Второй день подряд у меня творится что-то со временем. Нет, я не опаздываю, ни за кем не гонюсь, не бегу, не догоняю. У меня время остановилось. Нет, не то, что совсем остановилось, но как бы временами движется очень медленно. Вчера занималась генералкой квартиры, поэтому стирала - всё. Шторы, пледы, одеяла, постельное, даже зимние куртки. Скажете - что-то много наговорила, а сушить это всё? Дело в том, что я живу в своем доме. Погода прекрасная, теплая, все сохло за полчаса. Так вот о времени. Загруженную машинку включала на 37 минут. За это время успевала, не торопясь, переделать массу дел - протереть подвесной потолок, вымыть окна снаружи и внутри, перебрать вещи в шкафу и в письменном столе. Полила цветы, вытерла пыль с листьев, вымыла полы и постелила дорожки. Вышла посмотреть, почему машинка не отжимает до сих пор бельё. Оказалось, что еще осталось 17 минут ей крутить. Зв то время успела выспаться, сшить две наволочки и поругаться с котом. И только потом машинка соизволила отжать бельё. А если учитывая, что я загружала машинку за день семь раз, а комнат у нас (в которых нужно было прогенералить) четыре, я спокойно, не напрягась, успела убраться, постирать, высушить белье, перегладить, сложить в шкаф и заправить пледы на диваны, и в итоге, посмотрев на часы, я увидела, что времени было (уже?еще?) семнадцать(!!!) часов! А во время стирок я постоянно замечала, что время тормозит.
Я вот думаю, может это связано с запуском коллайдера? Как вы думаете, Земля стала вращаться быстрее, а время теперь останвливается?
В конце 80-х появилась идея построить коллайдер - комплекс ускорителей элементарных частиц. Ну, и как это принято в этой стране - самый супер самый, самый протяженный, самый мощный, самый современный и т.д. и т.п.!!! (Чтоб на всей планете люди были в шоке, и особенно за океаном). Я просто не понимаю этого! Что за люди что у них в голове!? Но на дворе 90-е! Всё воруется, всё дорожает, проект стопорится. Ну, а как иначе. Классика: Кто виноват? и Что делать? Миллиарды уже вложены, туннели прорыты, провода проложены, понастроены бараки. А дальше что? Плевать(Денег нет, но вы держитесь). Проект просто закрывают. А как вы хотели? Такая страна!
В итоге 30 октября 1993 года Президент Клинтон подписал законопроект об отмене проекта. Речь идет про Сверхпроводящий суперколлайдер. Соединённые штаты Америки Штат Техас.
Мы постарались сделать каждый город, с которого начинается еженедельный заед в нашей новой игре, по-настоящему уникальным. Оценить можно на странице совместной игры Torero и Пикабу.
При упоминании ускорителя частиц многим представляются яркие сгустки и вспышки из фильма «Ангелы и демоны», где «снялся» ЦЕРН — Европейский центр ядерных исследований со знаменитым коллайдером. Реальность недалека от фантастики, ведь ускорители меняют устоявшиеся представления о физике и об устройстве мира. Зачем ученые разгоняют частицы и с помощью каких ускорителей? Как это связано с лечением рака и поиском углеводородов? Давайте разбираться.
Что такое ускоритель
Ускорители — сложные устройства, которые разгоняют заряженные частицы (ионы, протоны, электроны) практически до скорости света, или огромных энергий в триллионы электронвольт. Частицы ускоряются под действием электрических и магнитных полей, которые создаются в установке. Первые изменяют энергию частиц, обладающих электрическим зарядом, а вторые управляют траекторией их движения.
Размеры ускорителей варьируются от совсем компактных, практически настольных, до огромных, протяженностью в несколько километров. Их применяют в самых разных сферах — от получения рентгеновских лучей до очистки сточных вод с помощью потока ионов и выпуска транзисторов.
Из примерно 40 тысяч ускорителей, функционирующих в мире, меньше 5% работает на чистую науку. Треть мощностей обслуживает промышленность, треть — полупроводниковые технологии, треть участвует в радиотерапии.
