Collider v Rusiji pospešuje delce v trkajočih se žarkih (trkalnik iz besede trčiti, v prevodu - trčiti). Potreben je za preučevanje produktov udarcev teh delcev med seboj, tako da znanstveniki dajo močno kinetično energijo elementarnim delcem snovi. Ukvarjajo se tudi s trkom teh delcev in jih usmerjajo drug proti drugemu.
Zgodovina ustvarjanja
Obstaja več vrst trkalnikov: krožni (na primer LHC - Veliki hadronski trkalnik v evropskem CERN-u), linearni (projektiral ILC).
Teoretično se je ideja o uporabi trka žarkov pojavila pred nekaj desetletji. Wideröe Rolf, norveški fizik, je leta 1943 v Nemčiji prejel patent za idejo trkajočih se žarkov. Objavljena je bila šele deset let pozneje.
Leta 1956 je Donald Kerst predlagal uporabo trka protonskih žarkov za študij fizike delcev. Medtem ko je Gerard O'Neill mislil izkoristiti akumulacijoobročki, da dobite intenzivne žarke.
Aktivno delo na projektu za ustvarjanje trkalnika se je začelo hkrati v Italiji, Sovjetski zvezi in ZDA (Frascati, INP, SLAC). Prvi trkalnik, ki je bil izstreljen, je bil trkalnik elektronov-pozitronov AdA, ki ga je izdelal Tushekavo Frascati.
Hkrati je bil prvi rezultat objavljen šele leto pozneje (leta 1966), v primerjavi z rezultati opazovanja elastičnega sipanja elektronov pri VEP-1 (1965, ZSSR).
Dubna Hadron Collider
VEP-1 (trkajoči se elektronski žarki) je stroj, ki je nastal pod jasnim vodstvom G. I. Budkerja. Nekaj časa pozneje so žarke pridobili v pospeševalniku v ZDA. Vsi ti trije trkalniki so bili testni, služili so za prikaz možnosti študija fizike osnovnih delcev z uporabo njih.
Prvi hadronski trkalnik je ISR, protonski sinhrotron, ki ga je leta 1971 lansiral CERN. Njegova energijska moč je bila 32 GeV v žarku. Bil je edini delujoči linearni trkalnik v devetdesetih.
Po lansiranju
Nov pospeševalni kompleks nastaja v Rusiji na podlagi Skupnega inštituta za jedrske raziskave. Imenuje se NICA - Nuclotron based Ion Collider facility in se nahaja v Dubni. Namen stavbe je preučiti in odkriti nove lastnosti goste snovi barionov.
Ko se stroj zažene, so znanstveniki iz Skupnega inštituta za jedrske raziskave vDubna pri Moskvi bo lahko ustvarila določeno stanje snovi, kot je bilo Vesolje v prvih trenutkih po velikem poku. Ta snov se imenuje kvark-gluonska plazma (QGP).
Gradnja kompleksa na občutljivem objektu se je začela leta 2013, zagon pa je načrtovan za leto 2020.
Glavne naloge
Posebno za dan znanosti v Rusiji je osebje JINR pripravilo gradivo za izobraževalne dogodke, namenjene šolarjem. Tema se imenuje "NICA - Vesolje v laboratoriju". Video sekvenca s sodelovanjem akademika Grigorija Vladimiroviča Trubnikova bo pripovedovala o prihodnjih raziskavah, ki se bodo izvajale na hadronskem trkalniku v Rusiji v skupnosti z drugimi znanstveniki z vsega sveta.
Najpomembnejša naloga, s katero se soočajo raziskovalci na tem področju, je preučiti naslednja področja:
- Lastnosti in funkcije tesnih interakcij osnovnih komponent standardnega modela fizike delcev med seboj, to je študija kvarkov in gluonov.
- Iskanje znakov faznega prehoda med QGP in hadronsko snovjo, pa tudi iskanje prej neznanih stanj barionske snovi.
