Здравствуйте, в этой статье мы постараемся ответить на вопрос: «Превышение скорости света на коллайдере». Также Вы можете бесплатно проконсультироваться у юристов онлайн прямо на сайте.
Нейтрино — сверхлегкие элементарные частицы, которые из-за малого размера практически не взаимодействуют с обычной материей (или, как говорят физики, участвуют только в слабом и гравитационном взаимодействиях). Впервые были описаны в работах итальянца Энрико Ферми. Сегодня физики разделяют три типа нейтрино: электронное нейтрино, мюонное нейтрино и тау-нейтрино (друг от друга они отличаются характеристиками заряда). Последний тип нейтрино был открыт в 1975 году на коллайдере SPEAR (Stanford Positron Electron Accelerating Ring) в лаборатории Стэнфордского центра линейного ускорителя в США: в ходе эксперимента пучок протонов направлялся на вольфрамовую мишень, а одним из продуктов распада ядер атомов вольфрама и стали тау-нейтрино (и за это открытие была присуждена Нобелевская премия по физике 1995 года).
Целью же эксперимента OPERA стало наблюдение за процессом осцилляции нейтрино, то есть превращение одного типа нейтрино в другое.
— Начинать переосмысливать законы физики молекулярных частиц и астрофизики, космологии и всего, если хотите, мироздания…
Великий запрет снят
Еще в 1930 году в Лондоне на банкете, устроенном в честь Альберта Эйнштейна, Бернард Шоу сказал: «Птолемей создал универсум, который просуществовал 1400 лет. Ньютон создал универсум, который просуществовал 300 лет. Эйнштейн создал еще один универсум, и я не могу сказать вам, как долго он будет существовать».
В Большом адронном коллайдере зафиксировано превышение скорости света (ВИДЕО)
-
- 1Смерть за заражение ковидом. Где и кого казнили в мире в 2020 году?
- 2“Каждая семья несчастлива по-своему”. Суд в Лондоне обязал сына Ахмедовых выплатить матери $100 млн
- 3″Хороший пиар-ход». Что думают экономисты и политологи о послании Путина
- 4Семилетний любитель истории убедил маму отнести картину на Би-би-си. Оказалось, это раритет
- 5Как российские власти готовились к митингу в поддержку Навального
- 6Елизавета II отмечает 95-летие: в трауре и только с самыми близкими
- 7В США впервые за 70 лет казнили женщину. Кто такая Лиза Монтгомери и за что ее приговорили к смерти?
- 8Дроны с бомбами. Мексиканские наркокартели атакуют силовиков с воздуха
- 9США: полицейский застрелил 16-летнюю темнокожую девушку
- 10У берегов Бали пропала индонезийская подлодка. К поискам привлечен военный флот
Вопреки широко распространенному мнению, специальная теория относительности не запрещает само по себе существование частиц, движущихся со сверхсветовой скоростью. Однако для таких частиц (их обобщенно называют «тахионы») скорость света тоже является пределом, но только снизу — они не могут двигаться медленнее нее. При этом зависимость энергии частиц от скорости получается обратной: чем больше энергия, тем ближе скорость тахионов к скорости света.
Гораздо более серьезные проблемы начинаются в квантовой теории поля. Эта теория приходит на смену квантовой механике, когда речь идет про квантовые частицы с большими энергиями. В этой теории частицы — это не точки, а, условно говоря, сгустки материального поля, и рассматривать их отдельно от поля нельзя. Оказывается, что тахионы понижают энергию поля, а значит, делают вакуум нестабильным. Пустоте тогда выгоднее спонтанно рассыпаться на огромное число этих частиц, и потому рассматривать движение одного тахиона в обычном пустом пространстве просто бессмысленно. Можно сказать, что тахион — это не частица, а нестабильность вакуума.
В случае тахионов-фермионов ситуация несколько сложнее, но и там тоже возникают сравнимые трудности, мешающие созданию самосогласованной тахионной квантовой теории поля, включающей обычную теорию относительности.
Впрочем, это тоже не последнее слово в теории. Так же, как экспериментаторы измеряют всё, что поддается измерению, теоретики тоже проверяют все возможные гипотетические модели, которые не противоречат имеющимся данным. В частности, существуют теории, в которых допускается небольшое, не замеченное пока отклонение от постулатов теории относительности — например, скорость света сама по себе может быть переменной величиной. Прямой экспериментальной поддержки у таких теорий пока нет, но они пока и не закрыты.
