Заряджай і прискорюй

Наступного тижня, згідно з розкладом роботи CERN, у Великому адронному колайдері почнуться зіткнення важких іонів з протонами. Можна навіть жартівливо оцінити, що прискорювач перетвориться на надвисокотехнологічний дробовик, калібр якого (кількість «куль», які можна «виплавити» з англійського фунта металу) дорівнює 131326099583011057692307. Це будуть останні іони, з якими БАК проведе експерименти до 2018 року. З цієї нагоди ми зробили для вас тест на знання того, як працює найбільший у світі прискорювач.

1. Зазвичай на БАК стикають протони з протонами. У скількох державах частинки встигають побувати, пролетівши одне коло по головному кільцю Великого адронного колайдера?

1. В одному
2. У двох
3. У трьох

Правильно!

Кільце найбільшого прискорювача в світі має протяжність 27 кілометрів і розташовується на території Франції та Швейцарії. Якщо одна з країн введе візи для згустків протонів, то за одну секунду потрібно буде виписувати більше 25 мільйонів подібних дозволів.

Неправильно!

Кільце найбільшого прискорювача в світі має протяжність 27 кілометрів і розташовується на території Франції та Швейцарії. Якщо одна з країн введе візи для згустків протонів, то за одну секунду потрібно буде виписувати більше 25 мільйонів подібних дозволів.

2. Що прискорює протони у Великому адронному колайдері?

1. Поле надпровідних магнітів і резонаторів
2. Електростатичне поле
3. Пучки рентгенівського випромінювання
4. [] Їх не потрібно прискорювати, вони народжуються з радіоактивних ізотопів вже маючи енергію в 6,5 тераелектронвольту

Правильно!

Для надання центростремного прискорення протону, що рухається на 99,999999 відсотка швидкості світла, використовуються потужні надпровідні магніти, що охолоджуються до 1,9 кельвіна (-271,25 градуса Цельсія) надплинним рідким гелієм. Один такий магніт може створювати поле в 7,7 тесла (в 250 тисяч разів більше, ніж магнітне поле Землі). Для прискорення протонів у поздовжньому напрямку використовуються надпровідні радіочастотні резонатори (RF cavities), в яких створюється змінне електромагнітне поле.

Неправильно!

Для надання центростремного прискорення протону, що рухається на 99,999999 відсотка швидкості світла, використовуються потужні надпровідні магніти, що охолоджуються до 1,9 кельвіна (-271,25 градуса Цельсія) надплинним рідким гелієм. Один такий магніт може створювати поле в 7,7 тесла (в 250 тисяч разів більше, ніж магнітне поле Землі). Для прискорення протонів у поздовжньому напрямку використовуються надпровідні радіочастотні резонатори (RF cavities), в яких створюється змінне електромагнітне поле.

3. Після прискорення фізики зіштовхують пару сфокусованих зустрічних пучків протонів у чотирьох вузлах, де розташовуються головні експерименти БАК. Нехай у кожному згустку пучка містяться 100 мільярдів протонів, стиснених до діаметра в 16 мікрон. Яку кількість прямих протон-протонних зіткнень можна очікувати від пари згустків?

1. [] Мільйони
2. Тисячі
3. [] Десятки
4. [] Жодного

Правильно!

Діаметр одного протона становить трохи менше одного фемтометра. Тому на масштабі протон-протонних зіткнень навіть настільки міцно стислі пучки здадуться сильно розрідженими. Акуратний розрахунок підказує, що зіткнення заздалегідь обраного протона одного пучка з протоном іншого пучка відбудеться в одному випадку з 2,5 ст.1 10²⁰. Але оскільки протонів багато (10¹¹), можна очікувати декількох десятків зіткнень (10²²/2,5 ст.1 10²⁰).

Неправильно!

Діаметр одного протона становить трохи менше одного фемтометра. Тому на масштабі протон-протонних зіткнень навіть настільки міцно стислі пучки здадуться сильно розрідженими. Акуратний розрахунок підказує, що зіткнення заздалегідь обраного протона одного пучка з протоном іншого пучка відбудеться в одному випадку з 2,5 ст.1 10²⁰. Але оскільки протонів багато (10¹¹), можна очікувати декількох десятків зіткнень (10²²/2,5 ст.1 10²⁰).

4. Яка частинка не може народитися в таких зіткненнях?

1. Нейтрино
2. Важкий W-бозон
3. Тау-частинка, надважкий побратим електрона
4. Всі відповіді неправильні

Правильно!

При зіткненнях протонів в LHC народжуються всі можливі частинки - і адрони, з яких в основному складається наша матерія, і лептони - нейтрино, електрони, мюони, тау, і бозони - переносники взаємодій. Саме це і дозволило шукати і відкривати на прискорювачі нові частинки: тетракварки, пентакварки і бозон Хіггса.

Неправильно!

При зіткненнях протонів в LHC народжуються всі можливі частинки - і адрони, з яких в основному складається наша матерія, і лептони - нейтрино, електрони, мюони, тау, і бозони - переносники взаємодій. Саме це і дозволило шукати і відкривати на прискорювачі нові частинки: тетракварки, пентакварки і бозон Хіггса.

5. Просте питання. А як фізики визначають, скільки зіткнень сталося і що в них народилося?

1. За допомогою камер з пересиченим паром
2. За допомогою сцинтиляційних, піксельних детекторів і калориметрів
3. Підраховуючи спалахи на сцинтиляційних екранах
4. За допомогою бульбашкових камер

Правильно!

