sous-systèmes, dont les systèmes de muons et de calorimètre. De ce fait, la particule émise traverse environ 50 « couches d'enregistrement » du détecteur, dont chacune collecte telle ou telle information. Les scientifiques déterminent la trajectoire de ces particules dans l’espace, leurs charges, vitesses, masse et énergie.

Les faisceaux de protons n'entrent en collision qu'aux endroits entourés de détecteurs ; à d'autres endroits du collisionneur, ils volent à travers des tubes parallèles.

Les faisceaux ont accéléré et se sont lancés dans la rotation du Grand collisionneur de hadrons pendant 10 heures, période pendant laquelle ils parcourent une distance de 10 milliards de km, ce qui est suffisant pour aller et revenir jusqu'à Neptune. Les protons se déplaçant presque à la vitesse de la lumière effectuent 11 245 tours par seconde le long de l'anneau de 27 kilomètres !

Les protons quittant l'injecteur traversent une cascade d'accélérateurs jusqu'à ce qu'ils atteignent grosse bague. "Le CERN, contrairement aux centres russes, a réussi à utiliser chaque accélérateur record pour l'époque comme pré-accélérateur du suivant", remarque Nikolaï Zimine. Tout a commencé avec Synchrotron à protons (PS, 1959), alors il y avait Synchrotron à superprotons (SPS, 1976), Alors Grand collisionneur électron-positon (LEP, 1989). Le LEP a ensuite été retiré du tunnel pour économiser de l'argent et le Grand collisionneur de hadrons a été construit à sa place. «Ensuite, le LHC sera supprimé, un super LHC sera construit, de telles idées existent déjà. Ou peut-être qu’ils commenceront immédiatement à construire des FCC (Future Circular Colliders), et un collisionneur de 50 TeV de 100 kilomètres apparaîtra., - continue son histoire Zimine.

« Pourquoi tout ici est-il si bien organisé du point de vue de la sécurité ? Parce qu'il y a de nombreux dangers en dessous. Premièrement, le donjon lui-même fait 100 mètres de profondeur. Deuxièmement, il existe de nombreuses technologies cryogéniques ; ATLAS fonctionne avec deux champs magnétiques. L’un d’eux est constitué d’un solénoïde central supraconducteur, qui doit être refroidi. Deuxièmement, les plus grands tores magnétiques du monde. Ce sont des beignets de 25 mètres dans un sens et de 6 mètres dans l'autre. Chacun d'eux fait circuler un courant de 20 kA. Et ils doivent également être refroidis avec de l'hélium liquide. Énergie stockée champ magnétique Nous disposons de 1,6 GJ, donc si quelque chose arrive, les conséquences de la destruction du détecteur pourraient être catastrophiques. Dans la chambre à faisceau du détecteur vide poussé, et s'il est violé, une explosion peut en résulter", - parle Nikolaï Zimine.

"Voici l'un des endroits les plus vides (en termes de vide) de système solaire et l'un des plus froids de l'Univers : 1,9 K (-271,3 °C). En même temps, c’est l’un des endroits les plus chauds de la Galaxie. », - c'est ce qu'on aime dire au CERN, et tout cela n'est pas une exagération. Le LHC possède le plus grand système de refroidissement au monde, nécessaire pour maintenir l’anneau de 27 kilomètres dans un état de supraconductivité. Dans les tubes traversés par les faisceaux de protons, un ultra-vide de 10 à 12 atmosphères est créé pour éviter les collisions avec les molécules de gaz.

RÉPUBLIQUES DE COLLABORATIONS

Les travaux au Large Hadron Collider se déroulent dans des conditions de compétition scientifique constante entre les collaborations. Mais Le boson de Higgs a été découvert simultanément par le groupe ATLAS et le groupe CMS. Vladimir Gavrilov (CMS) souligne l’importance de deux collaborations indépendantes travaillant simultanément sur cette tâche. "L'annonce de la découverte du boson de Higgs n'est intervenue qu'après que les deux collaborations ont produit des résultats totalement contradictoires. de différentes manières, mais indiquant approximativement les mêmes paramètres avec une précision possible pour deux détecteurs. Maintenant, cette précision augmente et la concordance entre les résultats est encore meilleure. ». « Le CERN et les collaborations sont deux choses différentes. Le CERN est un laboratoire, il vous donne un accélérateur et les collaborations sont États individuels des scientifiques avec leur propre constitution, leurs propres finances, leur propre gestion. Et les personnes qui travaillent sur les détecteurs ne sont pas à 90 % des employés du CERN, mais des employés des instituts, leur travail est payé par les États et instituts participants, et le CERN est inclus dans la collaboration au même titre que les autres instituts., explique Oleg Fedin de l'Institut de physique nucléaire de Saint-Pétersbourg.

