Европейская организация ядерных исследований, граница между Францией и Швейцарией

Европейская организация ядерных исследований, также называемая Европейской лабораторией физики элементарных частиц и широко известная под аббревиатурой CERN или Cern (от названия Европейского совета по ядерным исследованиям, временного органа, созданного в 1952 году), является самой большой частицей. физический центр мира. Он расположен в нескольких километрах от Женевы, Швейцария, на франко-швейцарской границе, в муниципалитетах Мейрен, Превессен-Моэн и Сен-Жени-Пуйи.

ЦЕРН стремится лучше понять, из чего состоит Вселенная и как она работает. Для этого ЦЕРН предоставляет ученым уникальный в мире комплекс ускорителей элементарных частиц, что позволяет им раздвинуть границы человеческого знания. Основанная в 1954 году лаборатория стала замечательным примером международного сотрудничества. Наша миссия: предоставить уникальный комплекс ускорителей частиц, позволяющий проводить исследования на переднем крае человеческих знаний; проводить исследования мирового уровня в области фундаментальной физики; объединяя людей со всего мира, чтобы раздвинуть границы науки и технологий на благо всех.

ЦЕРН, основанный в 1954 году, базируется в северо-западном пригороде Женевы на французско-швейцарской границе и насчитывает 23 государства-члена. Израиль – единственная неевропейская страна, получившая полное членство. ЦЕРН является официальным наблюдателем Организации Объединенных Наций. Аббревиатура CERN также используется для обозначения лаборатории, в которой в 2016 году работало 2500 научных, технических и административных сотрудников, а в ней работало около 12000 пользователей.

Основная функция CERN заключается в предоставлении ускорителей частиц и другой инфраструктуры, необходимой для исследований в области физики высоких энергий – в результате в CERN в рамках международного сотрудничества было проведено множество экспериментов. На главном сайте в Мейрине находится большой вычислительный центр, который в основном используется для хранения и анализа данных экспериментов, а также для моделирования событий. Исследователям нужен удаленный доступ к этим объектам, поэтому лаборатория исторически была крупным центром глобальной сети. ЦЕРН также является колыбелью всемирной паутины.

История
Конвенция об учреждении ЦЕРН была ратифицирована 29 сентября 1954 года 12 странами Западной Европы. Аббревиатура CERN первоначально представляла французские слова для Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (Европейский совет по ядерным исследованиям), который был временным советом по строительству лаборатории, созданным правительствами 12 европейских стран в 1952 году. Аббревиатура была сохранена для новой лаборатории после временный совет был распущен, несмотря на то, что в 1954 году название было изменено на «Европейская организация ядерных исследований» (Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire). стали неудобным OERN, и Вернер Гейзенберг сказал, что это «все еще может быть CERN, даже если имя такое».

Первым президентом ЦЕРНа был сэр Бенджамин Локспайзер. Эдоардо Амальди был генеральным секретарем ЦЕРН на ранних этапах, когда деятельность была еще временной, а первым генеральным директором (1954 г.) был Феликс Блох.

Первоначально лаборатория была посвящена изучению атомных ядер, но вскоре была применена к физике высоких энергий, занимающейся в основном изучением взаимодействий между субатомными частицами. Поэтому лабораторию, управляемую ЦЕРНом, обычно называют европейской лабораторией физики элементарных частиц (Laboratoire européen pour la Physique des Particules), что лучше описывает проводимые там исследования.

Члены-основатели
На шестой сессии Совета ЦЕРН, проходившей в Париже с 29 июня по 1 июля 1953 года, конвенция об учреждении организации была подписана при условии ратификации 12 государствами. Конвенцию постепенно ратифицировали 12 государств-учредителей: Бельгия, Дания, Франция, Федеративная Республика Германии, Греция, Италия, Нидерланды, Норвегия, Швеция, Швейцария, Великобритания и Югославия.

Открытия
В 1983 году теория электрослабого взаимодействия почти полностью подтверждена, слабые и электромагнитные взаимодействия практически унифицированы. Также в этом году, 13 сентября, начинается первая работа LEP. В 1984 году Карло Руббиа и Саймон ван дер Меер получили в октябре Нобелевскую премию по физике за открытие, касающееся электрослабой силы. После открытия LEP в 1989 г. подтвердились предсказания теории электрослабого взаимодействия, в частности, существование заряженных частиц (W-бозонов), масса которых примерно в 80 раз больше массы протона, а также нейтральной частицы (Z-бозон ), масса которого примерно в 91 раз больше массы протона.