У БАК використовуються складні багатошарові детектори, що поєднують в собі сцинтилятори, піксельні детектори, калориметри і безліч інших приладів. Вони дозволяють не тільки зафіксувати факт зіткнення і народження частинок, а й визначити їх енергії та траєкторії розльоту. Аналіз цих даних дозволяє з'ясувати природу і будову цих об'єктів. Решта варіантів відповідей - методики детектування частинок минулого століття.

Неправильно!

У БАК використовуються складні багатошарові детектори, що поєднують в собі сцинтилятори, піксельні детектори, калориметри і безліч інших приладів. Вони дозволяють не тільки зафіксувати факт зіткнення і народження частинок, а й визначити їх енергії та траєкторії розльоту. Аналіз цих даних дозволяє з'ясувати природу і будову цих об'єктів. Решта варіантів відповідей - методики детектування частинок минулого століття.

6. Який з експериментів БАК (і їх детекторів) найбільший?

1. [] Alice
2. [] ATLAS
3. [] CMS
4. [] LHCb

Правильно!

Найбільший експеримент БАК - ATLAS. Як і CMS, він займається аналізом частинок, що народжуються в протон-протонних зіткненнях. Але якщо ключовою перевагою CMS є потужний магніт, що дозволяє швидко нарощувати відмінності в траєкторіях частинок, то ATLAS бере своє розмірами. У діаметрі детектор налічує 25 метрів, у довжину - 46 метрів. Колаборація ATLAS включає в себе більше трьох тисяч вчених.

Неправильно!

Найбільший експеримент БАК - ATLAS. Як і CMS, він займається аналізом частинок, що народжуються в протон-протонних зіткненнях. Але якщо ключовою перевагою CMS є потужний магніт, що дозволяє швидко нарощувати відмінності в траєкторіях частинок, то ATLAS бере своє розмірами. У діаметрі детектор налічує 25 метрів, у довжину - 46 метрів. Колаборація ATLAS включає в себе більше трьох тисяч вчених.

7. Перейдемо до подій наступного тижня. А які важкі іони будуть стикати в LHC?

1. [] Урану-232
2. [] Іода-131
3. Свинця-208
4. [] Цезія-137

Правильно!

Фізики використовують у своїх експериментах свинець-208, тому ми і порівняли LHC з дробовиком. Джерелом іонів є 2-сантиметровий моноізотопний свинцевий циліндр. Його нагрівають до 500 градусів Цельсія, випаровуючи частину атомів. Після цього частинки іонізують і прискорюють у магнітному полі.

Неправильно!

Фізики використовують у своїх експериментах свинець-208, тому ми і порівняли LHC з дробовиком. Джерелом іонів є 2-сантиметровий моноізотопний свинцевий циліндр. Його нагрівають до 500 градусів Цельсія, випаровуючи частину атомів. Після цього частинки іонізують і прискорюють у магнітному полі.

8. Зіткнення важких іонів призводить до утворення надщільної матерії - кварк-глюонної плазми. За словами фізиків, вона імітує стан раннього Всесвіту. А наскільки ранньою?

1. Мільйонні долі секунди після Великого вибуху
2. Тисячні долі секунди після Великого вибуху
3. Секунди після Великого вибуху
4. Хвилини після Великого вибуху

Правильно!

Згідно з поданням фізиків, у перші кілька мільйонних часток секунди після Великого Вибуху температура Всесвіту перевищувала дві тисячі мільярдів кельвінів. У таких умовах кварки і глюони, з яких складаються нуклони, більше не стримуються всередині протонів і формують загальну хмару - кварк-глюонну плазму. Вже через 40 мілісекунд утворилися перші протони і нейтрони, а через три хвилини з'явилися перші легкі ядра.

Неправильно!

Згідно з поданням фізиків, у перші кілька мільйонних часток секунди після Великого Вибуху температура Всесвіту перевищувала дві тисячі мільярдів кельвінів. У таких умовах кварки і глюони, з яких складаються нуклони, більше не стримуються всередині протонів і формують загальну хмару - кварк-глюонну плазму. Вже через 40 мілісекунд утворилися перші протони і нейтрони, а через три хвилини з'явилися перші легкі ядра.

Вітаємо, ваш результат: з

Екскурсант

Напевно, ви не так вже й багато знаєте про Великого адронного колайдера. Ми вам заздримо. Почитайте про цей грандіозний проект у нас в розділі «Другий сезон Коллайдера».

Поділитися результатами

Вітаємо, ваш результат: з

Молодший інженер

Щось ви про Великого адронного колайдера точно знаєте. Щиро порекомендуємо подивитися відмінний документальний фільм Марка Левінсона «Пристрасті по частинках» (Particle Fever, 2013). Після нього ви, можливо, і не пройдете наш тест на 8/8, але принаймні розберетеся з тим, чим займаються на БАК.

Поділитися результатами

Вітаємо, ваш результат: з

Фізик-теоретик

Схоже, ви можете відрізнити протон від ядра свинцю і магнітне поле від електричного. А вже де там знаходиться колайдер і скільки в ньому протонів - це нехай експериментатори пам'ятають.

Поділитися результатами

Вітаємо, ваш результат: з

Спеціаліст з елементарних частинок

Ви непогано розбираєтеся в тому, що відбувається в найбільшому прискорювачі в світі. А ви, нагодою, не перебуваєте в одній з наукових колаборацій LHC?

Поділитися результатами

Вітаємо, ваш результат: з

Фабіола Джіанотті

Це, до речі, директор CERN. Але ви її, напевно, і без нас знаєте.

Поділитися результатами