Большой адронный коллайдер(БАК)(Женева).Как он устроен и зачем он нужен.Возобновление разработок БАК в России(Дубна,Протвино)Роль ИИ в этих проектах.

[kuzmich774 1,856]

 

Как устроен Большой адронный коллайдер и зачем он нужен

 

 

Большой адронный коллайдер(БАК) — самый мощный ускоритель частиц в мире. Многие думают, что он способен уничтожить планету, создав черные дыры или опасную материю. Разбираемся, возможно ли это и зачем на самом деле нужен БАК

 

Что такое адронный коллайдер

 

 

Адронный коллайдер — это Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое. , разгоняющий частицы высокой энергии почти до скорости света с помощью воздействия электромагнитных полей. Такое название устройство получило потому, что работает с определенным классом частиц — Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.  (составными частицами, подверженными Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое. ) — и в процессе сталкивает их (англ. collider — сталкиватель).

Первый в мире адронный коллайдер ISR был Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.  в 1971 году Европейской организацией по ядерным исследованиям (ЦЕРН). Устройство было небольшим — 943 м в длину, а максимальная энергия частиц, до которой оно могло их разогнать, — 28 ГэВ. В 1980-х годах работу ISR остановили и направили финансовые средства, которые уходили на его содержание, на строительство более мощного электрон-позитронного коллайдера. Последний проработал до 2001 года, пока его не сменил Большой адронный коллайдер — на сегодняшний день Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.  ускоритель адронов в мире.

БАК находится на границе между Францией и Швейцарией, возле города Женевы, в тоннеле глубиной 100 м. Длина ускорителя — почти 27 км, а максимальная энергия частиц, до которой он может их разогнать, — 7 ТэВ, что почти в 230 раз больше, чем у первого адронного коллайдера.

Большой адронный коллайдер является самой крупной экспериментальной установкой в мире — в строительстве, которое длилось почти 10 лет, принимало участие более 10 000 ученых и инженеров из 100 стран. Затраты на создание БАК оцениваются в Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое. .

Сотрудники ЦЕРН создали онлайн-карту Большого адронного коллайдера, с помощью которой можно увидеть туннель, в котором он находится, и часть ускорительного кольца.

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.

Для чего нужен Большой адронный коллайдер

В физике элементарных частиц есть важный постулат — Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое. . Это теория, описывающая, как взаимодействуют элементарные частицы нашего мира: Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое. , Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое. , Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое. , Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое. . Ученым интересны эти отношения, потому что в результате них могут появиться новые или очень редкие элементы, которые плохо или вообще не изучены. Это, в свою очередь, позволит узнать больше о мире и его материи.

Чтобы открывать новые частицы, нужно проводить эксперименты. В этом ученым и помогают коллайдеры. Установки воспроизводят процессы, которые в действительности происходят в природе, то есть Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.  заряженные частицы материи — протоны с протонами или электроны с позитронами. После этого собранные данные фиксируются и передаются на компьютер. У ученых есть возможность детально изучить результаты взаимодействия заряженных частиц: обнаружить следы распада Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое. , пи- и К-мезонов и другие события, возникшие в коллайдере.

Анатолий Сидорин, заместитель начальника ускорительного отделения Лаборатории физики высоких энергий имени В. И. Векслера и А. М. Балдина в Дубне, один из ведущих экспертов по кольцевым ускорителям и коллайдерам:

«Строительство Большого адронного коллайдера в ЦЕРН вызвало закрытие нескольких небольших ускорительных лабораторий почти по всей Европе: в Голландии, в Швеции, во Франции. Но Национальное научное сообщество на это пошло, потому что это был общеевропейский проект — с ним Европа становилась лидером в области физики высоких энергий.

В первую очередь от Большого адронного коллайдера ожидали обнаружение Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.  (элементарная частица с нулевым моментом импульса и нулевым зарядом, которая играет важную роль в Стандартной модели, и чье существование было предсказано задолго до обнаружения. — РБК Тренды). Но, конечно, ради одной частицы его строить не стоило. Основные серьезные надежды физики связывали с тем, что БАК откроет что-то неожиданное. Так, помимо изучения хиггсовского механизма, одной из задач был поиск микроскопических черных дыр. К сожалению, пока их не нашли».

Помимо поиска черных дыр и обнаружения бозона Хиггса, перед адронным коллайдером стоит еще несколько задач:

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое. , то есть подтверждение теории о том, что у каждой элементарной частицы Вселенной есть Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое. . Если БАК сможет доказать это явление, то подтвердится, что Стандартная модель — не единственная теория устройства элементарных частиц, а лишь часть большой системы микромира.
• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.  — самых тяжелых элементарных частиц. Их свойства недостаточно изучены и потому интересны физикам.
• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое. , которая возникает при столкновении ядер свинца. Исследование этого явления поможет ученым построить более совершенные теории сильных взаимодействий частиц.

 

Один из секторов туннеля, в котором находится БАК (Фото: wikimedia.org)

 

Как работает Большой адронный коллайдер

 

Большой адронный коллайдер — это ускорительное кольцо окружностью 27 км, оборудованное огромным количеством установок, каждая из которых выполняет свою функцию. Ускорительное кольцо можно условно разделить на восемь секторов, через которые проходят пучки частиц.

