ინსტალაცია, რომელშიც ელექტრული და მაგნიტური ველების დახმარებით მიიღება ელექტრონების, პროტონების, იონების და სხვა დამუხტული ნაწილაკების მიმართული სხივები, რომელთა ენერგია ბევრად აღემატება თერმულ ენერგიას. აჩქარების პროცესში ნაწილაკების სიჩქარე იზრდება, ხშირად სინათლის სიჩქარესთან მიახლოებულ მნიშვნელობებამდე. ამჟამად, მრავალი მცირე ამაჩქარებელი გამოიყენება მედიცინაში (რადიაციული თერაპია) და ასევე ინდუსტრიაში (მაგალითად, ნახევარგამტარებში იონების იმპლანტაციისთვის). დიდი ამაჩქარებლები ძირითადად გამოიყენება სამეცნიერო მიზნებისთვის - სუბბირთვული პროცესების და ელემენტარული ნაწილაკების თვისებების შესასწავლად ( იხილეთ ასევე ELEMENTARY PARTICLES).

კვანტური მექანიკის მიხედვით, ნაწილაკების სხივი, ისევე როგორც სინათლის სხივი, ხასიათდება გარკვეული ტალღის სიგრძით. რაც უფრო დიდია ნაწილაკების ენერგია, მით უფრო მოკლეა ეს ტალღის სიგრძე. და რაც უფრო მოკლეა ტალღის სიგრძე, მით უფრო მცირეა ობიექტები, რომელთა გამოკვლევაც შესაძლებელია, მაგრამ რაც უფრო დიდია ამაჩქარებლების ზომა და მით უფრო რთულია ისინი. მიკროკოსმოსში კვლევის განვითარება მოითხოვდა საცდელი სხივის უფრო მეტ ენერგიას. მაღალი ენერგიის გამოსხივების პირველი წყარო იყო ბუნებრივი რადიოაქტიური ნივთიერებები. მაგრამ მათ მკვლევარებს მისცეს მხოლოდ ნაწილაკების, ინტენსივობისა და ენერგიების შეზღუდული ნაკრები. 1930-იან წლებში მეცნიერებმა დაიწყეს მუშაობა დანადგარებზე, რომლებსაც შეეძლოთ უფრო მრავალფეროვანი სხივების წარმოება. ამჟამად არსებობს ამაჩქარებლები, რომლებიც შესაძლებელს ხდის ნებისმიერი სახის მაღალენერგეტიკული გამოსხივების მიღებას. თუ, მაგალითად, საჭიროა რენტგენის ან გამა გამოსხივება, მაშინ ელექტრონები აჩქარდებიან, რომლებიც შემდეგ ასხივებენ ფოტონებს ბრემსტრაჰლუნგის ან სინქროტრონის გამოსხივების პროცესებში. ნეიტრონები წარმოიქმნება შესაბამისი სამიზნის დაბომბვით პროტონების ან დეიტრონების ინტენსიური სხივით.

ბირთვული ნაწილაკების ენერგია იზომება ელექტრონ ვოლტებში (eV). ელექტრონ ვოლტი არის ენერგია, რომელსაც იძენს დამუხტული ნაწილაკი, რომელიც ატარებს ერთ ელემენტარულ მუხტს (ელექტრონული მუხტი), როდესაც მოძრაობს ელექტრულ ველში ორ წერტილს შორის პოტენციური სხვაობით 1 ვ. ენერგიის დიაპაზონში ათასობითდან რამდენიმე ტრილიონამდე (10 12). ) ელექტრონ ვოლტი - მსოფლიოს უდიდეს ამაჩქარებელზე.

ექსპერიმენტში იშვიათი პროცესების გამოსავლენად აუცილებელია სიგნალის და ხმაურის თანაფარდობის გაზრდა. ეს მოითხოვს უფრო და უფრო ინტენსიურ რადიაციის წყაროებს. თანამედროვე ამაჩქარებლის ტექნოლოგიის უახლესი ზღვარი განისაზღვრება ორი ძირითადი პარამეტრით - ნაწილაკების სხივის ენერგია და ინტენსივობა.

თანამედროვე ამაჩქარებლები იყენებენ უამრავ და მრავალფეროვან ტექნოლოგიას: მაღალი სიხშირის გენერატორები, მაღალსიჩქარიანი ელექტრონიკა და ავტომატური კონტროლის სისტემები, კომპლექსური დიაგნოსტიკური და საკონტროლო მოწყობილობები, ულტრა მაღალი ვაკუუმური მოწყობილობა, ძლიერი ზუსტი მაგნიტები (როგორც "ჩვეულებრივი" და კრიოგენული) და რთული განლაგება. და დამაგრების სისტემები.

ვალოშეკ პ. იმოგზაურეთ მატერიის სიღრმეში. HERA ამაჩქარებლით ცოდნის საზღვრამდე. მ., 1995 წ

Პოვნა " ნაწილაკების ამაჩქარებელი" ზე

გადატვირთვა მეცნიერებს საშუალებას მისცემს გააგრძელონ ანტიმატერიის უნიკალური თვისებების უფრო დეტალურად შესწავლა.

„შეიძლება შეგვეძლოს გავარკვიოთ, რეაგირებს თუ არა ანტიწყალბადი გრავიტაციაზე“, - ამბობს სევიორი. - ეს რთული, მაგრამ საინტერესო ტესტია ფუნდამენტური ფიზიკისთვის. ჩვენ ველით ანტიმატერიის აჩქარებას გრავიტაციის საპასუხოდ ისევე, როგორც მატერია, მაგრამ ეს აქამდე არავის გაუკეთებია; თუ არა, მას შეუძლია მიზიდულობის მოქმედება თავის თავზე დააბრუნოს“.

გრავიტაციის და სივრცე-დროის დამატებითი ზომების შესწავლა

მეცნიერებს სურთ გაიგონ, რატომ არის გრავიტაცია ასე განსხვავებული ბუნების სხვა ძალებისგან. შესაძლებელია, რომ ჩვენ არ ვიგრძნოთ გრავიტაციის სრული ეფექტი, რადგან ის ვრცელდება დამატებით განზომილებებში.

მეცნიერებმა შეიძლება გაიგონ მეტი ამ დამატებითი განზომილებების შესახებ ნაწილაკებზე დაკვირვებით, რომლებიც მხოლოდ მათში შეიძლება არსებობდეს და რეალურია.

„სუპერსიმეტრიის, როგორც ფუნდამენტურად ახალი ფიზიკის ნაცვლად, ჩვენ შეგვიძლია მივიღოთ დამატებითი ზომები“, - ამბობს სევიორი. „თეორიები ვარაუდობენ, რომ სხვა განზომილებაში შეიძლება არსებობდეს სტანდარტული ნაწილაკების უფრო მძიმე ვერსიები - კალუზა-კლეინის ნაწილაკები, რომლებსაც უფრო მეტი მასა აქვთ ვიდრე სტანდარტულ ნაწილაკებს.

