Лоуренс Максвелл Краус - Таємниці походження всесвіту

2. 96 тонн надтекучої рідини 4He використовують для того, щоб тримати температуру магнітів на рівні менш ніж двох градусів вище від абсолютного нуля, що холодніше за температуру фонової радіації в глибинах міжзоряного простору. Загалом використовують 120 тонн рідкого гелію, які спершу охолоджують десятьма тисячами тонн рідкого азоту. Довелося зробити приблизно сорок тисяч герметичних трубних з’єднань. Об’єм використовуваного гелію робить LHC найбільшою кріогенною установкою у світі.

3. Вакуум у пучкових каналах має бути розрідженіший за вакуум у відкритому космосі, у якому опиняються астронавти під час виходів із МКС, а його тиск – удесятеро нижчий за атмосферний тиск на Місяці. Найбільший об’єм LHC, у якому досягнуто такого рівня вакууму, налічує дев’ять тисяч кубометрів, що порівнянне з внутрішнім об’ємом великого собору.

4. Протони, що розганяються тунелем в обох напрямках, рухаються зі швидкістю 0,999999991с, себто лише на три метри за секунду повільніше за швидкість світла. Енергія, яку несе кожен із протонів, що беруть участь у зіткненнях, еквівалентна енергії летючого москіта, проте вона стиснута в радіусі, у мільйон мільйонів разів меншому за довжину тіла москіта.

5. Кожен пучок протонів розбивається по всій довжині кільця на 2808 окремих згустків, у кожному з яких налічується 115 мільярдів протонів і які в точках зіткнень стискаються до приблизно чверті ширини людської волосини, за рахунок чого маємо зіткнення пучків раз на одну двадцятип’ятимільярдну частку секунди та більш ніж 600 мільйонів зіткнень частинок щосекунди.

6. Обчислювальний ґрід, розроблений для обробки даних із LHC, є найбільшим у світі. Об’єм сирих даних, що генерується LHC щосекунди, достатній, щоб заповнити понад тисячу терабайтних жорстких дисків. Перед аналізом цей об’єм треба суттєво зменшити. За результатами 6 мільйонів мільярдів протонно-протонних зіткнень, проаналізованих упродовж лише 2012 року, було оброблено понад двадцять п’ять тисяч терабайтів даних – це більше, ніж кількість інформації у всіх коли-небудь написаних книгах, і для її зберігання знадобився б стос компакт-дисків заввишки майже двадцять кілометрів. Для цього було створено всесвітній обчислювальний ґрід, який охоплює 170 комп’ютерних центрів у 36 країнах. Коли машина працює, щосекунди генерується приблизно сімсот мегабайтів даних.

7. Вимоги до 1600 магнітів щодо створення достатньо інтенсивних для зіткнень пучків еквівалентні вимогам вистрілити назустріч одна одній двома голками з відстані десяти кілометрів із такою точністю, щоб вони зіткнулися точно посередині між позиціями стрільців.

8. Пучки зорієнтовано настільки точно, що необхідно брати до уваги припливні коливання кільця, спричинені гравітацією Місяця в процесі його переміщення над Женевою, унаслідок чого довжина тонелю LHC щодня змінюється на один міліметр.

9. Неймовірно інтенсивні магнітні поля, необхідні для керування протонними пучками, створюють шляхом пропускання через кожен із надпровідних магнітів струму потужністю майже 12 тисяч амперів, що приблизно у 120 разів перевищує струм, що протікає через пересічний сімейний будинок.

10. На створення магнітних котушок LHC пішло 270 тисяч кілометрів жил кабелів, що майже в шість разів перевищує довжину земного екватора. Якщо розгорнути й скласти докупи всі волокна в цих жилах, вони простягнуться від Землі до Сонця й назад більш ніж п’ять разів.

11. Сумарна енергія кожного пучка приблизно така сама, як у 400-тонного поїзда, що рухається зі швидкістю 150 км/год. Цієї енергії достатньо для розтоплення 500 кг міді. У надпровідних магнітах міститься в 30 разів більше енергії.

12. Навіть із використанням надпровідникових магнітів, які роблять рівень енергоспоживання машини прийнятним, під час роботи вона споживає приблизно таку ж кількість енергії, скільки всі домогосподарства Женеви разом узяті.

Це щодо самої машини. Для аналізу зіткнень у LHC було збудовано розмаїття великих детекторів. Кожен із чотирьох нині наявних детекторів не поступається розміром солідній офісній будівлі, а складністю – великій лабораторії. Коли отримуєш нагоду спуститися під землю та побачити ці детектори, починаєш почуватися Гуллівером у країні велетнів. Розміри абсолютно всіх компонентів вражають. Ось фото детектора CMS, меншого з двох найбільших детекторів LHC:

Якщо стояти біля самого детектора, складно навіть поглядом охопити всю картину, як видно на цьому, ближчому плані:

Складність машин майже не піддається розумінню. Теоретику на кшталт вашого покірного слуги важко уявити, яким чином якась певна група фізиків може просто тримати такий пристрій під наглядом, не кажучи вже про його розробку та побудову згідно з вкрай строгими специфікаціями.

Кожен із двох найбільших детекторів, ATLAS та CMS, був збудований спільними зусиллями понад двох тисяч науковців. Загалом у спорудженні машини та її детекторів брали участь більш ніж десять тисяч науковців та інженерів із понад сотні країн. Візьмемо менший із двох детекторів, CMS. Він сягає понад двадцять метрів завдовжки, п’ятнадцять метрів заввишки та п’ятнадцять метрів завширшки. На виготовлення детектора пішло 12 500 тонн заліза – більше, ніж на Ейфелеву вежу. Коли детектор проходить огляд, його половини розходяться на кілька метрів. Попри те, що в них немає коліс, коли ввімкнути потужне магнітне поле детектора в разі розведення половин, то їх притягне одна до одної.

Кожний детектор складається з мільйонів деталей: датчиків, здатних вимірювати траєкторії частинок із точністю до десятимільйонних часток метра; калориметрів, що з високою точністю фіксують накопичену в детекторах енергію; та приладів для вимірювання швидкості частинок шляхом вимірювання випущеного ними у випадку проходження крізь детектор випромінювання. У ході кожного зіткнення можуть породжуватися сотні або й тисячі окремих частинок, і для реконструкції кожної такої події детектор повинен відстежувати майже всі породжені частинки.

Четвертим генеральним директором ЦЕРН у 1961–1966 роках був фізик Віктор Вайскопф, який порівнював тогочасні велетенські прискорювачі з готичними соборами середньовічної Європи. Це порівняння є напрочуд цікавим у випадку ЦЕРН та LHC.

Готичні собори були вершиною тогочасних технологій, вимагаючи створення нових методів будівництва та нових інструментів. Сотні й навіть тисячі вправних майстрів із десятків країн будували їх впродовж багатьох десятиліть. На їхньому тлі всі інші збудовані