Под этой краткой зарисовкой теоретических возможностей можно подвести такой итог: несмотря на то что в некоторых теоретических моделях движение со сверхсветовой скоростью возможно, они остаются исключительно гипотетическими конструкциями. Все имеющиеся на сегодня экспериментальные данные описываются стандартными теориями без сверхсветового движения. Поэтому если бы оно достоверно подтвердилось хоть для каких-нибудь частиц, квантовую теорию поля пришлось бы кардинально переделывать.
Стоит ли считать результат OPERA в этом смысле «первой ласточкой»? Пока нет. Пожалуй, самым главным поводом для скепсиса остается тот факт, что результат OPERA не согласуется с другими экспериментальными данными по нейтрино.
Во-первых, во время знаменитой вспышки сверхновой SN1987A были зарегистрированы и нейтрино, которые пришли за несколько часов до светового импульса. Это не означает, что нейтрино шли быстрее света, а лишь отражает тот факт, что нейтрино излучаются на более раннем этапе коллапса ядра при вспышке сверхновой, чем свет. Однако раз нейтрино и свет, проведя в пути 170 тысяч лет, не разошлись более, чем на несколько часов, значит, скорости у них очень близки и различаются не более чем на миллиардные доли. Эксперимент же OPERA показывает в тысячи раз более сильное расхождение.
Тут, конечно, можно сказать, что нейтрино, рождающиеся при вспышках сверхновых, и нейтрино из ЦЕРНа сильно различаются по энергии (несколько десятков МэВ в сверхновых и 10–40 ГэВ в описываемом эксперименте), а скорость нейтрино меняется в зависимости от энергии. Но это изменение в данном случае работает в «неправильную» сторону: ведь чем выше энергия тахионов, тем ближе их скорость должна быть к скорости света. Конечно, и тут можно придумать какую-то модификацию тахионной теории, в которой эта зависимость была бы совсем другой, но в таком случае придется уже обсуждать «дважды-гипотетическую» модель.
Далее, из множества экспериментальных данных по нейтринным осцилляциям, полученным за последние годы, следует, что массы всех нейтрино отличаются друг от друга лишь на доли электронвольта. Если результат OPERA воспринимать как проявление сверхсветового движения нейтрино, то тогда величина квадрата массы хотя бы одного нейтрино будет порядка –(100 МэВ)2 (отрицательный квадрат массы — это и есть математическое проявление того, что частица считается тахионом). Тогда придется признать, что все сорта нейтрино — тахионы и обладают примерно такой массой. С другой стороны, прямое измерение массы нейтрино в бета-распаде ядер трития показывает, что масса нейтрино (по модулю) не должна превышать 2 электронвольта. Иными словами, все эти данные согласовать друг с другом не удастся.
Вывод отсюда можно сделать такой: заявленный результат коллаборации OPERA трудно вместить в какие-либо, даже в самые экзотические теоретические модели.
Почему нельзя превысить скорость света?
Можно сказать, половина подмосковной Дубны — почти весь правый берег Волги — на три с лишним часа осталась без электричества. И не из-за какой-то аварии, а по статусу наукограда. По улицам на тягаче величественно проследовал гигантский жёлтый металлический саркофаг весом в 120 тонн. Он оказался таким высоким, что пришлось убирать с дороги электрокабели.
- 1 сентября 2016 г.
-
- Сутки
- Неделя
- Месяц
(кликните на цитату, чтобы бесплатно скачать книгу целиком):
Читайте об этом подробнее в книгах Анастасии Новых (кликните на цитату, чтобы бесплатно скачать книгу целиком):
— Подожди, Сэнсэй, что значит в значительной степени проявляется Аллат?! Я что-то не совсем понял,— проговорил Николай Андреевич.
— Видишь ли. Нейтрино в значительной степени отличается от других так называемых элементарных частиц. Во-первых, нейтрино может иметь массу, а может не иметь. Может взаимодействовать с гравитационным полем, с теми же магнитными или электромагнитными полями, а может, и нет. Более того, нейтрино способно перемещаться со скоростью света, но в отличие от него может замедляться и менять свою траекторию. И, пожалуй, самые фантастические с позиции современной физики возможности нейтрино заключаются в его способности мгновенно перемещаться на неограниченные расстояния.
— Это как? — спросил Женя.
— Элементарно. Взаимодействуя с гравитационным полем, нейтрино переходит из одного состояния в другое. Скажем так, из состояния частицы в состояние энергии со строго определённой частотой, при этом «возбуждая» гравитационное поле, к примеру, в определённой точке нашей солнечной системы, оно вызывает ответное возбуждение в определённой точке гравитационного поля в другой галактике. И таким образом, без потери времени и независимо от пространства, нейтрино исчезает здесь и сейчас и появляется там и сейчас. Как говорят физики, образует «червоточину» во времени и пространстве.