Между 1989 и 1990 годами Тим Бернерс-Ли, к которому присоединился Роберт Кайо, спроектировал и разработал гипертекстовую информационную систему World Wide Web.

В 1992 году Жорж Чарпак получил Нобелевскую премию по физике за работу, выполненную в ЦЕРНе в 1968 году (разработка многопроволочной пропорциональной камеры).

18 ноября 2010 года исследователи объявили, что им впервые удалось захватить атомы антиводорода в магнитное поле.

4 июля 2012 года была обнаружена новая частица, свойства которой кажутся совместимыми со свойствами бозона Хиггса, как описано в теории. Дополнительные результаты этого эксперимента, обработанные в течение 2013 года, подтвердили, что эта новая элементарная частица является бозоном Хиггса, свойства которого пока совместимы с описанными в Стандартной модели. Нобелевская премия по физике была присуждена в 2013 году физикам-теоретикам Франсуа Энглерту и Питеру Хиггсу за их теоретические работы по этой частице, предсказавшие ее существование с 1960-х годов.

Научные достижения
Несколько важных достижений в физике элементарных частиц были достигнуты благодаря экспериментам в ЦЕРНе. Они включают:

1973: открытие нейтральных токов в пузырьковой камере Гаргамеля;
1983: Открытие W- и Z-бозонов в экспериментах UA1 и UA2;
1989: Определение количества семейств легких нейтрино на Большом электрон-позитронном коллайдере (LEP), работающем на пике Z-бозона;
1995: Первое создание атомов антиводорода в эксперименте PS210;
1999: Открытие прямого CP-нарушения в эксперименте NA48;
2010: Выделение 38 атомов антиводорода;
2011: Поддержание антиводорода более 15 минут;
2012: бозон с массой около 125 ГэВ / c2, соответствующий долгожданному бозону Хиггса.
В сентябре 2011 года ЦЕРН привлек внимание СМИ, когда коллаборация OPERA сообщила об обнаружении нейтрино, возможно, быстрее скорости света. Дальнейшие тесты показали, что результаты были ошибочными из-за неправильно подключенного кабеля синхронизации GPS.

Нобелевская премия по физике 1984 г. была присуждена Карло Руббиа и Симону ван дер Мееру за разработки, которые привели к открытию W- и Z-бозонов. Нобелевская премия по физике 1992 г. была присуждена сотруднику ЦЕРН Жоржу Шарпаку «за изобретение и разработку детекторов частиц, в частности, многопроволочной пропорциональной камеры». Нобелевская премия по физике 2013 года была присуждена Франсуа Энглерту и Питеру Хиггсу за теоретическое описание механизма Хиггса через год после того, как бозон Хиггса был обнаружен в экспериментах в ЦЕРНе.

Компьютерная наука
Всемирная паутина началась как проект ЦЕРН под названием INQUIRE, инициированный Тимом Бернерсом-Ли в 1989 году и Робертом Кайо в 1990 году. Бернерс-Ли и Кайо были совместно отмечены Ассоциацией вычислительной техники в 1995 году за их вклад в разработку Всемирная паутина.

Основанный на концепции гипертекста, проект был призван облегчить обмен информацией между исследователями. Первый веб-сайт был активирован в 1991 году. 30 апреля 1993 года ЦЕРН объявил, что всемирная паутина станет бесплатной для всех. Копия оригинальной первой веб-страницы, созданная Бернерсом-Ли, до сих пор публикуется на веб-сайте Консорциума World Wide Web как исторический документ.

До появления Интернета ЦЕРН был пионером внедрения Интернет-технологий, начиная с начала 1980-х годов.

Совсем недавно ЦЕРН стал центром для разработки грид-вычислений, в котором размещаются проекты, включая «Разрешающие сети для E-sciencE» (EGEE) и LHC Computing Grid. Здесь также размещается точка обмена Интернет-трафиком ЦЕРН (CIXP), одна из двух основных точек обмена данными в Интернете в Швейцарии.

Ускорители элементарных частиц

Текущий комплекс
ЦЕРН управляет сетью из шести ускорителей и замедлителя. Каждая машина в цепочке увеличивает энергию пучков частиц, прежде чем доставить их на эксперименты или на следующий более мощный ускоритель. В настоящее время (по состоянию на 2019 год) активными машинами являются:

Линейный ускоритель LINAC 3, генерирующий частицы низкой энергии. Он обеспечивает инжекцию тяжелых ионов с энергией 4,2 МэВ / нуклон в кольцо ионов низкой энергии (LEIR).
Протонный синхротронный ускоритель увеличивает энергию частиц, генерируемых линейным ускорителем протонов, прежде чем они будут переданы другим ускорителям.
Кольцо низкоэнергетических ионов (LEIR) ускоряет ионы из линейного ускорителя ионов LINAC 3, прежде чем передавать их в протонный синхротрон (PS). Этот ускоритель был введен в эксплуатацию в 2005 году после перенастройки из предыдущего низкоэнергетического антипротонного кольца (LEAR).
Протонный синхротрон (PS) на 28 ГэВ, построенный в 1954–1959 годах и до сих пор работающий в качестве питателя для более мощных SPS.
Супер протонный синхротрон (SPS), круговой ускоритель диаметром 2 км, построенный в туннеле, который начал работу в 1976 году. Он был разработан для выработки энергии 300 ГэВ и был постепенно повышен до 450 ГэВ. Помимо наличия собственных каналов для экспериментов с неподвижной мишенью (в настоящее время COMPASS и NA62), он использовался как протон-антипротонный коллайдер (коллайдер SppS) и для ускорения электронов и позитронов высоких энергий, которые были введены в Большой Электрон. –Позитронный коллайдер (LEP). С 2008 года он использовался для инжекции протонов и тяжелых ионов в Большой адронный коллайдер (LHC).
Он-лайн изотопный масс-сепаратор (ISOLDE), который используется для изучения нестабильных ядер. Радиоактивные ионы образуются в результате воздействия протонов с энергией 1,0–1,4 ГэВ от протонного синхротронного ускорителя. Впервые он был введен в эксплуатацию в 1967 году и был реконструирован с серьезной модернизацией в 1974 и 1992 годах.
Антипротонный замедлитель (AD), который снижает скорость антипротонов примерно до 10% скорости света для исследования антивещества.
Эксперимент ПРОБУЖДЕНИЕ, который является доказательством принципа действия плазменного ускорителя кильватерного поля.
Линейный электронный ускоритель для исследований (CLEAR) ЦЕРН, занимающийся исследованиями и разработками ускорителей.

Большой адронный коллайдер
Многие виды деятельности в ЦЕРНе в настоящее время связаны с работой на Большом адронном коллайдере (LHC) и экспериментами на нем. LHC представляет собой масштабный всемирный проект научного сотрудничества.

Туннель LHC находится в 100 метрах под землей, в районе между Женевским международным аэропортом и близлежащими горами Юра. Большая часть его протяженности проходит на французской стороне границы. Он использует круговой туннель диаметром 27 км, который ранее занимал Большой электрон-позитронный коллайдер (LEP), который был остановлен в ноябре 2000 года. Существующие ускорительные комплексы ЦЕРН PS / SPS используются для предварительного ускорения протонов и ионов свинца, которые затем вводятся. в LHC.

Восемь экспериментов (CMS, ATLAS, LHCb, MoEDAL, TOTEM, LHCf, FASER и ALICE) расположены вдоль коллайдера; каждый из них изучает столкновения частиц с разных сторон и с использованием разных технологий. Строительство для этих экспериментов потребовало огромных инженерных усилий. Например, в Бельгии был арендован специальный кран, чтобы опускать детали детектора CMS в его пещеру, поскольку каждая деталь весила почти 2000 тонн. Первый из примерно 5000 магнитов, необходимых для строительства, был спущен в специальную шахту в 13:00 по Гринвичу 7 марта 2005 года.

LHC начал генерировать огромные объемы данных, которые CERN передает в лаборатории по всему миру для распределенной обработки (с использованием специализированной сетевой инфраструктуры LHC Computing Grid). В течение апреля 2005 г. в ходе пробной передачи было успешно передано 600 МБ / с на семь различных сайтов по всему миру.

Первые пучки частиц были введены в LHC в августе 2008 года. Первый пучок прошел через весь LHC 10 сентября 2008 года, но через 10 дней система вышла из строя из-за неисправного магнитного соединения, и 19 сентября 2008 года она была остановлена ​​на ремонт. .

LHC возобновил работу 20 ноября 2009 года, успешно выполнив циркуляцию двух лучей, каждый с энергией 3,5 тераэлектронвольта (ТэВ). Тогда перед инженерами стояла задача попытаться выровнять две балки так, чтобы они врезались друг в друга. По словам Стива Майерса, директора по ускорителям и технологиям, это похоже на «выстрелив двумя иглами через Атлантику и заставив их поразить друг друга».