ამ ნაწილაკების აღმოჩენა შესაძლებელია მხოლოდ მაღალი ენერგიის შეჯახებისას.

შავი ხვრელების შექმნა

შავი ხვრელები ის ადგილებია, სადაც გრავიტაცია იმდენად ძლიერია, რომ სინათლეც კი ვერ გადის.

ვარსკვლავური შავი ხვრელები იქმნება, როდესაც ვარსკვლავის მასიური გრავიტაცია იწვევს მის ბირთვს უეცრად კოლაფსს, თავის თავში კოლაფსს, დაბრუნების წერტილს. სუპერმასიური შავი ხვრელები გალაქტიკების ცენტრებში შეიძლება იყოს მილიონობით ან მილიარდჯერ აღემატება მზის მასას.

მეცნიერები ვარაუდობენ, რომ მიკროსკოპული ან კვანტური შავი ხვრელები, რომლებიც ატომზე მცირეა, შეიძლება არსებობდეს, თუ არსებობდა დამატებითი ფარული ზომები.

ამ დრომდე, LHC-ს არ გაუკეთებია მიკროსკოპული შავი ხვრელები და რომ გამოეჩინა, ისინი იმდენად მცირე იქნებოდნენ, რომ აორთქლდებიან 10^-27 წამში და დაიშლებიან ჩვეულებრივ ან სუპერსიმეტრიულ ნაწილაკებად.

„თუ LHC ქმნის მიკროსკოპულ შავ ხვრელებს, ეს იქნება დამატებითი განზომილების მტკიცებულება და მათი გარეგნობის უჩვეულო კვალი ადვილად შესამჩნევი იქნება“, ამბობს სევიორი.

რას აღმოაჩენენ მეცნიერები, დამოკიდებული იქნება დამატებითი განზომილებების რაოდენობაზე, შავი ხვრელის მასაზე, განზომილებების ზომაზე და ენერგიაზე, რომლის დროსაც შავი ხვრელი წარმოიქმნება.

არის თასმები?

შავი ხვრელების მსგავსად, LHC-ზე მაღალი ენერგიის შეჯახების კიდევ ერთი თეორიული საშიშროებაა - მკვლელი-სტრენგელეტი.

სტრაპელეტები („უცნაური წვეთები“) არის უცნაური მატერიის ჰიპოთეტური სუბატომიური ნაწილაკები, რომლებიც თითქმის მთლიანად შედგება ზევით, ქვევით და უცნაური კვარკებისგან, რომლებიც თეორიის თანახმად, რაც უფრო იზრდება, უფრო სტაბილური ხდებიან.

ერთი თეორია ვარაუდობს, რომ უცნაურებს შეუძლიათ შეცვალონ ჩვეულებრივი მატერია წამის მეათასედში, გაანადგურონ დედამიწა და გადააქციონ ის გიგანტურ მკვლელ უცნაურ ჭურჭლად.

მაგრამ სევიორი ამბობს, რომ ეს ნაკლებად სავარაუდოა.

„იმედი მაქვს, ვიპოვით, რადგან ძალიან საინტერესოა. და მე სულაც არ ვნერვიულობ, რადგან დედამიწა და სხვა პლანეტები დაბომბულია მაღალი ენერგიის სხივებით და თუ ეს უცნაური ნივთიერება ჩვეულებრივ მატერიას უცნაურ ჭუჭყებად აქცევს, მას დიდი ხნის წინ გაანადგურებდა მილიარდობით წლის წინ.

”ის ფაქტი, რომ ჩვენ ჯერ კიდევ აქ ვართ, შესანიშნავი დასტურია იმისა, რომ სანერვიულო არაფერია.”

როგორ მუშაობს დიდი ადრონული კოლაიდერი?

მსოფლიოში ყველაზე დიდი ნაწილაკების ამაჩქარებელი არის 27 კილომეტრიანი მიწისქვეშა რგოლი, რომელიც მდებარეობს საფრანგეთისა და შვეიცარიის საზღვარზე.

10 მილიარდი დოლარის დაწესებულება, რომელსაც მართავს CERN, ბირთვული კვლევების ევროპული ორგანიზაცია, სუბატომურ ნაწილაკებს ერთმანეთში სინათლის სიჩქარით ურტყამს.

შეჯახებისთვის გამოიყენება ორი მიმდებარე მილაკი, სხივური ხაზები, რომლებიც აღჭურვილია ძლიერი სუპერგამტარი ელექტრომაგნიტებით, რომლებიც გაცივებულია თხევადი ჰელიუმით -271 გრადუს ცელსიუსზე დაბალ ტემპერატურამდე. ეს არის ყველაზე დიდი მაცივარი პლანეტაზე.

ეს მაგნიტები აგზავნიან პროტონების ან ატომური ბირთვების სხივებს თითოეული ხაზის გასწვრივ საპირისპირო მიმართულებით. ნაწილაკების შეჯახება ხდება ოთხ გიგანტურ მიწისქვეშა დეტექტორში, რომლებიც მდებარეობს სხივების ხაზების კვეთაზე.

პროტონების პირველი სხივები გაიგზავნა LHC რგოლში 2008 წლის 10 სექტემბერს, მაგრამ ცხრა დღის შემდეგ ელექტრული უკმარისობამ გამოიწვია თხევადი ჰელიუმის გაჟონვა და აფეთქება, რის შედეგადაც დაწესებულება ერთი წლის განმავლობაში დაიხურა.

2009 წლის ნოემბერში ყველაფერი თავიდან დაიწყო, მაგრამ ძალა შემცირდა. 2013 წლის დასაწყისში, LHC დაიხურა, რათა გაზარდოს მისი სიმძლავრე 8 ტევ-დან 14 ტევ-მდე. ელექტრონ ვოლტი არის ენერგიის საზომი, რომელიც გამოიყენება ნაწილაკების ფიზიკის სფეროში, რათა დადგინდეს ენერგიის რაოდენობა, რომელსაც იძენს ერთი ელექტრონი ელექტრული პოტენციალის ერთი ვოლტით აჩქარებისას.

„თუ ელექტრონს გავუშვებთ 1,5 ვოლტიანი ბატარეის ბოლოდან, ის მიიღებს 1,5 ელექტრონვოლტ კინეტიკურ ენერგიას“, ამბობს სევიორი. ”ეს ბევრად სუსტია ვიდრე კოღოს ნაკბენი, ვერ შეამჩნევთ, მაგრამ თუ მეგავატი ენერგიის მქონე სხივს დაარტყამთ, ის თქვენში ხვრელს დაწვავს.”