Пучки частиц поступают в Большой адронный коллайдер из предварительного ускорителя SPS — протонного суперсинхротрона, который их формирует, а затем впрыскивает в специальный отсек БАК. Внутри коллайдера протоны начинают циркулировать в противоположных направлениях по двум вакуумным трубам. По мере своего движения они пролетают через следующие установки ускорительного кольца:

• Ускорительная секция. Протонные пучки впрыскиваются в БАК на энергии 0,45 ТэВ и ускоряются до 7 ТэВ уже внутри коллайдера. С каждым новым оборотом через ускорительную секцию протоны получают дополнительную энергию.
• Система сброса пучка. Эта установка останавливает и выводит из БАК протонный пучок, если он отклоняется от заданной траектории.
• Чистка пучка. По мере движения протонного пучка по вакуумной трубе некоторые его частицы могут отклониться. Система очистки пучка отсекает их, не задевая основную часть пучка.
• Детекторы. Основная задача этих установок — зафиксировать результат взаимодействия частиц и передать соответствующую информацию в цифровом виде в центр управления ЦЕРН.

 

Устройство БАК (на схеме обозначен как LHC — Large Hadron Collider

 

Анатолий Сидорин:

«Детектор — это огромное количество электроники, по сигналам которой можно отследить сорта частиц, образованные при столкновении пучков протонов, а также их параметры: энергию, направление движения и так далее.

Все данные получаются в виде потока информации — около 20 Гб в секунду. Такой объем информации просто так сохранить невозможно, поэтому есть дополнительная сортировка. Из всего объема информации, которая идет от электроники детектора, отбираются только те сигналы, по которым можно реконструировать события — возникновение частиц.

Дальше вся информация записывается на диск. Полный объем данных, поступающий с Большого адронного коллайдера, хранится в вычислительном центре ЦЕРН. Есть еще 12 центров более низкого уровня, на которых размещены резервные фрагменты этих данных, например у нас, в Дубне. То есть данные распределяются по всему миру».

 

Для того чтобы удерживать протонные пучки внутри ускорителя, на них необходимо воздействовать магнитным полем. Для этого на Большом адронном коллайдере установлено несколько тысяч Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое. .

 

Один из поворотных магнитов спускают в шахту для установки на БАК (Фото: home.cern)

 

Кто обслуживает Большой адронный коллайдер

 

Все органы управления БАК Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.  в центре управления ЦЕРН. В постоянном штате примерно 1,5 тыс. человек: инженерный научный персонал, который обеспечивает работу ускорительного комплекса, сотрудники, занимающиеся развитием, ремонтом и модернизацией установки и так далее.

Другая категория сотрудников на БАК — приглашенные группы ученых, которые проводят эксперименты. Они приезжают на определенное время и изучают данные, полученные с детектора. Помимо этого, физики из других стран помогают контролировать работу БАК: выходят на смены и следят за его приборами и системами.

Большой адронный коллайдер работает круглосуточно — выключать его нельзя. Это связано с тем, что он постоянно потребляет большое количество энергии, в основном на поддержание низкой температуры. Наблюдать за коллайдером тоже нужно постоянно, поэтому сутки разделены минимум на три рабочие смены.

 

 

Сотрудники ЦЕРН рядом с крупным детектором ATLAS (Фото: home.cern)

 

Что открыли на Большом адронном коллайдере

 

 

На сегодняшний день бозон Хиггса — единственное открытие, сделанное на Большом адронном коллайдере. Эта элементарная частица была необходима ученым, чтобы объяснить Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое. , в результате которой другие частицы, которые изначально ничего не весили, приобрели массу.

Чтобы объяснить нарушение симметрии, в 1970-х годах Питер Хиггс и еще несколько ученых Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.  теорию, согласно которой Вселенную пронизывает некое поле, при взаимодействии с которым частицы приобретают массу. Позже его назвали полем Хиггса. Для подтверждения теории ученым нужно было найти и доказать существование бозона Хиггса — основы материи поля Хиггса.

Несколько десятков лет Франсуа Энглерт и Питер Хиггс путем экспериментов пытались обнаружить бозон Хиггса, но все было безрезультатно. Эту частицу сложно увидеть, потому что она нестабильна, а появившись, сразу распадается — нужно было мощное оборудование, которое сможет запечатлеть следы ее распада. Однако с помощью экспериментов на электрон-позитронном коллайдере ученые смогли определить примерную массу бозона Хиггса, что значительно облегчило поиски.

Работы были продолжены на Большом адронном коллайдере, и в 2012 году экспериментаторы Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое. , что каждый из них наблюдал новую частицу, которая своей массой и другими признаками похожа на бозон Хиггса. В 2013 году находку ученых официально признали, а Франсуа Энглерт и Питер Хиггс Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.  Нобелевскую премию за свои открытия.

Почему люди боятся Большого адронного коллайдера

БАК и микроскопические черные дыры

Согласно одной Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое. , во время столкновения протонов на Большом адронном коллайдере могут появиться черные дыры. Если они окажутся стабильными и не распадутся, то попадут в центр Земли, поглотят ее материю и разрушат планету. Начало этим предположениям положил гаваец Уолтер Вагнер — он Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.  иск с требованием остановить строительство БАК и провести дополнительные тесты, чтобы доказать безопасность установки. После суда стали переживать и остальные. Так, группа неизвестных Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.  расправой ученым, которые работали над БАК.

