مصادم في روسيا يسرع الجسيمات في تصادم الحزم (المصادم من كلمة تصادم ، في الترجمة - لتتصادم). هناك حاجة لدراسة نواتج تأثير هذه الجسيمات مع بعضها البعض ، بحيث ينقل العلماء طاقة حركية قوية إلى جزيئات المادة الأولية. كما أنهم يتعاملون مع تصادم هذه الجسيمات ، ويوجهونها ضد بعضهم البعض.
تاريخ الخلق
هناك عدة أنواع من المصادمات: دائري (على سبيل المثال ، LHC - مصادم هادرون كبير في CERN الأوروبي) ، خطي (متوقع بواسطة ILC).
من الناحية النظرية ، ظهرت فكرة استخدام تصادم الحزم منذ عقدين. فيديرو رولف ، عالم فيزياء من النرويج ، حصل على براءة اختراع في ألمانيا عام 1943 لفكرة تصادم الحزم. لم يتم نشره إلا بعد عشر سنوات.
في عام 1956 ، قدم دونالد كيرست اقتراحًا باستخدام تصادم حزم البروتون لدراسة فيزياء الجسيمات. بينما يعتقد جيرارد أونيل أن الاستفادة من التراكميحلقات للحصول على اشعة مكثفة.
بدأ العمل النشط في مشروع إنشاء مصادم في وقت واحد في إيطاليا والاتحاد السوفيتي والولايات المتحدة (Frascati ، INP ، SLAC). كان أول مصادم تم إطلاقه هو مصادم الإلكترون والبوزيترون AdA ، الذي بناه توشيكافو فراسكاتي.
في الوقت نفسه ، تم نشر النتيجة الأولى بعد عام واحد فقط (في عام 1966) ، مقارنة بنتائج مراقبة التشتت المرن للإلكترونات في VEP-1 (1965 ، اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية).
مصادم دوبنا هادرون
VEP-1 (تصادم أشعة الإلكترون) عبارة عن آلة تم إنشاؤها بتوجيه واضح من G. I. Budker. بعد مرور بعض الوقت ، تم الحصول على الحزم من المسرع في الولايات المتحدة. كانت كل هذه المصادمات الثلاثة عبارة عن مصادمات اختبار ، فقد عملت على إثبات إمكانية دراسة فيزياء الجسيمات الأولية باستخدامها.
أول مصادم هادرون هو ISR ، وهو البروتون السنكروترون ، الذي تم إطلاقه في عام 1971 بواسطة CERN. كانت قوتها من الطاقة 32 جيجا إلكترون فولت في الحزمة. كان المصادم الخطي الوحيد العامل في التسعينيات.
بعد الإطلاق
يتم إنشاء مجمع تسريع جديد في روسيا ، على أساس المعهد المشترك للأبحاث النووية. يطلق عليه NICA - Nuclotron القائم على منشأة Ion Collider ويقع في Dubna. الغرض من المبنى هو دراسة واكتشاف خصائص جديدة للمادة الكثيفة من الباريونات.
بعد بدء تشغيل الجهاز ، قام علماء من المعهد المشترك للأبحاث النووية فيستكون دوبنا بالقرب من موسكو قادرة على خلق حالة معينة من المادة ، والتي كانت تمثل الكون في لحظاته الأولى بعد الانفجار العظيم. تسمى هذه المادة بلازما كوارك غلوون (QGP).
بدأ بناء المجمع في منشأة حساسة في عام 2013 ، ومن المقرر إطلاقه في عام 2020.
المهام الرئيسية
خصيصًا ليوم العلوم في روسيا ، أعد موظفو JINR موادًا للأحداث التعليمية المخصصة لأطفال المدارس. يسمى الموضوع "NICA - الكون في المختبر". سيخبر تسلسل الفيديو بمشاركة الأكاديمي غريغوري فلاديميروفيتش تروبنيكوف عن الأبحاث المستقبلية التي سيتم إجراؤها في مصادم هادرون في روسيا في مجتمع يضم علماء آخرين من جميع أنحاء العالم.
أهم مهمة تواجه الباحثين في هذا المجال هي دراسة المجالات التالية:
- خصائص ووظائف التفاعلات القريبة للمكونات الأولية للنموذج القياسي لفيزياء الجسيمات مع بعضها البعض ، أي دراسة الكواركات والجلوونات.
- العثور على علامات انتقال الطور بين QGP والمادة hadronic ، وكذلك البحث عن حالات غير معروفة سابقًا للمادة الباريونية.
- العمل مع الخصائص الأساسية للتفاعلات الوثيقة وتناظر QGP.
