Задание 4, страница 187 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

Задание 4

Рассмотрите принципиальную схему устройства БАК (рис. 214).

Назовите основные блоки и части БАКа.

Большой адронный коллайдер (БАК) является сложнейшим ускорителем частиц, который состоит из нескольких взаимосвязанных систем и блоков. Основные части БАК можно сгруппировать в три категории: инжекторный комплекс, основное кольцо и экспериментальные установки (детекторы).

Инжекторный комплекс
Это цепь последовательных ускорителей меньшего размера, которые подготавливают и разгоняют пучки частиц перед их вводом (инжекцией) в главное 27-километровое кольцо БАК. Комплекс включает в себя:
• Линейный ускоритель (Linac): самая первая ступень, где протоны или ионы получают начальный импульс энергии.
• Бустер протонного синхротрона (PSB): принимает частицы от Linac и значительно увеличивает их энергию, формируя интенсивные пучки.
• Протонный синхротрон (PS): следующее кольцо в цепи, которое ускоряет частицы до еще более высоких энергий.
• Суперпротонный синхротрон (SPS): последний и самый крупный ускоритель в инжекторной цепи. Он разгоняет частицы до энергии 450 ГэВ (гигаэлектронвольт) и направляет их в основное кольцо БАК.

Основное кольцо БАК
Это главный компонент, представляющий собой туннель длиной 27 км, расположенный на глубине около 100 метров. В нем два пучка частиц ускоряются до околосветовых скоростей в противоположных направлениях. Ключевые элементы кольца:
• Сверхпроводящие дипольные магниты: Около 1232 таких магнитов создают мощное магнитное поле, которое изгибает траекторию движения частиц и заставляет их двигаться по кругу.
• Сверхпроводящие квадрупольные магниты: Эти магниты (около 400) действуют как линзы, фокусируя пучки частиц и сжимая их до минимального размера в точках столкновений.
• Радиочастотные резонаторы: Ускоряющие секции, которые создают переменное электромагнитное поле. Пролетая через них, частицы получают дополнительную энергию, разгоняясь с каждым оборотом.
• Криогенная система: Одна из самых холодных систем в мире, которая охлаждает магниты до температуры 1,9 К ($–271,3$ °C) с помощью жидкого гелия, что необходимо для поддержания состояния сверхпроводимости.

Экспериментальные установки (детекторы)
Это гигантские приборы, установленные в четырех точках вдоль кольца БАК, где пучки частиц пересекаются и сталкиваются. Детекторы регистрируют продукты этих столкновений, позволяя ученым изучать фундаментальные законы природы. Основные детекторы:
• ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS): Один из двух детекторов общего назначения, предназначенный для широкого круга физических исследований, включая поиск бозона Хиггса и темной материи.
• CMS (Compact Muon Solenoid): Второй детектор общего назначения, который имеет те же цели, что и ATLAS, но отличается конструкцией и технологией.
• ALICE (A Large Ion Collider Experiment): Специализированный эксперимент для изучения кварк-глюонной плазмы — экстремального состояния материи, которое существовало в первые мгновения после Большого взрыва. Для этого на БАК сталкивают тяжелые ионы свинца.
• LHCb (Large Hadron Collider beauty): Эксперимент, сфокусированный на изучении асимметрии между материей и антиматерией путем исследования частиц, содержащих так называемый "прелестный" (beauty) кварк.

Ответ: Основными блоками и частями Большого адронного коллайдера являются: 1) инжекторный комплекс, состоящий из линейных ускорителей и синхротронов (PSB, PS, SPS); 2) основное 27-километровое кольцо, включающее сверхпроводящие дипольные и квадрупольные магниты, радиочастотные резонаторы и криогенную систему; 3) экспериментальные установки (детекторы), главными из которых являются ATLAS, CMS, ALICE и LHCb.