Заряжай и ускоряй
На следующей неделе, согласно расписанию работы CERN, в Большом адронном коллайдере начнутся столкновения тяжелых ионов с протонами. Можно даже шуточно оценить, что ускоритель превратится в сверхвысокотехнологичный дробовик, калибр которого (количество «пуль», которые можно «выплавить» из английского фунта металла) равен 131326099583011057692307. Это будут последние ионы, с которыми БАК проведет эксперименты до 2018 года. По этому случаю мы сделали для вас тест на знание того, как работает самый большой в мире ускоритель.
- 1. Обычно на БАК сталкивают протоны с протонами. В скольких государствах частицы успевают побывать, пролетев один круг по главному кольцу Большого адронного коллайдера?
- Правильно!
- Неправильно!
- 2. Что ускоряет протоны в Большом адронном коллайдере?
- Правильно!
- Неправильно!
- 3. После ускорения физики сталкивают пару сфокусированных встречных пучков протонов в четырех узлах, где располагаются главные эксперименты БАК. Пусть в каждом сгустке пучка содержатся 100 миллиардов протонов, сжатых до диаметра в 16 микрон. Какое количество прямых протон-протонных столкновений можно ожидать от пары сгустков?
- Правильно!
- Неправильно!
- 4. Какая частица не может родиться в таких столкновениях?
- Правильно!
- Неправильно!
- 5. Простой вопрос. А как физики определяют, сколько столкновений произошло и что в них родилось?
- Правильно!
- Неправильно!
- 6. Какой из экспериментов БАК (и их детекторов) самый крупный?
- Правильно!
- Неправильно!
- 7. Перейдем к событиям грядущей недели. А какие тяжелые ионы будут сталкивать в LHC?
- Правильно!
- Неправильно!
- 8. Столкновение тяжелых ионов приводит к образованию сверхплотной материи — кварк-глюонной плазмы. По словам физиков, она имитирует состояние ранней Вселенной. А насколько ранней?
- Правильно!
- Неправильно!
- Поздравляем, ваш результат: из
- Поделиться результатами
- Поздравляем, ваш результат: из
- Поделиться результатами
- Поздравляем, ваш результат: из
- Поделиться результатами
- Поздравляем, ваш результат: из
- Поделиться результатами
- Поздравляем, ваш результат: из
- Поделиться результатами
1. Обычно на БАК сталкивают протоны с протонами. В скольких государствах частицы успевают побывать, пролетев один круг по главному кольцу Большого адронного коллайдера?
- [] В одном
- [] В двух
- [] В трех
Правильно!
Кольцо самого большого ускорителя в мире имеет протяженность 27 километров и располагается на территории Франции и Швейцарии. Если одна из стран введет визы для сгустков протонов, то за одну секунду потребуется выписывать больше 25 миллионов подобных разрешений.
Неправильно!
Кольцо самого большого ускорителя в мире имеет протяженность 27 километров и располагается на территории Франции и Швейцарии. Если одна из стран введет визы для сгустков протонов, то за одну секунду потребуется выписывать больше 25 миллионов подобных разрешений.
2. Что ускоряет протоны в Большом адронном коллайдере?
- [] Поле сверхпроводящих магнитов и резонаторов
- [] Электростатическое поле
- [] Пучки рентгеновского излучения
- [] Их не нужно ускорять, они рождаются из радиоактивных изотопов уже имея энергию в 6,5 тераэлектронвольта
Правильно!
Для придания центростремительного ускорения протону, двигающемуся на 99,999999 процента скорости света, используются мощные сверхпроводящие магниты, охлаждаемые до 1,9 кельвина (-271,25 градуса Цельсия) сверхтекучим жидким гелием. Один такой магнит может создавать поле в 7,7 тесла (в 250 тысяч раз больше, чем магнитное поле Земли). Для ускорения протонов в продольном направлении используются сверхпроводящие радиочастотные резонаторы (RF cavities), в которых создается переменное электромагнитное поле.
Неправильно!