معدات مهمة
جوهر مصادم الهادرونات في مجمع NICA هو توفير طيف شعاع كبير: من البروتونات والديوترونات إلى الحزم التي تتكون من أيونات أثقل بكثير ، مثل نواة الذهب.
سيتم تسريع الأيونات الثقيلة إلى حالات طاقة تصل إلى 4 ،5 GeV / nucleon ، والبروتونات - ما يصل إلى اثني عشر ونصف. قلب المصادم في روسيا هو مسرع النيكلوترون ، الذي يعمل منذ العام الثالث والتسعين من القرن الماضي ، ولكن تم تسريعه بشكل كبير.
يوفر مصادم NICA عدة طرق للتفاعل. أحدهما لدراسة كيفية تصادم الأيونات الثقيلة مع كاشف MPD ، والآخر لإجراء تجارب مع أشعة مستقطبة في منشأة SPD.
اكمال البناء
لوحظ أن علماء من دول مثل الولايات المتحدة الأمريكية وألمانيا وفرنسا وإسرائيل وبالطبع روسيا يشاركون في التجربة الأولى. يجري العمل حاليًا على NICA لتثبيت الأجزاء الفردية وإحضارها في حالة عمل نشطة.
سيتم الانتهاء من بناء مصادم الهدرونات في عام 2019 ، وسيتم تنفيذ تركيب المصادم نفسه في عام 2020. في نفس العام ، سيبدأ العمل البحثي حول دراسة اصطدام الأيونات الثقيلة. سيعمل الجهاز بالكامل بكامل طاقته في عام 2023.
المصادم في روسيا هو واحد فقط من ستة مشاريع في بلدنا تم منحها فئة العلوم الضخمة. في عام 2017 ، خصصت الحكومة ما يقرب من أربعة مليارات روبل لبناء هذه الآلة. قدر الخبراء تكلفة البناء الأساسي للآلة بسبعة وعشرين مليار ونصف المليار روبل.
حقبة جديدة
يعتقد فلاديمير كيكليدزي ، مدير الفيزيائيين في مختبر JINR للطاقة العالية ، أن مشروع المصادم في روسيا سيمنح البلاد الفرصة للارتقاء إلى الأعلىمناصب في فيزياء الطاقة العالية.
في الآونة الأخيرة ، تم اكتشاف آثار "فيزياء جديدة" ، والتي تم إصلاحها بواسطة مصادم الهادرونات الكبير وتجاوزت النموذج القياسي لعالمنا المصغر. وذكر أن "الفيزياء الجديدة" المكتشفة حديثًا لن تتداخل مع عمل المصادم.
في مقابلة ، أوضح فلاديمير كيكليدز أن هذه الاكتشافات لن تقلل من قيمة عمل NICA ، حيث تم إنشاء المشروع نفسه في المقام الأول من أجل فهم كيف تبدو اللحظات الأولى من ولادة الكون ، و وأيضًا ما هي شروط البحث المتوفرة في دوبنا والتي لا توجد في أي مكان آخر في العالم.
قال أيضًا إن علماء JINR يتقنون جوانب جديدة من العلوم ، وهم مصممون فيها على احتلال مكانة رائدة. أن حقبة قادمة لا يتم فيها إنشاء مصادم جديد فحسب ، بل حقبة جديدة في تطوير فيزياء الطاقة العالية لبلدنا.
مشروع دولي
وفقًا للمدير نفسه ، سيكون العمل على NICA ، حيث يقع مصادم الهادرون ، عالميًا. لأن أبحاث الفيزياء عالية الطاقة في عصرنا يتم إجراؤها من قبل فرق علمية كاملة تتكون من أشخاص من مختلف البلدان.
شارك موظفون من 24 دولة في العالم بالفعل في العمل في هذا المشروع في منشأة آمنة. وتبلغ تكلفة هذه المعجزة حسب التقديرات التقريبية خمسمائة وخمسة وأربعون مليون دولار.
سيساعد المصادم الجديد العلماء أيضًا في إجراء البحوث في مجالات المواد الجديدة وعلوم المواد والبيولوجيا الإشعاعية والإلكترونيات والعلاج بالأشعة والطب. إلابالإضافة إلى ذلك ، كل هذا سيفيد برامج Roscosmos ، بالإضافة إلى معالجة النفايات المشعة والتخلص منها وإنشاء أحدث مصادر تكنولوجيا التبريد والطاقة التي ستكون آمنة للاستخدام.
