Большой адронный коллайдер, БАК, - ускоритель частиц, благодаря которому физики смогут проникнуть так глубоко внутрь материи, как никогда ранее. Работы на коллайдере предполагалось начать в 2007 году. Их суть заключается в изучении столкновения двух пучков протонов с суммарной энергией 14 ТэВ на один протон. Эта энергия в миллионы раз больше, чем энергия выделяемая в единичном акте термоядерного синтеза. Кроме того, будут проводиться эксперименты с ядрами свинца, сталкивающимися при энергии 1150 ТэВ.

Большой адронный коллайдер обеспечит новую ступень в ряду открытий частиц, которые начались столетие назад. Тогда ученые еще только обнаружили всевозможные виды таинственных лучей: рентгеновские, катодное излучение, - и -лучи. Откуда они возникают, одинаковой ли природы их происхождение и, если да, то какова она? Теперь у нас есть ответы на эти вопросы, позволяющие гораздо лучше понять происхождение Вселенной.

Постепенно, шаг за шагом, эти открытия изменили нашу повседневную жизнь, подарив нам приемники, телевизоры, компьютеры, томографию, интернет. Однако, в самом начале XXI века перед нами стоят новые вопросы, ответы на которые мы надеемся получить с помощью большого адронного коллайдера. И кто знает, развитие каких новых областей человеческих знаний повлекут за собой предстоящие исследования. Пока же наши знания о Вселенной недостаточны. Физики считают, что Вселенная возникла в результате, так называемого, “Большого взрыва” материи. Вначале все было сжато в очень маленьком объеме, не более песчинки. Все частицы, из которых сегодня состоит вещество, все вокруг нас и мы в том числе еще должны были сформироваться.

Спустя 15 миллиардов лет Вселенная стала такой огромной, что даже свет проходит ее насквозь за миллионы лет. Сегодня мы живем в “холодной” Вселенной, где существуют четыре, вполне определенные силы, действующие на вещество: электромагнитное, сильное, слабое и гравитационное взаимодействия. В более раннем возрасте, когда Вселенная была “горячее”, возможно, эти силы проявлялись одинаково.

Физики, занимающиеся частицами, надеются создать единую теоретическую основу, чтобы доказать это, и некоторые успехи уже достигнуты в этом направлении. Физики смогли объединить две силы - электромагнитного и слабого взаимодействия - в единой теории в 1970 году. Эта теория, называемая “электрослабой”, была подтверждена экспериментально в ЦЕРН (CERN) несколько лет спустя, и проведенные исследования были удостоены Нобелевской премии.

Две другие силы - гравитационное и сильное взаимодействия - остались вне этой теории. В дальнейшем удалось электрослабую теорию объединить с теорией сильного взаимодействия, и такая объединенная теория получила название Стандартной модели. Бесспорно эта теория - одно из выдающихся достижений человеческого разума XX столетия, но она оставляет пока многие проблемы нерешенными.

Первое испытание целой опытной секции ускорителя в конце 1994 года явилось значительной вехой в осуществлении проекта. Так как БАК будет ускорять два пучка, двигающихся в противоположных направлениях, то реально они будут представлять два ускорителя в одном. Для того чтобы ускоритель по возможности был компактным и экономичным, магниты также разместят в едином “два-в-одном” корпусе.

Факты о Большом адроном коллайдере
Длина окружности кольца ускорителя БАК равна 26659 метров
Максимальная скорость протонов в кольце ускорителя будет составлять 99,99 процентов скорости света. За одну секунду пучок элементарных частиц сделает 11245 полных кругов по ускорителю
Каждую секунду частицы будут сталкиваться около 600 миллионов раз. Температура в месте столкновения будет в 100 тысяч раз больше, чем температура в центре Солнца
Внутри вакуумных труб, по которым движутся протоны, поддерживается давление 10-13 атмосфер
Движением потока протонов управляют 9300 магнитов. Они охлаждаются до температуры -193,2 градуса по Цельсию (80 градусов по Кельвину) с помощью 10080 тонн жидкого гелия. Затем в охлаждающие модули заливают 60 тонн жидкого гелия и температура магнитов падает до -271,3 градуса по Цельсию (1,9 градусов по Кельвину)

Только после того как работа магнитов будет полностью проверена, ученые планируют в первый раз столкнуть два пучка протонов. Энергия столкновений должна составить 900 гигаэлектронвольт (при энергии инжекции каждого пучка в 450 гигаэлектронвольт). Такие столкновения не должны приводить к рождению опасных частиц. Ученые утверждают это не только из теоретических, но и из практических соображений: с такой энергией протоны сталкивались в других ускорителях, например в Теватроне, расположенном в штате Иллинойс в США (максимальная энергия столкновения в этом ускорителе составляла 1,96 тераэлектронвольт).

Во время "пробных" столкновений инженеры БАК смогут протестировать работу детекторов. Всего в кольце ускорителя находятся четыре детектора: два больших ATLAS и CMS (по размеру они сравнимы с собором Парижской Богоматери), и два поменьше - ALICE и LHCb. Детекторы не только регистрируют сигнал от столкновения, но также усиливают его (одна из составных частей детекторов – экраны из вольфрамата свинца – были созданы российскими физиками). Конструкция больших и малых детекторов несколько отличается, однако и те, и другие переводят сигналы от столкновения частиц в электрические импульсы.

Если все системы будут работать без сбоев, то к концу 2008 года ученые рассчитывают добиться энергии столкновений в 10 тераэлектронвольт. Дополнительное ускорение пучкам протонов придают магниты, расположенные вдоль туннеля ускорителя. После того как эта цель будет достигнута, БАК остановят до начала 2009 года (эксперимент экспериментом, а от рождественских каникул физики отказываться не намерены). Протоны начнут сталкиваться с той самой чудовищной энергией в 14 тераэлектронвольт (с такой энергией, например, сталкиваются в полете два комара) не раньше нового года.

При таких энергиях ученые надеются обнаружить рождение новых частиц (правда, образования "страпелек" не ожидается). С момента стабилизации высокоэнергетичных пучков на детекторы польется нескончаемый поток данных. Эксперимент, проводимый на коллайдере, не похож на химические или биологические опыты, когда ученые совершают некие действия (например, добавляют в культуру клеток лекарство), смотрят на результат и исходя из него проводят следующие опыты. После того как БАК выйдет на свои номинальные параметры, ученые будут непрерывно анализировать получаемую информацию. Основой для выводов, которые будут делать исследователи, является статистика. Столкновения частиц - достаточно редкое явление даже в благоприятных для этого условиях коллайдера. Чтобы доказать или опровергнуть какую-то теорию, необходимы тысячи столкновений.