Collider en Rusia acelera partículas en haces en colisión (colisionador de la palabra colisionar, en traducción - colisionar). Es necesario para estudiar los productos de impacto de estas partículas entre sí, de modo que los científicos transmitan una fuerte energía cinética a las partículas elementales de materia. También se ocupan de la colisión de estas partículas, dirigiéndolas unas contra otras.
Historia de la Creación
Hay varios tipos de colisionadores: circulares (por ejemplo, LHC - Large Hadron Collider en el CERN europeo), lineales (proyectados por ILC).
Teóricamente, la idea de utilizar la colisión de haces apareció hace un par de décadas. Wideröe Rolf, un físico de Noruega, recibió una patente en Alemania en 1943 por la idea de haces en colisión. No se publicó hasta diez años después.
En 1956, Donald Kerst propuso utilizar la colisión de haces de protones para estudiar la física de partículas. Mientras Gerard O'Neill pensaba aprovechar el acumuladoAnillos para obtener rayos intensos.
El trabajo activo en el proyecto para crear un colisionador comenzó simultáneamente en Italia, la Unión Soviética y los Estados Unidos (Frascati, INP, SLAC). El primer colisionador que se lanzó fue el colisionador de electrones y positrones AdA, construido por Tushekavo Frascati.
Al mismo tiempo, el primer resultado se publicó solo un año después (en 1966), en comparación con los resultados de la observación de la dispersión elástica de electrones en VEP-1 (1965, URSS).
Colisionador de Hadrones Dubna
VEP-1 (haces de electrones en colisión) es una máquina que fue creada bajo la clara dirección de G. I. Budker. Tiempo después, los rayos se obtuvieron en el acelerador de Estados Unidos. Estos tres colisionadores eran de prueba, sirvieron para demostrar la posibilidad de estudiar la física de partículas elementales usándolos.
El primer colisionador de hadrones es el ISR, el sincrotrón de protones, lanzado en 1971 por el CERN. Su potencia energética era de 32 GeV en el haz. Fue el único colisionador lineal en funcionamiento en los años noventa.
Después del lanzamiento
Se está creando un nuevo complejo de aceleración en Rusia, sobre la base del Instituto Conjunto para la Investigación Nuclear. Se llama NICA - Instalación de Colisionador de Iones basada en Nuclotron y está ubicada en Dubna. El propósito del edificio es estudiar y descubrir nuevas propiedades de la materia densa de los bariones.
Después de que la máquina se pone en marcha, los científicos del Instituto Conjunto para la Investigación Nuclear enDubna, cerca de Moscú, podrá crear un cierto estado de la materia, que era el Universo en sus primeros momentos después del Big Bang. Esta sustancia se llama plasma de quarks-gluones (QGP).
La construcción del complejo en una instalación sensible comenzó en 2013 y el lanzamiento está previsto para 2020.
Tareas principales
Especialmente para el Día de la Ciencia en Rusia, el personal de JINR preparó materiales para eventos educativos destinados a escolares. El tema se llama "NICA - El Universo en el Laboratorio". La secuencia de video con la participación del académico Grigory Vladimirovich Trubnikov contará sobre futuras investigaciones que se llevarán a cabo en el Colisionador de Hadrones en Rusia en una comunidad con otros científicos de todo el mundo.
La tarea más importante que enfrentan los investigadores en este campo es estudiar las siguientes áreas:
- Propiedades y funciones de las interacciones cercanas de los componentes elementales del modelo estándar de física de partículas entre sí, es decir, el estudio de quarks y gluones.
- Encontrar signos de una transición de fase entre QGP y materia hadrónica, así como buscar estados previamente desconocidos de materia bariónica.
- Trabajando con las propiedades básicas de interacciones cercanas y simetría QGP.
Equipo importante
La esencia del colisionador de hadrones en el complejo NICA es proporcionar un amplio espectro de haz: desde protones y deuterones, hasta haces que consisten en iones mucho más pesados, como el núcleo de oro.
Los iones pesados se acelerarán a estados de energía hasta 4,5 GeV/nucleón y protones - hasta doce y medio. El corazón del colisionador en Rusia es el acelerador Nuclotron, que ha estado operando desde el año noventa y tres del siglo pasado, pero ha sido significativamente acelerado.
El colisionador NICA proporcionó varias formas de interacción. Uno para estudiar cómo los iones pesados chocan con el detector MPD y el otro para realizar experimentos con haces polarizados en las instalaciones de SPD.
Finalización de la construcción
Se observó que científicos de países como EE. UU., Alemania, Francia, Israel y, por supuesto, Rusia participan en el primer experimento. Actualmente se está trabajando en NICA para instalar y poner las piezas individuales en condiciones de funcionamiento activo.
La construcción del colisionador de hadrones se completará en 2019 y la instalación del colisionador en sí se llevará a cabo en 2020. En el mismo año, comenzarán los trabajos de investigación sobre el estudio de la colisión de iones pesados. Todo el dispositivo estará completamente operativo en 2023.
El colisionador en Rusia es solo uno de los seis proyectos en nuestro país que han sido galardonados con la clase de megaciencia. En 2017, el gobierno asignó casi cuatro mil millones de rublos para la construcción de esta máquina. Los expertos estimaron el costo de la construcción básica de la máquina en veintisiete mil quinientos millones de rublos.
Nueva era
Vladimir Kekelidze, director de físicos del Laboratorio de Alta Energía JINR, cree que el proyecto del colisionador en Rusia le dará al país la oportunidad de llegar a lo más altoposiciones en física de alta energía.