ეს არის ორი ფუნდამენტური თეორიის გაერთიანების გზების ძიება - GR (გრავიტაციის შესახებ) და SM (სტანდარტული მოდელი, რომელიც აერთიანებს სამ ფუნდამენტურ ფიზიკურ ურთიერთქმედებას - ელექტრომაგნიტურს, ძლიერს და სუსტს). LHC-ის შექმნამდე გამოსავლის პოვნას აფერხებდა კვანტური გრავიტაციის თეორიის შექმნის სირთულეები.

ამ ჰიპოთეზის აგება გულისხმობს ორი ფიზიკური თეორიის - კვანტური მექანიკისა და ფარდობითობის ზოგადი თეორიის ერთობლიობას.

ამისთვის თანამედროვე დროში ერთდროულად რამდენიმე პოპულარული და აუცილებელი მიდგომა გამოიყენეს - სიმების თეორია, ბრანის თეორია, სუპერგრავიტაციის თეორია, ასევე კვანტური გრავიტაციის თეორია. კოლაიდერის აგებამდე, აუცილებელი ექსპერიმენტების ჩატარების მთავარ პრობლემას წარმოადგენდა ენერგიის ნაკლებობა, რომლის მიღწევა შეუძლებელია ნაწილაკების სხვა თანამედროვე ამაჩქარებლებით.

ჟენევის LHC-მ მეცნიერებს მისცა შესაძლებლობა ჩაეტარებინათ ადრე გამოუვალი ექსპერიმენტები. ითვლება, რომ უახლოეს მომავალში, აპარატის დახმარებით, ბევრი ფიზიკური თეორია დადასტურდება ან უარყოფილი იქნება. ერთ-ერთი ყველაზე პრობლემურია სუპერსიმეტრია ანუ სიმების თეორია, რომელიც დიდი ხნის მანძილზე ყოფდა ფიზიკურს ორ ბანაკად – „სტრინგერებს“ და მათ კონკურენტებს.

სხვა ფუნდამენტური ექსპერიმენტები ჩატარდა LHC-ის მუშაობის ფარგლებში

ასევე საინტერესოა მეცნიერთა კვლევა ტოპ კვარკების შესწავლის სფეროში, რომლებიც ყველაზე მეტი კვარკებია და ყველაზე მძიმე (173,1 ± 1,3 გევ/ც²) ყველა ამჟამად ცნობილ ელემენტარულ ნაწილაკებს შორის.

ამ თვისების გამო, LHC-ის შექმნამდეც კი, მეცნიერებს შეეძლოთ მხოლოდ კვარკების დაკვირვება ტევატრონის ამაჩქარებელზე, რადგან სხვა მოწყობილობებს უბრალოდ არ გააჩნდათ საკმარისი ძალა და ენერგია. თავის მხრივ, კვარკების თეორია სენსაციური ჰიგსის ბოზონის ჰიპოთეზის მნიშვნელოვანი ელემენტია.

კვარკების თვისებების შექმნისა და შესწავლის შესახებ ყველა სამეცნიერო კვლევას ახორციელებენ მეცნიერები LHC-ის ზედა კვარკ-ანტიკვარკის ორთქლის ოთახში.

ჟენევის პროექტის მნიშვნელოვანი მიზანია ასევე ელექტროსუსტი სიმეტრიის მექანიზმის შესწავლის პროცესი, რომელიც ასევე დაკავშირებულია ჰიგსის ბოზონის არსებობის ექსპერიმენტულ მტკიცებულებასთან. თუ პრობლემას უფრო ზუსტად განვსაზღვრავთ, მაშინ კვლევის საგანია არა იმდენად თავად ბოზონი, არამედ პიტერ ჰიგსის მიერ ნაწინასწარმეტყველები ელექტროსუსტი ურთიერთქმედების სიმეტრიის დარღვევის მექანიზმი.

LHC-ის ფარგლებში ასევე ტარდება ექსპერიმენტები სუპერსიმეტრიის საძიებლად - და სასურველი შედეგი იქნება როგორც თეორიის დადასტურება, რომ ნებისმიერ ელემენტარულ ნაწილაკს ყოველთვის უფრო მძიმე პარტნიორი ახლავს, ასევე მისი უარყოფა.

შემოკლებული LHC (დიდი ადრონული კოლაიდერი, შემოკლებით LHC) არის დამუხტული ნაწილაკების ამაჩქარებელი შეჯახების სხივებში, შექმნილია პროტონებისა და მძიმე იონების (ტყვიის იონების) დასაჩქარებლად და მათი შეჯახების პროდუქტების შესასწავლად. კოლაიდერი აშენდა CERN-ში (ბირთვული კვლევების ევროპული საბჭო), რომელიც მდებარეობს ჟენევასთან ახლოს, შვეიცარიისა და საფრანგეთის საზღვარზე. LHC არის ყველაზე დიდი ექსპერიმენტული დაწესებულება მსოფლიოში. 10000-ზე მეტი მეცნიერი და ინჟინერი 100-ზე მეტი ქვეყნიდან მონაწილეობდა და მონაწილეობს მშენებლობასა და კვლევაში.

მას დიდი ზომის გამო უწოდეს: ამაჩქარებლის მთავარი რგოლის სიგრძეა 26659 მ; ჰადრონული - იმის გამო, რომ ის აჩქარებს ჰადრონებს, ანუ მძიმე ნაწილაკებს, რომლებიც შედგება კვარკებისგან; კოლაიდერი (ინგლისური collider - collider) - იმის გამო, რომ ნაწილაკების სხივები აჩქარებულია საპირისპირო მიმართულებით და ეჯახება სპეციალურ შეჯახების წერტილებს.

სპეციფიკაციები

სავარაუდოდ, ამაჩქარებელი შეეჯახება პროტონებს საერთო ენერგიით 14 ტევ (ანუ 14 ტერაელექტრონვოლტი ან 14 1012 ელექტრონ ვოლტი) შემხვედრი ნაწილაკების მასის სისტემაში, ასევე ტყვიის ბირთვებს 5 გევ ენერგიით (5 109). ელექტრონ ვოლტი) შეჯახებული ნუკლეონის თითოეული წყვილისთვის. 2010 წლის დასაწყისში LHC უკვე გარკვეულწილად აჯობა წინა ჩემპიონს პროტონული ენერგიის თვალსაზრისით - პროტონ-ანტიპროტონული კოლაიდერი Tevatron, რომელიც 2011 წლის ბოლომდე მუშაობდა ამაჩქარებლის ეროვნულ ლაბორატორიაში. ენრიკო ფერმი (აშშ). იმისდა მიუხედავად, რომ აღჭურვილობის რეგულირება გრძელდება წლების განმავლობაში და ჯერ არ დასრულებულა, LHC უკვე გახდა მსოფლიოში ყველაზე მაღალი ენერგეტიკული ნაწილაკების ამაჩქარებელი, რომელიც აღემატება სხვა კოლაიდერებს ენერგიით სიდიდის რიგითობით, მათ შორის RHIC რელატივისტური მძიმე იონი. ბრუკჰავენის ლაბორატორიაში (აშშ) მოქმედი კოლაიდერი.