L'AVENIR DU GRAND COLLISIONNEUR DE HADRONS

Déjà le collisionneur ne fonctionne pas depuis un an et demi, les ingénieurs et les techniciens vérifient et remplacent les équipements. « Nous allons lancer les premières poutres en janvier 2015. Quand les premiers arrivent des résultats intéressants, Je ne sais pas. L'énergie du collisionneur sera presque doublée - de 7 à 13 TeV - il s'agit en fait d'une nouvelle machine.", nous a dit Rolf-Dieter Heuer, directeur général du CERN.

Qu’attend Rolf Heuer du lancement du LHC après modernisation ? « Mon rêve est qu’ici, au LHC, nous puissions trouver des traces de particules de matière noire. Ce sera merveilleux. Mais ce n'est qu'un rêve ! Je ne peux pas garantir que nous le trouverons. Et bien sûr, nous pouvons découvrir de nouvelles choses. D’un côté, il y a le modèle standard : il décrit le monde à merveille. Mais ça n'explique rien. Trop de paramètres saisis manuellement. Le modèle standard est fantastique. Mais au-delà du modèle standard, il existe une fantaisie encore plus grande. ».

A la veille du 60e anniversaire du CERN Rolf Heuer note que le centre scientifique a vécu pendant toutes ces années sous la devise : « 60 ans de science pour le monde ». Selon lui, « Le CERN n’a pas vraiment ignoré, mais a essayé de rester aussi loin que possible de tout questions politiques. Depuis la création du CERN, à l'époque où existait une division entre l'Ouest et l'Est, les représentants des deux côtés pouvaient travailler ensemble ici. Aujourd’hui, nous avons des scientifiques d’Israël et de Palestine, d’Inde et du Pakistan… Nous essayons de rester en dehors de la politique, nous essayons de travailler en tant que représentants de l’humanité, en tant que personnes normales.».

Cet article utilise la brochure du guide LHC. Version électronique - sur le site Internet

Il y a quelques années à peine, je n'avais aucune idée de ce qu'étaient les collisionneurs de hadrons, le boson de Higgs, et pourquoi des milliers de scientifiques du monde entier travaillaient sur un immense campus de physique à la frontière de la Suisse et de la France, enfouissant des milliards de dollars dans le sol.
Ensuite, pour moi, comme pour beaucoup d'autres habitants de la planète, l'expression Large Hadron Collider, la connaissance des particules élémentaires qui y entrent en collision à la vitesse de la lumière et de l'un des plus grandes découvertes plus récemment, le boson de Higgs.

Ainsi, à la mi-juin, j’ai eu l’occasion de voir de mes propres yeux de quoi tant de gens parlent et sur quoi il y a tant de rumeurs contradictoires.
Il ne s'agissait pas seulement d'une courte excursion, mais d'une journée complète passée dans le plus grand laboratoire de physique nucléaire du monde, le Cern. Ici, nous avons pu communiquer avec les physiciens eux-mêmes, voir beaucoup de choses intéressantes dans ce campus scientifique et descendre au saint des saints - le Grand collisionneur de hadrons (mais quand il est lancé et que des tests y sont effectués , tout accès de l'extérieur est impossible), visitez l'usine de production d'aimants géants pour le collisionneur, le centre Atlas, où les scientifiques analysent les données obtenues au collisionneur, visitez secrètement le dernier collisionneur linéaire en construction, et même, presque comme dans une quête, je parcoure pratiquement chemin épineux particule élémentaire, de la fin au début. Et voyez où tout commence...
Mais à propos de tout cela dans des articles séparés. Aujourd'hui, il ne s'agit que du Grand collisionneur de hadrons.
Si l’on peut appeler cela simplement, mon cerveau refuse de comprendre COMMENT une telle chose pourrait d’abord être inventée puis construite.