Recientemente, se descubrieron rastros de "nueva física", que fueron corregidos por el Gran Colisionador de Hadrones y van más allá del Modelo Estándar de nuestro microcosmos. Se afirmó que la "nueva física" recién descubierta no interferiría con el funcionamiento del colisionador.
En una entrevista, Vladimir Kekelidze explicó que estos descubrimientos no devaluarían el trabajo de NICA, ya que el proyecto en sí fue creado principalmente para comprender exactamente cómo se veían los momentos iniciales del nacimiento del Universo, y también qué condiciones para la investigación, que están disponibles en Dubna, no existen en ningún otro lugar del mundo.
También dijo que los científicos de JINR están dominando nuevas facetas de la ciencia, en las que están decididos a tomar una posición de liderazgo. Que se avecina una era en la que no solo se está creando un nuevo colisionador, sino una nueva era en el desarrollo de la física de altas energías para nuestro país.
Proyecto internacional
Según el mismo director, el trabajo en NICA, donde se encuentra el Colisionador de Hadrones, será internacional. Porque la investigación de la física de altas energías en nuestro tiempo la llevan a cabo equipos científicos completos, formados por personas de varios países.
Empleados de veinticuatro países del mundo ya han participado en el trabajo de este proyecto en una instalación segura. Y el costo de este milagro es, según estimaciones aproximadas, quinientos cuarenta y cinco millones de dólares.
El nuevo colisionador también ayudará a los científicos a realizar investigaciones en los campos de nueva materia, ciencia de materiales, radiobiología, electrónica, terapia de haz y medicina. ExceptoAdemás, todo esto beneficiará a los programas de Roscosmos, así como al procesamiento y eliminación de desechos radiactivos y la creación de las últimas fuentes de tecnología criogénica y energía que serán seguras de usar.
Bosón de Higgs
El bosón de Higgs son los llamados campos cuánticos de Higgs, que aparecen con necesidad en la física, o mejor dicho, en su modelo estándar de partículas elementales, como consecuencia del mecanismo de Higgs de ruptura impredecible de la simetría electrodébil. Su descubrimiento fue la finalización del modelo estándar.
En el marco del mismo modelo, es responsable de la inercia de la masa de las partículas elementales: los bosones. El campo de Higgs ayuda a explicar la aparición de una masa inercial en las partículas, es decir, portadoras de la interacción débil, así como la ausencia de masa en el portador, una partícula de interacción fuerte y electromagnética (gluón y fotón). El bosón de Higgs en su estructura se revela como una partícula escalar. Por lo tanto, tiene espín cero.
Apertura de campo
Este bosón fue axiomatizado en 1964 por un físico británico llamado Peter Higgs. El mundo entero se enteró de su descubrimiento leyendo sus artículos. Y después de casi cincuenta años de búsqueda, es decir, en 2012, el 4 de julio, se descubrió una partícula que cumple este papel. Fue descubierto como resultado de la investigación en el LHC, y su masa es de aproximadamente 125-126 GeV/c².
Creer que esta partícula en particular es el mismo bosón de Higgs, tiene muy buenas razones. En 2013, en marzo, varios investigadores del CERNinformó que la partícula encontrada hace seis meses es en realidad el bosón de Higgs.
El modelo actualizado, que incluye esta partícula, hizo posible construir una teoría cuántica de campos renormalizable. Y un año después, en abril, el equipo de CMS informó que el bosón de Higgs tenía una latitud de desintegración inferior a 22 MeV.
Propiedades de las partículas
Al igual que cualquier otra partícula de la tabla, el bosón de Higgs está sujeto a la gravedad. Tiene cargas de color y electricidad, así como, como se mencionó anteriormente, giro cero.
Hay cuatro canales principales para la aparición del bosón de Higgs:
- Después se produce la fusión de dos gluones. Él es el principal.
- Cuando las parejas WW- o ZZ- se fusionan.
- Con la condición de acompañar un bosón W- o Z-.
- Con presencia de quarks top.
Se desintegra en un par de b-antiquark y b-quark, en dos pares de electrón-positrón y/o muón-antimuón con dos neutrinos.
En 2017, a principios de julio, en una conferencia con la participación de EPS, ATLAS, HEP y CMS, se envió un mensaje de que finalmente habían comenzado a aparecer indicios notables de que el bosón de Higgs se estaba descomponiendo en un par de b-quark- antiquark.
Anteriormente, no era realista ver esto con tus propios ojos en la práctica debido a las dificultades para separar la producción de los mismos quarks de una manera diferente de los procesos en el fondo. El modelo físico estándar dice que tal decaimiento es el más frecuente, es decir, en más de la mitad de los casos. Inaugurado en octubre de 2017observación fiable de la señal de decaimiento. Tal declaración fue hecha por CMS y ATLAS en sus artículos publicados.
Conciencia de las masas
La partícula descubierta por Higgs es tan importante que Leon Lederman (premio Nobel) la llamó la partícula de Dios en el título de su libro. Aunque el propio Leon Lederman, en su versión original, propuso la "partícula del diablo", los editores rechazaron su propuesta.
Este frívolo nombre es ampliamente utilizado en los medios. Aunque muchos científicos no aprueban esto. Creen que el nombre "bosón de botella de champán" sería mucho más apropiado, ya que el potencial del campo de Higgs se asemeja al fondo de esta misma botella, y abrirlo definitivamente conducirá al vaciado completo de muchas de esas botellas.
