Большой адронный коллайдер

Координаты: 46°14′00″ с. ш. 6°03′00″ в. д. / 46.233333° с. ш. 6.05° в. д. ^(G) (O)46.233333, 6.05

У этого термина существуют и другие значения, см. Большой адронный коллайдер (значения).

Запрос «БАК» перенаправляется сюда; см. также другие значения.

Большой адро́нный колла́йдер, сокращённо БАК (англ. Large Hadron Collider, сокращённо LHC) — ускоритель заряженных частиц на встречных пучках, предназначенный для разгона протонов и тяжёлых ионов (ионов свинца) и изучения продуктов их соударений. Коллайдер построен в научно-исследовательском центре Европейского совета ядерных исследований (ЦЕРН), на границе Швейцарии и Франции, недалеко от Женевы. БАК является самой крупной экспериментальной установкой в мире. Руководитель проекта — Линдон Эванс. В строительстве и исследованиях участвовали и участвуют более 10 тыс. учёных и инженеров из более чем 100 стран^[1].

Большим назван из-за своих размеров: длина основного кольца ускорителя составляет 26 659 м^[2]; адронным — из-за того, что он ускоряет адроны, то есть тяжёлые частицы, состоящие из кварков; коллайдером (англ. collider — сталкиватель) — из-за того, что пучки частиц ускоряются в противоположных направлениях и сталкиваются в специальных точках столкновения^[3].

Детекторы и предускорители БАК
Траектория протонов p (и тяжёлых ионов свинца Pb) начинается в линейных ускорителях (в точках p и Pb, соответственно). Затем частицы попадают в бустер протонного синхротрона (PS), через него — в протонный суперсинхротрон (SPS) и, наконец, непосредственно в туннель БАК. Детекторы TOTEM и LHCf, отсутствующие на схеме, находятся рядом с детекторами CMS и ATLAS соответственно

Поставленные задачи^[4][5]

Современное состояние в физике элементарных частиц

Карта с нанесённым на неё расположением Коллайдера

В конце 1960-х годов физикам удалось разработать Стандартную модель (СМ), которая объединяет три из четырёх фундаментальных взаимодействий — сильное, слабое и электромагнитное. Гравитационное взаимодействие по-прежнему описывают в терминах ОТО. Таким образом, в настоящее время фундаментальные взаимодействия описываются двумя общепринятыми теориями: ОТО и СМ. Их объединения пока достичь не удалось из-за трудностей создания теории квантовой гравитации.

Поиск Новой физики

Как сказано выше, СМ не может считаться окончательной теорией элементарных частиц. Она должна быть частью некоторой более глубокой теории строения микромира, той частью, которая видна в экспериментах на коллайдерах при энергиях ниже примерно 1 ТэВ. Такие теории коллективно называют «Новая физика» или «За пределами Стандартной модели». Главная задача Большого адронного коллайдера — получить хотя бы первые намеки на то, что это за более глубокая теория^[6].

Для дальнейшего объединения фундаментальных взаимодействий в одной теории используются различные подходы: теория струн, получившая своё развитие в М-теории (теории бран), теория супергравитации, петлевая квантовая гравитация и др. Некоторые из них имеют внутренние проблемы, и ни у одной из них нет экспериментального подтверждения. Проблема в том, что для проведения соответствующих экспериментов нужны энергии, недостижимые на современных ускорителях заряженных частиц.

БАК позволит провести эксперименты, которые ранее были невозможны и, вероятно, подтвердит или опровергнет часть этих теорий. Так, существует целый спектр физических теорий с размерностями больше четырёх, которые предполагают существование «суперсимметрии» — например, теория струн, которую иногда называют теорией суперструн именно из-за того, что без суперсимметрии она утрачивает физический смысл. Подтверждение существования суперсимметрии, таким образом, будет косвенным подтверждением истинности этих теорий.

Изучение топ-кварков

Топ-кварк — самый тяжёлый кварк и, более того, это самая тяжёлая из открытых пока элементарных частиц. Согласно последним результатам Тэватрона^[7], его масса составляет 173,1 ± 1,3 ГэВ/c². Из-за своей большой массы топ-кварк до сих пор наблюдался пока лишь на одном ускорителе — Тэватроне, на других ускорителях просто не хватало энергии для его рождения. Кроме того, топ-кварки интересуют физиков не только сами по себе, но и как «рабочий инструмент» для изучения бозона Хиггса. Один из наиболее важных каналов рождения бозона Хиггса в БАК — ассоциативное рождение вместе с топ-кварк-антикварковой парой. Для того, чтобы надёжно отделять такие события от фона, предварительно необходимо изучение свойств самих топ-кварков.

Изучение механизма электрослабой симметрии

Диаграммы Фейнмана, показывающие возможные варианты рождения W- и Z-бозонов, которые в совокупности образуют нейтральный бозон Хиггса

Одной из основных целей проекта является экспериментальное доказательство существования бозона Хиггса — частицы, предсказанной шотландским физиком Питером Хиггсом в 1964 году в рамках Стандартной модели. Бозон Хиггса является квантом так называемого поля Хиггса, при прохождении через которое частицы испытывают сопротивление, представляемое нами как поправки к массе^[8]. Сам бозон нестабилен и имеет большу́ю массу (более 120 ГэВ/c²). На самом деле, физиков интересует не столько сам бозон Хиггса, сколько хиггсовский механизм нарушения симметрии электрослабого взаимодействия.