Но устрашающий сценарий невозможен. То, что происходит в БАК, также Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.  в природе, только в гораздо больших масштабах и на огромных мощностях. А значит, микроскопические черные дыры уже давно бы возникли. Кроме того, согласно теории относительности Эйнштейна, микроскопические черные дыры не могут возникнуть на БАК, потому что частицы, которые могли бы их образовывать, моментально распадаются.

 

Анатолий Сидорин:

«Если микроскопические черные дыры найдут на Большом адронном коллайдере, это будет революция в науке. Какова их судьба? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно вспомнить механизм Хокинга, описывающий принцип испарения черной дыры: чем меньше масса черной дыры, тем быстрее она исчезает. Микроскопическая черная дыра будет жить микроскопическое время — после появления она тут же испарится».

 

БАК и страпельки

Последователи другой теории предполагают, что во время работы БАК могут появиться страпельки — Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.  странной материи, которая состоит из странных кварков. Если эти частицы попадут в обычную материю, то начнется цепная реакция и вся планета превратится в комок странной материи, непригодный для жизни.

Осложняется все тем, что странная материя до сих пор плохо изучена и никто из ученых не может сказать, как она себя поведет (отсюда и ее название).

Однако многолетние эксперименты Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое. , что за все время работы БАК в нем не возникло ни одной страпельки. Найти эти части Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.  и физики из Брукхейвенской национальной лаборатории в Нью-Йорке на другом коллайдере, но поиски, которые начались еще в 2000 году, на сегодняшний день не дали результатов.

БАК и магнитные монополи

Магнитные монополи — Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.  с одним магнитным зарядом: либо северным, либо южным. Согласно некоторым Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое. , если эти элементы действительно существуют, они могут вызвать распад протонов — одних из основных частиц материи — и, как следствие, разрушение материи и мира.

Люди опасаются, что в БАК могут производиться магнитные монополи. Но это не так: специалисты ЦЕРН Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое. , что если монополи и существуют, они имеют слишком большую массу — даже для БАК. Но даже имея подходящий для ускорителя вес, они уже давно бы появились: космические лучи, попадающие в атмосферу Земли, произвели бы их намного раньше.

 

Анатолий Сидорин:

«Мифы о Большом адронном коллайдере возникают из-за гипертрофированного антропоцентризма. Многие думают, что человек — самая мощная сила на планете, и он может уничтожить планету. На самом деле это не так.

Все ускорители, которые работают на текущий момент, производят в тысячи, если не в миллионы раз меньше событий, чем космическое излучение, падающее на Землю. Все, что делают коллайдеры, происходит со значительно большей частотой в течение всего времени существования планеты в атмосфере и на поверхности земли.

Поэтому все мифы о том, что во время работы коллайдера может возникнуть что-то, что уничтожит землю, — это просто переоценка возможностей человечества, оно не обладает такими способностями».

 

Анатолий Сидорин:

«Мифы о Большом адронном коллайдере возникают из-за гипертрофированного антропоцентризма. Многие думают, что человек — самая мощная сила на планете, и он может уничтожить планету. На самом деле это не так.

Все ускорители, которые работают на текущий момент, производят в тысячи, если не в миллионы раз меньше событий, чем космическое излучение, падающее на Землю. Все, что делают коллайдеры, происходит со значительно большей частотой в течение всего времени существования планеты в атмосфере и на поверхности земли.

Поэтому все мифы о том, что во время работы коллайдера может возникнуть что-то, что уничтожит землю, — это просто переоценка возможностей человечества, оно не обладает такими способностями».

 

2.Возобновление советских разработок Большого Адронного Коллайдера(БАК) в России(Дубна,Протвино Московской области)

 

После начала конфликта в Украине российских ученых отстранили от работы на Большом адронном коллайдере (БАК) в ЦЕРН. Это стимулировало Россию к развитию собственных крупных проектов, таких как NICA и перезапуск коллайдера в Протвино, для обеспечения независимых исследований в области физики высоких энергий. 

 

Россия достраивает свой адронный коллайдер. Чего ждать после запуска

 

Строящийся коллайдер NICA. Фото 2021 года

 

На площадке Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) завершается строительство ускорительного комплекса NICA. Его называют "младшим братом" Большого адронного коллайдера. О крупнейшей российской установке уровня мегасайенс и о том, какие задачи ей предстоит решать.

 

 

Продолжая традиции

В середине 1950-х практически одновременно в мире появились два крупных научных центра по изучению фундаментальных свойств материи: ЦЕРН в Швейцарии и ОИЯИ в СССР. Учредителями последнего стали 13 государств, в основном — представители социалистического лагеря.

 

Сегодня ОИЯИ объединяет 19 стран-участниц. Это единственная в России международная межправительственная научная организация, зарегистрированная ООН. На долю института приходится примерно половина достижений в области ядерной физики, сделанных на территории бывшего СССР за последние 70 лет.

 

Здесь открыли десять новых элементов таблицы Менделеева, среди которых московий (атомный номер 115), дубний (105), оганесон (118) и флеровий (114). Их назвали в честь Московской области и города Дубны, российских ученых Юрия Оганесяна, научного руководителя Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ, и Георгия Флерова — одного из основателей института.

