Кафедра ядерной физики |
История кафедры |
Конспекты и учебные материалы |
Статья в википедии |
1 - скачать
2 - скачать
3 - скачать
Р. Токхейм - "Основы цифровой электроники - скачать
П. Хоровиц, У. Хилл - "Искусство схемотехники" т.1 - скачать
П. Хоровиц, У. Хилл - "Искусство схемотехники" т.2 - скачать
Лаплас - скачать
1 - скачать
Статья из Журнала СПбГУ в которой пишут в том числе про Леонида Ивановича.
О работах в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН) рассказывает руководитель Лаборатории физики сверхвысоких энергий СПбГУ, кандидат физико-математических наук Григорий Александрович Феофилов.
Волна горячих новостей облетела мир 4 июля 2012 года, когда в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН) было объявлено об открытии новой субатомной частицы, которая очень похожа на «тот самый» Хиггсовский бозон. Данная частица обладает массой около 125 ГэВ (примерно как 130 протонов). Факт ее существования не вызывает ныне никаких сомнений: достигнутый на сегодня уровень достоверности в двух независимых экспериментах на Большом адронном коллайдере (БАК) подразумевает не более трех шансов из миллиарда, что это случайность. 31 июля в ведущий физический журнал Physics Letters B были направлены одновременно две статьи, подготовленные научными коллаборациями ATLAS и CMS на БАК, где подробно описываются методики экспериментов и приводятся результаты обработки данных. Установлено, что эта новая частица — бозон (причем самый тяжелый из всех известных).
Если говорить о современной картине мира, то мы знаем, что есть четыре типа основных взаимодействий, осуществляемых путем обмена частицами, которые называются бозонами. Они отличаются от других частиц (фермионов) целым значением спина и подчиняются статистике Бозе-Энштейна. Известно, что термин «бозон» был введен Полем Дираком с тем, чтобы увековечить вклад физика из Индии Сатиендра Бозе в развитие теории таких частиц.
Один из парадоксов заключался в том, что один из бозонов, фотон — переносчик электро-магнитного взаимодействия, не имеет массы (и перемещается со скоростью света), а W и Z бозоны, которые отвечают за слабое взаимодействие, почему-то массу имеют. В попытке решить этот парадокс в 1964 году 6 теоретиков практически независимо друг от друга выдвинули гипотезу о том, что должно существовать некоторое поле, которое отвечает за то, что у некоторых из бозонов (и косвенным образом у элементарных частиц) появляется масса. Сегодня данное поле носит имя трех его предсказателей (Englert-Brout-Higgs). Говорят, что Хиггсу, когда он написал свою статью про существование такого нового поля и отнёс её в редакцию, сказали, что предлагаемый им механизм не дает никаких экспериментально проверяемых предсказаний. Тогда он добавил всего один абзац, из него следовало, что обнаружить это поле можно по следам распада некой гипотетической частицы — результата «возбуждения», или, другими словами, кванта этого поля. В 1964 году статью Хиггса приняли, были разные дискуссии, но это было настолько важное теоретическое предсказание, что ради него примерно 20 лет назад начали строить БАК. Сегодня не вызывает сомнения, что открытый бозон подтверждает существование поля Englert-Brout-Higgs’а.
Что такое бозон Хиггса на простом языке? Можно привести такую приблизительную аналогию: если подуть на практически невесомые пенопластовые крошки, то они разлетятся, поскольку у них почти нет массы. Но если их же бросить на поверхность воды и попытаться сдуть, то это окажется непросто, они станут «тяжёлыми», получат «массу». Вода здесь может служить аналогом хиггсовского поля, пронизывающего всё пространство. При взаимодействии с этим полем получают массу элементарные частицы. Если бы этого поля не существовало, то все элементарные частицы разлетелись бы — каждая со скоростью света, и, видимо, и нас не было бы… (Только не надо думать, что это поле отвечает непосредственно и за нашу массу, разве что за 1%, основная же наша масса возникает вследствие того сильного взаимодействия, которое удерживает кварки в нуклоне). Так вот, если следовать такой сильно упрощенной картине, приведенной выше, то волны, возникающие на поверхности воды при бросании камушка, и есть некий приблизительный аналог Хиггсовского бозона.
Таким образом, если нам удастся внести достаточную энергию в поле Englert-Brout-Higgs’а и «возбудить» его (а таким «камушком» как раз и являются столкновения протонов Большого адронного коллайдера), то можно ожидать появления квантовой флуктуации данного поля, или, другими словами, появления бозона Хиггса, который практически сразу распадется на несколько частиц. Последние могут быть обнаружены экспериментально, а в суммарных энергетических спектрах продуктов распада должен появиться пик, соответствующий полной массе. Как раз таким образом и велся многие годы поиск Хиггсовского бозона.