— Вот это да! — вырвались возгласы ребят.
— Используя естественные, вернее, физические свойства нейтрино, люди также смогут преодолевать любые расстояния без потери времени и минимуме энергозатрат.
— Ну, если честно, то звучит как фантастика, — скептически заметил Николай Андреевич.
— Ну, если честно, — Сэнсэй сделал акцент на первых словах, — то ещё сто лет назад атомная бомба тоже была фантастикой… А что касается нейтрино, то я скажу даже больше: не было бы нейтрино, то не было бы жизни. Нейтрино играет колоссальную роль в образовании видимого вами мира. И кстати имеет, так же как и Аллат, цельную единицу времени — 11 минут 56,74 секунд.
— Анастасия НОВЫХ Эзоосмос
О том что происходит со скоростью света на коллайдере. Подробно.
Несмотря на то, что свет считается неосязаемым объектом, он состоит вполне из реальных частиц – фотонов, обладающих нулевой массой в состоянии покоя. Находясь в вакууме, они перемещаются в пространстве со скоростью 299 792 458 м/с, что на данный момент считается самым быстрым показателем скорости.
Интересный факт: расстояние от Земли до Солнца, протяженностью в 150 миллионов километров, свет проходит за 8 минут 19 секунд.
Быстрота света активно используется людьми в быту, начиная с банального обогрева солнечными лучами и заканчивая передачей сигналов и информации.
После того, как в 2000-ом свою работу прекратил большой электрон-позитронный коллайдер, было принято решение построить усовершенствованную модель. Еще во второй половине 80-х ученые создавали различные наработки и чертежи, которые начали реализовываться в 2001-ом году.
Интересный факт: в разработке и строительстве участвовало примерно 10 тысяч ученых из 100 государств, причем большинство из них до сих пор работает над коллайдером.
В эксплуатацию адронный коллайдер был запущен в 2008 году, но спустя пару недель один из его контактов расплавился и спровоцировал аварию. Из-за этого работу пришлось остановить до середины 2009 года. Приведя установку в порядок, работники и ученые возобновили эксперименты. Основной их деятельностью было столкновение различных частиц на больших скоростях и изучение полученных продуктов в ходе реакции.
Одним из наиболее значимых открытий, сделанных с помощью установки, является обнаружение элементарной частицы – бозона Хиггса, существование которой предсказывал ученый еще в 1964 году.
И если в первое время после аварии ученые не осмеливались использовать всю мощность коллайдера, то постепенно они начали разгонять частицы все быстрее. Конструкция устройства представляет собой замкнутый тоннель, длина окружности которого составляет 26 659 м. Частица двигается по кругу с определенной скоростью, и максимальное значение данной величины было получено при запуске протонов с энергией 7 ТэВ: их скорость лишь на 3 м/c медленнее световой. Это значит, что за секунду частица делает полный круг примерно 10 тысяч раз. В теории, такие протоны можно считать третьими по скорости объектами во вселенной.
Самым быстрым объектом после света является протон OMG, двигающийся примерно с такой же скоростью. За 215 000 лет OMG проходит лишь на 1 см меньше, чем частица света.
На данный момент самое большое открытие — это бозон Хиггса. Это одно из важнейших открытий 21 века, объясняющее существование массы частиц во Вселенной. Это подтверждает Стандартную модель, с помощью которой сегодня физики описывают взаимодействие элементарных частиц. Именно на этом взаимодействии основано устройство всей Вселенной.
Европейская организация по ядерным исследованиям, или CERN, — это крупнейшая в мире лаборатория физики высоких энергий. ЦЕРН основан в 1954 году двенадцатью европейскими государствами. Сейчас их уже 23, — это большинство европейских стран и Израиль. Украина является ассоциированным членом, вместе с Литвой, Пакистаном, Турцией и Индией. Страны-наблюдатели — Япония, Россия, США.
Так называется самый большой в мире ускоритель элементарных частиц — протонов и тяжелых ионов, который разгоняет частицы практически до скорости света и затем сталкивает их в определенных точках, где установлены детекторы. “Адронный” происходит от названия адронов (класс частиц, включающий протоны и нейтроны), коллайдер — от collision, “столкновение”.