В 1957-м в Дубне запустили самый мощный на тот момент в мире ускоритель заряженных частиц — синхрофазотрон, способный разгонять протоны до рекордной энергии 10 ГэВ (десять миллиардов электронвольт).

Сверхпроводящий коллайдер протонов и тяжелых ионов NICA (Nuclotron-based Ion Collider fAcility) — прямой наследник этой уникальной установки. Синхрофазотрон остановили в 2002-м, а его огромный магнитовод, или, как говорят ученые, ярмо магнита, использовали для строительства одной из ступеней комплекса NICA.

 

В корпусе, где размещался первый синхрофазотрон ОИЯИ

Лучше БАКа

По современным теоретическим представлениям наша Вселенная родилась примерно 14 миллиардов лет назад во время Большого взрыва. В первую микросекунду после этого события возникли элементарные частицы — кварки. По мере разуплотнения среды они объединились в адроны — протоны и нейтроны, из которых затем сформировались ядра атомов.

 

 

Внутри адронов кварки скреплены особыми частицами сильного взаимодействия — глюонами (от англ. glue — клей). Физики считают, что до появления адронов среда была настолько плотной, что кварки и глюоны не образовывали никаких структур, а материя существовала в виде кварк-глюонной плазмы. Ее температура составляла триллионы градусов. Температура и плотность постепенно падали, и начали возникать связанные состояния вещества.

При каких условиях произошел фазовый переход от кварк-глюонной к ядерной форме существования материи, ученые не знают. Это один из главных вопросов современной физики. Как предполагают, если направить друг на друга два пучка ионов высокой энергии, в месте их столкновения возникнет "смешанная фаза" — переходное состояние между кварк-глюонной плазмой и адронным веществом. Именно такой эксперимент хотят провести на коллайдере NICA. Воссоздание изначального состояния вещества должно пролить свет на то, как образовались все материальные объекты во Вселенной.

В ЦЕРНе на Большом адронном коллайдере тоже изучают кварк-глюонную плазму. Этим занимается детектор ALICE. Он анализирует результаты столкновения тяжелых ионов, но зафиксировать момент фазового перехода не может — мешает огромная ускорительная мощность БАКа. Частицы соударяются с такой энергией, что продукты столкновения очень быстро разлетаются в стороны. Огромную плотность вещества, необходимую для исследования кварк-глюонной плазмы, не удается удержать сколько-либо заметное время. Аналогичные опыты проводят и в Брукхейвенской национальной лаборатории в США — тоже пока без очевидного результата.

 

Детектор ALICE

 

По сравнению со "старшими братьями" коллайдер NICA — менее мощный. Если в эксперименте ALICE ионы разгоняют до энергии 2.76 ТэВ, то здесь по плану тяжелые ядра будут ускоряться до 4,5 ГэВ, протоны — до 12,6 ГэВ. Зато он способен удерживать максимальную плотность плазмы — около 20 миллиардов тонн на кубический сантиметр. Это сопоставимо с плотностью нейтронных звезд. Поэтому для воссоздания в лабораторных условиях особого состояния вещества, в котором пребывала Вселенная в первые мгновения после Большого взрыва, ускоритель в Дубне подходит даже лучше, чем БАК.

 

"Теоретики предсказали множество фазовых переходов внутри этого первичного вещества, — говорит Анатолий Сидорин, заместитель начальника ускорительного отделения Лаборатории физики высоких энергий ОИЯИ. — Их и будут исследовать на нашем коллайдере. Задача — определить, как меняются свойства вторичных родившихся частиц в зависимости от энергии и размеров сталкивающихся ядер".

 

Анатолий Сидорин, заместитель начальника ускорительного отделения Лаборатории физики высоких энергий ОИЯИ

 

Как устроен NICA

Комплекс NICA представляет собой каскад, состоящий из двух линейных ускорителей, выполняющих роль источников частиц (тяжелых и легких ионов), двух циклических ускорителей — бустера и нуклотрона, осуществляющих поэтапный разгон практически до скорости света, и, собственно, коллайдера с двумя детекторами, фиксирующими столкновения.

 

Схема ускорительного комплекса проекта NICA

 

"Сначала частицы доводят в линейном ускорителе до небольшой энергии — примерно 20 процентов от скорости света, — объясняет Сидорин. — После этого пучок ускоряется в бустере высокочастотным электрическим полем. Примерно за три секунды он набирает энергию, соответствующую 60 процентам скорости света. Оставшиеся 40 процентов добирает в нуклотроне".

 

В туннеле бустера ускорительного комплекса NICA

 

Линейный ускоритель тяжелых ионов и две циклические ступени уже готовы. В здании коллайдера завершаются инженерные работы. К концу года закончат сборку всех магнитов, проведут пусконаладочные работы. Первые столкновения должны получить в начале 2024-го. В высокой степени готовности находится и главный аналитический узел комплекса — многоцелевой детектор MPD (Multi-Purpose Detector).

 

Многоцелевой детектор MPD коллайдера NICA

"Он будет измерять все основные параметры, необходимые для понимания происходящих процессов, — рассказывает Сергей Мерц, ведущий научный сотрудник Лаборатории физики высоких энергий ОИЯИ. — Второй, детектор SPD, или детектор спиновой физики, запустят позже, ориентировочно к 2030-му. Его задача — изучать столкновения поляризованных протонов, дейтронов, нейтронов, их спиновую структуру".