2. Il y a de nombreuses années, cette image est devenue mondialement connue. Beaucoup pensent qu'il s'agit du Grand Hadron en coupe. En fait, il s’agit d’une coupe transversale de l’un des plus grands détecteurs – CMS. Son diamètre est d'environ 15 mètres. Ce n'est pas le plus grand détecteur. Le diamètre d'Atlas est d'environ 22 mètres.

3. Pour comprendre approximativement de quoi il s’agit et quelle est sa taille, regardons la carte satellite.
C'est une banlieue de Genève, très proche du lac Léman. C'est là que se trouve l'immense campus du CERN, dont je parlerai séparément un peu plus tard, et il y a un tas de collisionneurs situés sous terre à différentes profondeurs. Oui, oui. Il n'est pas seul. Ils sont dix. Le Grand Hadron couronne simplement cette structure, au sens figuré, complétant la chaîne de collisionneurs à travers lesquels les particules élémentaires sont accélérées. J'en parlerai également séparément, en passant par la particule du Grand (LHC) jusqu'au tout premier Linac linéaire.
Le diamètre de l’anneau du LHC est de près de 27 kilomètres et il se trouve à une profondeur d’un peu plus de 100 mètres (le plus grand anneau de la photo).
Le LHC dispose de quatre détecteurs : Alice, Atlas, LHCb et CMS. Nous sommes descendus au détecteur CMS.

4. En plus de ces quatre détecteurs, le reste de l’espace souterrain est un tunnel dans lequel se trouve un boyau continu de segments bleus comme ceux-ci. Ce sont des aimants. Des aimants géants dans lesquels se crée un champ magnétique fou, dans lequel les particules élémentaires se déplacent à la vitesse de la lumière.
Il y en a 1734 au total.

5. L’intérieur de l’aimant ressemble à ceci structure complexe. Il y a beaucoup de tout ici, mais le plus important, ce sont deux tubes creux à l'intérieur dans lesquels volent des faisceaux de protons.
À quatre endroits (dans ces mêmes détecteurs), ces tubes se croisent et des faisceaux de protons entrent en collision. Aux endroits où ils entrent en collision, les protons se dispersent en diverses particules détectées par des détecteurs.
Il s’agit ici de parler brièvement de ce qu’est cette absurdité et de son fonctionnement.

6. Donc, 14 juin, matin, CERN. Nous arrivons à une clôture discrète avec un portail et un petit bâtiment sur le territoire.
C'est l'entrée de l'un des quatre détecteurs du Large Hadron Collider - CMS.
Ici, je veux m'arrêter un peu pour parler de la façon dont nous avons réussi à en arriver là et grâce à qui.
Et tout cela est « à blâmer » pour Andrey, notre homme qui travaille au CERN, et grâce à qui notre visite n'a pas été une courte excursion ennuyeuse, mais incroyablement intéressante et remplie d'une énorme quantité d'informations.
Andrey (lui en T-shirt vert) ne se soucie pas des invités et est toujours heureux de faciliter une visite dans cette Mecque de la physique nucléaire.
Tu sais ce qui est intéressant ? C'est le mode de débit dans le collisionneur et au CERN en général.
Oui, tout se fait par carte magnétique, mais... un salarié muni de son pass a accès à 95% du territoire et des installations.
Et seulement ceux où niveau augmenté risque de rayonnement, vous avez besoin d'un accès spécial - c'est à l'intérieur du collisionneur lui-même.
Ainsi, les salariés se déplacent sans problème sur le territoire.
Pendant un instant, des milliards de dollars et de nombreux équipements parmi les plus incroyables ont été investis ici.
Et puis je me souviens de quelques objets abandonnés en Crimée, où tout a été découpé depuis longtemps, mais néanmoins tout est méga-secret, on ne peut en aucun cas être filmé, et l'objet est on ne sait quoi stratégique.
C’est juste que les gens ici pensent correctement avec leur tête.

7. Voici à quoi ressemble le territoire de la CMS. Pas de décoration extérieure frimeuse ni de super-cars dans le parking. Mais ils peuvent se le permettre. Ce n’est tout simplement pas nécessaire.