— Сергей Гаврилов, заведующий лабораторией пучка Института ядерных исследований РАН
Любой ускоритель включает четыре элемента: источник заряженных частиц, источник электрического поля, систему электромагнитов для управления траекторией частиц и металлические вакуумные трубы, где их не тормозят ни пыль, ни воздух. От сочетания и настройки этих элементов зависит тип ускорителя.
Линейные: простые и универсальные
Конструкция линейного ускорителя — самая простая. Пучок частиц, испущенный источником (например, специальной электронной пушкой), летит по прямой и ускоряется под действием электрического поля однократно, пока не столкнется с неподвижной мишенью. Можно бить протонами о ядра молекул и получать радиоактивные изотопы для медицины, можно бомбардировать материалы для проверки их в космических условиях, а можно направлять частицы на опухоль и отрабатывать перспективные виды терапии рака.
Самый длинный в мире линейный ускоритель — 3,2 километра — расположен в Стэнфорде (США). Тоннель, по которому летят частицы, находится под землей на глубине девять метров, а над ним — галерея с оборудованием. Ускоритель-рекордсмен разгоняет электроны и позитроны до 50 миллиардов электронвольт. Частицы применяют для научных исследований и экспериментов в разных областях: от физики до медицины.
Протонный ускоритель Института ядерных исследований РАН в Троицке, имеющий длину в полкилометра, — самый большой в Евразии. На этой установке исследуют, к примеру, свойства различных материалов и получают медицинские изотопы для томографии.
Круговые: «энергичные» и знаменитые
Если добавить линейному ускорителю магниты и закольцевать его вакуумную трубу, получится круговой, или циклический, ускоритель. В нем частицы движутся под действием двух полей: электрическое разгоняет, а магнитное закручивает траекторию частиц, чтобы они снова и снова проходили ускоряющие участки. Кольцевой ускоритель позволяет разогнать частицы до бо́льших энергий, чем в линейном.
Большой адронный коллайдер в Женеве
Самый мощный кольцевой ускоритель частиц в мире — Большой адронный коллайдер. Он построен Европейским центром по ядерным исследованиям в Женеве (Швейцария). Длина основного кольца составляет почти 26,7 километра, а энергия, до которой можно разогнать частицу, — 13,6 триллиона электронвольт.
Коллайдер — это тип ускорителей не по форме, а по содержанию: в нем пучки частиц сталкивают во встречных направлениях. В Большом адронном коллайдере используют адроны — протоны и тяжелые ядра атомов. Основная задача этого исследовательского комплекса — проверка теоретических представлений о физике элементарных частиц и их изучение.
Почти 20 лет назад началось проектирование Международного линейного коллайдера. Его длина составит 31 километр — на порядок больше, чем длина нынешнего линейного рекордсмена. Предполагается, что коллайдер могут построить в Японии.
В России достраивают большой коллайдер в Дубне. Этот круговой ускоритель будут использовать для фундаментальных и прикладных исследований, включая космическую медицину и терапию онкологических заболеваний.
Ускорительный комплекс NICA в Дубне. Фото Объединенного института ядерных исследований
Синхротроны: источники полезного излучения
Приблизить скорость даже самой легкой заряженной частицы — электрона — к скорости света технически крайне сложно. Одна из помех — синхротронное излучение, или поток фотонов, которые частица испускает при движении по кривой траектории кольцевого ускорителя. Изначально такое излучение считали паразитным эффектом, отбирающим энергию частиц, но ученые нашли ему полезное применение — и создали синхротроны.
Синхротроны — это циклические ускорители для получения качественного синхротронного излучения. Им можно «просвечивать» вещество на уровне атомов и его составных, не разрушая структуру молекул: это полезно в медицине, археологии, биологии.
В синхротронах ускоряют легкие электроны и добиваются нужной яркости излучения, чтобы «видеть» более быстрые физико-химические процессы, получать больше данных и смотреть глубже в объекты исследования.