 

Сергей Мерц, ведущий научный сотрудник Лаборатории физики высоких энергий ОИЯИ

 

Увидеть своими глазами

Помимо фундаментальных проектов на комплексе NICA уже реализуют множество практических экспериментов. Сейчас, например, там проходят испытания микросхемы, предназначенные для работы в космосе. В космических лучах содержатся тяжелые ионы, и нужно понимать, как на них будет реагировать электроника приборов. Изучают также влияние излучения на организм человека и биологические объекты.

 

В перерывах между циклами столкновений на ускорителе планируют проводить исследования в области наук о жизни, материаловедения, ядерной энергетики.

"За прошедшие восемь лет огромное количество технологий и разработок, которые нужны были для NICA, вышли в промышленность, на коммерческие предприятия и уже улучшают качество нашей жизни, — сообщил на встрече с журналистами директор ОИЯИ, академик РАН Григорий Трубников. — Например, в системах безопасности и на транспорте. Камеры распознавания лиц пришли из физики частиц, из наших детекторов".

 

Директор ОИЯИ, академик РАН Григорий Трубников

 

Есть у комплекса NICA и просветительская функция. Как правило, обычному человеку попасть на подобные закрытые объекты очень трудно. Но теперь такая возможность появилась. Одним из направлений Десятилетия науки и технологий в России (с 2022 по 2031-й) стала инициатива "Научно-популярный туризм".

 

В феврале 2023-го состоялся первый тур в Дубну. Школьники восьмых–десятых классов из Москвы в сопровождении учителей приехали в наукоград, чтобы познакомиться с ОИЯИ и его научными установками и исследованиями. А также — узнать больше про ядерную физику. Такие экскурсии планируют проводить регулярно.

 

В туннеле коллайдера NICA

 

Строительство коллайдера NICA реализуется в рамках национального проекта "Наука и университеты".

 

Путин запустил российский коллайдер

Президент РФ Путин дал старт технологическому пуску российского коллайдера NICA

Президент России Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.  дал старт пуску ускорительного комплекса NICA во время посещения Объединенного института ядерных исследований в подмосковной Дубне. Об этом сообщает Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое. .

Технологический пуск отмечает собой начало международной программы исследований. Будет проведено тестирование работы источников питания сверхпроводящих магнитов коллайдера, а также тестирование сверхпроводящего магнита первой экспериментальной установки комплекса — MPD (Multi-Purpose Detector).

В создании комплекса участвовали ученые из 30 стран мира, а также Европейской организации по ядерным исследованиям (CERN). Проект объединяет более чем 130 научных организаций, из которых 36 находятся в России.

NICA (Nuclotron-based Ion Collider Faсility, НИКА) представляет собой сверхпроводящий коллайдер протонов и тяжелых ионов, строительство которого началось с 2013 года на базе Лаборатории физики высоких энергий. Задачей эксперимента является изучение сильно сжатой барионной материи, которая существует в недрах нейтронных звезд, а также кварк-глюонной плазмы — совокупности из кварков и глюонов, находящихся в тепловом равновесии. Предполагается, что кварк-глюонная плазма существовала в первые мгновения после Большого взрыва.

 

К жизни вернется советский адронный коллайдер, заброшенный в 90-х годах. На его обследование уйдет 176 миллионов

Институт физики высоких энергий «Курчатовского института» планирует направить 176 млн руб. бюджетных средств на оценку состояния недостроенного адронного коллайдера под Москвой. Комплекс, который начали строить в СССР, сравнивают с проектом Большого адронного коллайдера, от которого отстранили российских физиков год назад. На оценку состояния заброшенного коллайдера отвели год.

 

 

 

 

Адронный коллайдер снова изучат

Как стало известно CNews, «Курчатовский» институт собирается потратить 176 млн руб. из госбюджета на выполнение работ по обследованию технического состояния объекта незавершенного строительства «Ускорительно-накопительный комплекс протонов (УНК) на энергию 600 ГэВ».

ФГБУ «Институт физики высоких энергий имени А.А.Логунова (Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое. ) НИЦ «Курчатовский институт» разместил соответствующую закупку.

Адронный коллайдер нужен для того, чтобы ускорять частицы до очень высоких скоростей и сталкивать их. Это позволяет ученым изучать, из чего состоит Вселенная, и проверять теоретические модели, воспроизводя условия ранней Вселенной. В результате столкновений рождаются новые, доселе неизвестные частицы, которые фиксируются детекторами. 4 июля 2012 г. в Европейском центре ядерных исследований (Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое. ), где работает Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое. , объявили об открытии Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое. . Это была последняя до тех пор не обнаруженная элементарная частица из предсказанных теоретически.

 

Большой адронный коллайдер, самый мощный в мире, с которым сравнивают недостроенный советский объект

 

Цель работ на заброшенном советском коллайдере, который глава НИЦ «Курчатовский институт» Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.  сравнил с Большим адронным коллайдером, — «определение возможности продолжения строительства», следует из технической документации. В рамках работ должна быть дана оценка техническому состоянию Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.  конструкций сооружений, планируется фиксация дефектов и повреждений. Работы будут выполнены в Протвино (Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое. ) по адресу пл. Науки, 1. Они пройдут в два этапа на наземных и подземных сооружениях, срок окончания — до 30 ноября 2026 г.