LHC-ის სიკაშკაშე გაშვების პირველ კვირებში იყო არაუმეტეს 1029 ნაწილაკი/სმ 2 წმ, თუმცა ის მუდმივად იზრდება. მიზანია მივაღწიოთ ნომინალურ სიკაშკაშეს 1,7·1034 ნაწილაკ/სმ 2 წმ, რაც სიდიდის იგივე რიგისაა, რაც ბაბარის (SLAC, აშშ) და ბელის (ინგლისური) (KEK, იაპონია) სიკაშკაშეს.

ამაჩქარებელი მდებარეობს იმავე გვირაბში, რომელიც ადრე იყო დაკავებული დიდი ელექტრონ-პოზიტრონის კოლაიდერით. გვირაბი, რომლის გარშემოწერილობა 26,7 კილომეტრია, საფრანგეთსა და შვეიცარიაში მიწისქვეშ გაიყვანეს. გვირაბის სიღრმე 50-დან 175 მეტრამდეა, ხოლო გვირაბის რგოლი დედამიწის ზედაპირთან შედარებით დაახლოებით 1,4%-ით არის დახრილი. პროტონული სხივების შესანარჩუნებლად, გასასწორებლად და ფოკუსირებისთვის გამოიყენება 1624 სუპერგამტარი მაგნიტი, რომელთა საერთო სიგრძე 22 კმ-ს აღემატება. მაგნიტები მოქმედებენ 1,9 K (-271 °C) ტემპერატურაზე, რაც ოდნავ დაბალია ჰელიუმის ზესთხევად ტემპერატურაზე.

LHC დეტექტორები

LHC-ს აქვს 4 ძირითადი და 3 დამხმარე დეტექტორი:

• ალისა (დიდი იონთა კოლაიდერის ექსპერიმენტი)
• ATLAS (ტოროიდული LHC აპარატი)
• CMS (კომპაქტური მუონის სოლენოიდი)
• LHCb (დიდი ადრონული კოლაიდერის სილამაზის ექსპერიმენტი)
• TOTEM (სულ ელასტიური და დიფრაქციული კვეთის გაზომვა)
• LHCf (დიდი ადრონული კოლაიდერი წინ)
• MoEDAL (LHC-ში მონოპოლის და ეგზოტიკის დეტექტორი).

ATLAS, CMS, ALICE, LHCb არის დიდი დეტექტორები, რომლებიც მდებარეობს სხივის შეჯახების წერტილების გარშემო. TOTEM და LHCf დეტექტორები დამხმარეა, განლაგებულია რამდენიმე ათეული მეტრის მანძილზე სხივის გადაკვეთის წერტილებიდან, რომლებიც დაკავებულია შესაბამისად CMS და ATLAS დეტექტორებით და გამოყენებული იქნება ძირითადთან ერთად.

ATLAS და CMS დეტექტორები არის ზოგადი დანიშნულების დეტექტორები, რომლებიც შექმნილია ჰიგსის ბოზონისა და "არასტანდარტული ფიზიკის", კერძოდ ბნელი მატერიის, ALICE - კვარკ-გლუონის პლაზმის შესასწავლად ტყვიის იონების მძიმე შეჯახებისას, LHCb - ფიზიკის შესასწავლად. b-კვარკებიდან, რაც საშუალებას მოგცემთ უკეთ გავიგოთ განსხვავება მატერიასა და ანტიმატერიას შორის, TOTEM შექმნილია ნაწილაკების გაფანტვის შესასწავლად მცირე კუთხით, როგორიცაა შეჯახების გარეშე ახლო სივრცეების დროს (ე.წ. შეუჯახებელი ნაწილაკები, წინ ნაწილაკები), რაც საშუალებას გაძლევთ უფრო ზუსტად გაზომოთ პროტონების ზომა, ასევე აკონტროლოთ კოლაიდერის სიკაშკაშე და, ბოლოს და ბოლოს, LHCf - კოსმოსური სხივების შესასწავლად, მოდელირებული იგივე არაშეჯახების ნაწილაკების გამოყენებით.

მეშვიდე დეტექტორი (ექსპერიმენტი) MoEDAL, რომელიც შექმნილია ნელა მოძრავი მძიმე ნაწილაკების მოსაძებნად, ასევე ასოცირდება LHC-ის მუშაობასთან.

კოლაიდერის მუშაობისას შეჯახებები ერთდროულად მიმდინარეობს სხივების გადაკვეთის ოთხივე წერტილში, აჩქარებული ნაწილაკების (პროტონების ან ბირთვების) ტიპის მიუხედავად. ამავდროულად, ყველა დეტექტორი აგროვებს სტატისტიკას ერთდროულად.

ნაწილაკების აჩქარება კოლაიდერში

LHC-ში ნაწილაკების სიჩქარე შეჯახებულ სხივებზე ახლოსაა სინათლის სიჩქარესთან ვაკუუმში. ნაწილაკების აჩქარება ასეთ მაღალ ენერგიებამდე მიიღწევა რამდენიმე ეტაპად. პირველ ეტაპზე, დაბალი ენერგიის Linac 2 და Linac 3 ხაზოვანი ამაჩქარებლები შეჰყავთ პროტონები და ტყვიის იონები შემდგომი აჩქარებისთვის. შემდეგ ნაწილაკები შედიან PS გამაძლიერებელში და შემდეგ თავად PS-ში (პროტონული სინქროტრონი) და იძენენ ენერგიას 28 გევ. ამ ენერგიით ისინი უკვე სინათლესთან ახლოს სიჩქარით მოძრაობენ. ამის შემდეგ ნაწილაკების აჩქარება გრძელდება SPS-ში (პროტონის სუპერ სინქროტრონი), სადაც ნაწილაკების ენერგია 450 გევ-ს აღწევს. შემდეგ პროტონების გროვა იგზავნება მთავარ 26,7 კილომეტრიან რგოლში, რითაც პროტონების ენერგია მაქსიმუმ 7 ტევ-ს მიაღწევს, ხოლო შეჯახების წერტილებში დეტექტორები აღრიცხავენ მომხდარ მოვლენებს. ორი შეჯახებული პროტონის სხივი, როდესაც მთლიანად ივსება, შეიძლება შეიცავდეს 2808 მტევანს. აჩქარების პროცესის გამართვის საწყის ეტაპზე, მხოლოდ ერთი მტევანი ცირკულირებს რამდენიმე სანტიმეტრი სიგრძის და მცირე განივი ზომის შეკვრაში. შემდეგ ისინი იწყებენ შედედების რაოდენობის გაზრდას. მტევანი განლაგებულია ფიქსირებულ პოზიციებზე ერთმანეთთან შედარებით, რომლებიც სინქრონულად მოძრაობენ რგოლის გასწვრივ. გარკვეული თანმიმდევრობით გროვა შეიძლება შეეჯახოს რგოლის ოთხ წერტილს, სადაც მდებარეობს ნაწილაკების დეტექტორები.