30 марта 2010 года LHC успешно столкнул два протонных пучка с энергией 3,5 ТэВ на протон, что привело к энергии столкновения 7 ТэВ. Однако это было только начало того, что было необходимо для ожидаемого открытия бозона Хиггса. Когда экспериментальный период 7 ТэВ закончился, LHC разогнался до 8 ТэВ (4 ТэВ на протон), начиная с марта 2012 года, и вскоре начались столкновения частиц с этой энергией. В июле 2012 года ученые ЦЕРН объявили об открытии новой субатомной частицы, которая позже была подтверждена как бозон Хиггса. В марте 2013 года ЦЕРН объявил, что измерения, проведенные на недавно обнаруженной частице, позволили сделать вывод, что это бозон Хиггса. В начале 2013 года LHC был отключен на двухлетний период технического обслуживания, чтобы укрепить электрические связи между магнитами внутри ускорителя и для других обновлений.

5 апреля 2015 года, после двух лет обслуживания и консолидации, LHC перезапустился во второй раз. Первый выход на рекордную энергию 6,5 ТэВ был осуществлен 10 апреля 2015 года. В 2016 году впервые была превышена проектная частота столкновений. Второй двухлетний период остановки начался в конце 2018 года.

Строящиеся ускорители
По состоянию на октябрь 2019 года продолжается строительство для увеличения яркости LHC в проекте под названием High Luminosity LHC (HL-LHC). В рамках этого проекта ускоритель LHC должен быть модернизирован к 2026 году, и его светимость будет на порядок выше.

В рамках проекта модернизации HL-LHC обновляются и другие ускорители CERN и их подсистемы. Среди прочего, был выведен из эксплуатации инжектор линейного ускорителя LINAC 2, который в 2020 году будет заменен новым ускорителем-инжектором LINAC 4.

Списанные ускорители
Оригинальный линейный ускоритель LINAC 1. Работал в 1959–1992 гг.
Инжектор линейного ускорителя LINAC 2. Ускоренные протоны до 50 МэВ для инжекции в протонный синхротронный ускоритель (PSB). Эксплуатировался 1978–2018 гг.
Синхроциклотрон (СЦ) на 600 МэВ, который начал работу в 1957 году и был остановлен в 1991 году. В 2012–2013 годах был превращен в публичную выставку.
Пересекающиеся накопительные кольца (ISR), ранний коллайдер, построенный с 1966 по 1971 год и проработавший до 1984 года.
Большой электрон-позитронный коллайдер (LEP), работавший с 1989 по 2000 год и являвшийся крупнейшей машиной такого рода, размещался в круглом туннеле длиной 27 км, в котором сейчас находится Большой адронный коллайдер.
Ускорительный комплекс LEP Pre-Injector (LPI), состоящий из двух ускорителей, линейного ускорителя под названием LEP Injector Linac (LIL; сам состоит из двух последовательно расположенных линейных ускорителей, называемых LIL V и LIL W), и кругового ускорителя под названием Electron. Позитронный аккумулятор (EPA). Эти ускорители предназначались для инжекции пучков позитронов и электронов в ускорительный комплекс ЦЕРН (точнее, в протонный синхротрон), которые после многих этапов ускорения доставлялись на LEP. В эксплуатации 1987-2001 гг .; после отключения LEP и завершения экспериментов, которые напрямую получали питание от LPI, установка LPI была адаптирована для использования в CLIC Test Facility 3 (CTF3).
Низкоэнергетическое антипротонное кольцо (LEAR), введенное в эксплуатацию в 1982 году, собрало в 1995 году первые части настоящего антивещества, состоящего из девяти атомов антиводорода. Он был закрыт в 1996 году и заменен Antiproton Decelerator. Само устройство LEAR было переконфигурировано в ионный ускоритель Low Energy Ion Ring (LEIR).
Компактная испытательная установка линейного коллайдера 3 (CTF3), в которой изучалась возможность будущего проекта линейного коллайдера с нормальной проводимостью (коллайдер CLIC). В эксплуатации 2001–2016 гг. Один из его пучков был преобразован с 2017 года в новый исследовательский центр линейного электронного ускорителя (CLEAR).

Возможные ускорители будущего
ЦЕРН в сотрудничестве с группами по всему миру исследует две основные концепции будущих ускорителей: линейный электрон-позитронный коллайдер с новой концепцией ускорения для увеличения энергии (CLIC) и более крупную версию LHC, проект, который в настоящее время называется Future Circular Collider. .

Установки
ЦЕРН использует не один ускоритель частиц для изучения структуры материи, а целую цепочку других машин (иногда называемых инжекторами). Частицы, которые проходят через них последовательно, постепенно ускоряются, давая частицам все больше и больше энергии. В данный комплекс входит несколько линейных и круговых ускорителей.