Ускорителей-синхротронов последнего четвертого поколения в мире всего три: это MAX-IV в Швеции, Sirius в Бразилии, ESRF-EBS во Франции. Четвертый строится в России — СКИФ (Сибирский кольцевой источник фотонов) планируют запустить в 2024 году в новосибирском наукограде Кольцово.
В России есть два синхротрона — в Институте ядерной физики Сибирского отделения РАН и в Курчатовском институте в Москве.
На момент пуска СКИФ станет самым современным синхротроном в мире. Циклическая часть траектории, где электроны выдают синхротронное излучение на поворотах, составит 476 метров. Рядом расположится экспериментальный зал с исследовательскими станциями.
СКИФ поможет изучать структуру органических и неорганических материалов, в том числе композитных, а также образцов горных пород. Для этого мы собираемся воспользоваться возможностями двух станций для высокоразрешающей нанотомографии и визуализации быстро протекающих процессов. Получаемые данные помогут моделировать процессы в нефтяных пластах и извлекать углеводороды на 10–15% эффективнее.
– Владислав Крутько, руководитель проекта «Цифровой керн» «Газпром нефти»
Всего к СКИФу смогут подключиться до 30 станций, первыми станут шесть по самым востребованным направлениям науки и промышленности. Помимо исследований в области нефтегазодобычи они будут изучать структуру материалов, процесс возникновения микротрещин и ход химических реакций для решения задач электроники.
Мне нравятся клипы, у которых слова осмысленные, но полностью расслышать их удается с 3 - 4 прослушивания. Этот клип рекордсмен, я понял с 8 раза, и то не все, некоторые строки пришлось гуглить. Не ожидал услышать фамилии трёх Нобелевских лауреатов
Эксперимент по изучению структуры нейтрона и антинейтрона на электрон-позитронном коллайдере ВЭПП-2000 с детектором СНД, который проводят специалисты Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН), вышел на новый уровень точности. По сравнению с результатами 2022 г. в этом году физики увеличили статистику набора данных в четыре раза, в два раза улучшили точность эксперимента и разработали прецизионный метод регистрации нужных для исследования частиц. Результат 2023 г. согласуется с предыдущим измерением СНД, а также с международным экспериментом BESIII (Китай) в области энергии 2 ГэВ. Результаты опубликованы в журнале «Ядерная физика» и Nuclear Instruments Methods.
Детектор СНД коллайдера ВЭПП-2000 в открытом состоянии. Автор Т.Морозова.
Физика высоких энергий изучает продукты соударения элементарных частиц. В ускорителях частиц на встречных пучках, коллайдерах, они сначала разгоняются практически до скорости света, а потом сталкиваются. Так физики проводят экспериментальную проверку Стандартной модели – теории микромира, описывающей все многообразие частиц во Вселенной и законы взаимодействия между ними. Всего в мире семь действующих ускорителей на встречных пучках, еще шесть находятся на стадии проектирования и строительства.
Что происходит в коллайдере, и зачем частицы подбирают себе компаньонов
При столкновении электронов и позитронов в коллайдере происходит аннигиляция – их исчезновение с рождением других элементарных частиц. Например, на самой крупной установке – Большом адронном коллайдере (БАК, ЦЕРН, Швейцария) – ученые при высоких энергиях (до 6,5 ТэВ) сталкивают протоны с протонами или протоны с тяжелыми ионами. Продуктами таких соударений могут стать бозоны – тяжелые фундаментальные частицы со слабым взаимодействием. Именно при протон-протонном столкновении на БАК был открыт бозон Хиггса. Еще на одном коллайдере, уже российском, ВЭПП-2000 в ИЯФ СО РАН, сталкивают электроны и позитроны. Столкновения происходят на невысоких энергиях – до 2 ГэВ, но и в этой области происходит много интересного. Детекторы регистрируют рождение адронов, то есть частиц, состоящих из кварков: протонов, нейтронов, пи-мезонов, К-мезонов и др. Дальше физики изучают структуру и свойства полученных частиц.
