Collider in Russia accelera le particelle nei fasci in collisione (collider dalla parola collide, in traduzione - per collidere). È necessario per studiare i prodotti di impatto di queste particelle tra loro, in modo che gli scienziati impartino una forte energia cinetica alle particelle elementari della materia. Si occupano anche della collisione di queste particelle, dirigendole l'una contro l' altra.
Storia della creazione
Ci sono diversi tipi di collisori: circolari (ad esempio, LHC - Large Hadron Collider nel CERN europeo), lineari (proiettato da ILC).
Teoricamente, l'idea di utilizzare la collisione dei raggi è apparsa un paio di decenni fa. Wideröe Rolf, un fisico norvegese, ricevette un brevetto in Germania nel 1943 per l'idea dei fasci in collisione. Non fu pubblicato fino a dieci anni dopo.
Nel 1956, Donald Kerst propose di utilizzare la collisione dei fasci di protoni per studiare la fisica delle particelle. Mentre Gerard O'Neill pensava di sfruttare l'accumulativosquilla per ottenere raggi intensi.
Sono iniziati contemporaneamente in Italia, Unione Sovietica e Stati Uniti (Frascati, INP, SLAC) i lavori attivi per la realizzazione di un collisore. Il primo collisore ad essere lanciato fu il collisore elettrone-positrone AdA, costruito da Tushekavo Frascati.
Allo stesso tempo, il primo risultato fu pubblicato solo un anno dopo (nel 1966), confrontato con i risultati dell'osservazione dello scattering elastico degli elettroni al VEP-1 (1965, URSS).
Dubna Hadron Collider
VEP-1 (fasci di elettroni in collisione) è una macchina creata sotto la chiara guida di G. I. Budker. Qualche tempo dopo, i raggi furono ottenuti all'acceleratore negli Stati Uniti. Tutti e tre questi collisori erano test, servivano a dimostrare la possibilità di studiare la fisica delle particelle elementari usandoli.
Il primo collisore di adroni è l'ISR, il protone sincrotrone, lanciato nel 1971 dal CERN. La sua potenza energetica era di 32 GeV nel raggio. Era l'unico collisore lineare funzionante negli anni Novanta.
Dopo il lancio
Un nuovo complesso di accelerazione è stato creato in Russia, sulla base del Joint Institute for Nuclear Research. Si chiama NICA - struttura basata su Nuclotron Ion Collider e si trova a Dubna. Lo scopo dell'edificio è studiare e scoprire nuove proprietà della materia densa dei barioni.
Dopo l'avvio della macchina, gli scienziati del Joint Institute for Nuclear Research inDubna vicino a Mosca sarà in grado di creare un certo stato della materia, che era l'Universo nei suoi primi istanti dopo il Big Bang. Questa sostanza è chiamata plasma di quark-gluoni (QGP).
La costruzione del complesso in una struttura sensibile è iniziata nel 2013 e il lancio è previsto per il 2020.
Compiti principali
Specialmente per la Giornata della scienza in Russia, lo staff JINR ha preparato materiali per eventi educativi destinati agli scolari. L'argomento si chiama "NICA - L'Universo in Laboratorio". La sequenza video con la partecipazione dell'accademico Grigory Vladimirovich Trubnikov racconterà la ricerca futura che sarà condotta all'Hadron Collider in Russia in una comunità con altri scienziati di tutto il mondo.
Il compito più importante che i ricercatori devono affrontare in questo campo è studiare le seguenti aree:
- Proprietà e funzioni delle interazioni strette tra loro delle componenti elementari del modello standard della fisica delle particelle, ovvero lo studio di quark e gluoni.
- Trovare segni di una transizione di fase tra QGP e materia adronica, oltre a cercare stati precedentemente sconosciuti della materia barionica.
- Lavorare con le proprietà di base delle interazioni strette e della simmetria QGP.
Attrezzatura importante
L'essenza del collisore di adroni nel complesso NICA è fornire un ampio spettro di fasci: da protoni e deuteroni, a fasci costituiti da ioni molto più pesanti, come il nucleo d'oro.
Gli ioni pesanti verranno accelerati a stati energetici fino a 4,5 GeV/nucleone e protoni - fino a dodici e mezzo. Il cuore del collisore in Russia è l'acceleratore Nuclotron, che è in funzione dal novantatreesimo anno del secolo scorso, ma è stato notevolmente accelerato.
Il collisore NICA prevedeva diverse modalità di interazione. Uno per studiare la collisione di ioni pesanti con il rilevatore MPD e l' altro per condurre esperimenti con fasci polarizzati presso la struttura SPD.
Completamento dei lavori
È stato notato che scienziati di paesi come Stati Uniti, Germania, Francia, Israele e, naturalmente, Russia prendono parte al primo esperimento. Attualmente sono in corso lavori su NICA per installare e portare le singole parti in condizioni di lavoro attive.
L'edificio per il collisore di adroni sarà completato nel 2019 e l'installazione del collisore stesso sarà effettuata nel 2020. Nello stesso anno inizierà il lavoro di ricerca sullo studio della collisione di ioni pesanti. L'intero dispositivo sarà pienamente operativo nel 2023.
Il collisore in Russia è solo uno dei sei progetti nel nostro paese a cui è stata assegnata la classe di megascienza. Nel 2017, il governo ha stanziato quasi quattro miliardi di rubli per la costruzione di questa macchina. Il costo della costruzione di base della macchina è stato stimato dagli esperti in ventisette miliardi e mezzo di rubli.
Nuova era
Vladimir Kekelidze, direttore dei fisici presso il JINR High Energy Laboratory, ritiene che il progetto del collisore in Russia darà al paese l'opportunità di salire ai massimi livelliposizioni nella fisica delle alte energie.
