Collider ברוסיה מאיץ חלקיקים באלומות מתנגשות (מתנגש מהמילה collide, בתרגום - להתנגש). זה נחוץ על מנת לחקור את תוצרי ההשפעה של חלקיקים אלה זה עם זה, כך שמדענים מעניקים אנרגיה קינטית חזקה לחלקיקים יסודיים של חומר. הם גם מתמודדים עם התנגשות של חלקיקים אלה, ומכוונים אותם זה כנגד זה.
היסטוריית הבריאה
ישנם מספר סוגים של מתנגשים: מעגליים (לדוגמה, LHC - Large Hadron Collider ב-CERN האירופי), ליניארי (מוקרן על ידי ILC).
באופן תיאורטי, הרעיון להשתמש בהתנגשות של קורות הופיע לפני כמה עשורים. Wideröe Rolf, פיזיקאי מנורבגיה, קיבל פטנט בגרמניה בשנת 1943 על הרעיון של קורות מתנגשות. הוא פורסם רק עשר שנים מאוחר יותר.
בשנת 1956, דונלד קרסט הציע הצעה להשתמש בהתנגשות של קרני פרוטונים כדי ללמוד פיזיקת חלקיקים. בעוד ג'רארד אוניל חשב לנצל את המצטברמצלצל כדי לקבל קרניים עזות.
עבודה אקטיבית על הפרויקט ליצירת מתנגש החלה בו-זמנית באיטליה, ברית המועצות וארצות הברית (Frascati, INP, SLAC). המתנגש הראשון ששוגר היה מתנגש אלקטרונים-פוזיטרון AdA, שנבנה על ידי Tushekavo Frascati.
במקביל, התוצאה הראשונה פורסמה רק שנה לאחר מכן (בשנת 1966), בהשוואה לתוצאות התצפית על פיזור אלסטי של אלקטרונים ב-VEP-1 (1965, ברית המועצות).
Dubna Hadron Collider
VEP-1 (קרני אלקטרונים מתנגשות) היא מכונה שנוצרה תחת הדרכה ברורה של G. I. Budker. זמן מה לאחר מכן התקבלו הקורות במאיץ בארצות הברית. כל שלושת המתנגשים הללו היו ניסויים, הם שימשו להדגים את האפשרות ללמוד פיזיקת חלקיקים יסודיים באמצעותם.
מתנגש ההדרונים הראשון הוא ISR, הסינכרוטרון הפרוטונים, ששוגר ב-1971 על ידי CERN. הספק האנרגיה שלו היה 32 GeV בקרן. זה היה המתנגש הליניארי היחיד שפעל בשנות התשעים.
לאחר ההשקה
מתחם האצה חדש נוצר ברוסיה, על בסיס המכון המשותף למחקר גרעיני. הוא נקרא NICA - Nuclotron based Ion Collider facility והוא ממוקם בדובנה. מטרת הבניין היא ללמוד ולגלות תכונות חדשות של החומר הצפוף של בריונים.
לאחר שהמכונה מופעלת, מדענים מהמכון המשותף למחקר גרעיני בדובנה ליד מוסקבה תוכל ליצור מצב מסוים של חומר, שהיה היקום ברגעיו הראשונים לאחר המפץ הגדול. חומר זה נקרא קווארק-גלואון פלזמה (QGP).
בניית המתחם במתקן רגיש החלה ב-2013, וההשקה מתוכננת ל-2020.
משימות עיקריות
במיוחד ליום המדע ברוסיה, צוות JINR הכין חומרים לאירועים חינוכיים המיועדים לתלמידי בית ספר. הנושא נקרא "NICA - היקום במעבדה". רצף הווידאו בהשתתפות האקדמאי גריגורי ולדימירוביץ' טרובניקוב יספר על מחקר עתידי שיתבצע במאיץ ההדרון ברוסיה בקהילה עם מדענים נוספים מרחבי העולם.
המשימה החשובה ביותר העומדת בפני חוקרים בתחום זה היא ללמוד את התחומים הבאים:
- מאפיינים ותפקודים של אינטראקציות קרובות של המרכיבים היסודיים של המודל הסטנדרטי של פיזיקת החלקיקים זה עם זה, כלומר חקר הקווארקים והגלואונים.
- מציאת סימנים למעבר פאזה בין QGP לחומר האדרוני, וכן חיפוש אחר מצבים לא ידועים עד כה של חומר בריוני.
