Най-големият инструмент в света

Впечатленията на един българин - читател на HiComm от най-мощния ускорител на частици в света – Големият адронен колайдер

Автор: Илиян Траянов

Ако сте човек, свикнал с ежедневието си и задоволяващ се само със заобикалящото го в момента, по-добре не четете следващите редове. Препоръчвам тази статия само на хората, които са отегчени от сегашните технологии, търсят начини да ги развият или просто мечтаят за един по-различен свят.

Много от вас сигурно са чували за Меката на ядрената физика и най-новите открития в сферата на физиката изобщо - CERN (Европейски център за ядрени изследвания) и неговия LHC (Голям адронен колайдер). България е членка на CERN и там работят близо 80 българи, 50 от които са представители на България, а останалите на други страни членки. Общо учените  от страните членки (Франция, Германия, България, Обединеното Кралство, Гърция, Италия и други) са 6060, а от страните наблюдателки (САЩ, Япония, Турция, Русия и други) са 2897. CERN работи от 1954 година - там са направени редица открития, едно от които е… WWW (World Wide Web) през 1989-та. Сега се работи по GRID – специално разработена мрежа за обмяна на данни във всички области на науката.

Още тук искам да разгранича мита от реалността. Напоследък медиите и световни бестселъри като „Шестото клеймо” на Дан Браун говорят за край на света, черни дупки, опасно количество антиматерия и „Божествената частица X бозон”. Първо не е Х, а Higgs и ми звучи малко пресилено определението „Божествена”. Просто тя ще обясни защо телата притежават маса и откъде са я получили. Второ, количеството антиматерия, създадено там е само 3 (три) атома! За да се получат някакви фатални взривове са нужни стотици хиляди такива атоми, за чието създаване се изисква такава енергия, която е непосилна за всички ресурси по цялата планета Земя. Трето: черните дупки, които се появяват са също толкова миниатюрни, а и изчезват за части от милисекундата след зараждането си. И четвърто, ако харесвате името Дан и сте привърженик на фантастиката, майсторското писане, ускорителите, оригиналното виждане и интерпретация, далеч по-добър избор е Дан Симънс и неговите романи „Илион” и продължението му „Олимп”.

Дотук с най-фрапантните разминавания. Имах щастието да бъда в CERN на тридневно обучение. Направили са специален отдел за работа с учители по физика и ученици. Аз съм от вторите. Наистина останах очарован и бих казал, че едва тогава получих обективна представа за това, какво е CERN.

LHC не е единственият ускорител. Има цяла верига ускорители, където никой не може да работи без предходния. Тъй като LHC е най-новия и най-големия, неговата функция е невъзможна, ако не работи цялата верига. Всичко започва от една малка червена бутилка с водород - оттам ядрото се отделя от електроните, а самото то се разделя на протони и неутрони. Отрицателно заредените протони минават през напречно разположените положително заредени магнити на линейния ускорител Linac 2, който действа като инжекция. Той ги „инжектира” в следващия ускорител PSB, който вече е с овална форма като всички останали. Последователно преминават в PS и когато достигнат достатъчна скорост се прехвърлят в SPS, и така - до LHC. По 27 километровото трасе те достигат скоростта на светлината. Това се осъществява благодарение на свръхпроводници , чието съпротивление е нула при –273oC. Това е абсолютната нула и най-студеното място във Вселената.

Достигани са мощности от 3,5 тераелектронволта, но капацитетът му е 14 (по 7 за всеки сноп). Благодарение на Лоренцовата сила снопът от протони завива по трасето. Това се осъществява чрез диполи, които го изкривяват и идва ред на квадруполите да сгъстят снопа, така че да се сблъскат колкото се може повече протони. На всеки три дипола (тръби, оцветени в синьо) се слага един квадрупол (тръба, оцветена в бяло).

Свръзката между диполи или квадруполи и диполи

Сблъсъците отделят енергията на два влака-стрела, които се сблъскват. Четири различни детектора (CMS, ALICE, ATLAS, LHC-b) ги регистрират. ATLAS е най-големият, с височина от 9 етажа, а CMS е най-тежкият, с най-много българско участие. Регистрирането е подобно на фотографията. Множество сензори, подобни на CCD и CMOS матриците, са подредени в няколко пласта. Те засичат различни видове кварки (елементарни частици), на които са се разбили сблъскалите се протони. Те са наредени в овални пластове като най-вътрешните пластове до мястото на сблъсъка са с най - голяма резолюция заради по-голямата гъстота. Те поемат и най-голямата част от енергията.

Напречен разрез на квадрупол

"Снимка" на пътя на частиците

Една така създадена снимка изглежда като корени на дървета, които се разклоняват от центъра навън. Правят се около 40 000 снимки в секунда, затова първо те се обработват от компютри, които отделят „интересните” от „безинтересните”. Под „интересна” снимка се има предвид тази, с по-голям брой разклонения, защото там могат да се намерят интересни непознати до този момент частици. Тук идва на помощ и новата мрежа GRID, която изпраща информацията до множество научни центрове и сървъри по цял свят, защото това огромно количество информация не може да се обработи и съхрани нито в най - големия сървър на света, нито от най - големия екип учени на едно място.

Пътят, който оставя всяка една частица, описва крива. От това колко е изкривена и докъде е достигнала тази частица в детектора, може да се съди каква скорост има тя и каква енергия, а от скоростта и енергията се извежда масата. По този начин учените разбират много неща за тези малки частици, които се разпадат за части от секундата, без да ги виждат наяве.

Улеят, през който минават протоните

Естествено това изисква много добър контрол. Всичко се управлява от оператори, които стоят в контролни зали. Преките им шефове са супервайзорите, които взимат най- важните решения. Имах щастието да бъда в контролните зали на ускорителите, на АTLAS и на LINAC 2. Тъй като детекторите работят по 24 часа операторите се сменят на 3 смени. Те следят и управляват множество параметри. Една контролна зала изглежда като зала на световната стокова борса - с множество плазмени екрани и терминали, които са разделени на острови (в този случай в контролната зала на ускорителите имаше четири острова).

Контролната зала за управление на ускорителите

Засега това е от мен. Надявам се да сте харесали замисъла на ЦЕРН и подкрепяте поне духовно начинанията там. Кой знае, сигурно след години днешният живот ще ни се струва, като че сме живели в Каменната ера. А на въпроса на bigstoyan “Ще свърши ли света?” - Засега надали… но когато построят следващия голям ускорител, който ще заема цяла Европа... Ще поживеем, ще видим!