LHC-ში ყველა ჰადრონის მტევნების კინეტიკური ენერგია, როდესაც ის მთლიანად შევსებულია, შედარებულია რეაქტიული თვითმფრინავის კინეტიკურ ენერგიასთან, თუმცა ყველა ნაწილაკების მასა არ აღემატება ნანოგრამს და მათი დანახვა შეუიარაღებელი თვალითაც კი შეუძლებელია. ასეთი ენერგია მიიღწევა სინათლის სიჩქარესთან მიახლოებული ნაწილაკების სიჩქარის გამო.

მტევნები გადიან ამაჩქარებლის სრულ წრეს 0,0001 წამზე უფრო სწრაფად, რითაც აკეთებენ 10 ათასზე მეტ ბრუნს წამში.

LHC-ის მიზნები და ამოცანები

დიდი ადრონული კოლაიდერის მთავარი ამოცანაა გაარკვიოს ჩვენი სამყაროს სტრუქტურა 10–19 მ-ზე ნაკლებ მანძილზე, მისი „გამოკვლევა“ რამდენიმე TeV ენერგიის მქონე ნაწილაკებით. დღეისათვის, უკვე დაგროვდა უამრავი არაპირდაპირი მტკიცებულება, რომ ამ მასშტაბით ფიზიკოსებმა უნდა გახსნან გარკვეული „რეალობის ახალი ფენა“, რომლის შესწავლა გასცემს პასუხებს ფუნდამენტური ფიზიკის ბევრ კითხვაზე. ზუსტად როგორი აღმოჩნდება რეალობის ეს ფენა, წინასწარ უცნობია. თეორეტიკოსებმა, რა თქმა უნდა, უკვე შემოგვთავაზეს ასობით სხვადასხვა ფენომენი, რომელიც შეიძლება შეინიშნოს რამდენიმე TeV-ის შეჯახების ენერგიების დროს, მაგრამ ეს არის ექსპერიმენტი, რომელიც აჩვენებს, თუ რა არის რეალურად რეალიზებული ბუნებაში.