Заметим, что теория предсказывает возможность существования нескольких Хиггсовских бозонов. Вот почему данное открытие — это только начало. До конца 2012 года будут продолжаться детальные исследование свойств данной обнаруженной частицы, в том числе — будет точно измерен спин, будут уточняться вероятности распада на разные частицы и т.д.. Сегодня исследования продолжаются, работает коллайдер — каждую секунду происходит 40 миллионов протон-протонных столкновений, их регистрируют, обрабатывают, идёт набор статистики. Основная задача 2012 года: выяснить все свойства этого нового бозона. Это будет критерием того, насколько он соответствует Стандартной модели, которая существует на сегодняшний день. Исследования будут продолжены в 2015 году после перенастройки БАК — самого сложного устройства за всю историю науки — на вдвое большую энергию, чем сегодня.
Ещё пример с элементарными частицами: в 1928 году Поль Дирак предсказал существование антиматерии — «на кончике пера» был предсказан позитрон (он же антиэлектрон). Где во Вселенной находится антиматерия, куда она вся подевалась, — это, кстати, один из основных фундаментальных вопросов, на которые физики пытаются найти ответ сегодня, в том числе и в экспериментах на Большом адронном коллайдере. Известно, что при соприкосновении материи и антиматерии происходит взаимное уничтожение, аннигиляция, в результате чего появляется и остается лишь какое-то количество фотонов (вспомним посвящённую этой теме книгу Дэна Брауна «Ангелы и демоны», которую многие читали). Позитрон был открыт в 1932 году американским физиком Карлом Андерсоном, который в 1936 году получил Нобелевскую премию.
Позитрон — один из представителей антиматерии. Что до этого простому человеку? Оказывается, позитроны — это как раз те частицы, которые сейчас используются в самой современной, высокоточной медицинской диагностике: в позитронно-эмиссионных томографах. Без аннигиляции позитронов и без достижений эксперментальной ядерной физики не было бы у врачей такого —самого точного на сегодняшний день — способа выявления опухолей.
И вот недавно открыли новую элементарную частицу — бозон Хиггса. Слова о том, что произошёл революционный прорыв, что это величайшее открытие последних двух десятилетий и т.д. — ещё надо осмыслить. Сейчас никто не берется сказать о практическом применении бозона Хиггса. Но я глубоко уверен, что понимание картины мира с точки зрения современной науки совершенно необходимо. Без этого никогда не будет никакого движения вперед. Еще хотелось бы напомнить читателям, что изобретение технологии Всемирной паутины WWW было сделано в 1990 году в научной лаборатории ЦЕРН (Тимоти Джон Бернерс -Ли и Роберт Кайо), а в апреле 1993 года эта интернет-технология стала общественным мировым достоянием. ЦЕРН ведет сегодня — помимо Большого адронного коллайдера — практическую координацию создания европейских центров высокоэффективной адронной терапии онкологических заболеваний. Такие центры уже сегодня успешно работают в Италии и в Германии, строятся в Австрии и Франции, планируются в ряде других стран. «Всемирная паутина» и адронная терапия — среди многих других — это вот два самых ярких примера практической пользы от фундаментальной науки, которые «простой человек» должен знать.
Непосредственно связана с данной темой — условиями образования кварк-глюонной плазмы в столкновениях сверхрелятивистских ядер — еще одна: физики СПбГУ уже несколько лет принимают участие в исследовании явления конфайнмента («заточения») кварков и в поиске так называемой «критической точки ядерной материи» в эксперименте NA61(SHINE).
Еще хотелось бы добавить несколько штрихов к портрету крупнейшей мировой лаборатории, где царит особая творческая атмосфера, являющаяся залогом успешного научного поиска и стабильного движения вперед в фундаментальных исследованиях свойств материи. Неким волшебным образом всепроникающая атмосфера научного поиска, царящая в ЦЕРН — своеобразное «поле», наделяющее исследователей творческим научным зарядом, трансформируется в мощнейшую образовательную, постоянно действующую систему подготовки высококлассных специалистов. И это имеет самое непосредственное отношение к СПбГУ.
Рабочая смена на NA61(SHINE). Татьяна Дрожжова контролирует работу газовых детекторов установки Рабочая смена на NA61(SHINE). Татьяна Дрожжова контролирует работу газовых детекторов установки
В широкомасштабных экспериментах на Большом адронном коллайдере сегодня участвуют более двух с половиной тысяч аспирантов со всех концов света, в том числе из России (и из СПбГУ). Они ведут свои исследования на уникальном оборудовании, создаваемом при их непосредственном участии на самом переднем крае технологий. Они получают новые экспериментальные данные и развивают теории, которые находятся на острие современной физической картины мира. Именно таким образом в ЦЕРН сохраняется важнейшая составляющая подготовки новых поколений естествоиспытателей — путем непосредственного участия в исследованиях, ведущихся на переднем крае современной науки. Но этим дело не ограничивается. ЦЕРН постоянно организует разнообразные школы для студентов, аспирантов, учителей физики и преподавателей — практически из всех стран мира.