Здания, составляющие научный комплекс, пронумерованы без какой-либо логики. Например, дом 73 зажат между зданиями 238 и 119. Множественность языков и национальностей (более 80) в ЦЕРН отчасти вдохновила Седрика Клапиша на создание фильма L’Auberge Espagnol.

Цепочка ускорителей частиц вокруг LHC
Самая мощная установка в ЦЕРНе – Большой адронный коллайдер (LHC), который был введен в эксплуатацию 10 сентября 2008 г. (первоначально планировалось в ноябре 2007 г.). LHC находится в самом конце цепочки ускорителей. В случае ускорения протонов они идут по следующему пути:

Все начинается с источника протонов, называемого «дуоплазматрон». Эта машина размером с жестяную банку использует водород для производства протонов с начальной энергией 100 кэВ (ядро обычного водорода состоит из одного протона). Этот газ, выходящий из баллона, с контролируемой скоростью впрыскивается в камеру источника, где он ионизируется для извлечения одного электрона из каждого атома. Полученные протоны затем выбрасываются электрическим полем на следующую ступень.

Линейный ускоритель протонов Linac-2, введенный в эксплуатацию в 1978 году. Являясь (наряду с источником протонов) первым звеном в цепи, он является наиболее часто используемой установкой в ​​ЦЕРНе; его доступность составляет от 98 до 99%, а его останов намечен примерно на 2017 год, когда он будет заменен на Linac-4. Linac-2 ускоряет протоны до одной трети скорости света, что приводит к получению энергии 50 МэВ для каждой частицы.

На выходе из Linac-2 протоны инжектируются в PS-Booster. Это небольшой синхротрон с окружностью 157 м, который обеспечивает энергию 1,4 ГэВ на протон, что соответствует 91,6% скорости света. Затем протоны вводятся в ПС.

PS или протонный синхротрон с окружностью 628 метров, оснащенный 277 электромагнитами, включая 100 диполей, которые используются для изгиба пучка частиц. Это одно из старейших устройств в ЦЕРНе, поскольку оно было введено в эксплуатацию в ноябре 1959 года, но с тех пор претерпело множество модификаций. Эта машина в настоящее время используется для ускорения протонов, но также и ионов. В течение его карьеры он также действовал как ускоритель антипротонов, электронов и позитронов (антиэлектронов). Он увеличивает энергию протонов до 25 ГэВ, ускоряя их до 99,9% скорости света. После этого шага увеличение скорости больше не имеет значения, потому что мы приближаемся к скорости света, который, согласно теории относительности, является непреодолимым пределом. Увеличение энергии частиц в настоящее время в основном является результатом увеличения их массы.

Супер протонный синхротрон (SPS) с окружностью 7 км, оснащенный 1317 электромагнитами, включая 744 диполя. Он разгоняет протоны до 450 ГэВ. Он был введен в эксплуатацию в 1976 году как простой ускоритель, преобразованный коллайдером протон-антипротон в 1983 году, прежде чем стать новой цепочкой инжекторов с 1989 года до LEP, а затем для его замены, LHC. Как и PS, SPS за время своего существования ускорял различные частицы (протоны, антипротоны, более или менее массивные ионы, электроны, позитроны). С момента запуска LHC SPS работает только с протонными ионами.

И, наконец, LHC или Большой адронный коллайдер (Большой адронный коллайдер на французском языке) с окружностью 26,659 км, использующий сверхпроводники, и где протоны могут достигать 7 ТэВ (то есть уровень энергии на частицу в 70 миллионов раз больше, чем уровень, производимый исходный дуоплазматрон).

В рамках эксперимента ALICE LHC также ускоряет ионы свинца, и для последних процесс немного отличается: произведенные «источником ЭЦР» из испаренного, а затем ионизированного свинца, ионы свинца претерпевают свое первое ускорение в линейном ускорителе Linac-3. ускоритель, затем они проходят через LEIR (низкоэнергетическое ионное кольцо). Только тогда ионы следуют по тому же пути, что и протоны, через PS, SPS и LHC (источник ECR, Linac-3 и LEIR, следовательно, заменяют дуоплазматрон, Linac-2 и «Booster» соответственно). По мере ускорения эти ионы лишаются своих электронов в несколько стадий, пока все, что остается, не является «голыми» атомными ядрами, каждое из которых может достигать энергии 574 ТэВ (т.е. 2,76 ТэВ на нуклон).

Каждая установка CERN имеет один или несколько экспериментальных залов, доступных для экспериментов. Таким образом ускоренные протоны Бустера, ПС и СПС могут быть направлены либо на следующий ускоритель в цепочке, либо в экспериментальные зоны, чаще всего с фиксированной целью (столкновение лучей с целью с целью производить новые частицы).

