Collider ở Nga làm gia tốc các hạt trong chùm va chạm (va chạm từ từ va chạm, trong dịch nghĩa - va chạm). Để nghiên cứu sản phẩm tác động của các hạt này với nhau là cần thiết, để các nhà khoa học truyền động năng mạnh cho các hạt cơ bản của vật chất. Chúng cũng đối phó với sự va chạm của các hạt này, hướng chúng vào nhau.
Lịch sử Sáng tạo
Có một số loại máy va chạm: hình tròn (ví dụ: LHC - Máy va chạm Hadron Lớn ở CERN Châu Âu), tuyến tính (do ILC chiếu).
Về mặt lý thuyết, ý tưởng sử dụng sự va chạm của các chùm tia đã xuất hiện cách đây vài thập kỷ. Wideröe Rolf, một nhà vật lý đến từ Na Uy, đã nhận được bằng sáng chế ở Đức vào năm 1943 cho ý tưởng về các chùm tia va chạm. Mãi đến mười năm sau, nó mới được xuất bản.
Năm 1956, Donald Kerst đưa ra đề xuất sử dụng sự va chạm của chùm proton để nghiên cứu vật lý hạt. Trong khi Gerard O'Neill nghĩ rằng sẽ tận dụng lợi thế của khoản tích lũynhẫn để nhận được chùm sáng mạnh mẽ.
Hoạt động tích cực trong dự án tạo ra một máy va chạm bắt đầu đồng thời ở Ý, Liên Xô và Hoa Kỳ (Frascati, INP, SLAC). Máy va chạm đầu tiên được đưa ra là máy va chạm electron-positron AdA, được chế tạo bởi Tushekavo Frascati.
Đồng thời, kết quả đầu tiên được công bố chỉ một năm sau (năm 1966), so với kết quả quan sát sự tán xạ đàn hồi của các electron tại VEP-1 (1965, Liên Xô).
Máy va chạm Dubna Hadron
VEP-1 (chùm điện tử va chạm) là một cỗ máy được tạo ra dưới sự hướng dẫn rõ ràng của G. I. Budker. Một thời gian sau, người ta thu được chùm tia tại máy gia tốc ở Hoa Kỳ. Tất cả ba máy va chạm này đều là những máy thử nghiệm, chúng dùng để chứng minh khả năng nghiên cứu vật lý hạt cơ bản bằng cách sử dụng chúng.
Máy va chạm hadron đầu tiên là ISR, đồng bộ proton, được đưa ra vào năm 1971 bởi CERN. Năng lượng của nó trong chùm sáng là 32 GeV. Nó là máy va chạm tuyến tính hoạt động duy nhất vào những năm 90.
Sau khi ra mắt
Một tổ hợp gia tốc mới đang được tạo ra ở Nga, trên cơ sở của Viện Nghiên cứu Hạt nhân. Nó được gọi là NICA - cơ sở Máy va chạm Ion dựa trên Nuclotron và nằm ở Dubna. Mục đích của tòa nhà là nghiên cứu và khám phá các đặc tính mới của vật chất đặc của baryon.
Sau khi máy khởi động, các nhà khoa học từ Viện Nghiên cứu Hạt nhân Liên hợpDubna gần Moscow sẽ có thể tạo ra một trạng thái vật chất nhất định, đó là Vũ trụ trong những khoảnh khắc đầu tiên của nó sau Vụ nổ lớn. Chất này được gọi là plasma quark-gluon (QGP).
Việc xây dựng khu phức hợp tại một cơ sở nhạy cảm bắt đầu vào năm 2013 và dự kiến ra mắt vào năm 2020.
Nhiệm vụ chính
Đặc biệt cho Ngày Khoa học ở Nga, nhân viên JINR đã chuẩn bị tài liệu cho các sự kiện giáo dục dành cho học sinh. Chủ đề có tên “NICA - Vũ trụ trong phòng thí nghiệm”. Chuỗi video với sự tham gia của viện sĩ Grigory Vladimirovich Trubnikov sẽ kể về nghiên cứu trong tương lai sẽ được thực hiện tại Máy va chạm Hadron ở Nga trong một cộng đồng với các nhà khoa học khác từ khắp nơi trên thế giới.
Nhiệm vụ quan trọng nhất mà các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực này phải đối mặt là nghiên cứu các lĩnh vực sau:
- Các thuộc tính và chức năng tương tác chặt chẽ của các thành phần cơ bản của mô hình chuẩn của vật lý hạt với nhau, tức là nghiên cứu về quark và gluon.
- Tìm các dấu hiệu của sự chuyển pha giữa QGP và vật chất Hadronic, cũng như tìm kiếm các trạng thái chưa từng biết trước đây của vật chất baryonic.