Мировую известность и небывалую, грандиозную популярность получила ежегодная 2-х месячная летняя школа для студентов (CERN Summer School). Отрадно заметить, что через конкурсный отбор для участия в этой школе регулярно проходят 1-2 студента физического факультета СПбГУ, ч то дает им право не только слушать интереснейшие лекции, но и продолжать практическую работу в составе научных групп в ЦЕРН. Ряд специальных школ, также регулярных, ЦЕРН проводит с целью дать более глубокое профессиональное представление и навыки в какой-либо специфической области исследований. Так, только что закончилась 6-я международная школа по Монте-Карловским генераторам событий для Большого адронного коллайдера (MCnet-LPCC Summer School on Monte Carlo Event Generators for LHC). Сегодняшние исследования и открытия — на уровне поиска бозона Хиггса или расшифровки генома человека — просто невозможны без современных информационных и вычислительных технологий. Не случайно в ЦЕРН была изобретена Всемирная паутина, а сегодня крупнейшая в мире распределенная вычислительная система WLCG (The Worldwide LHC Computing Grid), Грид для коллайдера, также координируется ЦЕРН. Моделирование методом Монте-Карло — одно из важнейших звеньев цепи анализа экспериментальных данных, требующее основательной базовой теоретической подготовки и навыков вычислений, также ведется в ЦЕРН. В этом году для международной школы MCnet-2012 ЦЕРН отобрал более 100 студентов и аспирантов и обеспечил финансовую поддержку избранным участникам (в том числе и трем студентам СПбГУ).
Школы в ЦЕРН — это не только лекции. Важно заметить, что это и живое обсуждение решаемых сегодня студенченских задач. Новые идеи, представленные в постерных докладах наших студентов на MCnet-2012, связаны с самыми горячими направлениями исследований, которые ведутся в Лаборатории физики сверхвысоких энергий СПбГУ в области столкновений релятивистких ядер. Среди них, в частности, поиск нового физического явления — слияния кварк-глюонных струн, предсказанного ранее М.Брауном (СПбГУ, РФ) и К.Пахаресом (Университет Сантьяго-де-Компостела, Испания), точное определение центральности столкновений, поиск дальних корреляций и исследование процессов, предшествующих образованию кварк-глюонной плазмы — экстремального состояния материи, в котором, согласно современным физическим представлениям, находилась вся Вселенная в первые микросекунды после Большого взрыва.
Хотелось бы обратить внимание на тот факт, что образовательные программы в ЦЕРН не ограничиваются физикой высоких энергий. Так, в связи с развивающейся в Европе адронной терапией онкологических заболеваний ЦЕРН координирует уже несколько лет в рамках программы ENLIGHT/PARTNER подготовку нового поколения специалистов — молодых биологов, инженеров, врачей и физиков, которые будут активно развивать в тесном сотрудничестве с ведущими европейскими институтами современные методы лечение рака. При этом используется самая современная база новейших установок десяти академических исследовательских центров, а также и двух ведущих европейских компаний, принимающих участие в данной программе.
Лекции в июльских летних школах в ЦЕРН прошли, а научные исследования в самом разгаре. Игорь Алцыбеев должен продолжать обработку интереснейших данных, поступающих с коллайдера, и завершать работу над кандидатской диссертацией. Арсений Титов ведет работу в ЦЕРН под руководством Урса Виедемана — одного из ведущих сотрудников теоретического отдела ЦЕРН, Татьяна Дрожжова вместе с доцентом Л.И.Виноградовым продолжает участие в эксперименте NA61(SHINE), у Владимира Коваленко начинаются августовские смены на установке ALICE на Большом адронном коллайдере. Впереди у всех еще очень много работы!
…В Женеве жарко… В ЦЕРН удается (иногда) и отдохнуть — от лекций, расчетов и рабочих смен: из июльских горячих культурных событий Большого адронного коллайдера можно отметить «CERN Hadronic Festival» c таким хитами легендарной группы The Cernettes как Big Bang, Collider, Every Proton of You, Liquid Nitrogen и … Mr.Higgs! (См., читай и слушай: Les Horribles Cernettes ).
Григорий Феофилов, заведующий Лабораторией физики сверхвысоких энергий НИИ физики им.В.А.Фока физического факультета СПбГУ
Фото: Г.А.Феофилов
Источник journal.spbu.ru
Кафедра ядерной физики |
История кафедры |
Конспекты и учебные материалы |
Статья в википедии |
Рекомендую наш хостинг beget.ru |
Пишите на info@urn.su если Вы: |
1. Хотите написать статью для нашего сайта или перевести статью на свой родной язык. |
2. Хотите разместить на сайте рекламу, подходящуюю по тематике. |
3. Реклама на моём сайте имеет максимальный уровень цензуры. Если Вы увидели рекламный блок недопустимый для просмотра детьми школьного возраста, вызывающий шок или вводящий в заблуждение - пожалуйста свяжитесь с нами по электронной почте |
4. Нашли на сайте ошибку, неточности, баг и т.д. ... ....... |
5. Статьи можно расшарить в соцсетях, нажав на иконку сети:
|