«В ускорительном кольце коллайдера ВЭПП-2000 электроны и позитроны движутся практически со скоростью света, а столкновение пучков происходит с частотой 12 МГц, то есть 12 миллионов раз в секунду, – рассказал главный научный сотрудник ИЯФ СО РАН доктор физико-математических наук Сергей Середняков. – Когда электрон с позитроном сталкиваются, образуется виртуальный фотон, который живет очень непродолжительное время – всего около 10-24 секунды, он рождает кварк и антикварк, которые начинают разлетаться, но обладая свойством конфайнмента, то есть невозможностью существовать по одному в свободном пространстве, каждый кварк рождает еще пару кварков. Так происходит до тех пор, пока случайным образом кварки не соберутся в нужную комбинацию, не подберут себе нужных для реакции “компаньонов”. Например, чтобы появился нейтрон, должны встретиться два d-кварка и один u-кварк, чтобы родился протон – два u-кварка и один d-кварк. Такое же количество кварков только с приставкой “анти” необходимо для появления антинейтрона и антипротона. Такая комбинаторика происходит очень быстро – за 10- 24 секунды».
Столкновение и электрон-позитронная аннигиляция с последующим рождением элементарных частиц происходят в тех областях коллайдера ВЭПП-2000, где установлены два детектора – КМД-3 (Криогенный магнитный детектор) и СНД (Сферический нейтральный детектор). Группа физиков-экспериментаторов с детектора СНД занимается как раз изучением структуры нейтрона и антинейтрона. В 2022 г. специалисты ИЯФ первыми в мире измерили структуру данной пары в близи порога реакции, то есть в самый момент ее рождения, когда относительная скорость частиц маленькая. До этого никто не изучал структуру этой пары в пороговой области. В новом эксперименте 2023 г. физики увеличили статистику набора данных в четыре раза, в два раза улучшили точность эксперимента и разработали для калориметра детектора СНД электронику, позволяющую с высокой точностью выделять необходимые процессы.
Новые результаты эксперимента СНД
«Любой эксперимент в физике стремится к увеличению набранной статистики и улучшению точности полученных результатов, – пояснил Сергей Середняков. – Мы продолжаем процесс изучения электрон-позитронной аннигиляции в пару нейтрон-антинейтрон на коллайдере ВЭПП-2000. В последнем измерении мы примерно в четыре раза увеличили статистику – было зарегистрировано около 6000 пар нейтронов-антинейтронов. Это, в свою очередь, повысило точность измерений структуры этих частиц и античастиц в два раза. Полученные в 2023 г. данные согласуются с предыдущим измерением СНД, но, как уже сказано, имеют в два раза лучшую статистическую точность».
Нейтроны входят в класс адронов и состоят из кварков – наименьших частиц материи и глюонов – элементарных частиц, которые «склеивают» кварки между собой, притягивают их при помощи сильных взаимодействий. Поэтому измерение структуры нейтрона и антинейтрона представляет собой изучение суммарных характеристик взаимодействия кварков с кварками, кварков с глюонами и глюонов с глюонами.
Измеренный в эксперименте СНД формфактор. В области энергии 2 ГэВ результаты российского эксперимента (черные точки) совпадают с результатами китайского BESIII (красные точки). Предоставлено С. Середняковым
«Структура частицы описывается функцией, так называемым электромагнитным формфактором, который определяется движением электрических зарядов кварков и глюонов внутри частицы. Измеряя его значение, мы примерно понимаем, по каким траекториям, с какими скоростями кварки и глюоны движутся внутри нейтрона и антинейтрона, как происходит взаимодействие между ними, – добавил Сергей Середняков. – Примерно, потому что движение отдельно взятого кварка сложно описываемо. Можно провести такую аналогию: у вещества, например, воздуха, есть температура, которая определяется скоростями и столкновением молекул. Скорости молекул воздуха определяются сложной функцией, или распределением Максвелла. Но в целом вся это сложная функция измеряется и описывается как температура. Так и с формфактором. Теоретики задают некоторые распределения того, как движутся кварки в нейтроне, то есть некоторые вероятности их движения, скорости и др. И на выходе получается электромагнитный формфактор – интегральное, или суммарное описание всех сложных движений кварков, параметров их взаимодействия друг с другом и с глюонами внутри нейтрона. Очень упрощенно можно сказать, что в эксперименте СНД мы измеряем формфактор, как измеряют температуру воздуха».
