Тысячи-1 / !_Мои 1000_! / Подземная регистрация (БАК) / Subterranean speed record (перев)

Подземная скоростная регистрация.

Вне Женевы, вниз вдоль тихих деревень и живописных полей юго-западной Швейцарии и восточной Франции, темп научного исследования поразителен. Если бы Вы могли видеть объекты, которые физики в скором времени будут отслеживать (наблюдать) здесь, на самом быстром ускорителе частиц в мире — что невозможно даже с самым сильным микроскопом — Вы уловили бы только проблеск того, как они проносятся мимо Вас на скоростях, приближающихся к скорости света. Оборудование на ЦЕРН, европейской лаборатории физики элементарных частиц, является очагом исследований таких внутриатомных частиц, как кварки, глюоны и бозоны, чрезвычайно малых и вдобавок являющихся фундаментальными строительными блоками Вселенной. И прямо сейчас в ЦЕРН сооружается ультрамощный ускоритель: Большой Адронный Коллайдер, или БАК, который будет самым значительным когда-либо проведённым научным экспериментом для изучения самых крошечных частиц во Вселенной. Я посетил лабораторию весной этого года, поскольку снег таял, и строительство БАК только началось. На расположенном на французско-швейцарской границе ЦЕРНе в настоящее время расположился Большой электронно-позитронный коллайдер, или БЭП. В течение прошлого десятилетия БЭП производил высокоэнергетичные пучки электронов и их антиматериальных двойников позитронов, а затем сталкивал оба пучка друг с другом. Лучи набирают скорость и энергию, поскольку мчатся на скорости, превышающей 1 000 000 000 (миллиард) км / ч через круглый туннель с размерами 17 миль в окружности и около 330 футов вглубь. (Ускорители частиц построены под землёй по множеству причин, в том числе из-за более высокой прочности окружающей породы.) Поскольку лучи сталкиваются с огромной силой, то воздействие сопровождается впечатляющим выбросом частиц, которые рассеиваются во всех направлениях. Датчики, расположенные в местах столкновений, каждый высотой в несколько этажей, позволяют учёным вести контроль за порождёнными частицами.

Датчики для этих больших коллайдеров должны быть сами по себе огромными по двум причинам. Во-первых, исследователи столкновений пытаются наблюдать полу­ченные частицы, вылетающие наружу с потрясающей энергией, которая бы просто сокрушила маленький датчик. Во-вторых, специалисты в области частиц изучают криволинейные пути этих рассеянных частиц, чтобы узнать об их импульсах, которые соответствуют их массе, скорости и направлению. Более длинные пути позволяют произвести более точные измерения направления и искривления. Хотя ускоритель БАКа будет размещён в тех же 17 милях туннеля, которые сейчас занимает БЭП (с только что добавленными несколькими короткими соединительными участками), рабочие должны построить обширные подземные отсеки для двух из четырёх новых датчиков БАКа. Одно из двух более крупных устройств известно как АТЛАС, короткий для тороидальной установки БАКа. После завершения строительства указанного отсека в 2002 году, он вместит АТЛАС и будет достаточно места, чтобы удержать шестиэтажное здание. Определённо, он будет 35 метров в высоту (включая массивные внешние стены) со строго прямоугольным основанием 100 на 175 футов — и всё вместе на глубине более 100 ярдов под землёй. Но во время моего посещения, строительство на АТЛАСЕ было ещё сравнительно близко к поверхности. Жан-Люк Бальди, главный инженер-строитель на проекте БАКа, взял меня на экскурсию по стройплощадке АТЛАСа, где рабочие выкопали первые 75 футов, или около того, для двух вертикальных труб, облицованных бетоном, которые будут в итоге использованы для доставки людей и оборудования в челноке вниз к камере. Ширина самой большой из этих труб составляет примерно 60 футов, чтобы подойти по размерам к некоторым крупным частям датчика весом 6,600 тонн. Старая шахта, оставшаяся после установки БЭПа, также модернизировалась для использования в строительстве АТЛАСа. По настоянию Бальди (я не любитель высот), я посмотрел вниз этой трубы, что уходит больше чем на 300 футов под землю. Только после того, как у меня прошло головокружение, Бальди сообщил мне, что люди, которых я видел, спускались только на половину всей глубины. Он, также работавший инженером ЦЕРН во время строительства туннеля БЭПа, разъяснил проблемы, которые представлял тот отсек АТЛАСа. Это будет самая большая подземная структура, когда-либо построенная в породе, найденной здесь – песчанике и известковой глине, – которые значительно мягче и менее прочны, чем скальная основа, такая как гранит. Таким образом, Бальди и его сподвижники-инженеры рекомендовали расширить стальные стержни длиной 65 футов от наружной поверхности отсека до окружающей породы, чтобы укрепить стены. Один из коллег Бальди, Ганс Хоффман, технический координатор проекта АТЛАС, описал готовое изделие как “похожий на дикобраза”. Основная цель проекта БАК состоит в том, чтобы произвести и наблюдать неуловимый бозон Higgs, частицу, связанную с полем Higgs. Физики предполагают, что пространство заполнено полем Higgs, и что внутриатомные частицы: кварк и лептон – приобретают массу, взаимодействуя с этим полем. Захват бозона Higgs или, по крайней мере, какое-то доказательство, что БАК произвёл это — является значительной задачей. Согласно Хоффману, когда пучки протонов пересекаются в пределах датчика АТЛАСа, в секунду должен закончиться один миллиард столкновений. Чтобы зафиксировать эту молниеносную деятельность, у АТЛАСа должно быть больше чем 150 миллионов датчиков. Хоффман, физик в области частиц по образованию, возглавляет команду, разрабатывающую оборудование, которое заполнит пространство отсека АТЛАСа, как только команда Бальди закончит работу. Около 1,800 учёных со всего мира внесли вклад в разработку датчика АТЛАСа, делая организационные разработки, время от времени “более трудные, чем машинные проблемы”, – сказал Хоффман, улыбаясь. Это могло бы быть верно, но сами датчики потребовали внушительного подвига разработчиков. Хоффман назвал приборы в самом центре АТЛАС “мечтой инженера-механика”. Чтобы измерять треки электрически заряженных частиц, проектировщики АТЛАСа планируют собрать примерно 400,000 пластиковых соломин (очевидно, не тех, через которые пьют), расположив их продольно и разместив в кольце в несколько футов шириной. У каждой соломины будет провод, бегущий вниз по её центру и высокое напряжение между проводом и оболочкой. Частица, которая проходит через соломину, вызовет электрические импульсы, которые могут быть зарегистрированы; подробный анализ этих данных позволит учёным оценить импульс частицы, её направление и электрический заряд.