برخورد کننده در روسیه ذرات را در پرتوهای در حال برخورد شتاب می دهد (برخورد کننده از کلمه برخورد، در ترجمه - برخورد). به منظور مطالعه محصولات ضربه این ذرات با یکدیگر، به طوری که دانشمندان انرژی جنبشی قوی را به ذرات بنیادی ماده منتقل کنند، مورد نیاز است. آنها همچنین با برخورد این ذرات مقابله می کنند و آنها را علیه یکدیگر هدایت می کنند.
تاریخچه آفرینش
چندین نوع برخورددهنده وجود دارد: دایره ای (به عنوان مثال، LHC - برخورد دهنده هادرون بزرگ در CERN اروپا)، خطی (طرح شده توسط ILC).
از لحاظ نظری، ایده استفاده از برخورد پرتوها چند دهه پیش ظاهر شد. Wideröe Rolf، فیزیکدان نروژی، در سال 1943 در آلمان به دلیل ایده برخورد پرتوها، حق اختراع دریافت کرد. تا ده سال بعد منتشر نشد.
در سال 1956، دونالد کرست پیشنهادی برای استفاده از برخورد پرتوهای پروتون به منظور مطالعه فیزیک ذرات ارائه کرد. در حالی که جرارد اونیل فکر می کرد از انباشتگی استفاده کندحلقه ها برای گرفتن پرتوهای شدید.
کار فعال بر روی پروژه ایجاد یک برخورد دهنده به طور همزمان در ایتالیا، اتحاد جماهیر شوروی و ایالات متحده آغاز شد (Frascati، INP، SLAC). اولین برخورددهنده ای که پرتاب شد برخورددهنده الکترون-پوزیترون AdA بود که توسط توشکاوو فراسکاتی ساخته شد.
در همان زمان، اولین نتیجه تنها یک سال بعد (در سال 1966) در مقایسه با نتایج مشاهده پراکندگی الاستیک الکترونها در VEP-1 (1965، اتحاد جماهیر شوروی) منتشر شد..
برخورددهنده هادرونی دوبنا
VEP-1 (پرتوهای الکترونی برخوردی) ماشینی است که تحت هدایت واضح G. I. Budker ساخته شده است. مدتی بعد، پرتوها در شتاب دهنده در ایالات متحده به دست آمد. هر سه برخورد دهنده آزمایشی بودند، آنها برای نشان دادن امکان مطالعه فیزیک ذرات بنیادی با استفاده از آنها خدمت کردند.
اولین برخورد دهنده هادرون ISR، سنکروترون پروتون است که در سال 1971 توسط سرن به فضا پرتاب شد. توان انرژی آن 32 گیگا ولت در پرتو بود. این تنها برخورد دهنده خطی فعال در دهه نود بود.
پس از راه اندازی
یک مجموعه شتاب جدید در روسیه بر اساس موسسه مشترک تحقیقات هسته ای در حال ایجاد است. این تاسیسات NICA - Nuclotron based Ion Collider نامیده می شود و در دوبنا واقع شده است. هدف این ساختمان مطالعه و کشف خواص جدید ماده متراکم باریون ها است.
بعد از راه اندازی دستگاه، دانشمندان موسسه مشترک تحقیقات هسته ای دردوبنا در نزدیکی مسکو قادر خواهد بود حالت خاصی از ماده را ایجاد کند که کیهان در اولین لحظات پس از انفجار بزرگ بود. این ماده پلاسمای کوارک گلوئون (QGP) نامیده می شود.
ساخت این مجتمع در یک تأسیسات حساس در سال 2013 آغاز شد و راه اندازی آن برای سال 2020 برنامه ریزی شده است.
وظایف اصلی
ویژه برای روز علم در روسیه، کارکنان JINR مطالبی را برای رویدادهای آموزشی در نظر گرفته شده برای دانش آموزان آماده کردند. موضوع "NICA - جهان در آزمایشگاه" نام دارد. توالی ویدئویی با مشارکت آکادمیک گریگوری ولادیمیرویچ تروبنیکوف در مورد تحقیقات آینده که در برخورد دهنده هادرون روسیه در جامعه ای با دانشمندان دیگر از سراسر جهان انجام خواهد شد، صحبت خواهد کرد.
مهمترین وظیفه محققان در این زمینه مطالعه حوزه های زیر است:
- خواص و توابع برهمکنش های نزدیک اجزای ابتدایی مدل استاندارد فیزیک ذرات با یکدیگر، یعنی مطالعه کوارک ها و گلوئون ها.
- پیدا کردن علائم انتقال فاز بین QGP و ماده هادرونیک، و همچنین جستجوی حالات ناشناخته قبلی ماده باریونیک.