Работы будут выполнены в рамках плана мероприятий по снижению объемов и количества объектов незавершенного строительства, он утвержден НИЦ «Курчатовский институт»

Технические параметры работ

Адронный коллайдер признан опасным производственным объектом II класса. Подрядчику предстоит обследовать 56 его частей. Необходимо изучить документанцию, провести Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.  исследование, обмерить, выполнить геодезическо-маркшейдерские и многие другие работы, в том числе с привлечением альпинистов.

Планируется как обследование надземной части, так и техническое обследование подземных сооружений, кабельного коллектора. Специалистам придется спуститься в кольцевой канал длинной 21 км, каналы инжекции Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое. , аварийного сброса пучка, экспериментальный комплекс «Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое. », а исследовать многие другие объекты.

В материалах также указано, что проектная документация Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.  адронного колайдера, созданная в 1983 г., сохранилась только на бумажном носителе в единственном экземпляре и не может быть представлена в электронном виде. Для ознакомления с ней необходимо явиться в архив.

Также уточняется, что последний раз сооружение исследовали в 2013 г. Несмотря на то, что проект был остановлен еще в 90-е, строительные работы на нем прекратились только в 2013 г. При этом консервация объекта не выполнялась.

История создания советского адронного коллайдера

Согласно данным ГНЦ Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.  ОУК, крупнейшим в мире протонным ускорителем долгое время оставался У-70, запущенный в 1967 г. Несмотря на рекордную для своего времени энергию, было очевидно, что ее будет недостаточно для решения целого ряда фундаментальных проблем физики микромира. Кроме того, в крупнейших исследовательских центрах Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.  и Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.  шла интенсивная работа по реализации проектов более мощных машин, чем У-70.

«У-70 оставался лидирующим по энергии ускорителем в мире в течение пяти лет после его создания. За это время мы успели сделать здесь несколько интересных открытий, таких, как возрастание полных сечений и радиуса сильных взаимодействий с ростом энергии столкновений или эффект масштабной инвариантности в процессах множественной генерации адронов. Я думаю, что У-70 сыграл важную роль и внес довольно существенный вклад в мировую физику частиц», ─ рассказывал в интервью «Научной России» руководитель отдела теоретической Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.  НИЦ «Курчатовский институт» Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.  в 2021 г.

Вплоть до восьмидесятых годов в мире не было ускорителей, сравнимых с У-70 по размерам и энергиям. Объект продолжает работу и сегодня.

 

3.Как ИИ обрабатывает данные Большого Адронного Коллайдера(БАК)?

 

То, что десятилетиями оставалось невидимым для физиков, теперь открывает искусственный интеллект. Нейросети обрабатывают данные БАК в тысячи раз быстрее человека. Как алгоритмы помогают ученым раскрывать тайны материи, и почему современная физика уже немыслима без них?

 

 

Представьте, что вам нужно найти одну песчинку на пляже, при этом каждую секунду площадь пляжа увеличивается. Песчинки — это частицы, рожденные в столкновении протонов. Их нужно систематизировать, идентифицировать и изучить. Примерно так выглядит работа с данными Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.  (БАК) — самого мощного ускорителя частиц в мире. За год экспериментов БАК генерирует данных больше, чем появляется контента в соцсетях за десятилетие.

Но есть и хорошие новости: ученые научились делегировать эту титаническую задачу искусственному интеллекту. Нейросети не просто ускоряют анализ — они находят аномалии, которые человек мог бы пропустить, и даже предсказывают существование неизвестных частиц. Например, в 2023 году ИИ помог зафиксировать нейтрино, рожденные в БАК, — событие, которое физики ждали десятилетиями. Как алгоритмы стали незаменимыми помощниками в охоте за тайнами Вселенной, и какие открытия ждут нас в будущем?

БАК: гигантский микроскоп и цифровой монстр

Между Швейцарией и Францией на глубине 100 метров лежит 27-километровое кольцо БАК. Здесь протоны разгоняются до 99.999999% Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.  и сталкиваются миллиарды раз в секунду. Каждое столкновение — это взрыв, рождающий тысячи частиц, которые фиксируют детекторы вроде ATLAS и CMS.

Данные, которые невозможно обработать вручную

Детекторы БАК — это не просто камеры, а сверхчувствительные «микроскопы», способные фиксировать следы частиц, рождающихся при столкновениях протонов. Каждую секунду детектор ATLAS записывает до 1 петабайта данных — это примерно 200 000 фильмов в HD-качестве, загруженных одновременно. Но проблема не только в объеме.

Почему данные БАК — это хаос, а не четкие снимки?

Когда протоны сталкиваются почти на скорости света, они не просто разбиваются, как бильярдные шары. Вместо этого рождаются сотни частиц, разлетающихся в разные стороны. Детекторы фиксируют их следы — треки, которые выглядят как запутанные нити в гигантском клубке.

 

Например, в 2024 году в эксперименте CMS Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.  столкновение, в котором появилось более 1000 частиц одновременно. Человеческий глаз даже при помощи сверхмощных приборов не способен выделить среди них что-то важное — здесь нужны алгоритмы.

Как отбирают данные?

Физики сталкиваются с реальной проблемой: даже Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.  не могут обработать весь поток информации. Поэтому 99,99% данных отбрасывают еще до детального анализа.

