В строение микромира Как изучать элементарные частицы? С какой целью проводятся исследования на баке? Принцип работы коллайдера Частица всего Как совершенствуют коллайдер? Что ожидают получить ученые? 8

Принцип работы коллайдера
В коллайдере происходят запланированные столкновения пучков протонов или ионов свинца, которые, достигая околосветовой скорости, сталкиваются во встречных направлениях. В результате таких столкновений протоны и нейтроны распадаются на более мелкие частицы, фиксируемые детекторами. (рис. 33)

Рис 3. Результат столкновения двух протонов, приводящий к образованию самых разных частиц, в том числе Бозона Хиггса. Источник.
Для достижения столь огромной скорости разгон осуществляется в 55 этапов:
I этап. Первый и самый маленький линейный ускоритель длиной менее 100100 м начинает разгонять пучки протонов, предавая им энергию в 0.050.05 ГэВ, и далее направляет эти пучки в последующие синхротроны.
1 эВ равен энергии, необходимой для переноса электрона в электростатическом поле между точками с разницей потенциалов в 1 В, то есть 1 эВ = 1.6⋅10−191.6·10−19 Дж. Для наглядности полет комара эквивалентен энергии в 1 ТэВ. Но особенность коллайдера заключается в том, что он помещает эту энергию в систему, которые в миллиарды раз меньше комара.
II этап. Бустерный синхротрон длиной 157157 метров разгоняет частицы до 91.691.6 % от скорости света, придавая им энергию в 1.41.4 ГэВ.
III этап. Протонный синхротрон длиной 628628 м разгоняет частицы до 99.9399.93 % от скорости света, придавая им энергию 2525 ГэВ.
IV этап. Протонный суперсинхротрон длиной 69006900 м разгоняет частицы до 99.999899.9998 % от скорости света, придавая им энергию в 450450 ГэВ.
V этап. Главное кольцо БАК длиной 2727 км разгоняет частицы до 99.999999199.9999991 % от скорости света, придавая им энергию до 70007000 ГэВ. Именно в этом кольце и происходит все самое интересное... (рис. 44)

Рис 4. Схема разгона частиц для последующего попадания в главное кольцо. p и Pb соответствуют I этапу, II этап происходит в непомеченном круге, III этап происходит в PS (Proton Synchrotron), IV этап – в SPS (Super Proton Synchrotron) и V этап – в кольце LHC (Large Hadron Collider). Источник
Столкновения пучков регистрируются детекторами. На главном кольце коллайдера расположены 4 главных детектора (ALICE, CMS, LHCb, ATLAS) и 3 вспомогательных детектора (TOTEM, LHCf, MoEDAL).
ALICE (A Large Ion Collider Experiment) – детектор, предназначенный для изучения столкновений тяжелых ионов, по типу ионов свинца (свинец – самый тяжелый из стабильных элементов). В результате столкновений достигается необходимая температура и энергия для образования кварк-глюонной плазмы. Таким образом, полученная в ALICE температура в 99 трлн. градусов симулирует условия при зарождении Вселенной.