- Delo z osnovnimi lastnostmi tesnih interakcij in QGP simetrije.
Pomembna oprema
Bistvo hadronskega trkalnika v kompleksu NICA je zagotoviti velik spekter žarkov: od protonov in devteronov do žarkov, ki so sestavljeni iz veliko težjih ionov, kot je zlato jedro.
Težki ioni bodo pospešeni v energijska stanja do 4,5 GeV/nukleon in protoni - do dvanajst in pol. Srce trkalnika v Rusiji je pospeševalnik Nuclotron, ki deluje že od triindevetdesetega leta prejšnjega stoletja, a je občutno pospešen.
Trkalnik NICA je omogočal več načinov interakcije. Eden za preučevanje, kako težki ioni trčijo v MPD detektor, drugi pa za izvajanje eksperimentov s polariziranimi žarki v objektu SPD.
Dokončanje gradnje
Ugotovljeno je bilo, da v prvem poskusu sodelujejo znanstveniki iz držav, kot so ZDA, Nemčija, Francija, Izrael in seveda Rusija. Trenutno potekajo dela na NICA za vgradnjo in pripravo posameznih delov v aktivno delovno stanje.
Zgradba za hadronski trkalnik bo končana leta 2019, montaža samega trkalnika pa bo izvedena leta 2020. Istega leta se bo začelo raziskovalno delo na preučevanju trka težkih ionov. Celotna naprava bo v celoti delovala leta 2023.
Trkalnik v Rusiji je le eden od šestih projektov pri nas, ki so prejeli razred megaznanosti. Leta 2017 je vlada za gradnjo tega stroja namenila skoraj štiri milijarde rubljev. Stroške osnovne konstrukcije stroja so strokovnjaki ocenili na sedemindvajset in pol milijard rubljev.
Nova doba
Vladimir Kekelidze, direktor fizikov v Laboratoriju za visoko energijo JINR, verjame, da bo projekt trkalnika v Rusiji dal državi priložnost, da se dvigne na najvišjo raven.položaji v fiziki visokih energij.
Pred kratkim so odkrili sledi "nove fizike", ki jih je popravil Veliki hadronski trkalnik in presegajo standardni model našega mikrokozmosa. Navedeno je bilo, da na novo odkrita "nova fizika" ne bo motila delovanja trkalnika.
V intervjuju je Vladimir Kekelidze pojasnil, da ta odkritja ne bodo razvrednotila dela NICA, saj je sam projekt ustvarjen predvsem zato, da bi natančno razumeli, kako so izgledali prvi trenutki rojstva vesolja, in tudi kakšnih pogojev za raziskave, ki so na voljo v Dubni, ni nikjer drugje na svetu.
Dejal je tudi, da znanstveniki JINR obvladujejo nove vidike znanosti, v katerih so odločeni zavzeti vodilni položaj. Da prihaja obdobje, v katerem ne nastaja le nov trkalnik, ampak nova doba v razvoju fizike visokih energij za našo državo.
Mednarodni projekt
Po besedah istega direktorja bo delo na NICA, kjer se nahaja hadronski trkalnik, mednarodno. Ker raziskave visokoenergijske fizike v našem času izvajajo cele znanstvene ekipe, ki jih sestavljajo ljudje iz različnih držav.
Zaposleni iz štiriindvajsetih držav sveta so že sodelovali pri delu na tem projektu v varovanem objektu. In cena tega čudeža je po približnih ocenah petsto petinštirideset milijonov dolarjev.
Novi trkalnik bo znanstvenikom pomagal tudi pri raziskavah na področju novih snovi, znanosti o materialih, radiobiologije, elektronike, terapije z žarki in medicine. RazenPoleg tega bo vse to koristilo programom Roscosmos, pa tudi predelavi in odlaganju radioaktivnih odpadkov ter ustvarjanju najnovejših virov kriogenske tehnologije in energije, ki bo varna za uporabo.