Другие объекты и эксперименты в ЦЕРНе
Хотя LHC в настоящее время является крупнейшим и наиболее широко освещаемым объектом, в ЦЕРН присутствует другое оборудование и исследовательские работы.

AD, антипротонный замедлитель
Антипротонный замедлитель (en) – это устройство, предназначенное для производства антипротонов низкой энергии. Действительно, во время своего создания (при ударе протонов, исходящих от PS, на металлическую мишень) антипротоны обычно имеют слишком высокую скорость, чтобы их можно было использовать в определенных экспериментах, и, более того, их траектории и их энергии несопоставимы. Антипротонный замедлитель был построен для восстановления, контроля и, в конечном итоге, замедления этих частиц до примерно 10% скорости света. Для этого используются электромагниты и мощные электрические поля. После «приручения» эти антипротоны можно использовать в других экспериментах:

ACE (Antiproton Cell Experiment): эксперимент, изучающий эффективность антипротонов в борьбе с раком путем введения пучка этих частиц в живые клетки in vitro. Энергия, высвобождаемая в результате аннигиляции между введенными антипротонами и протонами атомных ядер, затем разрушит клетки. Цель состоит в том, чтобы иметь возможность разрушать раковые опухоли, проецируя в них антипротоны. Этот метод был бы более выгодным, чем другие методы лечения пучком частиц, поскольку он менее опасен для здоровых тканей. Первые результаты обнадеживают, но около десяти лет не ожидается медицинских применений.

ALPHA и ATRAP: цель этих экспериментов – изучить различия в свойствах материи и антивещества. Для этого создаются атомы антиводорода (состоящие из антипротона и позитрона), и их характеристики затем сравниваются с характеристиками обычных атомов водорода.

АСАКУЗА: Этот эксперимент преследует ту же цель, что и предыдущие два, но с другим методом. Вместо того, чтобы использовать атомы антиводорода, физики ASACUSA создадут гораздо более экзотические конфигурации, такие как антипротонный гелий, то есть атомы гелия, у которых один из электронов был заменен. антипротоном! (напоминание: антипротон имеет отрицательный электрический заряд, как и электрон). Преимущество этих конфигураций в том, что их легче производить и они имеют более длительный срок службы, чем антиводород.

AEgIS: эксперимент, основная цель которого – проверить, идентичны ли эффекты гравитации на антивещество (или нет) тем, которые действуют на материю. Рассматривается несколько гипотез, в том числе возможность обратного действия гравитации на антивещество.

БРОСАТЬ
CERN A ction S olar T телескоп (Телескоп для солнечных аксионов ЦЕРН). Инструмент для обнаружения гипотетических ударов от солнца.

Аксионы – это частицы, которые, как подозревают, являются частью темной материи, и которые также могут объяснить происхождение небольших различий, наблюдаемых между материей и антивеществом, отсюда и интерес к исследованию их существования. Принцип работы CAST заключается в размещении мощного магнитного поля на пути этих частиц внутри правильно ориентированных вакуумных трубок, которое должно преобразовывать их в рентгеновские лучи, когда они пересекают его. Именно это рентгеновское излучение, которое легче обнаружить, чем сами аксионы, предназначено для регистрации. Если аксионы существуют, вполне вероятно, что они присутствуют в центре нашей звезды, именно по этой причине CAST представляет собой телескоп, который направлен в направлении Солнца благодаря мобильной платформе.

Обратите внимание, что в этом эксперименте повторно используется определенное количество уже существующих компонентов: прототип сверхпроводящего дипольного магнита, который использовался для разработки LHC, криогенного охлаждающего устройства, которое использовалось в эксперименте DELPHI на большом электрон-позитронном коллайдере (LEP ) и система фокусировки рентгеновского излучения из космической программы. Сочетание методов астрономии и физики элементарных частиц, CAST также является единственным экспериментом, в котором не используется пучок, создаваемый ускорителями, но, тем не менее, он использует навыки, приобретенные ЦЕРН.

ОБЛАКО
Космическое излучение ИЛИ внутренние капли (космические лучи, образующие внешние капли)

CLOUD (in) планируется для более тщательного исследования возможного влияния космических лучей на образование облаков. Действительно, эти заряженные частицы, приходящие из космоса, будут способны производить новые аэрозоли, влияющие на толщину облачного покрова. Спутниковые измерения позволяют нам подозревать корреляцию между толщиной облаков и интенсивностью космических лучей. Однако изменение облачного покрова в несколько процентов может оказать определенное влияние на климат и тепловой баланс нашей планеты.

