Collider na Rússia acelera partículas em feixes em colisão (collider da palavra colidir, na tradução - colidir). É necessário para estudar os produtos de impacto dessas partículas entre si, para que os cientistas transmitam forte energia cinética às partículas elementares da matéria. Eles também lidam com a colisão dessas partículas, direcionando-as umas contra as outras.
História da Criação
Existem vários tipos de colisores: circulares (por exemplo, LHC - Large Hadron Collider no CERN europeu), lineares (projetados pelo ILC).
Teoricamente, a ideia de usar a colisão de feixes surgiu há algumas décadas. Wideröe Rolf, um físico da Noruega, recebeu uma patente na Alemanha em 1943 pela ideia de feixes em colisão. Não foi publicado até dez anos depois.
Em 1956, Donald Kerst fez uma proposta para usar a colisão de feixes de prótons para estudar física de partículas. Enquanto Gerard O'Neill pensava em tirar vantagem da acumulaçãoanéis para obter feixes intensos.
Trabalho ativo no projeto de criação de um colisor iniciado simultaneamente na Itália, União Soviética e Estados Unidos (Frascati, INP, SLAC). O primeiro colisor a ser lançado foi o colisor de elétrons e pósitrons AdA, construído por Tushekavo Frascati.
Ao mesmo tempo, o primeiro resultado foi publicado apenas um ano depois (em 1966), comparado com os resultados da observação do espalhamento elástico de elétrons no VEP-1 (1965, URSS).
Dubna Hadron Collider
VEP-1 (colisão de feixes de elétrons) é uma máquina que foi criada sob a orientação clara de G. I. Budker. Algum tempo depois, os feixes foram obtidos no acelerador nos Estados Unidos. Todos esses três colisores foram de teste, serviram para demonstrar a possibilidade de estudar física de partículas elementares usando-os.
O primeiro colisor de hádrons é o ISR, o síncrotron de prótons, lançado em 1971 pelo CERN. Sua potência energética era de 32 GeV no feixe. Foi o único colisor linear em funcionamento nos anos noventa.
Após o lançamento
Um novo complexo de aceleração está sendo criado na Rússia, com base no Joint Institute for Nuclear Research. Chama-se NICA - instalação do Ion Collider baseada em Nuclotron e está localizada em Dubna. O objetivo do edifício é estudar e descobrir novas propriedades da matéria densa dos bárions.
Depois que a máquina é ligada, cientistas do Joint Institute for Nuclear Research emDubna perto de Moscou será capaz de criar um certo estado de matéria, que era o Universo em seus primeiros momentos após o Big Bang. Essa substância é chamada de plasma quark-gluon (QGP).
A construção do complexo em uma instalação sensível começou em 2013, e o lançamento está previsto para 2020.
Tarefas Principais
Especialmente para o Dia da Ciência na Rússia, a equipe do JINR preparou materiais para eventos educacionais destinados a crianças em idade escolar. O tema chama-se "NICA - O Universo no Laboratório". A sequência de vídeo com a participação do acadêmico Grigory Vladimirovich Trubnikov contará sobre futuras pesquisas que serão realizadas no Hadron Collider na Rússia em uma comunidade com outros cientistas de todo o mundo.
A tarefa mais importante para os pesquisadores neste campo é estudar as seguintes áreas:
- Propriedades e funções de interações próximas dos componentes elementares do modelo padrão da física de partículas entre si, ou seja, o estudo de quarks e glúons.
- Encontrar sinais de uma transição de fase entre QGP e matéria hadrônica, bem como procurar estados previamente desconhecidos de matéria bariônica.
- Trabalhando com as propriedades básicas de interações próximas e simetria QGP.
Equipamento importante
A essência do colisor de hádrons no complexo NICA é fornecer um amplo espectro de feixes: de prótons e dêuterons, a feixes que consistem em íons muito mais pesados, como o núcleo de ouro.
Íons pesados serão acelerados para estados de energia até 4,5 GeV/nucleon e prótons - até doze e meio. O coração do colisor na Rússia é o acelerador Nuclotron, que está operando desde o nonagésimo terceiro ano do século passado, mas foi significativamente acelerado.
O colisor NICA forneceu várias formas de interação. Um para estudar como os íons pesados colidem com o detector MPD e o outro para conduzir experimentos com feixes polarizados nas instalações do SPD.
Conclusão da construção
Observou-se que cientistas de países como EUA, Alemanha, França, Israel e, claro, Rússia participam do primeiro experimento. O trabalho está em andamento no NICA para instalar e colocar as peças individuais em condições de trabalho ativas.
A construção do colisor de hádrons será concluída em 2019, e a instalação do próprio colisor será realizada em 2020. No mesmo ano, começarão os trabalhos de pesquisa sobre o estudo da colisão de íons pesados. Todo o dispositivo estará totalmente operacional em 2023.
O colisor na Rússia é apenas um dos seis projetos em nosso país que receberam a classe de megaciência. Em 2017, o governo destinou quase quatro bilhões de rublos para a construção desta máquina. O custo da construção básica da máquina foi estimado por especialistas em vinte e sete bilhões e meio de rublos.
Nova era
Vladimir Kekelidze, diretor de físicos do JINR High Energy Laboratory, acredita que o projeto do colisor na Rússia dará ao país a oportunidade de subir ao mais alto nívelposições em física de alta energia.