ახალი ფიზიკის ძიება სტანდარტული მოდელი არ შეიძლება ჩაითვალოს ელემენტარული ნაწილაკების საბოლოო თეორიად. ეს უნდა იყოს მიკროსამყაროს სტრუქტურის უფრო ღრმა თეორიის ნაწილი, ნაწილი, რომელიც ჩანს კოლაიდერების ექსპერიმენტებში დაახლოებით 1 ტევ-ზე დაბალი ენერგიით. ასეთ თეორიებს ერთობლივად მოიხსენიებენ, როგორც "ახალი ფიზიკა" ან "სტანდარტული მოდელის მიღმა". დიდი ადრონული კოლაიდერის მთავარი ამოცანაა მიიღოს მინიმუმ პირველი მინიშნებები იმის შესახებ, თუ რა არის ეს ღრმა თეორია. ერთ თეორიაში ფუნდამენტური ურთიერთქმედების შემდგომი გაერთიანების მიზნით გამოიყენება სხვადასხვა მიდგომები: სიმების თეორია, რომელიც განვითარდა M-თეორიაში (ბრანე თეორია), სუპერგრავიტაციის თეორია, მარყუჟის კვანტური გრავიტაცია და ა.შ. ზოგიერთ მათგანს აქვს შიდა პრობლემები და არცერთს არ აქვს. ექსპერიმენტული დადასტურება. პრობლემა ის არის, რომ შესაბამისი ექსპერიმენტების ჩასატარებლად საჭიროა ენერგიები, რომლებიც მიუწვდომელია ნაწილაკების თანამედროვე ამაჩქარებლებზე. LHC საშუალებას მისცემს ექსპერიმენტებს, რომლებიც ადრე შეუძლებელი იყო და სავარაუდოდ დაადასტურებს ან უარყოფს ზოგიერთ ამ თეორიას. ამრიგად, არსებობს ოთხზე მეტი განზომილებების მქონე ფიზიკური თეორიების მთელი დიაპაზონი, რომლებიც ვარაუდობენ „სუპერსიმეტრიის“ არსებობას - მაგალითად, სიმების თეორიას, რომელსაც ზოგჯერ სუპერსიმების თეორიას უწოდებენ სწორედ იმიტომ, რომ სუპერსიმეტრიის გარეშე ის კარგავს ფიზიკურ მნიშვნელობას. სუპერსიმეტრიის არსებობის დადასტურება ამ თეორიების ჭეშმარიტების ირიბი დადასტურება იქნებოდა. ზედა კვარკების შესწავლა ზედა კვარკი არის უმძიმესი კვარკი და, უფრო მეტიც, აქამდე აღმოჩენილი ყველაზე მძიმე ელემენტარული ნაწილაკი. ტევატრონის ბოლო შედეგების მიხედვით, მისი მასა არის 173,1 ± 1,3 გევ/ც 2. მისი დიდი მასის გამო, ზედა კვარკი ჯერჯერობით მხოლოდ ერთ ამაჩქარებელზე, ტევატრონზე იყო დაფიქსირებული; სხვა ამაჩქარებლებს უბრალოდ აკლდათ მისი წარმოქმნის ენერგია. გარდა ამისა, ტოპ კვარკები ფიზიკოსებს აინტერესებთ არა მხოლოდ საკუთარი თავისთვის, არამედ როგორც "სამუშაო ინსტრუმენტი" ჰიგსის ბოზონის შესასწავლად. LHC-ში ჰიგსის ბოზონის წარმოქმნის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი არხი არის ასოციაციური წარმოება ზედა კვარკ-ანტიკვარკ წყვილთან ერთად. ასეთი მოვლენების ფონიდან საიმედოდ განცალკევებისთვის, პირველ რიგში საჭიროა თავად ზედა კვარკების თვისებების შესწავლა. ელექტროსუსტი სიმეტრიის მექანიზმის შესწავლა პროექტის ერთ-ერთი მთავარი მიზანია ექსპერიმენტულად დაამტკიცოს ჰიგსის ბოზონის არსებობა, ნაწილაკი, რომელიც იწინასწარმეტყველა შოტლანდიელმა ფიზიკოსმა პიტერ ჰიგსმა 1964 წელს სტანდარტული მოდელის ფარგლებში. ჰიგსის ბოზონი არის ეგრეთ წოდებული ჰიგსის ველის კვანტი, რომლის გავლისას ნაწილაკები განიცდიან წინააღმდეგობას, რომელსაც ჩვენ წარმოვადგენთ მასის შესწორების სახით. თავად ბოზონი არასტაბილურია და აქვს დიდი მასა (120 GeV/c2-ზე მეტი). სინამდვილეში, ფიზიკოსებს არა იმდენად თავად ჰიგსის ბოზონი აინტერესებთ, არამედ ელექტროსუსტი ურთიერთქმედების სიმეტრიის დარღვევის ჰიგსის მექანიზმი. კვარკ-გლუონის პლაზმის შესწავლა მოსალოდნელია, რომ წელიწადში დაახლოებით ერთი თვე დაიხარჯება ამაჩქარებელში ბირთვული შეჯახების რეჟიმში. ამ თვის განმავლობაში კოლაიდერი აჩქარდება და დეტექტორებში დაეჯახება არა პროტონებს, არამედ ტყვიის ბირთვებს. ორი ბირთვის არაელასტიური შეჯახებისას ულტრარელატივისტური სიჩქარით, ბირთვული მატერიის მკვრივი და ძალიან ცხელი სიმსივნე წარმოიქმნება მოკლე დროში და შემდეგ იშლება. ამ შემთხვევაში მომხდარი ფენომენების გაგება (მატერიის გადასვლა კვარკ-გლუონის პლაზმის მდგომარეობაზე და მისი გაციება) აუცილებელია ძლიერი ურთიერთქმედების უფრო სრულყოფილი თეორიის ასაგებად, რომელიც გამოდგება როგორც ბირთვული ფიზიკისთვის, ასევე ასტროფიზიკისთვის. სუპერსიმეტრიის ძიება LHC-ზე ექსპერიმენტების პირველი მნიშვნელოვანი სამეცნიერო მიღწევა შეიძლება იყოს „სუპერსიმეტრიის“ დადასტურება ან უარყოფა - თეორია, რომ ნებისმიერ ელემენტარულ ნაწილაკს ჰყავს ბევრად უფრო მძიმე პარტნიორი, ანუ „ზენაწილაკი“. ფოტონ-ადრონისა და ფოტონ-ფოტონის შეჯახების შესწავლა ნაწილაკების ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება აღწერილია, როგორც ფოტონების (ზოგიერთ შემთხვევაში ვირტუალური) გაცვლა. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ფოტონები ელექტრომაგნიტური ველის მატარებლები არიან. პროტონები ელექტრულად დამუხტულია და გარშემორტყმულია ელექტროსტატიკური ველით, შესაბამისად, ეს ველი შეიძლება ჩაითვალოს ვირტუალური ფოტონების ღრუბლად. ნებისმიერი პროტონი, განსაკუთრებით რელატივისტური პროტონი, მოიცავს ვირტუალური ნაწილაკების ღრუბელს, როგორც განუყოფელ ნაწილს. როდესაც პროტონები ერთმანეთს ეჯახებიან, თითოეული პროტონის მიმდებარე ვირტუალური ნაწილაკები ასევე ურთიერთქმედებენ. მათემატიკურად, ნაწილაკების ურთიერთქმედების პროცესი აღწერილია შესწორებების გრძელი სერიით, რომელთაგან თითოეული აღწერს ურთიერთქმედებას გარკვეული ტიპის ვირტუალური ნაწილაკების საშუალებით (იხ.: ფეინმანის დიაგრამები). ამგვარად, პროტონების შეჯახების შესწავლისას ირიბად შეისწავლება აგრეთვე მატერიის ურთიერთქმედება მაღალენერგიულ ფოტონებთან, რაც დიდ ინტერესს იწვევს თეორიული ფიზიკისთვის. ასევე განიხილება რეაქციების სპეციალური კლასი - ორი ფოტონის პირდაპირი ურთიერთქმედება, რომელსაც შეუძლია შეჯახება როგორც შემხვედრ პროტონთან, წარმოქმნას ტიპიური ფოტონ-ადრონის შეჯახება და ერთმანეთთან. ბირთვული შეჯახების რეჟიმში, ბირთვის დიდი ელექტრული მუხტის გამო, ელექტრომაგნიტური პროცესების გავლენა კიდევ უფრო მნიშვნელოვანია. ეგზოტიკური თეორიების ტესტირება მე-20 საუკუნის ბოლოს თეორეტიკოსებმა წამოაყენეს უამრავი უჩვეულო იდეები მსოფლიოს სტრუქტურის შესახებ, რომლებსაც ერთობლივად უწოდებენ "ეგზოტიკურ მოდელებს". მათ შორისაა თეორიები ძლიერი გრავიტაციით ენერგეტიკული მასშტაბით 1 TeV რიგით, მოდელები დიდი რაოდენობით სივრცითი განზომილებებით, პრეონის მოდელები, რომლებშიც თავად კვარკები და ლეპტონები შედგება ნაწილაკებისგან, მოდელები ახალი ტიპის ურთიერთქმედებით. ფაქტია, რომ დაგროვილი ექსპერიმენტული მონაცემები ჯერ კიდევ არ არის საკმარისი ერთი თეორიის შესაქმნელად. და ყველა ეს თეორია თავსებადია არსებულ ექსპერიმენტულ მონაცემებთან. ვინაიდან ამ თეორიებს შეუძლიათ კონკრეტული პროგნოზების გაკეთება LHC-სთვის, ექსპერიმენტატორები გეგმავენ პროგნოზების შემოწმებას და მათ მონაცემებში გარკვეული თეორიების კვალი მოძებნონ. მოსალოდნელია, რომ ამაჩქარებელზე მიღებულ შედეგებს შეეძლება შეზღუდოს თეორეტიკოსების ფანტაზია, დახუროს ზოგიერთი შემოთავაზებული კონსტრუქცია. სხვა ასევე მოსალოდნელია ფიზიკური ფენომენების აღმოჩენა სტანდარტული მოდელის ჩარჩოს მიღმა. დაგეგმილია W და Z ბოზონების თვისებების, ზემაღალ ენერგიებზე ბირთვული ურთიერთქმედების, მძიმე კვარკების (b და t) წარმოებისა და დაშლის პროცესების შესწავლა.

ფიზიკა-მათემატიკის მეცნიერებათა კანდიდატი ე. ლოზოვსკაია.

რამდენად შეიძლება მატერიის მარცვალი, როგორიცაა ქვიშის მარცვალი, დაქუცმაცდეს? რისგან შედგება სამყარო ჩვენს ირგვლივ? როგორ, როდის და საიდან გაჩნდა ვარსკვლავები, პლანეტები და ყველაფერი დანარჩენი? ეს კითხვები დიდი ხანია აწუხებს ადამიანებს. და რაც უფრო ღრმად შეაღწევენ მეცნიერები ბუნების საიდუმლოებებს, მით უფრო რთული ხდება სამეცნიერო ექსპერიმენტები.