ОБЛАКО, все еще находящееся на стадии подготовки с прототипом детектора, будет состоять из камеры тумана и «реакционной камеры», в которой могут быть восстановлены условия давления и температуры в любой области атмосферы, и которая будет подвергаться потоку частиц произведенный ПК, имитирующим космические лучи. Несколько устройств будут отслеживать и анализировать содержимое этих камер. Это первый раз, когда ускоритель элементарных частиц был использован для изучения атмосферы и климата. Этот опыт может «существенно изменить наше понимание облаков и климата».

КОМПАС
CO mmon M uon и P roton A pparatus для структуры и спектроскопии

Этот разносторонний эксперимент состоит из исследования структуры адронов (из которых протон и нейтрон, составляющие материи, из которой мы состоим), и поэтому связи между глюонами и кварками, составляющими их, являются частью. Для этого он использует протоны, ускоренные SPS. Среди прочего, различные цели:

изучить происхождение спина нуклона, в частности, роль глюонов. Для этого создаются мюоны (нестабильные частицы, сравнимые с электроном, но более массивные), которые проецируются на «поляризованную мишень»;

обнаружение клеевых шариков, гипотетических частиц, состоящих только из глюонов;

определение иерархии различных типов адронов путем создания и последующего использования пучка пионов.

CTF3
C LIC T – это объект 3. Испытательный полигон, на котором ЦЕРН уже готовится после LHC в рамках проекта Compact Linear Collider (CLIC).

Цель состоит в том, чтобы разработать ускоритель нового поколения, CLIC, который позволит углубить открытия, сделанные LHC, но при относительно разумных затратах и ​​установочных размерах. Цель состоит в том, чтобы достичь энергии, сравнимой с энергией, полученной на LHC, но на этот раз со столкновениями электронов и позитронов (вместо столкновений протонов / протонов), что откроет новые перспективы.

Принцип работы будущего CLIC основан на двухлучевой системе, которая должна позволить создавать более высокие поля ускорения, чем предыдущие ускорители, то есть порядка 100–150 МВ / м. Главный луч будет ускоряться радиочастотной энергией, которая будет создаваться параллельным пучком электронов с меньшей энергией, но с высокой интенсивностью. Это замедление этого «ведущего луча», которое обеспечивает энергию, используемую для ускорения главного луча. Мы могли бы сравнить этот принцип с принципом электрического трансформатора, который вырабатывал бы электрический ток высокого напряжения из тока более низкого напряжения, но за счет снижения его интенсивности.

DIRAC
DI-мезонный релятивистский атомный комплекс (релятивистский атомный комплекс димезонов). Этот эксперимент направлен на лучшее понимание того сильного взаимодействия, которое связывает кварки вместе, образуя адроны. Точнее, речь идет о проверке поведения этой силы на «больших» расстояниях и при низкой энергии.

Для этого DIRAC изучает распад пионных атомов (или пиониев, то есть нестабильных ансамблей положительных и отрицательных пионов) или «» атомов (каждый состоит из пиона и каона с противоположными зарядами, также нестабильных). . Срок службы этих экзотических сборок, созданных благодаря протонному пучку PS, «измеряется с недостижимой ранее точностью».

ИЗОЛЬДА
I sotope S eparator O n Line OF tector (оперативный разделитель изотопов (in))

ISOLDE, называемый «алхимической фабрикой», представляет собой установку, которая позволяет производить и изучать большое количество нестабильных изотопов, период полураспада некоторых из которых составляет всего несколько миллисекунд. Эти изотопы образуются при ударе протонов, выходящих из инжектора ПС, на мишени различного состава (от гелия до радия). Они разделяются по массе, затем ускоряются, чтобы их можно было изучать. Во многих из этих экспериментов используется детектор гамма-излучения, называемый «Мини-шар».

Таким образом, ISOLDE стремится исследовать структуру атомного ядра по существу, но также имеет другие цели в биологии, астрофизике и других областях физики (атомика, твердое тело, фундаментальная физика).

Команда ISOLDE наблюдала аномальный тепловой эффект (AHE) во время эксперимента по электролизу с палладиевым электродом, известным с 1989 года, и обнаруживает его во время семинара.

n_TOF
«Фабрика нейтронов». Используя протоны от ПС, это оборудование предназначено для получения нейтронов с потоками высокой интенсивности и в широком диапазоне энергий. Так называемая «нейтронная времяпролетная» установка позволяет точно изучить процессы, в которых участвуют эти частицы. Полученные результаты представляют интерес для различных исследовательских проектов, в которых нейтронные потоки играют роль: ядерная астрофизика (в частности, в области эволюции звезд и сверхновых); уничтожение радиоактивных отходов; или лечение опухолей пучками частиц.