Higgsov bozon
Higgsov bozon so tako imenovana Higgsova kvantna polja, ki se v fiziki, oziroma v njenem standardnem modelu elementarnih delcev, nujno pojavljajo kot posledica Higgsovega mehanizma nepredvidljivega kršenja elektrošibke simetrije. Njegovo odkritje je bilo dokončanje standardnega modela.
V okviru istega modela je odgovoren za vztrajnost mase elementarnih delcev - bozonov. Higgsovo polje pomaga razložiti pojav inercialne mase v delcih, torej nosilcev šibke interakcije, pa tudi odsotnost mase v nosilcu - delcu močne interakcije in elektromagnetnega (gluona in fotona). Higgsov bozon se v svoji strukturi razkrije kot skalarni delec. Tako nima vrtenja.
Odpiranje polja
Ta bozon je leta 1964 aksiomatiziral britanski fizik Peter Higgs. Ves svet je izvedel za njegovo odkritje z branjem njegovih člankov. In po skoraj petdesetih letih iskanja, torej leta 2012, 4. julija, so odkrili delec, ki ustreza tej vlogi. Odkrili so ga kot rezultat raziskav na LHC, njegova masa pa je približno 125-126 GeV/c².
Prepričanje, da je ta delec isti Higgsov bozon, pomaga precej dobrih razlogov. Marca 2013 so različni raziskovalci iz CERN-aporočali, da je delec, ki so ga našli pred šestimi meseci, pravzaprav Higgsov bozon.
Posodobljeni model, ki vključuje ta delec, je omogočil izgradnjo kvantne renormalizacijske teorije polja. In leto pozneje, aprila, je ekipa CMS poročala, da ima Higgsov bozon razpadno širino manj kot 22 MeV.
Lastnosti delcev
Tako kot kateri koli drug delec iz tabele je tudi Higgsov bozon podvržen gravitaciji. Ima barvne in električne naboje ter, kot že omenjeno, nič vrtenja.
Obstajajo štirje glavni kanali za pojav Higgsovega bozona:
- Po tem, ko pride do fuzije dveh gluonov. On je glavni.
- Ko se pari WW- ali ZZ- združijo.
- S pogojem spremljanja W- ali Z-bozona.
- S prisotnimi vrhunskimi kvarki.
Razpade v par b-antikvark in b-kvark, na dva para elektron-pozitron in/ali mion-antimuon z dvema nevtrinima.
Leta 2017, na samem začetku julija, je na konferenci, na kateri so sodelovali EPS, ATLAS, HEP in CMS, prišlo sporočilo, da so se končno začeli pojavljati opazni namigi, da Higgsov bozon razpada v par b-kvark- antikvark.
Prej je bilo to nerealno videti na lastne oči v praksi zaradi težav pri ločevanju proizvodnje istih kvarkov na drugačen način od procesov v ozadju. Standardni fizični model pravi, da je tak razpad najpogostejši, torej v več kot polovici primerov. Odprt oktobra 2017zanesljivo opazovanje signala upadanja. Tako izjavo sta CMS in ATLAS podala v svojih objavljenih člankih.
Zavest množic
Delec, ki ga je odkril Higgs, je tako pomemben, da ga je Leon Lederman (nobelov nagrajenec) v naslovu svoje knjige poimenoval Božji delec. Čeprav je Leon Lederman sam v svoji izvirni različici predlagal "Hudičev delec", so uredniki njegov predlog zavrnili.
To neresno ime se pogosto uporablja v medijih. Čeprav mnogi znanstveniki tega ne odobravajo. Menijo, da bi bilo ime "bozon steklenice šampanjca" veliko bolj primerno, saj potencial Higgsovega polja spominja na dno prav te steklenice, odpiranje pa bo zagotovo pripeljalo do popolnega izpraznitve številnih takšnih steklenic.
