Ударные столкновения

Большой адронный коллайдер выполнил задачу-минимум на 2011 год. А именно - обеспечил запланированное число столкновений частиц или, как говорят физики, "интегральную светимость".

Для ускорителей элементарных частиц энергия далеко не единственный важный параметр. Способность разогнать протоны до энергии в 3,5 ТэВ (а по проекту предусмотрены и все 7 тераэлектронвольт) была бы фактически бесполезной, если бы сталкиваемые пучки не были достаточно плотными. Интересующие ученых события требуют точного попадания протонов "в лоб" друг другу, а этого можно добиться только повышением их числа, ростом количества сгустков частиц или же комбинацией методов. Каждый имеет свои ограничения (например протоны отталкиваются друг от друга электростатическими силами и очень много поместить их в ограниченный объем не выйдет), но чем больше плотность и количество - тем проще физикам наблюдать за изучаемыми процессами.

Для описания того, насколько много ускоритель обеспечивает столкновений, используется термин "светимость". Это величина, которая выражается в числе событий, поделенных на квадратные сантиметры и секунды. Если звучит сложно, поясним наглядным примером - допустим, на встречную полосу МКАД выезжает машина с незаконно установленной мигалкой. "Светимость" полосы составляет 0,04 событий на квадратный метр в секунду, а поперечная площадь злостного нарушителя ПДД - 2,5 квадратных метра. Умножаем 2,5 на 0,04 и получаем 0,1 событие в секунду. То есть в среднем такой нарушитель продержится 10 секунд. А если бы его площадь была больше (вместо машины с мигалкой развернутая поперек грузовая фура, 25 квадратных метров) - до события прошла бы секунда. И напротив, ёж площадью 0,01 метр, имеет все шансы на протяжении более получаса отделываться испугом.

Процесс рождения бозона Хиггса, по предварительным оценкам, может потребовать точного попадания частиц не просто друг в друга, а аккурат в площадку размеров в 2*10^-35 сантиметров квадратных: умножив это на проектную светимость, можно ожидать таких событий раз в пять секунд. Кроме того, существует еще и интегральная светимость - светимость, умноженную на время работы коллайдера (в случае со МКАД - на время с момента открытия магистрали, за вычетом перекрытия дороги на ремонт и по прочим причинам); именно ее плановую отметку превзошли недавно физики.

Детали этого достижения таковы: к концу прошлого года едва удавалось достичь отметки в 3,5% от расчетной, но потом светимость неуклонно повышалась, оборудование отлаживалось и в итоге цель оказалась достигнута даже раньше срока. Это позволяет рассчитывать на то, что в накопленной информации будет немало интересного - ученые, уже начавшие активную обработку материала, через какое-то время смогут представить свои результаты. Важно отметить: обработка данных занимает зачастую месяцы и даже годы, а столкновения пучков частиц продолжаются дальше. Работа колллайдера это длительные сеансы, а не разовый разгон частиц с последующим сшибанием их между собой внутри детектора.

Вопросы и ответы:

- А когда, наконец, найдут бозон Хиггса?

- Если все пойдет дальше теми же темпами, то достаточная для обнаружения бозона Хиггса светимость может быть достигнута к концу года. Далее см. про необходимость набора статистики и затраты времени на обработку данных. Кроме того, нельзя исключать и той возможности, что бозона Хиггса на самом деле нет. Или вместо одной частицы существует несколько разных. Физики-теоретики разработали в том числе и такие модели.