მეცნიერება და ცხოვრება // ილუსტრაციები

მეცნიერება და ცხოვრება // ილუსტრაციები

მეცნიერება და ცხოვრება // ილუსტრაციები

მეცნიერება და ცხოვრება // ილუსტრაციები

მეცნიერება და ცხოვრება // ილუსტრაციები

ალბათ, თითოეულმა ჩვენგანმა ერთხელ მაინც სცადა სათამაშოს დაშლა, რათა დაენახა რა არის შიგნით. ასეთი ცნობისმოყვარეობა ასევე უბიძგებს მეცნიერებს, რომლებიც ცდილობენ გაარკვიონ მატერიის სტრუქტურა ყველაზე ელემენტარულ სამშენებლო ბლოკებამდე. ასეთი კვლევების ჩასატარებლად კი აპროექტებენ და აშენებენ სპეციალურ ექსპერიმენტულ ობიექტებს - ამაჩქარებლებს.

შვეიცარიისა და საფრანგეთის საზღვარზე, მიწისქვეშეთში, არის უზარმაზარი წრიული გვირაბი. მისი სიგრძე თითქმის 27 კმ-ია. ერთხელ, XX საუკუნის 80-იან წლებში, ეს გვირაბი გათხარეს, რათა CERN-ის მკვლევარებმა - ბირთვული კვლევების ევროპული ცენტრიდან - შეძლეს მასში არსებული ელექტრონებისა და პოზიტრონების უზარმაზარი სიჩქარით აჩქარება. ახლა სწორედ ამ გვირაბში შეიქმნა ახალი ამაჩქარებელი, რომელსაც ჰადრონის დიდი კოლაიდერი ჰქვია.

რა არის ეს?

სიტყვა "collider" მომდინარეობს ინგლისურიდან collide - collide. კოლაიდერში ნაწილაკების ორი სხივი მიფრინავს ერთმანეთისკენ და შეჯახებისას სხივების ენერგია ემატება. ჩვეულებრივ ამაჩქარებლებში სხივი ურტყამს უძრავ სამიზნეს და ასეთი დარტყმის ენერგია გაცილებით ნაკლებია.

რატომ ჰქვია კოლაიდერს ჰადრონს? ელემენტარულ ნაწილაკებს შორის არის ჰადრონების ოჯახი. მასში შედის პროტონები და ნეიტრონები, რომლებიც ქმნიან ყველა ატომის ბირთვს, ასევე სხვადასხვა მეზონებს. ჰადრონების მნიშვნელოვანი თვისებაა ის, რომ ისინი არ არიან ჭეშმარიტად ელემენტარული ნაწილაკები, არამედ შედგებიან გლუონებით „ერთად შეკრული“ კვარკებისგან.

ყველა ჰადრონის გაფანტვა არ შეიძლება ჰადრონულ კოლაიდერში, მაგრამ მხოლოდ ის, რომელსაც აქვს ელექტრული მუხტი. მაგალითად, ნეიტრონი არის ნეიტრალური ნაწილაკი, რაც სახელიდან ჩანს და მასზე ელექტრომაგნიტური ველი არ მოქმედებს. აქედან გამომდინარე, ექსპერიმენტის ძირითადი ობიექტები იქნება პროტონები (წყალბადის ატომების ბირთვები) და მძიმე ტყვიის ბირთვები.

დღეს დიდი ადრონული კოლაიდერი ყველაზე ძლიერია მსოფლიოში. მისი დახმარებით ფიზიკოსები იმედოვნებენ, რომ მიიღებენ პროტონებს 7 ტევ ენერგიით (ტერაელექტრონვოლტი, ანუ 10 12 ევ). ეს ნიშნავს, რომ შეჯახების დროს გამოიყოფა მთლიანი ენერგია 14 ტევ. ამ ენერგიის მისაღწევად პროტონებმა უნდა იმოგზაურონ თითქმის სინათლის სიჩქარით (უფრო ზუსტად, სინათლის სიჩქარის 0,999999991). გარდა ამისა, თითოეული პროტონი ერთ წამში 27 კილომეტრიან რგოლში 11000-ჯერ გაივლის! პროტონების სხივს შეუძლია კოლაიდერის შიგნით 10 საათის განმავლობაში ფრენა. ამ დროის განმავლობაში ის გადალახავს 10 მილიარდ კილომეტრზე მეტს – მანძილს პლანეტა ნეპტუნამდე და უკან.

როგორ არის მოწყობილი?

ზეგამტარი მაგნიტები დამონტაჟებულია მთელი გვირაბის გასწვრივ. ნაწილაკები აჩქარებულია ელექტრულ ველში, მაგნიტური ველი კი მათ წრიული ბილიკით მიმართავს – წინააღმდეგ შემთხვევაში ისინი კედელს დაეჯახებიან. ვინაიდან მაგნიტები არ არიან მარტივი, მაგრამ სუპერგამტარები (მხოლოდ ისინი იძლევა მაგნიტური ველის საჭირო მნიშვნელობების მიღწევას), ისინი უნდა გაცივდეს 1,9 K ტემპერატურამდე, რომ იმუშაონ. ეს უფრო დაბალია ვიდრე ტემპერატურა გარე სივრცეში (2,7 K). ხმელეთის პირობებში კოსმოსური სიცივის მისაღებად საჭიროა კოლაიდერის გაგრილების სისტემებში 120 ტონა თხევადი ჰელიუმის ჩასხმა.

ორი სხივი მოძრაობს საპირისპირო მიმართულებით ორი რგოლოვანი მილის გასწვრივ. არაფერი არ უნდა შეუშალოს ხელი ნაწილაკების მოძრაობას, ამიტომ მილებიდან ჰაერი ღრმა ვაკუუმში ამოტუმბულია. შეჯახება შეიძლება მოხდეს მხოლოდ ოთხ წერტილში, სადაც მილები იკვეთება. ორ ნაწილაკს შორის თავდაპირველი შეჯახება საკმაოდ იშვიათი მოვლენაა. როდესაც 100 მილიარდი ნაწილაკისგან შემდგარი ორი სხივი ერთმანეთს კვეთს, მხოლოდ 20 ნაწილაკი ეჯახება. მაგრამ ვინაიდან სხივები წამში დაახლოებით 30 მილიონჯერ კვეთენ, ყოველ წამში 600 მილიონი შეჯახება შეიძლება მოხდეს.

რატომ არის საჭირო?

დღემდე ცნობილი ელემენტარული ნაწილაკების ურთიერთქმედება და გარდაქმნები კარგად არის აღწერილი თეორიით, რომელსაც ეწოდება სტანდარტული მოდელი. მაგრამ ეს თეორია ვერ პასუხობს ზოგიერთ კითხვას. მაგალითად, მას არ შეუძლია ახსნას, რატომ აქვს ზოგიერთ ნაწილაკს დიდი მასა, ზოგს კი საერთოდ არ აქვს. არსებობს ჰიპოთეზა, რომ მასაზე პასუხისმგებელია სპეციალური ნაწილაკი, ჰიგსის ბოზონი. ეს არის ის, რასაც ფიზიკოსები იმედოვნებენ, რომ აღმოაჩინონ მაღალი ენერგიის პროტონული სხივების შეჯახებისას. შესაძლებელია, რომ დიდი ადრონული კოლაიდერი დაგვეხმარება გავიგოთ, რა არის ბნელი მატერია და ბნელი ენერგია, რომლებიც, ასტროფიზიკოსების აზრით, სამყაროს მატერიის 95%-ზე მეტს შეადგენს.