Recentemente sono state scoperte tracce di "nuova fisica", che sono state fissate dal Large Hadron Collider e vanno oltre il Modello Standard del nostro microcosmo. È stato affermato che la "nuova fisica" appena scoperta non avrebbe interferito con il funzionamento del collisore.
In un'intervista, Vladimir Kekelidze ha spiegato che queste scoperte non svalutano il lavoro di NICA, dal momento che il progetto stesso è stato creato principalmente per capire esattamente come apparivano i primissimi momenti della nascita dell'Universo, e anche quali condizioni per la ricerca, che sono disponibili a Dubna, non esistono in nessun' altra parte del mondo.
Ha anche affermato che gli scienziati del JINR stanno padroneggiando nuovi aspetti della scienza, in cui sono determinati ad assumere una posizione di leadership. Che sta arrivando un'era in cui non solo viene creato un nuovo collisore, ma una nuova era nello sviluppo della fisica delle alte energie per il nostro paese.
Progetto internazionale
Secondo lo stesso regista, il lavoro su NICA, dove si trova l'Hadron Collider, sarà internazionale. Perché la ricerca sulla fisica delle alte energie nel nostro tempo è svolta da interi team scientifici, composti da persone provenienti da vari paesi.
Dipendenti provenienti da ventiquattro paesi del mondo hanno già preso parte al lavoro su questo progetto in una struttura sicura. E il costo di questo miracolo è, secondo stime approssimative, di cinquecentoquarantacinque milioni di dollari.
Il nuovo collisore aiuterà anche gli scienziati a condurre ricerche nei campi della nuova materia, della scienza dei materiali, della radiobiologia, dell'elettronica, della terapia del fascio e della medicina. TranneInoltre, tutto ciò andrà a vantaggio dei programmi Roscosmos, nonché del trattamento e dello sm altimento dei rifiuti radioattivi e della creazione delle più recenti fonti di tecnologia ed energia criogeniche che saranno sicure da usare.
Bosone di Higgs
Il bosone di Higgs è il cosiddetto campo quantistico di Higgs, che compare di necessità in fisica, o meglio, nel suo modello standard di particelle elementari, come conseguenza del meccanismo di Higgs di rottura imprevedibile della simmetria elettrodebole. La sua scoperta fu il completamento del modello standard.
Nel quadro dello stesso modello, è responsabile dell'inerzia della massa delle particelle elementari - bosoni. Il campo di Higgs aiuta a spiegare l'aspetto di una massa inerziale nelle particelle, cioè portatori dell'interazione debole, nonché l'assenza di massa nel vettore - una particella di interazione forte ed elettromagnetica (gluone e fotone). Il bosone di Higgs nella sua struttura si rivela una particella scalare. Quindi, ha zero spin.
Apertura campo
Questo bosone è stato assiomatizzato nel 1964 da un fisico britannico di nome Peter Higgs. Il mondo intero ha appreso della sua scoperta leggendo i suoi articoli. E dopo quasi cinquant'anni di ricerche, cioè nel 2012, il 4 luglio, è stata scoperta una particella che si adatta a questo ruolo. È stato scoperto come risultato di una ricerca all'LHC e la sua massa è di circa 125-126 GeV/c².
Credere che questa particolare particella sia lo stesso bosone di Higgs, aiuta abbastanza buone ragioni. Nel 2013, a marzo, vari ricercatori del CERNha riferito che la particella trovata sei mesi fa è in re altà il bosone di Higgs.
Il modello aggiornato, che include questa particella, ha permesso di costruire una teoria quantistica di campo rinormalizzabile. E un anno dopo, ad aprile, il team CMS ha riferito che il bosone di Higgs aveva una latitudine di decadimento inferiore a 22 MeV.
Proprietà delle particelle
Proprio come qualsiasi altra particella del tavolo, il bosone di Higgs è soggetto alla gravità. Ha cariche di colore ed elettricità, nonché, come accennato in precedenza, zero spin.
Ci sono quattro canali principali per l'apparizione del bosone di Higgs:
- Dopo che avviene la fusione di due gluoni. Lui è il principale.
- Quando le coppie WW- o ZZ- si uniscono.
- Con la condizione di accompagnare un bosone W o Z.
- Con quark top presenti.
Decade in una coppia di b-antiquark e b-quark, in due coppie di elettrone-positrone e/o muone-antimuone con due neutrini.
Nel 2017, proprio all'inizio di luglio, in una conferenza con la partecipazione di EPS, ATLAS, HEP e CMS, è stato lanciato un messaggio secondo cui avevano finalmente iniziato ad apparire evidenti indizi che il bosone di Higgs stava decadendo in un coppia di b-quark- antiquark.
In precedenza, non era realistico vederlo con i propri occhi in pratica a causa delle difficoltà nel separare la produzione degli stessi quark in modo diverso dai processi sullo sfondo. Il modello fisico standard dice che un tale decadimento è il più frequente, cioè in più della metà dei casi. Inaugurato nell'ottobre 2017osservazione affidabile del segnale di decadimento. Tale dichiarazione è stata fatta da CMS e ATLAS nei loro articoli pubblicati.
Coscienza delle masse
La particella scoperta da Higgs è così importante che Leon Lederman (premio Nobel) l'ha chiamata la particella di Dio nel titolo del suo libro. Sebbene lo stesso Leon Lederman, nella sua versione originale, abbia proposto la "Particella del diavolo", ma gli editori hanno rifiutato la sua proposta.
Questo nome frivolo è ampiamente usato nei media. Anche se molti scienziati non lo approvano. Credono che il nome "champagne bottle boson" sarebbe molto più appropriato, dal momento che il potenziale del campo di Higgs ricorda il fondo di questa stessa bottiglia e l'apertura porterà sicuramente al completo drenaggio di molte di queste bottiglie.