Демонтированные ускорители
С момента своего открытия ЦЕРН использовал несколько ускорителей, некоторые из которых были демонтированы, чтобы разместить другие, которые более эффективны или лучше подходят для текущих исследований. Эти ускорители:

Linac1, первый линейный ускоритель CERN, введенный в эксплуатацию в 1959 году и замененный на Linac3 в 1993 году;

синхроциклотрон (СК) на 600 МэВ, находившийся в эксплуатации с 1957 по 1991 год. Он имел электромагнит, состоящий из двух катушек диаметром 7,2 метра и массой 60 тонн каждая;

CESAR, «кольцо для хранения и накопления электронов», построенное в 1963 г. и демонтированное в 1968 г. Запуск CESAR был трудным, но он позволил получить полезные ноу-хау для разработки будущих коллайдеров CERN;

Пересекающиеся накопительные кольца (ISR), построенные с 1966 по 1971 год и находившиеся в эксплуатации до 1984 года. Они были самым первым протонным коллайдером, который также был первым ускорителем частиц, в котором использовались сверхпроводящие магниты (с ноября 1980 года), а затем первым, производившим столкновения между протонами и антипротонами (в апреле 1981 г.);

Большой Электрон-Позитрон (LEP), находившийся в эксплуатации с 1989 по 2000 год, будет заменен LHC. LEP был в свое время крупнейшим ускорителем столкновения электронов и позитронов в ЦЕРНе;

низкоэнергетическое антипротонное кольцо (LEAR), введенное в эксплуатацию в 1982 году, что позволило собрать первые атомы антивещества в 1995 году. Оно было остановлено в 1996 году для преобразования в LEIR (низкоэнергетическое ионное кольцо), предназначенное для снабжения LHC тяжелые ионы.

Эксперименты демонтированы

АГНКС
C ern N eutrinos to G ran Sasso (Нейтрино от ЦЕРНа до Гран-Сассо).

Эта установка состоит из пучка нейтрино, который направляется в лабораторию, расположенную в Италии, в 732 километрах от нее. Для этого ускоренные SPS протоны направляются к графитовой мишени. В результате столкновений образуются нестабильные частицы, называемые пионами и каонами, которые с помощью магнитного устройства фокусируются в километровый вакуумный туннель, где и распадаются. Эти распады, в свою очередь, генерировали мюоны и, прежде всего, нейтрино. Щит, а затем скала за концом туннеля поглощают все частицы (мюоны, неразложившиеся пионы и каоны или протоны, прошедшие через цель), кроме нейтрино, которые, таким образом, являются единственными, кто продолжает свой путь. Сборка ориентирована таким образом, что полученный пучок нейтрино направляется в итальянскую лабораторию, расположенную в Гран-Сассо,

Цель всего этого – изучить феномен осцилляции нейтрино. Действительно, существует три типа (называемых ароматизаторами) нейтрино, и теперь принято считать, что эти частицы «колеблются» между этими тремя ароматами, переходя от одного к другому. Другой. CNGS позволяет изучать эти колебания, потому что произведенные нейтрино имеют исключительно мюонный аромат, а на уровне Гран-Сассо и после путешествия на 732 км внутри Земли некоторые из них будут преобразованы в другие. ароматы, которые можно записать. Первые пучки нейтрино были испущены летом 2006 года. Учитывая низкую интерактивность нейтрино и редкость их колебаний, потребуются годы экспериментов и сбора данных. В мае 2010 года было зарегистрировано первое событие, соответствующее колебанию одного из нейтрино, произведенных CNGS. Этот объект был остановлен в декабре 2012 года после шести лет эксплуатации. Туннели CERN, используемые для CNGS, теперь будут использоваться для проведения эксперимента AWAKE (Advanced WAKefield Experiment), снабженного протонами от SPS, он должен начать работу в конце 2016 года.

Защита окружающей среды в ЦЕРНе
Мониторинг окружающей среды в ЦЕРН осуществляется, с одной стороны, подразделением HSE (Здоровье и безопасность и охрана окружающей среды), а с другой стороны, двумя внешними органами: Федеральным управлением общественного здравоохранения (Швейцария) и Институтом радиационной защиты и ядерная безопасность (Франция). FOPH запустил программу мониторинга нулевой точки ЦЕРН, целью которой является получение контрольной точки радиологической ситуации вокруг ЦЕРН до ввода в эксплуатацию Большого адронного коллайдера.