Для придания центростремительного ускорения протону, двигающемуся на 99,999999 процента скорости света, используются мощные сверхпроводящие магниты, охлаждаемые до 1,9 кельвина (-271,25 градуса Цельсия) сверхтекучим жидким гелием. Один такой магнит может создавать поле в 7,7 тесла (в 250 тысяч раз больше, чем магнитное поле Земли). Для ускорения протонов в продольном направлении используются сверхпроводящие радиочастотные резонаторы (RF cavities), в которых создается переменное электромагнитное поле.
3. После ускорения физики сталкивают пару сфокусированных встречных пучков протонов в четырех узлах, где располагаются главные эксперименты БАК. Пусть в каждом сгустке пучка содержатся 100 миллиардов протонов, сжатых до диаметра в 16 микрон. Какое количество прямых протон-протонных столкновений можно ожидать от пары сгустков?
- [] Миллионы
- [] Тысячи
- [] Десятки
- [] Ни одного
Правильно!
Диаметр одного протона составляет чуть меньше одного фемтометра. Поэтому на масштабе протон-протонных столкновений даже столь крепко сжатые пучки покажутся сильно разреженными. Аккуратный расчет подсказывает, что столкновение заранее выбранного протона одного пучка с протоном другого пучка произойдет в одном случае из 2,5 ×1020. Но поскольку протонов много (1011), можно ожидать нескольких десятков столкновений (1022/2,5 ×1020).
Неправильно!
Диаметр одного протона составляет чуть меньше одного фемтометра. Поэтому на масштабе протон-протонных столкновений даже столь крепко сжатые пучки покажутся сильно разреженными. Аккуратный расчет подсказывает, что столкновение заранее выбранного протона одного пучка с протоном другого пучка произойдет в одном случае из 2,5 ×1020. Но поскольку протонов много (1011), можно ожидать нескольких десятков столкновений (1022/2,5 ×1020).
4. Какая частица не может родиться в таких столкновениях?
- [] Нейтрино
- [] Тяжелый W-бозон
- [] Тау-частица, сверхтяжелый собрат электрона
- [] Все ответы неверны
Правильно!
При столкновениях протонов в LHC рождаются все возможные частицы — и адроны, из которых в основном состоит наша материя, и лептоны — нейтрино, электроны, мюоны, тау, и бозоны — переносчики взаимодействий. Именно это и позволило искать и открывать на ускорителе новые частицы: тетракварки, пентакварки и бозон Хиггса.
Неправильно!
При столкновениях протонов в LHC рождаются все возможные частицы — и адроны, из которых в основном состоит наша материя, и лептоны — нейтрино, электроны, мюоны, тау, и бозоны — переносчики взаимодействий. Именно это и позволило искать и открывать на ускорителе новые частицы: тетракварки, пентакварки и бозон Хиггса.
5. Простой вопрос. А как физики определяют, сколько столкновений произошло и что в них родилось?
- [] С помощью камер с пересыщенным паром
- [] С помощью сцинтилляционных, пиксельных детекторов и калориметров
- [] Подсчитывая вспышки на сцинтилляционных экранах
- [] С помощью пузырьковых камер
Правильно!
В БАК используются сложные многослойные детекторы, сочетающие в себе сцинтилляторы, пиксельные детекторы, калориметры и множество других приборов. Они позволяют не только зафиксировать факт столкновения и рождения частиц, но и определить их энергии и траектории разлета. Анализ этих данных позволяет выяснить природу и строение этих объектов. Остальные варианты ответов — методики детектирования частиц прошлого столетия.
Неправильно!
В БАК используются сложные многослойные детекторы, сочетающие в себе сцинтилляторы, пиксельные детекторы, калориметры и множество других приборов. Они позволяют не только зафиксировать факт столкновения и рождения частиц, но и определить их энергии и траектории разлета. Анализ этих данных позволяет выяснить природу и строение этих объектов. Остальные варианты ответов — методики детектирования частиц прошлого столетия.
6. Какой из экспериментов БАК (и их детекторов) самый крупный?
- [] Alice
- [] ATLAS
- [] CMS
- [] LHCb
Правильно!
Самый крупный эксперимент БАК — ATLAS. Как и CMS, он занимается анализом частиц, рождающихся в протон-протонных столкновениях. Но если ключевым преимуществом CMS является мощный магнит, позволяющий быстро наращивать отличия в траекториях частиц, то ATLAS берет свое размерами. В диаметре детектор насчитывает 25 метров, в длину — 46 метров. Коллаборация ATLAS включает в себя более трех тысяч ученых.