8. Le CERN, en tant que premier centre scientifique mondial dans le domaine de la physique, utilise plusieurs diverses directions en termes de relations publiques. L’un d’eux est ce qu’on appelle « l’Arbre ».
Dans ce cadre, nous invitons professeurs d'école en physique de différents pays et les villes. Ils sont montrés et racontés ici. Ensuite, les enseignants retournent dans leurs écoles et racontent à leurs élèves ce qu'ils ont vu. Un certain nombre d'étudiants, inspirés par l'histoire, commencent à étudier la physique avec beaucoup d'intérêt, puis vont à l'université pour se spécialiser en physique et, à l'avenir, finiront peut-être même par travailler ici.
Mais pendant que les enfants sont encore à l'école, ils ont aussi la possibilité de visiter le CERN et, bien sûr, de descendre au Grand collisionneur de hadrons.
Plusieurs fois par mois, des « journées » spéciales sont organisées ici portes ouvertes"pour les enfants surdoués de différents pays et amoureux de physique.
Ils sont sélectionnés par les enseignants eux-mêmes qui étaient au cœur de cet arbre et soumettent des propositions au bureau du CERN en Suisse.
Par coïncidence, le jour où nous sommes venus voir le Grand collisionneur de hadrons, un de ces groupes d'Ukraine est venu ici - des enfants, étudiants de la Petite Académie des Sciences, qui avaient réussi un concours difficile. Avec eux, nous sommes descendus jusqu'à 100 mètres de profondeur, au cœur même du Collider.

9. Gloire à nos insignes.
Les éléments obligatoires pour les physiciens travaillant ici sont un casque avec une lampe de poche et des bottes avec une plaque métallique sur la pointe (pour protéger leurs orteils lorsqu'une charge tombe)

10. Des enfants surdoués passionnés de physique. Dans quelques minutes, leurs positions se réaliseront - ils descendront dans le Grand collisionneur de hadrons

11. Les travailleurs jouent aux dominos tout en se détendant avant leur prochain quart de travail sous terre.

12. Centre de contrôle et de gestion CMS. Ici circulent les données primaires des principaux capteurs caractérisant le fonctionnement du système.
Lorsque le collisionneur est en fonctionnement, une équipe de 8 personnes travaille ici 24 heures sur 24.

13. Il faut dire que dans moment présent Le Grand Hadron a été arrêté pendant deux ans pour mener à bien un programme de réparation et de modernisation du collisionneur.
Le fait est qu'il y a eu un accident il y a 4 ans, après quoi le collisionneur n'a jamais fonctionné. pleine puissance(Je parlerai de l'accident dans le prochain post).
Après sa modernisation, qui s'achèvera en 2014, il devrait fonctionner à une puissance encore plus grande.
Si le collisionneur fonctionnait maintenant, nous ne pourrions certainement pas le visiter

14. À l'aide d'un ascenseur technique spécial, nous descendons jusqu'à une profondeur de plus de 100 mètres, là où se trouve le collisionneur.
L'ascenseur est le seul moyen de secours du personnel en cas de urgence, parce que il n'y a pas d'escalier ici. Autrement dit, c'est le plus endroit sûr dans le CMS.
Selon les instructions, en cas d'alarme, tout le personnel doit se rendre immédiatement à l'ascenseur.
Une pression excessive est créée ici afin qu'en cas de fumée, la fumée ne pénètre pas à l'intérieur et que les personnes ne soient pas empoisonnées.

15. Boris s'inquiète de l'absence de fumée.

16. En profondeur. Ici, tout est imprégné de communications.

17. Des kilomètres infinis de fils et de câbles pour la transmission de données

18. Il y a un grand nombre de tuyaux ici. Ce qu'on appelle la cryogénie. Le fait est que l’hélium est utilisé à l’intérieur des aimants pour le refroidissement. Le refroidissement des autres systèmes, ainsi que du système hydraulique, est également nécessaire.

19. Dans les salles de traitement des données situées dans le détecteur, il y a un grand nombre serveurs.
Ils sont combinés dans des déclencheurs de performances dits incroyables.
Par exemple, le premier déclencheur en 3 millisecondes sur 40 000 000 d'événements doit en sélectionner environ 400 et les transférer au deuxième déclencheur - le niveau le plus élevé.