По словам специалиста, формфактор – это важная измеряемая у элементарных частиц величина, и она всегда была предметом теоретического и экспериментального изучения. Что касается нейтронов и протонов, значение их формфакторов в пороговой области в теории предсказывается неоднозначно. Начавшиеся эксперименты на ВЭПП-2000 с детектором СНД измеряют это значение с хорошей точностью, которая каждый год повышается. «Уже сейчас можно сказать, что мы с наилучшей в мире точностью проводим измерение сечения процесса электрон-позитронной аннигиляции в пару нейтрон-антинейтрон, с систематической погрешностью не хуже 10%. Помимо того, что наше новое измерение согласуется с предыдущим, наши данные говорят, например, о том, что по величине формфактор нейтрона меньше формфактора протона», – сказал Сергей Середняков.
Без «усов» лучше
В экспериментальной физике все сводится к точности, то есть к уменьшению «усов» ошибки. Бывают измерения, у которых очень длинные «усы», что говорит о большой ошибке, а значит, о маленькой точности. Предельный вариант точности – отсутствие «усов». Измеренные события, то есть рождение пары частицы и античастицы, физики называют измерением сечения. Сечение (обозначается буквой σ) и измеряется в квадратных сантиметрах. Для выражения сечений столкновений элементарных частиц используют более удобную единицу – 1 нанобарн = 10 -33 см2.
«Мы измерили сечение процесса аннигиляции электрона и позитрона в пару нейтрон-антинейтрон с хорошей точностью – 0.1 нанобарн (нб), – добавил Сергей Середняков. – И теперь очень интересно увидеть результаты независимых экспериментов по измерению нейтронов-антинейтронов на пороге реакции. На данный момент на уровне энергии до 2 ГэВ ИЯФ СО РАН является первопроходцем. Международный эксперимент BESIII (Китай) работает при более высоких энергиях, но наши результаты стыкуются как раз в области энергии 2 ГэВ, которая для нас является максимальной, а для них – минимальной. Скорее всего, это говорит о том, что и они, и мы все сделали правильно».
Эксперимент 2023 г. стал качественно лучше и с методической точки зрения. Когда происходит электрон-позитронная аннигиляция, рождается огромное количество частиц. Чтобы регистрировать только необходимые события, в данном случае рождение пары нейтрон-антинейтрон, детектирующая электроника должна быть очень чувствительной именно к их сигналам.
«У нейтрона есть свой особый признак – ему нужно время, довольно продолжительное, около пяти наносекунд, чтобы долететь до детектора, – добавляет Сергей Середняков. – Это время задержки для нейтрона мы очень хорошо знаем, а измеряя его в эксперименте можем достоверно выделять необходимые нам события. Для эксперимента СНД мы разработали новый метод регистрации нейтрон-антинейтронных событий. Метод позволяет с высоким разрешением, около 1 наносекунды, измерять время прихода сигнала в каждом из 1640 кристаллов калориметра детектора СНД. Работа с описанием системы измерения времени опубликована в 2023г. в журнале Nuclear Instruments Methods. Во многом благодаря этому мы и повысили набор статистики и точность эксперимента».
Выкручивайте остроумие на максимум и придумайте надпись для стикера из шаблонов ниже. Лучшие идеи войдут в стикерпак, а их авторы получат полугодовую подписку на сервис «Пакет».
Кто сделал и отправил мемас на конкурс — молодец! Результаты конкурса мы объявим уже 3 мая, поделимся лучшими шутками по мнению жюри и ссылкой на стикерпак в телеграме. Полные правила конкурса.
А пока предлагаем посмотреть видео, из которых мы сделали шаблоны для мемов. В главной роли Валентин Выгодный и «Пакет» от Х5 — сервис для выгодных покупок в «Пятёрочке» и «Перекрёстке».
Реклама ООО «Корпоративный центр ИКС 5», ИНН: 7728632689