Изучение кварк-глюонной плазмы

Ожидается, что примерно один месяц в год будет проходить в ускорителе в режиме ядерных столкновений. В течение этого месяца коллайдер будет разгонять и сталкивать в детекторах не протоны, а ядра свинца. При неупругом столкновении двух ядер на ультрарелятивистских скоростях на короткое время образуется и затем распадается плотный и очень горячий комок ядерного вещества. Понимание происходящих при этом явлений (переход вещества в состояние кварк-глюонной плазмы и её остывание) нужно для построения более совершенной теории сильных взаимодействий, которая окажется полезной как для ядерной физики, так и для астрофизики.

Моделирование процесса рождения бозона Хиггса в детекторе CMS

Поиск суперсимметрии

Первым значительным научным достижением экспериментов на БАК может стать доказательство или опровержение «суперсимметрии» — теории, гласящей, что любая элементарная частица имеет гораздо более тяжёлого партнера, или «суперчастицу».

Изучение фотон-адронных и фотон-фотонных столкновений

Электромагнитное взаимодействие частиц описывается как обмен (в ряде случаев виртуальными) фотонами. Другими словами, фотоны являются переносчиками электромагнитного поля. Протоны электрически заряжены и окружены электростатическим полем, соответственно это поле можно рассматривать как облако виртуальных фотонов. Всякий протон, особенно релятивистский протон, включает в себя облако виртуальных частиц как составную часть. При столкновении протонов между собой взаимодействуют и виртуальные частицы, окружающие каждый из протонов. Математически процесс взаимодействия частиц описывается длинным рядом поправок, каждая из которых описывает взаимодействие посредством виртуальных частиц определённого типа (см.: диаграммы Фейнмана). Таким образом, при исследовании столкновения протонов косвенно изучается и взаимодействие вещества с фотонами высоких энергий, представляющее большой интерес для теоретической физики^[9]. Также рассматривается особый класс реакций — непосредственное взаимодействие двух фотонов, которые могут столкнуться как со встречным протоном, порождая типичные фотон-адронные столкновения, так и друг с другом.

В режиме ядерных столкновений, из-за большого электрического заряда ядра, влияние электромагнитных процессов имеет ещё большее значение.

Проверка экзотических теорий

Теоретики в конце XX века выдвинули огромное число необычных идей относительно устройства мира, которые все вместе называются «экзотическими моделями». Сюда относятся теории с сильной гравитацией на масштабе энергий порядка 1 ТэВ, модели с большим количеством пространственных измерений, преонные модели, в которых кварки и лептоны сами состоят из частиц, модели с новыми типами взаимодействия. Дело в том, что накопленных экспериментальных данных оказывается всё ещё недостаточно для создания одной-единственной теории. А сами все эти теории совместимы с имеющимися экспериментальными данными. Поскольку в этих теориях можно сделать конкретные предсказания для БАК, экспериментаторы планируют проверять предсказания и искать следы тех или иных теорий в своих данных. Ожидается, что результаты, полученные на ускорителе, смогут ограничить фантазию теоретиков, закрыв некоторые из предложенных построений.

Другое

Также ожидается обнаружение физических явлений вне рамок Стандартной Модели. Планируется исследование свойств W и Z-бозонов, ядерных взаимодействий при сверхвысоких энергиях, процессов рождения и распадов тяжёлых кварков (b и t).

Технические характеристики

Подземный зал, в котором смонтирован детектор ATLAS (октябрь 2004 года)

Детектор ATLAS в процессе сборки (февраль 2006 года)

Регистрация частиц, образовавшихся после столкновения в детекторе CMS

В ускорителе предполагается сталкивать протоны с суммарной энергией 14 ТэВ (то есть 14 тераэлектронвольт или 14·10¹² электронвольт) в системе центра масс налетающих частиц, а также ядра свинца с энергией 5 ГэВ (5·10⁹ электронвольт) на каждую пару сталкивающихся нуклонов. На начало 2010 года БАК уже несколько превзошел по энергии протонов предыдущего рекордсмена — протон-антипротонный коллайдер Тэватрон, который до конца 2011 года работал в Национальной ускорительной лаборатории им. Энрико Ферми (США). Несмотря на то, что наладка оборудования растягивается на годы и ещё не завершена, БАК уже стал самым высокоэнергичным ускорителем элементарных частиц в мире, на порядок превосходя по энергии остальные коллайдеры, в том числе и релятивистский коллайдер тяжёлых ионов RHIC, работающий в Брукхейвенской лаборатории (США).

Светимость БАК во время первых недель работы пробега была не более 10²⁹ частиц/см²·с, тем не менее она продолжает постоянно повышаться. Целью является достижение номинальной светимости в 1,7·10³⁴ частиц/см²·с, что по порядку величины соответствует светимостям BaBar (SLAC, США) и Belle (англ.) (KEK, Япония).

Ускоритель расположен в том же туннеле, который прежде занимал Большой электрон-позитронный коллайдер. Туннель с длиной окружности 26,7 км проложен под землёй на территории Франции и Швейцарии. Глубина залегания туннеля — от 50 до 175 метров, причём кольцо туннеля наклонено примерно на 1,4 % относительно поверхности земли. Для удержания, коррекции и фокусировки протонных пучков используются 1624 сверхпроводящих магнита, общая длина которых превышает 22 км. Магниты работают при температуре 1,9 K (−271 °C), что немного ниже температуры перехода гелия в сверхтекучее состояние.

