Номер 4, страница 250 - гдз по физике 9 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 5. Элементы квантовой физики. Параграф 64. Элементарные частицы. Темы докладов и проектов - номер 4, страница 250.

Условие.

4. Большой адронный коллайдер.

Решение.

4. Большой адронный коллайдер.

Большой адронный коллайдер (БАК, англ. Large Hadron Collider, LHC) — это крупнейшая в мире и самая мощная ускорительная установка, построенная для изучения фундаментальных законов природы. Он расположен в Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН, фр. CERN), на границе Швейцарии и Франции.

Принцип работы и устройство

БАК представляет собой кольцевой туннель общей длиной 26,7 км, проложенный на глубине от 50 до 175 метров. Внутри туннеля в условиях сверхглубокого вакуума и при сверхнизких температурах (около -271,3 °C или 1,9 K) два пучка адронов (в основном протонов или тяжелых ионов свинца) разгоняются в противоположных направлениях до скоростей, составляющих 99,9999991% от скорости света. Удержание и фокусировка пучков частиц на круговой траектории обеспечиваются полем более 9600 мощных сверхпроводящих магнитов. В четырех специально отведенных точках кольца пучки сталкиваются. Энергия лобовых столкновений достигает 13,6 тераэлектронвольт (ТэВ). В соответствии со знаменитой формулой Эйнштейна $E=mc^2$, эта колоссальная энергия переходит в массу, порождая множество новых, в том числе очень редких и нестабильных, элементарных частиц, которые существовали лишь в первые мгновения после Большого взрыва.

Вокруг точек столкновений установлены гигантские и чрезвычайно сложные детекторы — ATLAS, CMS, ALICE и LHCb. Их задача — с высочайшей точностью зафиксировать продукты реакций: траектории, энергии и заряды рожденных частиц. Анализ этих данных позволяет ученым восстановить полную картину произошедшего взаимодействия.

Основные цели и научные достижения

Основными задачами экспериментов на БАК являются:

• Подтверждение Стандартной модели. Важнейшим и самым знаменитым результатом работы коллайдера стало экспериментальное открытие в 2012 году бозона Хиггса — последнего недостающего элемента Стандартной модели физики элементарных частиц. Эта частица является квантом поля Хиггса, которое, согласно теории, пронизывает Вселенную и отвечает за появление массы у других элементарных частиц. Это открытие принесло Нобелевскую премию по физике в 2013 году теоретикам, предсказавшим его существование.

• Поиск "новой физики". Ученые активно ищут явления, выходящие за рамки Стандартной модели, так как она не может объяснить такие феномены, как темная материя и темная энергия. Поиски включают частицы-кандидаты на роль темной материи; проверку теории суперсимметрии (SUSY), которая предполагает наличие у каждой известной частицы более тяжелого "суперпартнера"; а также поиск свидетельств существования дополнительных пространственных измерений.

• Изучение кварк-глюонной плазмы. Путем столкновения тяжелых ионов свинца физики воссоздают в лаборатории экстремальное состояние вещества, которое, как считается, существовало в первые микросекунды после Большого взрыва. Это позволяет лучше понять свойства сильного ядерного взаимодействия, удерживающего кварки и глюоны внутри протонов и нейтронов.

• Исследование асимметрии материи и антиматерии. Одной из величайших загадок космологии является вопрос, почему наблюдаемая Вселенная состоит почти исключительно из материи, хотя при Большом взрыве материя и антиматерия должны были образоваться в равных количествах. Эксперимент LHCb на БАК детально изучает тонкие различия в свойствах и распадах частиц и античастиц, что может пролить свет на эту проблему.

БАК является одним из самых сложных и амбициозных научных проектов в истории человечества, который позволяет заглянуть в тайны строения материи и происхождения Вселенной.

Ответ:
Большой адронный коллайдер (БАК) — это самый мощный в мире ускоритель частиц, расположенный в ЦЕРН (на границе Швейцарии и Франции). Он предназначен для столкновения пучков протонов или тяжелых ионов, разогнанных до околосветовых скоростей, с целью изучения фундаментальных составляющих материи и сил, управляющих Вселенной. Ускоритель представляет собой 27-километровое подземное кольцо со сверхпроводящими магнитами. Главным достижением БАК является экспериментальное открытие бозона Хиггса в 2012 году — частицы, ответственной за наличие массы у других элементарных частиц. Также на коллайдере ведутся поиски "новой физики" (включая темную материю и суперсимметрию) и изучается состояние вещества ранней Вселенной — кварк-глюонная плазма.