- Làm việc với các thuộc tính cơ bản của tương tác chặt chẽ và đối xứng QGP.
Trang bị quan trọng
Bản chất của máy va chạm hadron trong phức hợp NICA là cung cấp một phổ chùm lớn: từ proton và deuteron, đến chùm bao gồm các ion nặng hơn nhiều, chẳng hạn như hạt nhân vàng.
Các ion nặng sẽ được tăng tốc đến trạng thái năng lượng lên đến 4,5 GeV / nucleon, và proton - lên đến mười hai rưỡi. Trái tim của máy va chạm ở Nga là máy gia tốc Nuclotron, đã hoạt động từ năm 90 của thế kỷ trước, nhưng đã được tăng tốc đáng kể.
Máy va chạm NICA cung cấp một số cách tương tác. Một để nghiên cứu cách các ion nặng va chạm với máy dò MPD và một để tiến hành các thí nghiệm với chùm phân cực tại cơ sở SPD.
Hoàn thiện công trình
Người ta ghi nhận rằng các nhà khoa học từ các quốc gia như Mỹ, Đức, Pháp, Israel và tất nhiên, Nga đã tham gia vào cuộc thử nghiệm đầu tiên. NICA hiện đang tiến hành công việc lắp đặt và đưa các bộ phận riêng lẻ vào trạng thái hoạt động tích cực.
Việc xây dựng máy va chạm hadron sẽ được hoàn thành vào năm 2019 và việc lắp đặt máy va chạm sẽ được thực hiện vào năm 2020. Cùng năm đó, công việc nghiên cứu về sự va chạm của các ion nặng sẽ bắt đầu. Toàn bộ thiết bị sẽ hoạt động hoàn toàn vào năm 2023.
Máy va chạm ở Nga chỉ là một trong sáu dự án ở nước ta được trao giải khoa học kỹ thuật. Năm 2017, chính phủ đã phân bổ gần 4 tỷ rúp để chế tạo cỗ máy này. Chi phí xây dựng cơ bản của cỗ máy được các chuyên gia ước tính là 27 tỷ rưỡi rúp.
Kỷ nguyên mới
Vladimir Kekelidze, giám đốc các nhà vật lý tại Phòng thí nghiệm Năng lượng Cao JINR, tin rằng dự án máy va chạm ở Nga sẽ mang đến cho đất nước cơ hội vươn lên cao nhấtcác vị trí trong vật lý năng lượng cao.
Gần đây, dấu vết của "vật lý mới" đã được phát hiện, được sửa bởi Máy va chạm Hadron Lớn và chúng vượt ra ngoài Mô hình Chuẩn của mô hình thu nhỏ của chúng ta. Người ta tuyên bố rằng "vật lý mới" mới được phát hiện sẽ không can thiệp vào hoạt động của máy va chạm.
Trong một cuộc phỏng vấn, Vladimir Kekelidze giải thích rằng những khám phá này sẽ không làm giảm giá trị công việc của NICA, vì bản thân dự án được tạo ra chủ yếu để hiểu chính xác khoảnh khắc ban đầu của sự ra đời của Vũ trụ trông như thế nào, và Ngoài ra, những điều kiện nghiên cứu sẵn có ở Dubna, không tồn tại ở bất kỳ nơi nào khác trên thế giới.
Ông cũng nói rằng các nhà khoa học của JINR đang làm chủ những khía cạnh mới của khoa học, trong đó họ quyết tâm chiếm vị trí hàng đầu. Rằng một kỷ nguyên đang đến, trong đó không chỉ có một máy va chạm mới được tạo ra, mà còn là một kỷ nguyên mới trong việc phát triển vật lý năng lượng cao cho đất nước chúng ta.
Dự án quốc tế
Cũng theo vị giám đốc này, công việc trên NICA, nơi đặt Máy va chạm Hadron, sẽ mang tính quốc tế. Bởi vì nghiên cứu vật lý năng lượng cao trong thời đại của chúng ta được thực hiện bởi toàn bộ nhóm khoa học, bao gồm những người từ các quốc gia khác nhau.
Nhân viên từ 24 quốc gia trên thế giới đã tham gia vào công việc trong dự án này tại một cơ sở an toàn. Và chi phí của phép màu này, theo ước tính gần đúng, là năm trăm bốn mươi lăm triệu đô la.
Máy va chạm mới cũng sẽ giúp các nhà khoa học tiến hành nghiên cứu trong các lĩnh vực vật chất mới, khoa học vật liệu, sinh học phóng xạ, điện tử, liệu pháp chùm tia và y học. Ngoại trừNgoài ra, tất cả những điều này sẽ mang lại lợi ích cho các chương trình của Roscosmos, cũng như việc xử lý và tiêu hủy chất thải phóng xạ và tạo ra các nguồn năng lượng và công nghệ cryogen mới nhất sẽ an toàn khi sử dụng.