მძიმე ბირთვების სხივების შეჯახებისას ფიზიკოსები იმედოვნებენ, რომ შექმნან პირობები დიდი აფეთქებისთვის - სამყაროს განვითარების საწყისი წერტილი. ითვლება, რომ აფეთქების შემდეგ პირველ მომენტებში მხოლოდ კვარკ-გლუონური პლაზმა არსებობდა. მიკროწამის მეასედი შემდეგ კვარკები გაერთიანდნენ სამებად და წარმოიქმნა პროტონები და ნეიტრონები. ჯერჯერობით ვერც ერთმა ექსპერიმენტმა ვერ შეძლო პროტონის „გაყოფა“ და მისგან ცალკეული კვარკების გამოდევნა. მაგრამ ვინ იცის, შესაძლოა, დიდი ადრონული კოლაიდერი გაუმკლავდეს ამ ამოცანას - ბოლოს და ბოლოს, როდესაც ტყვიის ბირთვები ეჯახება, ის უნდა მიაღწიოს ტემპერატურას ასი ათასი ჯერ უფრო მაღალი ვიდრე ტემპერატურა მზის ცენტრში.

როგორ დავინახოთ უხილავი?

სამწუხაროდ, მეცნიერებს ხელთ არ აქვთ ინსტრუმენტი, რომელიც პირდაპირ დაარეგისტრირებს, მაგალითად, კვარკ-გლუონის პლაზმას: უმნიშვნელოდ მოკლე პერიოდის შემდეგ, 10 -23 წამი, ის უკვალოდ გაქრება. ექსპერიმენტის შედეგები უნდა ვიმსჯელოთ „მტკიცებულებებით“ – ექსპერიმენტის დროს დაბადებული ნაწილაკების მიერ დატოვებული კვალი. როგორც ფიზიკოსები ხუმრობენ, ეს არ არის ადვილი, ვიდრე ჩეშირის კატის გარეგნობის ხელახლა შექმნა მისი ღიმილისგან.

შავი ხვრელების და "მსოფლიოს დასასრულის" შესახებ

არსებობს მრავალი მითი, რომელიც დაკავშირებულია დიდ ადრონულ კოლაიდერთან. მაგალითად, ისინი ამბობენ, რომ მაღალი ენერგიის მქონე ნაწილაკების შეჯახებისას წარმოიქმნება შავი ხვრელი, რომელშიც მას შეუძლია მთელი ჩვენი პლანეტა „გაიყვანოს“ და მოვა „მსოფლიოს დასასრული“. სინამდვილეში, 14 ტევ ენერგია, რაც ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკის რეკორდია, უკიდურესად მცირეა - ის ჯოულის ორი მემილიონედია. ერთი ლიტრი წყლის ადუღებამდე საჭირო იქნება ას მილიარდზე მეტი პროტონ-პროტონის შეჯახების ენერგია. გარდა ამისა, დედამიწა მილიარდობით წლის განმავლობაში დაბომბეს კოსმოსური ნაწილაკებით, რომელთა ენერგია მილიონჯერ აღემატება ამაჩქარებლის პროტონების ენერგიას. და ჯერჯერობით, მას არ მოჰყოლია რაიმე საშინელი შედეგები. მართალია, ზოგიერთი ფიზიკოსი თვლის, რომ შავი ხვრელები გამოჩნდება კოლაიდერში - მაგრამ მიკროსკოპული და ძალიან ხანმოკლე.

ენერგია იზომება სხვადასხვა ერთეულებში - ჯოულებში, კალორიებში, კილოვატ-საათში. საერთაშორისო SI სისტემა მოიცავს მხოლოდ ჯოულს. მაგრამ ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკაში ელექტრონ ვოლტი და მისი წარმოებულები - KeV, MeV, GeV, TeV - ყველაზე ხშირად გამოიყენება ენერგიის გასაზომად. ელექტრონვოლტი მოსახერხებელი ერთეულია. იგი ემყარება კარგად გააზრებულ მოსაზრებას, რომ ერთი ელექტრონი აჩქარდება 1 ვოლტის პოტენციალის სხვაობით და ამ პროცესში იძენს ენერგიის გარკვეულ რაოდენობას. 1 eV \u003d 1.6.10 -19 J. ელექტრონ ვოლტებში იზომება არა მხოლოდ ენერგია, არამედ მასა. აინშტაინის ცნობილი განტოლების E=mc 2 მიხედვით, ენერგია და მასა ერთი და იგივე მონეტის ორი მხარეა. მასა შეიძლება გარდაიქმნას ენერგიად და პირიქით. კოლაიდერში ასეთი გარდაქმნები ხდება ყოველი შეჯახებისას.

ის, რომ მატერია შედგება განუყოფელი ნაწილაკებისგან - ატომებისგან, ვარაუდობდა ძველი ბერძენი მეცნიერი დემოკრიტე (სხვათა შორის, "ატომი" ძველ ბერძნულად ნიშნავს "განუყოფელს"). მაგრამ მხოლოდ მრავალი საუკუნის შემდეგ ფიზიკოსებმა დაამტკიცეს, რომ ეს ასეა. შემდეგ აღმოჩნდა, რომ ატომი რეალურად შეიძლება დაიყოს - ის შედგება ელექტრონებისა და ბირთვისგან, ხოლო ბირთვი შედგება პროტონებისა და ნეიტრონებისგან. მაგრამ ისინი, როგორც გაირკვა, არ არის ყველაზე პატარა ნაწილაკები და, თავის მხრივ, შედგება კვარკებისგან. ფიზიკოსები თვლიან, რომ კვარკები მატერიის დაშლის ზღვარია და მსოფლიოში არაფერია ნაკლები. ხოლო კვარკები გლუონების (ინგლისური წებოდან - წებო) დახმარებით უერთდებიან ერთმანეთს.

ნაწილაკების ფიზიკა არის ბუნებაში ყველაზე პატარა ობიექტების შესწავლა. ატომის ზომაა 10-10 მ, ატომის ბირთვის ზომა 10-14 მ, პროტონისა და ნეიტრონის ზომაა 10-15 მ, ელექტრონები 10-18 მ-ზე ნაკლები, კვარკები კი ნაკლებია. 10 -19 მ. ამ რიცხვების შესადარებლად წარმოიდგინეთ, რომ პროტონის დიამეტრი იქნება დაახლოებით 10 სმ, მაშინ ელექტრონები და კვარკები იქნება 0,1 მმ-ზე ნაკლები, ხოლო მთელი ატომის დიამეტრი 10 კმ.