- עבודה עם המאפיינים הבסיסיים של אינטראקציות קרובות וסימטריית QGP.
ציוד חשוב
מהותו של מתנגש ההדרונים במתחם NICA היא לספק ספקטרום אלומה גדול: מפרוטונים ודוטרונים ועד לקורות המורכבות מיונים הרבה יותר כבדים, כמו גרעין הזהב.
יונים כבדים יואצו למצבי אנרגיה של עד 4,5 GeV/נוקלאון, ופרוטונים - עד שתים עשרה וחצי. לב המתנגש ברוסיה הוא מאיץ הנוקלוטרון, שפועל מאז שנת התשעים ושלוש של המאה הקודמת, אך הואץ משמעותית.
מתנגש NICA סיפק מספר דרכים לאינטראקציה. אחד לחקור כיצד יונים כבדים מתנגשים בגלאי MPD, והשני כדי לערוך ניסויים עם קרניים מקוטבות במתקן SPD.
השלמת הבנייה
צוין כי בניסוי הראשון משתתפים מדענים ממדינות כמו ארה ב, גרמניה, צרפת, ישראל וכמובן רוסיה. כרגע מתבצעת עבודה על NICA כדי להתקין ולהביא חלקים בודדים למצב עבודה פעיל.
בניין מתנגש ההדרון יושלם ב-2019, והתקנת המתנגש עצמה תתבצע ב-2020. באותה שנה תחל עבודת מחקר על חקר התנגשות של יונים כבדים. המכשיר כולו יפעל במלואו בשנת 2023.
המתנגש ברוסיה הוא רק אחד מתוך שישה פרויקטים בארצנו שזכו למעמד מגה-מדע. בשנת 2017, הממשלה הקצתה כמעט ארבעה מיליארד רובל לבניית המכונה הזו. עלות הבנייה הבסיסית של המכונה הוערכה על ידי מומחים בעשרים ושבעה וחצי מיליארד רובל.
עידן חדש
ולדימיר קקלידזה, מנהל הפיזיקאים במעבדת האנרגיה הגבוהה JINR, מאמין שפרויקט המתנגשים ברוסיה ייתן למדינה את ההזדמנות להתרומם לרמה הגבוהה ביותרעמדות בפיזיקה עתירת אנרגיה.
לאחרונה התגלו עקבות של "פיסיקה חדשה", שתוקנו על ידי מאיץ ההדרונים הגדול והם חורגים מהמודל הסטנדרטי של המיקרוקוסמוס שלנו. צוין כי ה"פיזיקה החדשה" שהתגלתה לאחרונה לא תפריע לפעולת המתנגש.
בראיון, ולדימיר קקלידזה הסביר שהתגליות הללו לא יפחיתו מערכה של עבודתה של NICA, מכיוון שהפרויקט עצמו נוצר בעיקר כדי להבין איך בדיוק נראים הרגעים הראשונים של הולדת היקום, ו גם אילו תנאים למחקר, הזמינים בדובנא, אינם קיימים בשום מקום אחר בעולם.
הוא גם אמר שמדעני JINR שולטים בהיבטים חדשים של המדע, שבהם הם נחושים לקחת עמדה מובילה. שעידן מגיע בו לא רק נוצר מתנגש חדש, אלא עידן חדש בפיתוח פיזיקת אנרגיה גבוהה עבור ארצנו.
פרויקט בינלאומי
לפי אותו מנהל, העבודה על NICA, שבה נמצא מאיץ ההדרון, תהיה בינלאומית. כי מחקר פיזיקה עתיר אנרגיה בזמננו מתבצע על ידי צוותים מדעיים שלמים, המורכבים מאנשים ממדינות שונות.
עובדים מעשרים וארבע מדינות בעולם כבר לקחו חלק בעבודה על הפרויקט הזה במתקן מאובטח. ועלותו של הנס הזה היא, לפי הערכות משוערות, חמש מאות ארבעים וחמישה מיליון דולר.
הקולידר החדש יסייע גם למדענים לבצע מחקר בתחומי החומר החדש, מדעי החומרים, הרדיוביולוגיה, האלקטרוניקה, הטיפול בקרן ורפואה. מלבדבנוסף, כל זה יועיל לתוכניות Roscosmos, כמו גם לעיבוד וסילוק פסולת רדיואקטיבית ויצירת המקורות העדכניים ביותר של טכנולוגיית קריוגן ואנרגיה שיהיו בטוחים לשימוש.