20. La folie de la fibre optique.
Les salles informatiques sont situées au-dessus du détecteur, car Il existe ici un très petit champ magnétique qui n’interfère pas avec le fonctionnement de l’électronique.
Il ne serait pas possible de collecter des données dans le détecteur lui-même.

21. Déclencheur global. Il se compose de 200 ordinateurs

22. Quel type d'Apple existe-t-il ? Dell!!!

23. Les armoires des serveurs sont solidement verrouillées

24. Un dessin amusant sur le lieu de travail d’un opérateur.

25. Fin 2012, le boson de Higgs a été découvert à la suite d'une expérience menée au Grand collisionneur de hadrons, et cet événement a été largement célébré par les travailleurs du CERN.
Les bouteilles de champagne n'ont pas été jetées volontairement après la célébration, estimant que ce n'était que le début de grandes choses.

26. À l'approche du détecteur lui-même, il y a partout des panneaux avertissant des risques de rayonnement

26. Tous les employés de Collider disposent de dosimètres personnels qu'ils doivent apporter à l'appareil de lecture et enregistrer leur emplacement.
Le dosimètre accumule le niveau de rayonnement et, s'il s'approche de la dose limite, informe l'employé et transmet également les données en ligne au poste de contrôle, avertissant qu'il y a une personne en danger à proximité du collisionneur.

27. Juste en face du détecteur se trouve un système d'accès de niveau supérieur.
Vous pouvez vous connecter en joignant une carte personnelle, un dosimètre et en subissant un scanner rétinien

28. Ce que je fais

29. Et le voici : le détecteur. La petite piqûre à l’intérieur ressemble à un mandrin de perçage, qui abrite ces énormes aimants qui semblent maintenant très petits. Pour le moment, il n'y a pas d'aimants, car... en cours de modernisation

30. En état de fonctionnement, le détecteur est connecté et ressemble à une seule unité

31. Le poids du détecteur est de 15 000 tonnes. Un champ magnétique incroyable est créé ici.

32. Comparez la taille du détecteur avec les personnes et les équipements travaillant en dessous

33. Câbles bleu- alimentation, rouge - données

34. Fait intéressant, pendant son fonctionnement, le Big Hadron consomme 180 mégawatts d'électricité par heure.

35. Travaux de maintenance de routine sur les capteurs

36. De nombreux capteurs

37. Et le pouvoir pour eux... la fibre optique revient

38. Le look d’une personne incroyablement intelligente.

39. Une heure et demie sous terre passe comme cinq minutes... De retour sur la terre des mortels, vous vous demandez involontairement... COMMENT cela peut être fait.
ET POURQUOI font-ils cela….

Je vais continuer mon histoire sur la visite de la journée portes ouvertes au CERN.

Partie 3. Centre informatique.

Dans cette partie, je parlerai de l'endroit où est stocké et traité le produit du travail du CERN - les résultats des expériences. Nous parlerons d'un centre informatique, même s'il serait probablement plus correct de l'appeler un centre de données. Mais j'aborderai d'abord un peu les questions d'informatique et de stockage de données au CERN. Chaque année, le Large Hadron Collider produit à lui seul tellement de données que si elles étaient gravées sur un CD, cela constituerait une pile de 20 kilomètres de haut. En effet, le collisionneur entre en collision 30 millions de fois par seconde et chaque collision produit environ 20 événements, chacun produisant une grande quantité d'informations dans le détecteur. Bien entendu, ces informations sont d'abord traitées dans le détecteur lui-même, puis sont transmises au centre informatique local et ensuite seulement transmises au centre principal de stockage et de traitement des données. Cependant, il est nécessaire de traiter environ des pétaoctets de données chaque jour. A cela il faut ajouter que ces données doivent non seulement être stockées mais également réparties entre centres de recherche dans le monde entier et prennent en charge environ 4 000 utilisateurs du réseau WiFi au CERN même. Il convient d'ajouter qu'il existe en Hongrie un centre auxiliaire de stockage et de traitement des données, avec lequel il existe une liaison de 100 gigabits. Parallèlement, 35 000 kilomètres de câbles optiques sont posés à l'intérieur du CERN.
Cependant, le centre informatique n’a pas toujours été aussi puissant. La photographie montre comment le matériel utilisé a évolué au fil du temps.