Российские учёные принимали активное участие как в строительстве самого БАК, так и в создании всех работающих на нём детекторов^[10].

Детекторы

На БАК работают 4 основных и 3 вспомогательных детектора:

• ALICE (A Large Ion Collider Experiment)
• ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS)
• CMS (Compact Muon Solenoid)
• LHCb (The Large Hadron Collider beauty experiment)
• TOTEM (TOTal Elastic and diffractive cross section Measurement)
• LHCf (The Large Hadron Collider forward)
• MoEDAL (Monopole and Exotics Detector At the LHC).

ATLAS, CMS, ALICE, LHCb — большие детекторы, расположенные вокруг точек столкновения пучков. Детекторы TOTEM и LHCf — вспомогательные, находятся на удалении в несколько десятков метров от точек пересечения пучков, занимаемых детекторами CMS и ATLAS соответственно, и будут использоваться попутно с основными.

Детектор CMS

Детекторы ATLAS и CMS — детекторы общего назначения, предназначены для поиска бозона Хиггса и «нестандартной физики», в частности тёмной материи, ALICE — для изучения кварк-глюонной плазмы в столкновениях тяжёлых ионов свинца, LHCb — для исследования физики b-кварков, что позволит лучше понять различия между материей и антиматерией, TOTEM — предназначен для изучения рассеяния частиц на малые углы, таких что происходит при близких пролётах без столкновений (так называемые несталкивающиеся частицы, forward particles), что позволяет точнее измерить размер протонов, а также контролировать светимость коллайдера, и, наконец, LHCf — для исследования космических лучей, моделируемых с помощью тех же несталкивающихся частиц^[11].

С работой БАК связан также седьмой, совсем незначительный в плане бюджета и сложности, детектор (эксперимент) MoEDAL^[12], предназначенный для поиска медленно движущихся тяжёлых частиц.

Во время работы коллайдера столкновения проводятся одновременно во всех четырёх точках пересечения пучков, независимо от типа ускоряемых частиц (протоны или ядра). При этом все детекторы одновременно набирают статистику.

Процесс ускорения частиц в коллайдере

Скорость частиц в БАК на встречных пучках близка к скорости света в вакууме. Разгон частиц до таких больших энергий достигается в несколько этапов. На первом этапе низкоэнергетичные линейные ускорители Linac 2 и Linac 3 производят инжекцию протонов и ионов свинца для дальнейшего ускорения. Затем частицы попадают в PS-бустер и далее в сам PS (протонный синхротрон), приобретая энергию в 28 ГэВ. При этой энергии они уже движутся со скоростью близкой к световой. После этого ускорение частиц продолжается в SPS (протонный суперсинхротрон), где энергия частиц достигает 450 ГэВ. Затем сгусток протонов^[13] направляют в главное 26,7-километровое кольцо, доводя энергию протонов до максимальных 7 ТэВ, и в точках столкновения детекторы фиксируют происходящие события. Два встречных пучка протонов при полном заполнении могут содержать 2808 сгустков каждый. На начальных этапах отладки процесса ускорения циркулируют лишь по одному сгустку в пучке длиной несколько сантиметров и небольшого поперечного размера. Затем начинают увеличивать количество сгустков. Сгустки располагаются в фиксированных позициях относительно друг друга, которые синхронно движутся вдоль кольца. Сгустки в определённой последовательности могут сталкиваться в четырёх точках кольца, где расположены детекторы частиц^[14].

Кинетическая энергия всех сгустков адронов в БАКе при полном его заполнении сравнима с кинетической энергией реактивного самолета, хотя масса всех частиц не превышает нанограмма и их даже нельзя увидеть невооружённым глазом. Такая энергия достигается за счёт скорости частиц, близкой к скорости света^[15].

Сгустки проходят полный круг ускорителя быстрее, чем за 0,0001 сек, совершая, таким образом, свыше 10 тыс. оборотов в секунду^[16].

Потребление энергии

Во время работы коллайдера расчётное потребление энергии составит 180 МВт. Предположительные энергозатраты всего ЦЕРН на 2009 год с учётом работающего коллайдера — 1000 ГВт·ч, из которых 700 ГВт·ч придётся на долю ускорителя. Эти энергозатраты — около 10 % от суммарного годового энергопотребления кантона Женева. Сам ЦЕРН не производит энергию, имея лишь резервные дизельные генераторы.

Вопросы безопасности

Основная статья: Вопросы безопасности Большого адронного коллайдера

Значительная доля внимания со стороны представителей общественности и СМИ связана с обсуждением катастроф, которые могут произойти в связи с функционированием БАК. Наиболее часто обсуждается опасность возникновения микроскопических чёрных дыр с последующей цепной реакцией захвата окружающей материи, а также угроза возникновения страпелек, гипотетически способных преобразовать в страпельки всю материю Вселенной^[17].

Строительство и эксплуатация

27-километровый подземный тоннель, предназначенный для размещения ускорителя БАК

Основная статья: История строительства и эксплуатации LHC

Строительство

Идея проекта Большого адронного коллайдера родилась в 1984 году и была официально одобрена десятью годами позже. Его строительство началось в 2001 году, после окончания работы предыдущего ускорителя — Большого электрон-позитронного коллайдера.