Неправильно!
Самый крупный эксперимент БАК — ATLAS. Как и CMS, он занимается анализом частиц, рождающихся в протон-протонных столкновениях. Но если ключевым преимуществом CMS является мощный магнит, позволяющий быстро наращивать отличия в траекториях частиц, то ATLAS берет свое размерами. В диаметре детектор насчитывает 25 метров, в длину — 46 метров. Коллаборация ATLAS включает в себя более трех тысяч ученых.
7. Перейдем к событиям грядущей недели. А какие тяжелые ионы будут сталкивать в LHC?
- [] Урана-232
- [] Иода-131
- [] Свинца-208
- [] Цезия-137
Правильно!
Физики используют в своих экспериментах свинец-208, поэтому мы и сравнили LHC с дробовиком. Источником ионов является 2-сантиметровый моноизотопный свинцовый цилиндр. Его нагревают до 500 градусов Цельсия, испаряя часть атомов. После этого частицы ионизируют и ускоряют в магнитном поле.
Неправильно!
Физики используют в своих экспериментах свинец-208, поэтому мы и сравнили LHC с дробовиком. Источником ионов является 2-сантиметровый моноизотопный свинцовый цилиндр. Его нагревают до 500 градусов Цельсия, испаряя часть атомов. После этого частицы ионизируют и ускоряют в магнитном поле.
8. Столкновение тяжелых ионов приводит к образованию сверхплотной материи — кварк-глюонной плазмы. По словам физиков, она имитирует состояние ранней Вселенной. А насколько ранней?
- [] Миллионные доли секунды после Большого Взрыва
- [] Тысячные доли секунды после Большого Взрыва
- [] Секунды после Большого Взрыва
- [] Минуты после Большого Взрыва
Правильно!
В согласии с представлением физиков, в первые несколько миллионных долей секунды после Большого Взрыва температура Вселенной превышала две тысячи миллиардов кельвинов. В таких условиях кварки и глюоны, из которых состоят нуклоны, больше не сдерживаются внутри протонов и формируют общее облако — кварк-глюонную плазму. Уже спустя 40 миллисекунд образовались первые протоны и нейтроны, а через три минуты появились первые легкие ядра.
Неправильно!
В согласии с представлением физиков, в первые несколько миллионных долей секунды после Большого Взрыва температура Вселенной превышала две тысячи миллиардов кельвинов. В таких условиях кварки и глюоны, из которых состоят нуклоны, больше не сдерживаются внутри протонов и формируют общее облако — кварк-глюонную плазму. Уже спустя 40 миллисекунд образовались первые протоны и нейтроны, а через три минуты появились первые легкие ядра.
Поздравляем, ваш результат: из
Экскурсант
Наверное, вы не так уж и много знаете о Большом адронном коллайдере. Мы вам завидуем. Почитайте об этом грандиозном проекте у нас в разделе «Второй сезон Коллайдера».
Поделиться результатами
Поздравляем, ваш результат: из
Младший инженер
Что-то вы о Большом адронном коллайдере точно знаете. Искренне порекомендуем посмотреть отличный документальный фильм Марка Левинсона «Страсти по частицам» (Particle Fever, 2013). После него вы, может быть, и не пройдете наш тест на 8/8, но по крайней мере разберетесь с тем, чем занимаются на БАК.
Поделиться результатами
Поздравляем, ваш результат: из
Физик-теоретик
Похоже, вы можете отличить протон от ядра свинца и магнитное поле от электрического. А уж где там находится коллайдер и сколько в нем протонов — это пусть экспериментаторы помнят.
Поделиться результатами
Поздравляем, ваш результат: из
Специалист по элементарным частицам
Вы неплохо разбираетесь в происходящем в самом большом ускорителе в мире. А вы, случаем, не состоите в одной из научных коллабораций LHC?
Поделиться результатами
Поздравляем, ваш результат: из
Фабиола Джианотти
Это, кстати, директор CERN. Но вы ее, наверно, и без нас знаете.