Il y a maintenant une transition des mainframes vers une grille de PC classiques. Actuellement, le centre dispose de 90 000 cœurs de processeur répartis sur 10 000 serveurs fonctionnant 24 heures sur 24, 7 jours sur 7. En moyenne, 250 000 tâches de traitement de données s'exécutent simultanément sur cette grille. Ce centre de données est à son apogée technologies modernes et, souvent, fait progresser l'informatique et l'informatique pour résoudre les problèmes nécessaires au stockage et au traitement de ces données. gros volumes données. Il suffit de mentionner que dans un bâtiment situé à proximité du centre informatique, Tim Berners-Lee a inventé le World Wide Web (dites cela à ces idiots alternativement doués qui, en surfant sur Internet, disent que science fondamentale n'apporte aucun avantage).

Mais revenons au problème du stockage des données. La photographie montre qu'à l'époque antédiluvienne, les données étaient auparavant stockées sur des disques magnétiques (oui, oui, je me souviens de ces disques de 29 mégaoctets sur l'ordinateur de l'UE).

Pour voir comment ça se passe aujourd'hui, je me rends dans le bâtiment où se trouve le centre informatique.

Étonnamment, il n’y a pas beaucoup de monde et j’entre assez vite. Ils nous montrent un court métrage puis nous conduisent vers une porte verrouillée. Notre guide nous ouvre la porte et nous nous retrouvons dans un endroit assez grande salle, où se trouvent des armoires avec des bandes magnétiques sur lesquelles les informations sont enregistrées.

La majeure partie de la pièce est occupée par ces mêmes armoires.

Ils stockent environ 100 pétaoctets d’informations (l’équivalent de 700 ans de vidéo Full HD) dans 480 millions de fichiers. Il est intéressant de noter qu’environ 10 000 physiciens répartis dans 160 centres informatiques dans le monde ont accès à ces informations. Ces informations contiennent toutes les données expérimentales depuis les années 70 du siècle dernier. Si vous regardez attentivement, vous pouvez voir comment ces bandes magnétiques se trouvent à l'intérieur des armoires.

Certains racks contiennent des modules processeur.

Sur la table se trouve un petit affichage de ce qui est utilisé pour le stockage des données.

Ce centre de données consomme 3,5 mégawatts énergie électrique et dispose de son propre générateur diesel en cas de panne de courant. Il faut également parler du système de refroidissement. Il est situé à l’extérieur du bâtiment et chasse l’air froid sous le faux plancher. Le refroidissement par eau n'est utilisé que sur un petit nombre de serveurs.

Si vous regardez à l'intérieur de l'armoire, vous pouvez voir comment se produisent l'échantillonnage et le chargement automatiques des bandes magnétiques.

En fait, cette salle n'est pas la seule où technologie informatique, mais le fait que les visiteurs aient au moins été autorisés ici évoque déjà le respect des organisateurs. J'ai pris une photo de ce qui était exposé sur la table.

Après cela, un autre groupe de visiteurs est apparu et on nous a demandé de partir. Je fais dernière photo et quittez le centre informatique.

Dans la partie suivante, je parlerai des ateliers où sont créés et assemblés des équipements uniques, qui sont utilisés dans des expériences physiques.

Beaucoup des gens ordinaires Les planètes se demandent à quoi sert le Grand collisionneur de hadrons. Incompréhensible pour la plupart recherche scientifique, pour lequel plusieurs milliards d’euros ont été dépensés, suscitent prudence et inquiétude.

Peut-être qu'il ne s'agit pas du tout de recherche, mais d'un prototype de machine à voyager dans le temps ou d'un portail pour la téléportation de créatures extraterrestres qui peuvent changer le destin de l'humanité ? Les rumeurs les plus fantastiques et les plus terribles circulent. Dans cet article, nous allons essayer de comprendre ce qu'est un collisionneur de hadrons et pourquoi il a été créé.

