Наиболее масштабные проекты CERN

В настоящее время в лабораториях Европейской организации по ядерным исследованиям ведется множество различных разработок, но среди них есть очень масштабные, способные изменить представление о мироздании. Новые открытия помогут улучшить экологию, решить вопросы с пополнением ресурсов топлива новыми источниками, вполне возможно будет открыт новый вид энергии.

Теория композитности (compositeness)

Стандартная модель физики частиц говорит, что вся материя во вселенной состоит из элементарных частиц. До сих пор считалось, что все известные частицы являются наименьшими кирпичиками в строительстве материи и не могут быть разбиты на более мелкие части. Однако физики не исключают возможность того, что существуют и более мелкие частицы. Идея композитности частиц известна как compositeness.

• Теория гласит, что известные элементарные частицы описываемые в Стандартной Модели состоят из еще более мелких единиц, называемых преонами. В свое время древние греки пришли к идее существования атомов, якобы неделимых частиц материи. Но исследования в начале ХХ века обнаружили, что атомы состоят из отрицательно заряженных электронов вокруг положительно заряженного ядра.
• Дальнейшие эксперименты убедили, что ядро состоит из протонов и нейтронов, которые в свою очередь состоят из кварков. Поэтому вполне может быть, что большинство базовых единиц материи состоит из чего-то меньшего.
• Детекторы на Большом адроном коллайдере позволяют физикам заглянуть еще дальше в состав мельчайших частиц материи. Пройдет много лет сбора и тщательного анализа, чтобы понять, существует ли композитность кварков.

Если наименьшие частицы атомов существуют, то беспрецедентная энергия столкновений протонов в адронном ускорителе поможет их найти.

Темная материя

Астрономические и физические расчеты показывают, что видимая Вселенная – это всего лишь незначительная часть (4%) от того что представляет собой Вселенная на самом деле.

Гораздо больший ее объем, около 26%, состоит из неизвестного типа материи, называемой «темной материей». В отличие от звезд и галактик, темная материя не излучает никакого света или электромагнитного излучения любого вида, и обнаруживается только по гравитационному воздействию на видимые космические объекты. Пока нет прямых доказательств существования темной материи, лишь только косвенные факторы, указывающие на ее присутствие.
Еще более таинственный вид энергии, называемый “темной энергией” заполняет около 70% массы энергетического содержимого Вселенной. Эта гипотеза исходит из наблюдения, что все галактики отдаляются друг от друга с ускорением. Скорее всего это следствие воздействия некой невидимой энергии. Темная материя, как и темная энергия, является, пожалуй, самой интригующей загадкой для физиков.

Множественные теории говорят о том, что существуют частицы, в частности, суперчастицы, которые могут обнаружиться с помощью мощнейшего протонного ускорителя, таких как Бозон Хиггса. Это приведет ученых к разгадке одной из величайших загадок мироздания.

Биологическое влияние антипротонов на раковые клетки

Цель исследования, начавшегося в 2003 году – оценить эффективность и пригодность антипротонов, для лечения рака. Эксперимент объединяет коллектив специалистов в области физики, биологии и медицины из 10 институтов разных стран, которые первыми стали изучать биологические эффекты антипротонов.

• На сегодняшний день, в лучевой терапии используется, главным образом, протоны, для того чтобы уничтожать раковые клетки. Луч заряженных тяжелых частиц направляется в организме пациента для уничтожения злокачественной опухоли. Слабое место этой методики заключается в том, что при прохождении луча в область поражения он повреждает и здоровые клетки. И каждый раз количество поврежденных клеток увеличивается при повторном лечении.
• В случае же использования антипротонов такой эффект повреждения здоровых клеток сводится к минимуму, за счет того, что необходимо в четыре раза меньше частиц для проведения такой операции, так как при столкновении противоположных частиц протона и антипротона выбрасывается гораздо больше энергии, которая лучше и быстрее разрушают раковые клетки. Антипротонный луч может оказаться весьма полезным при многократном лечении, где жизненно важно избежать повторного повреждения здоровых клеток.

Дополнительные измерения, гравитоны и крошечные черные дыры

В нашей повседневной жизни, мы испытываем влияние трех пространственных измерений, и четвертое измерение времени. Эйнштейновская общая теория относительности говорит нам, что пространство может расширяться, сжиматься, и изгибаться. Но если учесть теорию существования мельчайших субатомных частиц, скрытых от нашего взора, можно предположить существование дополнительных измерений.

• Почему сила тяжести гораздо слабее, чем другие основные силы? Небольшой магнит может создать электромагнитную силу больше, чем сила притяжения, оказываемая планетой Земля. Одна из возможных причин этого может заключаться в том, что мы не испытываем полную силу тяжести, потому что ее части распространяются на дополнительные измерения. Хотя это может показаться фантастикой, но если дополнительные измерения существуют, они могли бы объяснить, почему Вселенная расширяется быстрее, чем ожидалось, и почему Гравитация слабее, чем в другие сил природы.
• Как же можно определить существование других измерений? Можно попробовать найти частицы, существующие в других измерениях, но моментально исчезающих в известных трех. Ученые ЦЕРНа пытаются отыскать такие частицы, используя Большой адронный коллайдер, так как только в условиях высоких энергий можно достичь желаемого результата. Одной из гипотетически существующих частиц, которая может помочь в обнаружении иных измерений, является «гравитон». И если эта частица все-таки существует, то рано или поздно она попадет в поле зрения физиков.
• Другим способом выявления дополнительных измерений может быть воспроизведение “микроскопических черных дыр”. Именно продукты распада микроскопических черных дыр, которые могут быть образованы в ускорителе, помогут обнаружить суперсимметричные частицы, связанные с другими измерениями.

Поиск «антиматерии»

В момент Большого взрыва должно было возникнуть равное количество материи и антиматерии во Вселенной. Сегодня мы видим, что и мельчайшие формы на Земле и крупнейшие звездные объекты в космосе почти полностью состоят из материи.

• Но почему же материи намного больше?
• Что могло такое случится, что нарушило баланс?

Одна из величайших задач в современной физике – выяснить, что случилось с антиматерией, или почему мы видим асимметрию между материей и антиматерией. И все же немного антиматерии существует, некоторую часть из которой сотрудники ЦЕРНа смогли воспроизвести в лабораторных условиях. Примером антиматерии может служить позитрон – антивещество электрона с положительным зарядом, практически не существующее в обычной природе. Существование этой частицы было предсказано еще в 1928 году, а четыре года спустя он был открыт при наблюдении за космическим излучением.

• Позитроны постоянно появляются в условиях рождения новых звезд, и постоянно присутствуют в звездных ядрах.
• Также позитроны возникают в процессе распада некоторых радиоактивных ядер.

Позитроны и электроны как две противоположности могут существовать в отдельности друг от друга, но при вступлении в контакт уничтожают друг друга, оставляя чистую энергию. По логике, после Большого взрыва вещество и антивещество должны были уничтожить друг друга, оставив только энергию после себя. Но по какой-то причине осталось вещество, из которого во Вселенной и образовались космические объекты и все живое на нашей планете? Что за сила смогла вмешаться и нарушить закономерный баланс в начале формирования Вселенной?

Изучая тонкие различия в поведении материи и антиматерии, созданных при высокой энергии столкновений протонов в Большом адронном коллайдере, ученые пытаются получить более полную картину того, почему наша Вселенная заполнена именно материей.