• 19 ноября 2006 года закончено строительство специальной криогенной линии для охлаждения магнитов.
• 27 ноября 2006 года в туннеле был установлен последний сверхпроводящий магнит.

Испытания и эксплуатация

2008 год

Детектор ATLAS, ноябрь 2006 года

• 11 августа успешно завершена первая часть предварительных испытаний^[18]. Во время испытаний пучок заряженных частиц прошёл чуть более трёх километров по одному из колец БАК.
• 10 сентября был произведён официальный запуск коллайдера^[19][20]. Запущенные пучки протонов успешно прошли весь периметр коллайдера по и против часовой стрелки^[21].
• 12 сентября команде БАК удалось запустить и непрерывно удерживать циркулирующий пучок. На этом задача по установлению циркулирующего пучка завершилась, и физики приступили к подробным тестам магнитной системы^[22].
• 19 сентября в ходе тестов магнитной системы сектора 3-4 (34) произошла авария, в результате которого БАК вышел из строя^[23]. Один из электрических контактов между сверхпроводящими магнитами расплавился под действием возникшей из-за увеличения силы тока электрической дуги, которая пробила изоляцию гелиевой системы охлаждения (криогенной системы), что привело к деформации конструкций, загрязнению внутренней поверхности вакуумной трубы частичками металла, а также выбросу около 6 тонн жидкого гелия в туннель. Ремонт коллайдера занял остаток 2008 и б́ольшую часть 2009 годов.
• 21 октября состоялась торжественная церемония официального открытия (инаугурация) БАК^[24].

2009 год

• 20 ноября, впервые после аварии 19 сентября 2008 года, пучок протонов успешно прошёл по всему кольцу коллайдера^[25].
• 29-30 ноября учёные довели энергию каждого из пучков протонов до значения 1180 ГэВ. Таким образом, БАК стал самым мощным ускорителем протонов в мире^[26].
• 9 декабря состоялись столкновения пучков протонов на достигнутой в конце ноября рекордной энергии — 2,36 ТэВ (= 2 × 1180 ГэВ)^[27].

2010 год

• 30 марта энергия пучка протонов доведена до 3,5 ТэВ, состоялись столкновения протонов с суммарной энергией 7 ТэВ^[28]. Начался первый длительный сеанс научной работы БАК.
• 4 ноября закончились эксперименты в 2010 году в режиме протон-протонных столкновений^[29]. Коллайдер переведен в режим столкновения тяжёлых ионов (ионов свинца)^[30][31]. Первые тестовые запуски ионных сгустков начались во второй половине дня^[32].
• 7 ноября начались и продолжались один месяц столкновения ядер с полной энергией 5,74 ТэВ^[32].

2011 год

• 22 апреля на БАК установлен мировой рекорд пиковой светимости для адронных коллайдеров — 4,67·10³² см⁻²·сек⁻¹. Предыдущий рекорд был установлен ускорителем Тэватрон в 2010 году, тогда светимость составила 4,02·10³²см⁻²·сек^−1[33].
• 17 июня светимость, набранная ATLAS и CMS за 2010—2011 годы, превысила 1 фбн^−1[34][35].
• В результате обработки данных эксперимента OPERA сообщается о возможном превышении мюонными нейтрино скорости света^[36] (впоследствии выяснилось, что причиной ошибочного предположения о сверхсветовой скорости стал технический дефект)^[37].
• 15 ноября начата трёхнедельная программа столкновений ионов свинца.

2012 год

• 16 марта протоны впервые разогнаны до энергии 4 ТэВ^[38].
• 4 июля коллаборации ATLAS и CMS объявили о нахождении бозона массой 125,3 ± 0,6 ГэВ. Характеристики этой частицы довольно точно соответствуют предсказанному ранее бозону Хиггса. Является ли эта частица бозоном Хиггса, остаётся под вопросом^[39].
• В сентябре были проведены пробные протон-ионные столкновения^[40].
• 15 ноября коллаборацией CMS было объявлено о наблюдении частицы Y(4140) с массой 4148,2 ± 2.0 (стат) ± 4,6 (сист) МэВ/c² (статистическая значимость более 5σ), ранее наблюдавшейся лишь на Тэватроне в 2009 г. Наблюдения сделаны в ходе обработки статистики 5,2 фб⁻¹ столкновений протонов на энергии 7 ТэВ. Наблюдаемый распад данной частицы на J/ψ-мезон и Фи-мезон не описывается в рамках Стандартной модели^[41][42].
• 17 декабря успешно завершён первый этап протонных столкновений^[43][44].

Планы

В начале 2013 года планируется проведение серии протон-ионных столкновений^[43][40].

В феврале 2013 года коллайдер будет остановлен для модернизации до конца 2014 года. Планируется увеличить энергию столкновения протонов с нынешних 7 ТэВ до 13 ТэВ и установить дополнительное оборудование на детекторах ALICE, ATLAS, CMS, LHCb. В 2015 году эксперименты будут продолжены. ^[43][45]

Планы развития

После того, как БАК выйдет на проектную энергию и светимость, планируется провести модернизацию каскада предварительных ускорителей, в первую очередь SPS, что позволит заметно повысить светимость коллайдера (проект Super-LHC)^[46].