Un projet ambitieux pour l'humanité

Le Large Hadron Collider est actuellement l’accélérateur de particules le plus puissant de la planète. Elle est située à la frontière de la Suisse et de la France. Plus précisément, en dessous : à une profondeur de 100 mètres se trouve un tunnel annulaire de l'accélérateur long de près de 27 kilomètres. Le propriétaire du site expérimental, d'une valeur de plus de 10 milliards de dollars, est le Centre européen de recherche nucléaire.

D'énormes quantités de ressources et des milliers de physiciens nucléaires sont occupés à accélérer des protons et des ions plomb lourds jusqu'à des vitesses proches de la lumière dans différentes directions, puis à les écraser les uns contre les autres. Les résultats des interactions directes sont soigneusement étudiés.

La proposition de créer un nouvel accélérateur de particules est revenue en 1984. Depuis dix ans, de nombreuses discussions ont eu lieu sur ce à quoi ressemblera un collisionneur de hadrons et pourquoi un collisionneur d'une telle envergure est nécessaire. projet de recherche. Seulement après avoir discuté des problèmes de fonctionnalités solution technique et les paramètres d'installation requis, le projet a été approuvé. La construction n'a commencé qu'en 2001, en utilisant l'ancien accélérateur de particules - le Grand collisionneur électron-positon - pour l'héberger.

Pourquoi avons-nous besoin d’un grand collisionneur de hadrons ?

L'interaction des particules élémentaires est décrite de différentes manières. La théorie de la relativité est en contradiction avec théorie des quanta champs. Le chaînon manquant en gagnant approche communeà la structure des particules élémentaires est l'impossibilité de créer une théorie gravité quantique. C’est pourquoi un collisionneur de hadrons de grande puissance est nécessaire.

L’énergie totale des collisions de particules est de 14 téraélectronvolts, ce qui fait de cet appareil un accélérateur nettement plus puissant que tout ce qui existe aujourd’hui dans le monde. Après avoir réalisé des expériences auparavant impossibles avec raisons techniques, des scientifiques de une grande part les probabilités peuvent être documentées pour confirmer ou infirmer théories existantes micromonde.

L'étude du plasma quark-gluon formé lors de la collision de noyaux de plomb permettra de construire une théorie plus avancée interactions fortes, qui peut changer radicalement la physique nucléaire et l’espace stellaire.

Boson de Higgs

En 1960, le physicien écossais Peter Higgs a développé la théorie du champ de Higgs, selon laquelle les particules entrant dans ce champ sont soumises à des effets quantiques qui, dans le monde physique, peuvent être observés comme la masse d'un objet.

Si au cours des expériences il est possible de confirmer la théorie du Scottish physicien nucléaire et trouver le boson de Higgs (quantique), alors cet événement pourrait devenir un nouveau point de départ pour le développement des habitants de la Terre.

Et les contrôleurs gravitationnels révélés dépasseront plusieurs fois toutes les perspectives de développement visibles. progrès technique. De plus, les scientifiques avancés ne s'intéressent pas davantage à la présence du boson de Higgs lui-même, mais au processus de rupture de la symétrie électrofaible.

Comment ça marche

Pour que les particules expérimentales atteignent une vitesse impensable pour la surface, presque égale dans le vide, elles sont accélérées progressivement, augmentant à chaque fois l'énergie.

Les accélérateurs linéaires injectent d’abord des ions plomb et des protons, qui sont ensuite soumis à une accélération progressive. Les particules pénètrent dans le synchrotron à protons via le booster, où elles reçoivent une charge de 28 GeV.

À l'étape suivante, les particules entrent dans le supersynchrotron, où leur énergie de charge est portée à 450 GeV. Ayant atteint ces indicateurs, les particules tombent dans l'anneau principal de plusieurs kilomètres, où, sur des sites de collision spécialement situés, des détecteurs enregistrent en détail le moment de l'impact.

En plus des détecteurs capables d'enregistrer tous les processus lors d'une collision, 1 625 aimants supraconducteurs sont utilisés pour maintenir les paquets de protons dans l'accélérateur. Leur longueur totale dépasse 22 kilomètres. Spécialement conçu pour atteindre une température de −271 °C. Le coût de chacun de ces aimants est estimé à un million d'euros.