Higgs Boson
Higgs boson là cái gọi là trường lượng tử Higgs, xuất hiện cần thiết trong vật lý, hay đúng hơn, trong mô hình tiêu chuẩn của các hạt cơ bản, là hệ quả của cơ chế Higgs phá vỡ đối xứng điện yếu không thể đoán trước. Khám phá ra nó là sự hoàn thiện của mô hình tiêu chuẩn.
Trong khuôn khổ của cùng một mô hình, nó chịu trách nhiệm về quán tính của khối lượng các hạt cơ bản - boson. Trường Higgs giúp giải thích sự xuất hiện của một khối lượng quán tính trong các hạt, tức là hạt mang tương tác yếu, cũng như sự vắng mặt của khối lượng trong hạt mang - một hạt tương tác mạnh và điện từ (gluon và photon). Boson Higgs trong cấu trúc của nó tự bộc lộ như một hạt vô hướng. Do đó, nó không có vòng quay.
Khai trường
Boson này được tiên đề hóa vào năm 1964 bởi một nhà vật lý người Anh tên là Peter Higgs. Cả thế giới đã biết đến khám phá của ông thông qua việc đọc các bài báo của ông. Và sau gần 50 năm tìm kiếm, tức là vào năm 2012, vào ngày 4 tháng 7, một hạt đã được phát hiện phù hợp với vai trò này. Nó được phát hiện là kết quả của nghiên cứu tại LHC và khối lượng của nó vào khoảng 125-126 GeV / c².
Tin rằng hạt đặc biệt này là cùng một boson Higgs, giúp lý do khá tốt. Vào năm 2013, vào tháng 3, các nhà nghiên cứu khác nhau từ CERNbáo cáo rằng hạt được tìm thấy sáu tháng trước thực sự là boson Higgs.
Mô hình cập nhật, bao gồm hạt này, giúp nó có thể xây dựng một lý thuyết trường có thể tái chuẩn hóa lượng tử. Và một năm sau, vào tháng 4, nhóm CMS báo cáo rằng boson Higgs có vĩ độ phân rã nhỏ hơn 22 MeV.
Tính chất hạt
Cũng giống như bất kỳ hạt nào khác trên bàn, hạt Higgs chịu tác dụng của lực hấp dẫn. Nó có điện tích và màu sắc, cũng như, như đã đề cập trước đó, không quay.
Có bốn kênh chính cho sự xuất hiện của hạt Higgs:
- Sau khi sự hợp nhất của hai gluon xảy ra. Anh ấy là người chính.
- Khi các cặp WW- hoặc ZZ- hợp nhất.
- Với điều kiện đi kèm với chữ W- hoặc Z-.
- Với sự hiện diện của các hạt quark hàng đầu.
Nó phân rã thành một cặp b-antiquark và b-quark, thành hai cặp electron-positron và / hoặc muon-antimuon với hai neutrino.
Vào năm 2017, vào đầu tháng 7, tại một hội nghị với sự tham gia của EPS, ATLAS, HEP và CMS, một thông báo đã được đưa ra rằng những gợi ý đáng chú ý cuối cùng đã bắt đầu xuất hiện rằng boson Higgs đang phân rã thành một cặp b-quark- phản quark.
Trước đó, thật không thực tế khi bạn tận mắt chứng kiến điều này trong thực tế vì những khó khăn trong việc tách việc sản xuất các hạt quark giống nhau theo một cách khác với các quy trình trên nền. Mô hình vật lý tiêu chuẩn nói rằng sự phân rã như vậy là thường xuyên nhất, tức là trong hơn một nửa số trường hợp. Khai trương vào tháng 10 năm 2017quan sát đáng tin cậy của tín hiệu phân rã. Một tuyên bố như vậy đã được CMS và ATLAS đưa ra trong các bài báo đã phát hành của họ.
Ý thức của quần chúng
Hạt được phát hiện bởi Higgs quan trọng đến mức Leon Lederman (người đoạt giải Nobel) đã gọi nó là hạt Chúa trong tựa đề cuốn sách của mình. Mặc dù chính Leon Lederman, trong phiên bản gốc của mình, đã đề xuất "Hạt của quỷ", nhưng các biên tập viên đã từ chối đề xuất của anh ấy.
Cái tên phù phiếm này được sử dụng rộng rãi trên các phương tiện truyền thông. Mặc dù nhiều nhà khoa học không tán thành điều này. Họ tin rằng cái tên "boson chai sâm panh" sẽ thích hợp hơn nhiều, vì tiềm năng của trường Higgs giống như đáy của chính chai này, và việc mở nó ra chắc chắn sẽ dẫn đến sự cạn kiệt hoàn toàn của nhiều chai như vậy.