Higs Boson
הבוזון של היגס הוא מה שנקרא שדות קוונטיים של היגס, המופיעים בכורח בפיזיקה, או ליתר דיוק, במודל הסטנדרטי של חלקיקים אלמנטריים, כתוצאה ממנגנון היגס של שבירה בלתי צפויה של סימטריה אלקטרו-חלשה. גילויו היה השלמת המודל הסטנדרטי.
במסגרת של אותו מודל, הוא אחראי לאינרציה של מסת החלקיקים היסודיים - בוזונים. שדה היגס עוזר להסביר את הופעתה של מסה אינרציאלית בחלקיקים, כלומר נשאים של האינטראקציה החלשה, וכן את היעדר מסה בנשא - חלקיק בעל אינטראקציה חזקה ואלקטרומגנטית (גלואון ופוטון). בוזון ההיגס במבנה שלו מתגלה כחלקיק סקלרי. לפיכך, יש לו אפס ספין.
פתיחת שדה
הבוזון הזה עבר אקסיומציה עוד ב-1964 על ידי פיזיקאי בריטי בשם פיטר היגס. כל העולם למד על הגילוי שלו דרך קריאת מאמרים שלו. ואחרי כמעט חמישים שנות חיפוש, כלומר ב-2012, ב-4 ביולי, התגלה חלקיק שמתאים לתפקיד הזה. הוא התגלה כתוצאה ממחקר ב-LHC, ומסתו היא בערך 125-126 GeV/c².
להאמין שהחלקיק המסוים הזה הוא אותו בוזון היגס, עוזר לסיבות טובות למדי. בשנת 2013, במרץ, חוקרים שונים מ-CERNדיווח שהחלקיק שנמצא לפני שישה חודשים הוא בעצם בוזון היגס.
המודל המעודכן, הכולל את החלקיק הזה, איפשר לבנות תיאוריית שדות קוואנטית הניתנת לנורמליזציה. ושנה לאחר מכן, באפריל, צוות CMS דיווח שלבוזון היגס יש קו רוחב דעיכה של פחות מ-22 MeV.
נכסי חלקיק
בדיוק כמו כל חלקיק אחר מהשולחן, בוזון היגס נתון לכוח המשיכה. יש לו מטענים של צבע וחשמל, כמו גם, כאמור, אפס ספין.
יש ארבעה ערוצים עיקריים להופעת בוזון היגס:
- לאחר היתוך של שני גלוונים מתרחש. הוא העיקרי.
- כאשר זוגות WW- או ZZ- מתמזגים.
- עם התנאי של מלווה בוזון W- או Z-.
- עם קווארקים עליונים.
הוא מתפרק לזוג של b-antiquark ו-b-quark, לשני זוגות של אלקטרונים-פוזיטרון ו/או מיאון-אנטי-מואון עם שני נויטרינו.
בשנת 2017, ממש בתחילת יולי, בכנס בהשתתפות EPS, ATLAS, HEP ו-CMS, הושמעה הודעה לפיה החלו סוף סוף להופיע רמזים בולטים לכך שבוזון היגס מתפורר ל- זוג b-quark- antiquark.
קודם לכן, זה היה לא ריאלי לראות את זה במו עיניך בפועל בגלל הקשיים בהפרדת ייצור אותם קווארקים בצורה שונה מהתהליכים ברקע. המודל הפיזי הסטנדרטי אומר שדעיכה כזו היא השכיחה ביותר, כלומר ביותר ממחצית מהמקרים. נפתח באוקטובר 2017תצפית אמינה של אות ההתפרקות. הצהרה כזו נאמרה על ידי CMS ו-ATLAS במאמרים שפורסמו.
תודעת ההמונים
החלקיק שגילה היגס כל כך חשוב עד שליאון לדרמן (חתן פרס נובל) כינה אותו בכותרת ספרו חלקיק האל. אמנם ליאון לדרמן עצמו, בגרסתו המקורית, הציע את "חלקיק השטן", אך העורכים דחו את הצעתו.
שם קליל זה נמצא בשימוש נרחב בתקשורת. למרות שמדענים רבים אינם מאשרים זאת. הם מאמינים שהשם "בוזון בקבוק שמפניה" יתאים הרבה יותר, שכן הפוטנציאל של שדה היגס דומה לתחתית של הבקבוק הזה, ופתיחתו בהחלט תוביל לניקוז מוחלט של בקבוקים רבים כאלה.