Также обсуждается возможность проведения столкновений протонов и электронов (проект LHeC)^[47]. Для этого потребуется пристроить линию ускорения электронов. Обсуждаются два варианта: пристройка линейного ускорителя электронов и размещение кольцевого ускорителя в том же тоннеле, что и LHC. Ближайшим из реализованных аналогов LHeC является немецкий электрон-протонный коллайдер HERA. Отмечается, что в отличие от протон-протонных столкновений, рассеяние электрона на протоне — это очень «чистый» процесс, позволяющий изучать партонную структуру протона намного внимательнее и аккуратнее.

В планах на очень отдалённую перспективу обсуждается демонтаж БАК и использование освободившегося тоннеля и инфраструктуры для коллайдера нового поколения. Это могло бы повысить энергию на пучок протонов до 16ТэВ^[48].

Распределённые вычисления

Основная статья: LHC@home

Для управления, хранения и обработки данных, которые будут поступать с ускорителя БАК и детекторов, создаётся распределённая вычислительная сеть LCG (англ. LHC Computing GRID), использующая технологию грид. Для определённых вычислительных задач (расчет и корректировка параметров магнитов путем моделирования движения протонов в магнитном поле) задействован проект распределённых вычислений LHC@home. Также рассматривалась возможность использования проекта LHC@home для обработки полученных экспериментальных данных, однако основные сложности связаны с большим объёмом информации, необходимым для передачи на удаленные компьютеры (сотни гигабайт). В рамках проекта распределенных вычислений LHC@Home 2.0 (Test4Theory) производится моделирование столкновений пучков протонов с целью сопоставления полученных модельных и экспериментальных данных.

Научные результаты

Благодаря большей энергии по сравнению с предшествовавшими коллайдерами, БАК позволил «заглянуть» в недоступную ранее область энергий и получить научные результаты, накладывающие ограничения на ряд теоретических моделей.

Краткий перечень научных результатов, полученных на коллайдере^[49]:

• открыт новый бозон с массой 125,3 ± 0,6 ГэВ, скорее всего являющийся бозоном Хиггса^[50][51];
• при энергиях до 8 ТэВ изучены основные статистические характеристики протонных столкновений — количество рождённых адронов, их распределение по быстроте, бозе-эйнштейновские корреляции мезонов, дальние угловые корреляции, вероятность остановки протона;
• показано отсутствие асимметрии протонов и антипротонов^[52];
• обнаружены необычные корреляции протонов, вылетающих в существенно разных направлениях^[53];
• получены ограничения на возможные контактные взаимодействия кварков^[54];
• получены более веские, по сравнению с предыдущими экспериментами^[55], признаки возникновения кварк-глюонной плазмы в ядерных столкновениях^[56];
• исследованы события рождения адронных струй;
• подтверждено существование топ-кварка, ранее наблюдавшегося только на Тэватроне;
• обнаружено два новых канала распада B_s-мезонов^[57][58], получены оценки вероятностей сверхредких распадов B- и B_s-мезонов на мюон-антимюонные пары^[59][60][61];
• открыты новые, теоретически предсказанные частицы $\chi_b(3P)$^[62], $\Xi_{b}^{*0}$^[63], $\Lambda_b^{0*}(5912)$ и $\Lambda_b^{0*}(5920)$^[64];
• получены первые данные протон-ионных столкновений на рекордной энергии^[40], обнаружены угловые корреляции, ранее наблюдавшиеся в протон-протонных столкновениях^[65][66];
• объявлено о наблюдении частицы Y(4140), ранее наблюдавшейся лишь на Тэватроне в 2009 г^[41].

Также, были предприняты попытки обнаружить следующие гипотетические объекты^[67]:

• лёгкие чёрные дыры^[68];
• возбуждённые кварки^[69];
• суперсимметричные частицы^[70];
• лептокварки^[71];
• неизвестные ранее взаимодействия и их частицы-переносчики (например, W'- и Z'-бозоны)^[72].

Несмотря на безуспешный итог поиска указанных объектов, были получены более строгие ограничения на минимально возможную массу каждого из них. По мере накопления статистики, ограничения на минимальную массу перечисленных объектов становятся жестче.

Прочие результаты

• Результаты работы эксперимента LHCf, работавшего в первые недели после запуска БАК, показали, что энергетическое распределение фотонов в области от нуля до 3,5 ТэВ плохо описывается программами, моделирующими данный процесс, приводя к расхождениям между реальными и модельными данными в 2-3 раза (для самой высокой энергии фотонов, от 3 до 3,5 ТэВ, все модели дают предсказания, почти на порядок превышающие реальные данные)^[73].

Финансирование проекта

В 2001 году ожидалось, что общая стоимость проекта составит около 4,6 млрд швейцарских франков (3 млрд евро) за сам ускоритель (без детекторов) и 1,1 млрд швейцарских франков (700 млн евро) составит доля ЦЕРН в проведении экспериментов (то есть в строительстве и обслуживании детекторов)^[74].