Но как решить, что сохранить, а что удалить? Раньше использовали триггерные системы — жесткие фильтры, настроенные на поиск конкретных событий. Например, если ученые искали Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое. , система отсекала все, что не соответствовало его ожидаемым свойствам. Проблема в том, что так можно пропустить что-то неожиданное — например, следы темной материи.

 

Большой адронный коллайдер

 

 

ИИ меняет правила игры

Современные нейросети анализируют данные в реальном времени и учатся выделять аномалии без жестких предустановок. Например, в 2025 году алгоритм на основе графовых нейронных сетей (GNN) сократил время обработки треков частиц с миллисекунд до микросекунд.

 

Но главный прорыв — Unsupervised learning (обучение без учителя). Вместо того, чтобы искать заранее заданные паттерны, ИИ учится находить отклонения от нормы. В 2024 году такой метод помог Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.  необычный всплеск энергии в данных ATLAS — возможно, намек на новую частицу за пределами Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.  модели (общепринятой теории строения и взаимодействия элементарных частиц).

Ученые экспериментируют с квантовыми нейросетями, которые смогут работать с квантовой запутанностью частиц. Если технология окажется успешной, это позволит анализировать данные БАК еще быстрее и точнее.

Почему нейросети — идеальный инструмент

Еще одна проблема физиков: чем мощнее становятся ускорители, тем сложнее анализировать их данные. Традиционные методы не справляются — здесь нужен принципиально другой подход. Нейросети подходят для этого идеально, поскольку они не просто обрабатывают информацию, а учатся находить закономерности, которые человек даже не пытался искать.

ИИ видит то, что не видим мы

В 2024 году алгоритм, обученный всего на 1% данных БАК, Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.  аномалию в столкновениях протонов — слабый сигнал, который мог указывать на новую частицу. Физики не задавали параметры поиска — нейросеть использовала самостоятельное обучение и сама выделила отклонения от Стандартной модели. Этот случай — не исключение.

В эксперименте Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.  (Фермилаб, США) нейросети сократили время анализа треков нейтрино в 20 раз. Они мгновенно отличали реальные события от фонового шума, в то время как традиционные методы требовали часов ручной проверки.

Три причины, почему ИИ побеждает там, где люди бессильны:

1. Скорость. Детектор ATLAS генерирует 1 петабайт данных в секунду. Нейросети обрабатывают их в реальном времени — человеку на те же операции потребовались бы годы.
2. Точность. В 2025 году графовые нейросети (GNN) в ЦЕРНе (Европейская организация по ядерным исследованиям) достигли 97% точности в восстановлении треков частиц — даже когда детектор фиксировал свыше 1000 частиц за одно столкновение.
3. Гибкость. Алгоритмы GAN (генеративно-состязательные сети) научились моделировать столкновения за миллисекунды — в 80 раз быстрее классических симуляций. Это Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.  физикам проверять гипотезы без запуска БАК.

Физика как источник вдохновения для ИИ

Нейросети не просто применяют в физике — их архитектура основана на физических принципах. Например:

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.  используют модель ферромагнетиков: нейроны «выстраиваются» как атомы в магнитном материале, минимизируя энергию системы. Это позволяет восстанавливать данные даже из зашумленных сигналов.
• Машины Больцмана (Хинтон) работают по законам статистической физики, предсказывая состояния системы через распределение энергии.

В 2025 году в ЦЕРНе тестируют квантовые нейросети, которые смогут анализировать квантовую запутанность частиц. Первые эксперименты показывают, что такие алгоритмы ускорят поиск темной материи.

Три кейса: как ИИ меняет физику частиц

Переход от теории к практике занял меньше десяти лет. Сегодня нейросети не просто обрабатывают данные — они становятся соавторами открытий.

Трекинг частиц: графовые сети против хаоса

Представьте, что вы пытаетесь восстановить маршрут сотен мух, пролетевших через комнату, по их следам на стенах. Так выглядит трекинг частиц в детекторе.

 

Графовые нейросети (GNN) анализируют хиты — точки, где частицы оставляют следы в детекторе, — и соединяют их в траектории. В 2025 году алгоритмы на FPGA-чипах научились делать это за 4 микросекунды — быстрее, чем моргает человеческий глаз. Это критично для триггерных систем, которые решают, какие события сохранить, а какие отбросить.

GAN-сети: симуляции за миллисекунды

Российские ученые из ВШЭ и Яндекса Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.  генеративно-состязательную сеть (GAN), которая ускорила моделирование столкновений в 80 раз. Обычный расчет одного события занимает секунды, а GAN тратит миллисекунды.

 

 

Как это работает? Одна нейросеть («фальшивомонетчик») генерирует данные, а вторая («эксперт») сравнивает их с реальными. Постепенно «подделка» становится неотличимой от истины. Такой подход уже используют в эксперименте BaBar для изучения Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое. .

Охота на аномалии: нейтрино и топоний

Физики давно мечтали поймать нейтрино, рожденные в БАК, — эти частицы называют «призраками» за способность проходить сквозь материю почти без следа. В 2023 году нейросети в эксперименте FASER наконец обнаружили их, проанализировав данные с детектора, расположенного в 480 м от точки столкновения протонов. Это открытие подтвердило, что БАК может быть источником нейтрино высоких энергий — раньше их фиксировали только в космических лучах или ядерных реакторах.