Recentemente, foram descobertos vestígios de "nova física", que foram fixados pelo Grande Colisor de Hádrons e vão além do Modelo Padrão do nosso microcosmo. Foi declarado que a "nova física" recém-descoberta não interferiria na operação do colisor.
Em entrevista, Vladimir Kekelidze explicou que essas descobertas não desvalorizariam o trabalho do NICA, já que o próprio projeto foi criado principalmente para entender exatamente como foram os momentos iniciais do nascimento do Universo, e também quais condições para pesquisa, que estão disponíveis em Dubna, não existem em nenhum outro lugar do mundo.
Ele também disse que os cientistas do JINR estão dominando novas facetas da ciência, nas quais estão determinados a assumir uma posição de liderança. Que está chegando uma era em que não apenas um novo colisor está sendo criado, mas uma nova era no desenvolvimento da física de altas energias para nosso país.
Projeto Internacional
Segundo o mesmo diretor, o trabalho no NICA, onde está localizado o Hadron Collider, será internacional. Porque a pesquisa em física de alta energia em nosso tempo é realizada por equipes científicas inteiras, que consistem em pessoas de vários países.
Funcionários de vinte e quatro países do mundo já participaram do trabalho neste projeto em uma instalação segura. E o custo deste milagre é, segundo estimativas aproximadas, quinhentos e quarenta e cinco milhões de dólares.
O novo colisor também ajudará os cientistas a realizar pesquisas nas áreas de novas matérias, ciência dos materiais, radiobiologia, eletrônica, terapia de feixe e medicina. ExcetoAlém disso, tudo isso beneficiará os programas da Roscosmos, bem como o processamento e descarte de resíduos radioativos e a criação das mais recentes fontes de tecnologia e energia criogênica que serão seguras para uso.
Boson de Higgs
O bóson de Higgs são os chamados campos quânticos de Higgs, que aparecem necessariamente na física, ou melhor, em seu modelo padrão de partículas elementares, como consequência do mecanismo de Higgs de quebra imprevisível de simetria eletrofraca. Sua descoberta foi a conclusão do modelo padrão.
No quadro do mesmo modelo, é responsável pela inércia da massa das partículas elementares - bósons. O campo de Higgs ajuda a explicar o aparecimento de uma massa inercial nas partículas, ou seja, portadores da interação fraca, bem como a ausência de massa no portador - uma partícula de interação forte e eletromagnética (glúon e fóton). O bóson de Higgs em sua estrutura se revela como uma partícula escalar. Assim, tem spin zero.
Abertura de campo
Este bóson foi axiomatizado em 1964 por um físico britânico chamado Peter Higgs. O mundo inteiro soube de sua descoberta lendo seus artigos. E depois de quase cinquenta anos de busca, ou seja, em 2012, no dia 4 de julho, foi descoberta uma partícula que se encaixa nesse papel. Foi descoberto como resultado de pesquisas no LHC, e sua massa é de aproximadamente 125-126 GeV/c².
Acreditar que esta partícula em particular é o mesmo bóson de Higgs, ajuda bastante por boas razões. Em 2013, em março, vários pesquisadores do CERNrelatou que a partícula encontrada há seis meses é na verdade o bóson de Higgs.
O modelo atualizado, que inclui esta partícula, possibilitou a construção de uma teoria quântica de campos renormalizáveis. E um ano depois, em abril, a equipe do CMS relatou que o bóson de Higgs tinha uma latitude de decaimento menor que 22 MeV.
Propriedades da partícula
Assim como qualquer outra partícula da mesa, o bóson de Higgs está sujeito à gravidade. Possui cargas de cor e eletricidade, bem como, como mencionado anteriormente, rotação zero.
Existem quatro canais principais para o aparecimento do bóson de Higgs:
- Após ocorrer a fusão de dois glúons. Ele é o principal.
- Quando os pares WW- ou ZZ- se fundem.
- Com a condição de acompanhar um bóson W- ou Z-.
- Com a presença de quarks top.
Decai em um par de b-antiquark e b-quark, em dois pares de elétron-pósitron e/ou múon-antimúon com dois neutrinos.
Em 2017, no início de julho, em uma conferência com a participação de EPS, ATLAS, HEP e CMS, foi feita uma mensagem de que finalmente começaram a surgir indícios perceptíveis de que o bóson de Higgs estava se decompondo em um par de b-quark-antiquark.
Anteriormente, não era realista ver isso com seus próprios olhos na prática por causa das dificuldades em separar a produção dos mesmos quarks de uma maneira diferente dos processos em segundo plano. O modelo físico padrão diz que tal decaimento é o mais frequente, ou seja, em mais da metade dos casos. Inaugurado em outubro de 2017observação confiável do sinal de decaimento. Tal declaração foi feita por CMS e ATLAS em seus artigos lançados.
Consciência das massas
A partícula descoberta por Higgs é tão importante que Leon Lederman (prêmio Nobel) a chamou de partícula de Deus no título de seu livro. Embora o próprio Leon Lederman, em sua versão original, tenha proposto a "Partícula do Diabo", mas os editores rejeitaram sua proposta.
Este nome frívolo é amplamente utilizado na mídia. Embora muitos cientistas não aprovem isso. Eles acreditam que o nome "boson garrafa de champanhe" seria muito mais apropriado, uma vez que o potencial do campo de Higgs se assemelha ao fundo desta mesma garrafa, e abri-lo certamente levará ao esvaziamento completo de muitas dessas garrafas.