- کار با ویژگی های اساسی تعاملات نزدیک و تقارن QGP.
تجهیزات مهم
ماهیت برخورد دهنده هادرون در مجموعه NICA ارائه یک طیف پرتو بزرگ است: از پروتون ها و دوترون ها تا پرتوهایی که از یون های بسیار سنگین تر مانند هسته طلا تشکیل شده اند.
یونهای سنگین تا 4 حالت انرژی شتاب می گیرند،5 GeV/نوکلئون و پروتون - تا دوازده و نیم. قلب برخورد دهنده در روسیه شتاب دهنده نوکلوترون است که از سال نود و سوم قرن گذشته کار می کند، اما شتاب قابل توجهی داشته است.
برخورددهنده NICA برای چندین روش تعامل فراهم شده است. یکی برای بررسی نحوه برخورد یونهای سنگین با آشکارساز MPD، و دیگری برای انجام آزمایش‌هایی با پرتوهای پلاریزه در تأسیسات SPD.
تکمیل ساخت و ساز
خاطرنشان شد که دانشمندانی از کشورهایی مانند ایالات متحده آمریکا، آلمان، فرانسه، اسرائیل و البته روسیه در اولین آزمایش شرکت می کنند. در حال حاضر کار بر روی NICA برای نصب و وارد کردن قطعات جداگانه به حالت فعال در حال انجام است.
ساختمان برخورد دهنده هادرون در سال 2019 تکمیل می شود و نصب خود برخورد دهنده در سال 2020 انجام می شود. در همان سال کار تحقیقاتی بر روی بررسی برخورد یون های سنگین آغاز خواهد شد. کل دستگاه در سال 2023 به طور کامل فعال خواهد شد.
برخورد دهنده در روسیه تنها یکی از شش پروژه در کشور ما است که موفق به دریافت کلاس ابرعلم شده است. در سال 2017، دولت تقریباً چهار میلیارد روبل برای ساخت این دستگاه اختصاص داد. هزینه ساخت اولیه دستگاه توسط کارشناسان بیست و هفت و نیم میلیارد روبل برآورد شد.
دوران جدید
Vladimir Kekelidze، مدیر فیزیکدانان آزمایشگاه انرژی بالا JINR، معتقد است که پروژه برخورددهنده در روسیه به کشور این فرصت را می دهد تا به بالاترین حد صعود کند.موقعیت در فیزیک انرژی بالا.
اخیراً، ردپایی از "فیزیک جدید" کشف شد که توسط برخورد دهنده بزرگ هادرون ثابت شد و آنها از مدل استاندارد کیهان کوچک ما فراتر می روند. گفته شد که "فیزیک جدید" تازه کشف شده در عملکرد برخورد دهنده تداخل نخواهد داشت.
در مصاحبه ای، ولادیمیر ککلیدزه توضیح داد که این اکتشافات ارزش کار NICA را کم نمی کند، زیرا خود این پروژه در درجه اول به منظور درک دقیق چگونگی لحظات اولیه تولد کیهان ایجاد شده است. همچنین چه شرایطی برای تحقیق، که در دوبنا موجود است، در هیچ جای دنیا وجود ندارد.
او همچنین گفت که دانشمندان JINR در حال تسلط بر جنبه های جدیدی از علم هستند که در آن مصمم به گرفتن موقعیت پیشرو هستند. دورانی در راه است که در آن نه تنها برخورددهنده جدیدی ساخته می‌شود، بلکه دوران جدیدی در توسعه فیزیک انرژی‌های بالا برای کشور ما ایجاد می‌شود.
پروژه بین المللی
به گفته همین کارگردان، کار روی NICA که برخورد دهنده هادرون در آن قرار دارد، بین المللی خواهد بود. زیرا تحقیقات فیزیک با انرژی بالا در زمان ما توسط کل تیم های علمی که متشکل از افرادی از کشورهای مختلف هستند انجام می شود.
کارمندان از بیست و چهار کشور جهان قبلاً در کار روی این پروژه در یک مرکز امن شرکت کرده اند. و هزینه این معجزه طبق برآوردهای تقریبی پانصد و چهل و پنج میلیون دلار است.
برخورددهنده جدید همچنین به دانشمندان در انجام تحقیقات در زمینه‌های مواد جدید، علم مواد، رادیوبیولوژی، الکترونیک، پرتو درمانی و پزشکی کمک می‌کند. جزعلاوه بر این، همه اینها به برنامه‌های Roscosmos و همچنین پردازش و دفع زباله‌های رادیواکتیو و ایجاد جدیدترین منابع فن‌آوری و انرژی برودتی که برای استفاده بی‌خطر خواهد بود، مفید خواهد بود.