Fin justifie les moyens

Pour mener à bien des expériences aussi ambitieuses, le collisionneur de hadrons le plus puissant a été construit. Pourquoi avez-vous besoin de plusieurs milliards de dollars projet scientifique, disent de nombreux scientifiques à l’humanité avec un plaisir non dissimulé. C'est vrai, dans le cas de nouveaux découvertes scientifiques, très probablement, ils seront hautement classifiés.

Vous pouvez même le dire avec certitude. Ceci est confirmé par toute l’histoire de la civilisation. Lorsque la roue a été inventée, l’humanité maîtrisait la métallurgie – bonjour les fusils et les fusils !

Tous les développements les plus modernes sont désormais disponibles complexes militaro-industriels pays développés, mais pas l’ensemble de l’humanité. Lorsque les scientifiques ont appris à diviser l’atome, qu’est-ce qui est arrivé en premier ? Réacteurs nucléaires, fournissant cependant de l’électricité après des centaines de milliers de morts au Japon. Les habitants d'Hiroshima étaient définitivement contre progrès scientifique, ce qui leur a enlevé demain, à eux et à leurs enfants.

Le développement technique ressemble à une moquerie des gens, car l'homme y deviendra bientôt le plus maillon faible. Selon la théorie de l'évolution, le système se développe et se renforce, éliminant points faibles. Il se pourrait bientôt que nous n’ayons plus aucune place dans un monde où la technologie s’améliore. Par conséquent, la question « pourquoi le Grand collisionneur de hadrons est-elle nécessaire maintenant » n'est en fait pas une vaine curiosité, car elle est provoquée par la peur pour le sort de toute l'humanité.

Des questions sans réponse

Pourquoi avons-nous besoin d’un grand collisionneur de hadrons si des millions de personnes sur la planète meurent de faim et de maladies incurables et parfois traitables ? Aidera-t-il à vaincre ce mal ? Pourquoi l'humanité a-t-elle besoin d'un collisionneur de hadrons qui, malgré tout le développement de la technologie, n'a pas été en mesure d'apprendre à gérer avec succès maladies cancéreuses? Ou peut-être est-il simplement plus rentable de fournir des services médicaux coûteux que de trouver un moyen de guérir ? Dans l'ordre mondial actuel et développement éthique seulement une poignée de représentants race humaine Un grand collisionneur de hadrons est absolument nécessaire. Pourquoi la population entière de la planète en a-t-elle besoin, menant une bataille incessante pour le droit de vivre dans un monde exempt d’attaques contre la vie et la santé de chacun ? L'Histoire est muette à ce sujet...

Préoccupations des collègues scientifiques

D'autres représentants de la communauté scientifique ont exprimé de sérieuses inquiétudes quant à la sécurité du projet. Il y a une forte probabilité que monde scientifique dans ses expériences, en raison de ses connaissances limitées, il peut perdre le contrôle de processus qui n'ont même pas été correctement étudiés.

Cette approche rappelle les expériences en laboratoire des jeunes chimistes : mélangez le tout et voyez ce qui se passe. Dernier exemple pourrait se terminer par une explosion dans le laboratoire. Et si un tel « succès » arrivait au collisionneur de hadrons ?

Pourquoi les Terriens ont-ils besoin d'un risque injustifié, d'autant plus que les expérimentateurs ne peuvent pas dire en toute confiance que les processus de collisions de particules conduisant à la formation de températures supérieures à 100 000 fois la température de notre étoile ne provoqueront pas réaction en chaîne de tout ce qui se passe sur la planète ?! Ou ils appelleront simplement quelque chose capable de gâcher fatalement des vacances dans les montagnes de Suisse ou de la Côte d'Azur...

Dictature de l'information

Pourquoi le Grand collisionneur de hadrons est-il nécessaire alors que l'humanité ne peut pas résoudre moins de problèmes tâches complexes? Tentative de faire taire opinion alternative ne fait que confirmer la possibilité d'une imprévisibilité du cours des événements.

Probablement, là où l'homme est apparu pour la première fois, cette double caractéristique lui était inhérente : faire le bien et se faire du mal en même temps. Peut-être que les découvertes que nous apportera le collisionneur de hadrons nous apporteront la réponse ? La raison pour laquelle cette expérience risquée était nécessaire sera décidée par nos descendants.