Строительство БАК было одобрено в 1995 году с бюджетом 2,6 млрд швейцарских франков (1,6 млрд евро) и дополнительными 210 млн швейцарских франков (140 млн евро) на эксперименты. В 2001 году эти расходы были увеличены на 480 млн франков (300 млн евро) в части ускорителя и 50 млн франков (30 млн евро) в части экспериментов (расходы, относящиеся непосредственно к ЦЕРН), что вследствие сокращения бюджета ЦЕРН привело к сдвигу планируемых сроков введения с 2005 года на апрель 2007 года^[75].

Бюджет проекта по состоянию на ноябрь 2009 года составил 6 млрд долл. — столько было инвестировано в строительство установки, которое продолжалось семь лет. Ускоритель частиц создавался под руководством ЦЕРН. В проекте задействовано 700 специалистов из России. Общая стоимость заказов, которые получили российские предприятия, по некоторым оценкам достигает 120 млн долл.^[76]

Официальная стоимость проекта БАК не включает стоимость ранее существовавших в ЦЕРН инфраструктуры и наработок. Так, основное оборудование БАК смонтировано в тоннеле ранее существовавшего коллайдера LEP, при этом использовалось многокилометровое кольцо SPS в качестве предварительного ускорителя. Если бы БАК пришлось строить с нуля, его стоимость оказалась бы заметно выше.

В искусстве

В этом разделе не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 18 ноября 2012.

• В книге фантаста Макса Острогина «Большая Красная Кнопка» рассказывается о наступлении апокалипсиса после включения на полную мощность Коллайдера
• В ЦЕРН есть филк-группа Les Horribles Cernettes, аббревиатура которой совпадает с аббревиатурой БАК (LHC). Первая песня этого коллектива «Collider» была посвящена парню, который забыл о своей девушке, будучи увлечён созданием коллайдера.^[77]
• В в четвёртом сезоне научно-фантастического телесериала «Лексс» главные герои оказываются на Земле. Обнаруживается, что Земля относится к планетам «типа 13» на последней стадии развития. Планеты типа 13 всегда уничтожают себя сами, в результате войн или неудачного опыта по определению массы бозона Хиггса на сверхмощном ускорителе элементарных частиц.
• В шестой серии тринадцатого сезона мультсериала «Южный парк» с помощью магнита из Большого адронного коллайдера была достигнута сверхсветовая скорость на конкурсе Дерби соснового леса (Pinewood Derby).
• В фильме «Ангелы и демоны» антивещество из Большого адронного коллайдера было украдено, и похитители хотели взорвать с помощью него Ватикан.
• В фильме «Конец света» (производство Би-би-си) последним из четырёх наиболее вероятных сценариев апокалипсиса являлся взрыв при запуске новейшего ускорителя элементарных частиц, повлекший за собой образование чёрной дыры.
• В 13 серии 1 сезона научно-фантастического сериала «Одиссея 5» главные герои попадают в ЦЕРН, где местные учёные и сотрудники уверяют, что БАК полностью безопасен, основываясь на предварительных расчётах. Однако, как выяснилось позже, одна из форм киберразума взломала и проникла в главный компьютер ЦЕРН и подделала общие расчёты. Выяснив это, основываясь на новых верных расчетах, учёные выясняют, что появляется большая вероятность появления страпелек в коллайдере, что неизбежно приведёт к концу света.
• В научно-популярном сериале «Жизнь после людей» через 5-10 лет после исчезновения людей коллайдер будет затоплен грунтовыми водами, а через 125 лет окончательно разрушится из-за коррозии. Остатки коллайдера станут кольцевым озером. Никакой опасности от коллайдера не будет, поскольку уже в первые дни после исчезновения людей отключится электроснабжение.^{[источник не указан 496 дней]}
• В фильме «Бросок кобры» с помощью БАКа заряжают боеголовки.^{[источник не указан 467 дней]}
• В сериале «Корабль» показываются катастрофические события после взрыва.
• В визуальной новелле и аниме «Steins;Gate» несколько раз упоминался БАК.
• В мультсериале «Футурама» профессор Фарнсворт покупает коллайдер в «Икее». Через некоторое время он заявляет: «Суперколлайдер супервзорвался».
• В книге Джо Холдемана «Бесконечный мир» описывается в том числе процесс создания гигантского ускорителя, запуск которого должен привести к большому взрыву, который породит новую вселенную, уничтожив при этом существующую.
• В компьютерной игре «Эврика!» одной из целей является возвращение БАКа на Землю.
• В 2009 году Николай Полисский вместе с Никола-Ленивецкими промыслами сделал в центральном пространстве Музея современного искусства Люксембурга MUDAM инсталляцию из дерева и лозы, названную им «Большой адронный коллайдер»^[78].
• Адронный коллайдер можно построить в игре «Rise of Nations».
• БАК упоминался в первой серии пятого сезона сериала Во все тяжкие.

Научно-популярные фильмы

• «BBC: Машина Большого Взрыва» (англ. The Big Bang Machine) — научно-популярный фильм, Би-би-си, 2008 год.
• «BBC. Horizon: Охота за бозоном Хиггса — спецвыпуск» / (англ. The Hunt for the Higgs — A Horizon Special) — научно-популярный фильм, 2012 год.
• «Наука 2.0. Точка взаимодействия. ЦЕРН» — научно-популярный фильм, ВГТРК, 2012 год.