بوزون هیگز
بوزون هیگز به اصطلاح میدان های کوانتومی هیگز است که به طور ضروری در فیزیک، یا بهتر است بگوییم، در مدل استاندارد ذرات بنیادی، در نتیجه مکانیسم هیگز شکست غیرقابل پیش بینی تقارن ضعیف الکتریکی ظاهر می شود. کشف آن تکمیل مدل استاندارد بود.
در چارچوب همین مدل، مسئول اینرسی جرم ذرات بنیادی - بوزون ها است. میدان هیگز به توضیح ظاهر یک جرم اینرسی در ذرات، یعنی حاملان برهمکنش ضعیف، و همچنین عدم وجود جرم در حامل کمک می کند - ذره ای با برهمکنش قوی و الکترومغناطیسی (گلئون و فوتون). بوزون هیگز در ساختارش خود را به عنوان یک ذره اسکالر نشان می دهد. بنابراین، دارای اسپین صفر است.
گشایش فیلد
این بوزون در سال 1964 توسط یک فیزیکدان انگلیسی به نام پیتر هیگز بدیهیات داده شد. تمام دنیا با خواندن مقالات او از کشف او مطلع شدند. و پس از تقریباً پنجاه سال جستجو، یعنی در سال 2012، در 4 جولای، ذره ای متناسب با این نقش کشف شد. این در نتیجه تحقیقات در LHC کشف شد و جرم آن تقریباً 125-126 GeV/c² است.
با این باور که این ذره خاص همان بوزون هیگز است، به دلایل کاملاً خوبی کمک می کند. در سال 2013، در ماه مارس، محققان مختلف از سرنگزارش داد که ذره ای که شش ماه پیش پیدا شد در واقع بوزون هیگز است.
مدل به روز شده که شامل این ذره می شود، ساخت یک نظریه میدان قابل عادی سازی مجدد کوانتومی را ممکن کرد. و یک سال بعد، در آوریل، تیم CMS گزارش داد که بوزون هیگز دارای عرض جغرافیایی واپاشی کمتر از 22 مگا ولت است.
خواص ذرات
درست مانند هر ذره دیگری از جدول، بوزون هیگز در معرض گرانش است. دارای بارهای رنگ و الکتریسیته و همانطور که قبلاً ذکر شد، چرخش صفر دارد.
چهار کانال اصلی برای ظهور بوزون هیگز وجود دارد:
- پس از ادغام دو گلوئون رخ می دهد. او اصلی ترین است.
- وقتی جفت‌های WW- یا ZZ- ادغام می‌شوند.
- با شرط همراهی بوزون W- یا Z-.
- با وجود کوارک های برتر.
به یک جفت b-آنتی کوارک و b-کوارک، به دو جفت الکترون-پوزیترون و/یا میون-آنتی میون با دو نوترینو تجزیه می شود.
در سال 2017، در همان ابتدای ژوئیه، در کنفرانسی با مشارکت EPS، ATLAS، HEP و CMS، پیامی مبنی بر اینکه نشانه های قابل توجهی ظاهر شد مبنی بر اینکه بوزون هیگز در حال تجزیه شدن به یک بوزون است، منتشر شد. جفت بی کوارک- آنتی کوارک.
پیش از این، به دلیل مشکلات جداسازی تولید همان کوارک ها به روشی متفاوت از فرآیندهای موجود در پس زمینه، دیدن این با چشمان خود در عمل غیرواقعی بود. مدل فیزیکی استاندارد می گوید که چنین پوسیدگی بیشترین فراوانی را دارد، یعنی در بیش از نیمی از موارد. در اکتبر 2017 افتتاح شدمشاهده قابل اعتماد سیگنال فروپاشی چنین بیانیه ای توسط CMS و ATLAS در مقالات منتشر شده خود بیان شده است.
آگاهی توده ها
ذره کشف شده توسط هیگز آنقدر مهم است که لئون لدرمن (برنده جایزه نوبل) در عنوان کتاب خود آن را ذره خدا نامیده است. اگرچه خود لئون لدرمن در نسخه اصلی خود "ذره شیطان" را پیشنهاد کرد، اما ویراستاران پیشنهاد او را رد کردند.
این نام بیهوده به طور گسترده در رسانه ها استفاده می شود. اگرچه بسیاری از دانشمندان این موضوع را تایید نمی کنند. آنها بر این باورند که نام "بوزون بطری شامپاین" بسیار مناسب تر است، زیرا پتانسیل میدان هیگز شبیه ته همین بطری است و باز کردن آن قطعاً منجر به تخلیه کامل بسیاری از بطری ها می شود..