Как ИИ помог найти «неуловимое»

Нейтрино не оставляют треков в детекторах — они проявляются только в редких столкновениях с атомами. Традиционные методы анализа пропускали 99% таких событий, но алгоритмы Deep Learning научились выделять характерные «всплески» энергии в данных. Например, в FASER нейросеть сократила время обработки сигналов с недель до часов, увеличив точность обнаружения на 40%.

Топоний: на грани фантастики

В 2025 году коллаборация CMS Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.  о возможном обнаружении топония — частицы, состоящей из топ-кварка и его античастицы. Если ее существование подтвердится, это станет первым доказательством связанных состояний сверхтяжелых кварков, предсказанных теорией, но никогда не наблюдавшихся.

Почему это важно:

• Топоний может нарушить Стандартную модель, так как его свойства не совпадают с расчетами. Например, его масса оказалась на 10% выше предсказанной — это может указывать на новые взаимодействия.
• Нейросети CMS выделили аномалию в данных, где обычные фильтры видели лишь шум. Алгоритм GNN (графовая нейросеть) восстановил треки частиц с точностью 92%, что позволило идентифицировать редкие события распада топония.

 

Сейчас физики проверяют данные на статистическую значимость. Если топоний существует, его изучение поможет:

• уточнить массу топ-кварка — ключевого параметра Стандартной модели;
• поискать следы темной материи — некоторые теории связывают ее с тяжелыми кварками.

Если Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.  подтвердится, это может перевернуть современные постулаты в физике частиц.

 

Ученые близки к обнаружению топония

 

 

Будущее: ИИ как соавтор открытий

Физики все чаще говорят о «новой эре», где ИИ не только анализирует данные, но и ставит гипотезы.

В ЦЕРНе тестируют системы, способные находить отклонения без заранее заданных шаблонов. Например, в 2024 году нейросеть выделила странный избыток пар топ-кварков — возможно, это след хиггсовых синглетов, предсказанных теорией суперсимметрии.

 

Главный вызов — понять, как ИИ принимает решения. В 2025 году в ЦЕРНе начали эксперименты с квантовыми нейросетями, которые могут работать с запутанными состояниями частиц. Но пока даже обычные алгоритмы остаются «черными ящиками»: например, никто точно не знает, почему GAN так хорошо имитирует столкновения.

Заменит ли ИИ физиков?

Кадзухиро Терао, физик из Национальной ускорительной лаборатории SLAC (США), Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое. , что современные нейросети стали незаменимым инструментом в физике частиц, хотя и не заменяют самих исследователей. Его работы показывают, как ИИ помогает ученым анализировать данные, которые раньше оставались незамеченными из-за человеческих ограничений в обработке информации.

Почему ИИ не станет «ученым в вакууме»:

• Гипотезы требуют человеческой интуиции. В 2025 году нейросеть в ЦЕРНе обнаружила аномалию в данных столкновений, но физикам пришлось месяцами проверять, не артефакт ли это. Алгоритм не понимает контекста — он лишь выделяет статистические отклонения.
• Ограничения «черного ящика». Даже передовые GNN (графовые нейросети) не объясняют, почему выбрали конкретное решение. Например, когда ИИ предсказал возможный сигнал топония, исследователям пришлось вручную анализировать 10 000 симуляций, чтобы подтвердить или опровергнуть результат.

Как меняется роль ученых

Рутинные задачи делегируют алгоритмам. В эксперименте FASER нейросети автоматически фильтруют 99% «пустых» событий, оставляя ученым только потенциально значимые данные. Это ускорило открытие нейтрино БАК в 2023 году.

 

Заменит ли ИИ физиков?

 

 

Появляются новые специальности. В ЦЕРНе появились «физики-аналитики ИИ» — специалисты, которые обучают алгоритмы и переводят их выводы на язык теорий. Например, они адаптировали методы Хопфилда для трекинга частиц, тем самым улучшив точность.

ИИ не заменяет фундаментальное понимание процессов. Если алгоритм найдет отклонение от Стандартной модели, только физик решит, новая это частица или ошибка в коде.

Сергей Запуниди

Старший научный сотрудник физического факультета МГУ, кандидат физико-математических наук, руководитель курса «Нейронные сети и их применение в научных исследованиях»

Ближайшие перспективы:

• К 2030 году ИИ возьмет на себя основную часть обработки данных в физике частиц, но формулировать теории и ставить эксперименты будут люди.
• Развивается направление «интерпретируемого ИИ» — алгоритмов, которые не только выдают результат, но и объясняют ход мыслей. Прототипы тестируют в ЦЕРНе, MIT и других научных институтах.

Что обнаружит ИИ в будущем

Открытие бозона Хиггса в 2012 году потребовало усилий тысяч людей. Сегодня нейросети делают подобные прорывы рутинной работой. Они не только ускоряют науку, но и меняют ее логику: теперь можно искать не только то, что предсказано теорией, но и то, что «кажется странным» алгоритму.

Остается главный вопрос: что обнаружит ИИ завтра? Возможно, темную материю или частицы из пятого измерения. Ясно одно — без нейросетей эти открытия были бы невозможны.

 

 

 

 

 

При написании статьи использовались следующие материалы:

 

1.Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.

2.Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.

3.Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.

4.Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.

5.Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.