بوس هيغز
بوزون هيغز هو ما يسمى بالحقول الكمومية هيغز ، والتي تظهر بالضرورة في الفيزياء ، أو بالأحرى ، في نموذجها القياسي للجسيمات الأولية ، كنتيجة لآلية هيغز للكسر غير المتوقع للتناظر الكهروضعيف. كان اكتشافه هو استكمال النموذج القياسي.
في إطار نفس النموذج ، فهي مسؤولة عن القصور الذاتي لكتلة الجسيمات الأولية - البوزونات. يساعد مجال هيغز في تفسير ظهور كتلة بالقصور الذاتي في الجسيمات ، أي ناقلات التفاعل الضعيف ، فضلاً عن عدم وجود كتلة في الناقل - وهو جسيم ذو تفاعل قوي وكهرومغناطيسي (غلوون وفوتون). يكشف بوزون هيجز في بنيته عن نفسه كجسيم عددي. وبالتالي ، ليس لديها دوران.
افتتاح الحقل
تمت الموافقة على هذا البوزون في عام 1964 من قبل فيزيائي بريطاني يُدعى بيتر هيغز. علم العالم كله باكتشافه من خلال قراءة مقالاته. وبعد ما يقرب من خمسين عامًا من البحث ، أي في عام 2012 ، في 4 يوليو ، تم اكتشاف جسيم يناسب هذا الدور. تم اكتشافه نتيجة البحث في LHC ، وتبلغ كتلته حوالي 125-126 GeV / c².
الاعتقاد بأن هذا الجسيم بالذات هو نفس بوزون هيغز ، يساعد في أسباب وجيهة تمامًا. في عام 2013 ، في مارس ، قام باحثون مختلفون من CERNذكرت أن الجسيم الذي تم العثور عليه قبل ستة أشهر هو في الواقع بوزون هيغز.
النموذج المحدث ، والذي يتضمن هذا الجسيم ، جعل من الممكن بناء نظرية مجال قابلة لإعادة التنظيم الكمي. وبعد عام ، في أبريل ، أفاد فريق CMS أن بوزون هيغز كان به خط عرض تسوس أقل من 22 ميغا إلكترون فولت.
خصائص الجسيمات
تمامًا مثل أي جسيم آخر من الجدول ، يخضع بوزون هيغز للجاذبية. تحتوي على شحنات اللون والكهرباء ، كما ذكرنا سابقاً ، صفر دوران.
هناك أربع قنوات رئيسية لظهور بوزون هيغز:
- بعد حدوث اندماج اثنين من الغلوونات. هو الرئيسي
- عند دمج الأزواج WW- أو ZZ.
- بشرط مصاحبة W- أو Z- boson
- مع وجود كواركات القمة
يتحلل إلى زوج من b-antiquark و b-quark ، إلى زوجين من إلكترون بوزيترون و / أو muon-antimuon مع نيوترينوات.
في عام 2017 ، في بداية شهر يوليو ، في مؤتمر بمشاركة EPS و ATLAS و HEP و CMS ، تم إرسال رسالة مفادها أن التلميحات الملحوظة بدأت تظهر أخيرًا بأن بوزون هيغز يتحلل إلى زوج من b-quark- antiquark.
في وقت سابق ، كان من غير الواقعي أن ترى هذا بأم عينيك عمليًا بسبب الصعوبات في فصل إنتاج نفس الكواركات بطريقة مختلفة عن العمليات في الخلفية. يقول النموذج الفيزيائي القياسي أن مثل هذا الاضمحلال هو الأكثر شيوعًا ، أي في أكثر من نصف الحالات. افتتح في أكتوبر 2017مراقبة موثوقة لإشارة الانحلال. تم تقديم مثل هذا البيان بواسطة CMS و ATLAS في مقالاتهما الصادرة.
وعي الجماهير
الجسيم الذي اكتشفه هيغز مهم جدًا لدرجة أن ليون ليدرمان (الحائز على جائزة نوبل) أطلق عليه اسم جسيم الله في عنوان كتابه. على الرغم من أن ليون ليدرمان نفسه ، في نسخته الأصلية ، اقترح "جسيم الشيطان" ، لكن المحررين رفضوا اقتراحه.
هذا الاسم التافه يستخدم على نطاق واسع في وسائل الإعلام. على الرغم من أن العديد من العلماء لا يوافقون على ذلك. إنهم يعتقدون أن اسم "بوزون زجاجة الشمبانيا" سيكون أكثر ملاءمة ، لأن إمكانات حقل هيغز تشبه الجزء السفلي من هذه الزجاجة بالذات ، وفتحها سيؤدي بالتأكيد إلى استنزاف العديد من هذه الزجاجات.