См. также

• Ускорительно-накопительный комплекс
• Международный линейный коллайдер
• Нерешённые проблемы современной физики

Примечания

1. ↑ Roger Highfield. Large Hadron Collider: Thirteen ways to change the world. Telegraph (16 сентября 2008). Архивировано из первоисточника 4 ноября 2012. Проверено 6 декабря 2010.
2. ↑ The ultimate guide to the LHC (англ.) P. 30.
3. ↑ LHC: ключевые факты. Элементы.ру. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 28 декабря 2010.
4. ↑ The ultimate guide to the LHC (англ.) P. 22-25.
5. ↑ Задачи, стоящие перед LHC. Элементы.ру. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 28 декабря 2010.
6. ↑ За пределами Стандартной модели
7. ↑ Tevatron Electroweak Working Group, Top Subgroup
8. ↑ Хиггсовский механизм нарушения электрослабой симметрии. Элементы.ру. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 28 декабря 2010.
9. ↑ Многоликий протон. Элементы.ру. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 28 декабря 2010.
10. ↑ «Ящик Пандоры» открывается. Вести.ру (9 сентября 2008). Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 12 сентября 2008.
11. ↑ The LHC experiments. ЦЕРН. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 15 сентября 2008.
12. ↑ На LHC будет вестись эксперимент по поиску монополей. Элементы.ру (21 марта 2010). Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 28 декабря 2010.
13. ↑ Протонный пучок не является однородным непрерывным «лучом». Он разбит на отдельные сгустки протонов, которые летят друг за другом на строго определённом расстоянии. Каждый сгусток — это тончайшая «протонная иголка» длиной несколько десятков сантиметров и толщиной в доли миллиметра. В максимуме производительности БАКа каждый из двух встречных пучков будет состоять из 2808 сгустков, идущих друг за другом на расстоянии в несколько метров, а в каждом сгустке будет примерно по 100 миллиардов протонов. Подробнее см. Протонные пучки в LHC Элементы.ру
14. ↑ Протонные пучки в LHC. Элементы.ру. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 28 декабря 2010.
15. ↑ Удивительный мир внутри атомного ядра. Элементы.ру. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 28 декабря 2010.
16. ↑ Устройство LHC. Элементы.ру. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 28 декабря 2010.
17. ↑ The Potential for Danger in Particle Collider Experiments (англ.)
18. ↑ LHC synchronization test successful (англ.)
19. ↑ LHC milestone day gets off to fast start.  ???. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 12 сентября 2008.
20. ↑ First beam in the LHC — accelerating science. ЦЕРН. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 12 сентября 2008.
21. ↑ Mission complete for LHC team.  ???. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 12 сентября 2008.
22. ↑ На LHC запущен стабильно циркулирующий пучок. Элементы.ру (12 сентября 2008). Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 28 декабря 2010.
23. ↑ Происшествие на Большом адронном коллайдере задерживает эксперименты на неопределённый срок. Элементы.ру (19 сентября 2008). Архивировано из первоисточника 23 августа 2011. Проверено 7 января 2011.
24. ↑ LHC Inauguration
25. ↑ CERN: We have completed the ring!
26. ↑ Пучки протонов в БАК разогнали до рекордной энергии. Lenta.ru (30 ноября 2009). Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 13 августа 2010.
27. ↑ Рекордная энергия столкновений протонов достигнута на коллайдере РИА Новости
28. ↑ Столкновения протонов на рекордной энергии 7 ТэВ произошли в БАК. РИА Новости (30 марта 2010). Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 13 августа 2010.
29. ↑ Результаты работы LHC в 2010 году
30. ↑ Заканчивается работа с протонными пучками в 2010 году. Элементы.ру (1 ноября 2011). Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 28 декабря 2010.
31. ↑ The LHC enters a new phase ЦЕРН, 4 ноября 2010
32. ↑ ^{1 2} На LHC начались столкновения тяжёлых ядер. Элементы.ру (7 ноября 2011). Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 28 декабря 2010.
33. ↑ БАК установил рекорд по светимости пучков. Lenta.ru (22 апреля 2011). Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 21 июня 2011.
34. ↑ LHC выполнил задачу-минимум на 2011 год. Элементы.ру (15 июня 2011). Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 21 июня 2011.
35. ↑ LHC achieves 2011 data milestone. Press.web.cern.ch (17 июня 2011). Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 21 июня 2011.
36. ↑ OPERA experiment reports anomaly in flight time of neutrinos from CERN to Gran Sasso
37. ↑ Эксперимент OPERA окончательно «закрыл» сверхсветовые нейтрино
38. ↑ Новости Большого адронного коллайдера
39. ↑ CERN experiments observe particle consistent with long-sought Higgs boson. ЦЕРН (4 июля 2012).(недоступная ссылка — история) Проверено 4 июля 2012.
40. ↑ ^{1 2 3} Элементы — новости науки: Коллаборация ALICE представила первые данные по протон-ядерным столкновениям
41. ↑ ^{1 2} New particle-like structure confirmed at the LHC | symmetry magazine
42. ↑ PhysicsResultsBPH11026 < CMSPublic < TWiki
43. ↑ ^{1 2 3} CERN: The first LHC protons run ends with new milestone
44. ↑ Lenta.ru: Ученые остановили БАК на плановое обслуживание
45. ↑ Symmetry: Scientists already planning for LHC long shutdown
46. ↑ Super-SPS
47. ↑ Будущий электрон-протонный коллайдер на базе LHC. Элементы.ру (27 августа 2008). Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 28 декабря 2010.
48. ↑ Новости Большого адронного коллайдера
49. ↑ Результаты работы LHC в 2010 году. Элементы.ру. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 28 декабря 2010.
50. ↑ Элементы — новости науки: В ЦЕРНе объявлено об открытии хиггсовского бозона
51. ↑ CERN Press Release
52. ↑ Результаты ALICE по асимметрии протонов и антипротонов ставят точку в давнем споре. Элементы.ру. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 28 декабря 2010.
53. ↑ Детектор CMS обнаружил необычные корреляции частиц. Элементы.ру. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 28 декабря 2010.
54. ↑ Детектор СMS улучшил ограничение ATLAS на существование контактных взаимодействий. Элементы.ру. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 28 декабря 2010.
55. ↑ Подобные исследования проводились и ранее на коллайдере RHIC, и иногда в столкновениях на RHIC удавалось получить косвенные признаки возникновения кварк-глюонной плазмы, но результаты экспериментов БАК выглядят заметно более убедительно.
56. ↑ Детектор ATLAS зарегистрировал дисбаланс струй в ядерных столкновениях. Элементы.ру. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 28 декабря 2010.
57. ↑ LHCb Collaboration. First observation of B⁰_s → J/ψ f₀(980) decays // Physics Letters B. — 2011. — Т. 698. — № 2. — С. 115—122. — DOI:10.1016/j.physletb.2011.03.006 — arΧiv:1102.0206
58. ↑ LHCb Collaboration. First observation of B_s → D_{s2}^{*+} X μ ν decays // Physics Letters B. — 2011. — Т. 698. — № 1. — С. 14-20. — DOI:10.1016/j.physletb.2011.02.039 — arΧiv:1102.0348
59. ↑ Элементы — новости науки: Детектор LHCb видит важнейший сверхредкий распад Bs-мезонов
60. ↑ http://kds.kek.jp/getFile.py/access?contribId=61&sessionId=25&resId=0&materialId=slides&confId=9237
61. ↑ First evidence of the $B^0_s \to \mu^+\mu^-$ decay — CERN Document Server
62. ↑ arΧiv:1112.5154v1
63. ↑ arΧiv:1204.5955
64. ↑ arΧiv:1205.3452
65. ↑ Элементы — новости науки: Коллаборация CMS видит корреляции в протон-ядерных столкновениях
66. ↑ arΧiv:1210.5482v2
67. ↑ Поиск экзотических частиц: результаты
68. ↑ Микроскопических чёрных дыр на LHC не видно. Элементы.ру (16 декабря 2010). Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 28 декабря 2010.
69. ↑ Детектор ATLAS искал, но не нашёл возбуждённые кварки. Элементы.ру (19 августа 2010). Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 28 декабря 2010.
70. ↑ Коллаборация CMS обнародовала первые результаты по поиску суперсимметрии. Элементы.ру (19 декабря 2010). Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 28 декабря 2010.
71. ↑ Поиск лептокварков дал отрицательный результат. Элементы.ру (26 декабря 2010). Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 28 декабря 2010.
72. ↑ Новости Большого адронного коллайдера
73. ↑ Опубликованы первые результаты эксперимента LHCf. Элементы.ру. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 2 мая 2011.
74. ↑ CERN Ask an Expert service. ЦЕРН. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011.
75. ↑ Luciano Maiani. LHC Cost Review to Completion. ЦЕРН (16 октября 2001). Архивировано из первоисточника 24 августа 2011.
76. ↑ Ученые готовятся перезапустить БАК. Business FM (20 ноября 2009). Архивировано из первоисточника 24 августа 2011.
77. ↑ Collider — Les Horribles Cernettes
78. ↑ Попова Юлия. Адронный коллайдер из Николы-Ленивца // Эксперт. — 2009. — № 17—18 (656). — 11 мая.

Ссылки

	Большой адронный коллайдер на Викискладе?

• Большой адронный коллайдер — научно-популярный проект, посвящённый БАК на сайте Элементы.ру
• Большой адронный коллайдер в Лентапедии
• Большой адронный коллайдер. Справка. РИА Новости (9 октября 2009). Архивировано из первоисточника 4 февраля 2012. Проверено 14 января 2012.
• Россия в эксперименте ATLAS — официальный сайт российских участников проекта
• Что такое LHC@home? — перевод страниц проекта LHC@Home
• LHC Homepage (англ.)
• LHC@home (англ.) — добровольная программа, которая использует время простоя компьютера любого пользователя для моделирования поведения частиц в LHC
• The ultimate guide to the LHC (англ.) — официальный FAQ по LHC, подготовленный ЦЕРН
• CERN Document Server: CERN PhotoLab — коллекция фотографий ЦЕРН, в том числе БАКа
• CERN webcast service — веб-трансляции ЦЕРН

Публикации и статьи

• И. М. Дрёмин. Физика на Большом адронном коллайдере // УФН : журнал. — 2009. — Т. 179. — № 6.
• Игорь Иванов. Столкновение на встречных курсах // Вокруг света : журнал. — июль 2007. — № 7 (2802).
• Н. Никитин. Время искать Хиггс
• Институт физики высоких энергий в проекте LHC
• Создание торцевых адронных калориметров детектора CMS
• Фабрика открытий — специальный репортаж «В мире науки», май 2008, № 5