В предварительный ускоритель впрыскивают микроскопическое количество заранее подготовленного вещества — обычно водорода — и в электромагнитном поле разделяют атомы на протоны и электроны. Затем группу протонов “подталкивают” электромагнитным полем и впрыскивают в основной ускоритель, где их разгоняют еще сильнее мощнейшие электромагниты. С каждым оборотом энергия частиц растет. Электромагнитное поле также фокусирует пучок частиц, чтобы не разбегались (ведь все они заряжены одинаково и отталкиваются друг от друга).
Ученые превысили скорость света и не поверили своим глазам
Идея создания коллайдера была озвучена в 1984 году. А сам проект на строительство коллайдера был одобрен и принят аж в 1995 году. Разработка принадлежит Европейскому центру ядерных исследований (CERN). Вообще запуск коллайдера привлек к себе большое внимание не только ученых, но и простых людей со всего мира. Говорили о всевозможных страхах и ужасах, связанных с запуском коллайдера.
Впрочем, кто-то и сейчас, вполне возможно, ждет апокалипсиса, связанного с работой БАК и тресется от одной мысли о том, что будет, если ч взорвется большой адронный коллайдер. Хотя, в первую очередь все боялись черной дыры, которая, сначала будучи микроскопической, разрастется и благополучно поглотит сначала сам коллайдер, а за ним Швейцарию и весь остальной мир. Также большую панику вызывала аннигиляционная катастрофа. Группа ученых даже подала в суд, пытаясь остановить строительство. В заявлении говорилось, что сгустки антиматерии, которые могут быть получены в коллайдере, начнут аннигилировать с материей, начнется цепная реакция и вся Вселенная будет уничтожена. Как говорил известный персонаж из «Назад в Будущее»:
Вся Вселенная, конечно, в самом худшем случае. В лучшем – только наша галактика. Доктор Эмет Браун.
Масштаб очень впечатляет. Коллайдер представляет собой кольцевой туннель, залегающий под землей на глубине ста метров. Длина большого адронного коллайдера составялет 26 659 метров. Протоны, разогнанные до скоростей близких к скорости света, пролетают в подземном круге по территории Франции и Швейцарии. Если говорить точно, то глубина залегания туннеля лежит в пределах от 50 до 175 метров. Для фокусировки и удержания пучков летящих протонов используются сверхпроводящие магниты, их общая длина составляет около 22 километров, а работают они при температуре -271 градусов по Цельсию.
Зачем нужен коллайдер? Ну уж точно не для того, чтобы уничтожить Землю. Казалось бы, какой смысл сталкивать частицы? Дело в том, что вопросов без ответов в современной физике очень много, и изучение мира с помощью разогнанных частиц может в буквальном смысле открыть новый пласт реальности, понять устройство мира, а может быть даже ответить на главный вопрос «смысла жизни, Вселенной и вообще».
Какие открытия уже совершили на БАК? Самое знаменитое – это открытие бозона Хиггса (ему мы посвятим отдельную статью). Помимо того были открыты 5 новых частиц, получены первые данные столкновений на рекордных энергиях, показано отсутствие асимметрии протонов и антипротонов, обнаружены необычные корреляции протонов. Список можно продолжать долго. А вот микроскопических черных дыр, которые наводили страх на домохозяек, обнаружить не удалось.
И раз уж нас так непреодолимо тянет в этот тёмный лес, давайте сразу: во-первых, «коллайдеры», потому что частицы в них collide — «сталкиваются», а «адронные» (и уж никак не «андронные») — потому как сталкиваются адроны, это такие частицы. Хотя наши отечественные коллайдеры называют по-другому, например электрон-позитронными, чтобы обозначить, что, собственно, они там сталкивают. Потому что получается из этого столько всего, что ни в сказке сказать, ни в статье описать.
Итак, в России на сей момент работает более десятка ускорителей частиц. Три из них находятся в Новосибирске, это ВЭПП-4, ВЭПП-2000 и построенный (правда, не полностью) в 2015 году ВЭПП-5. ВЭПП означает «встречные электрон-позитронные пучки». Недавно эти пучки там встретились так удачно, что породили особо редкие частицы под названием пионы, или пи-мезоны. Семь штук. Каждый состоит из кварка и, как бы помягче сказать, антикварка. И учёным очень любопытно, как же именно возникает это необычное сочетание. А покопаться в этом до сих пор не удавалось просто потому, что не получалось сделать такой мощный выстрел частицами.
ЦЕРН: частицы двигались, превышая скорость света
Евгений Солодов, главный научный сотрудник ИЯФ СО РАН
А в подмосковной Дубне вот-вот достроят ещё один коллайдер, причём обещают, что кое в чём он превзойдёт по своим возможностям сам БАК — Большой адронный. Называется он NICA, расшифровывается так: Nuclotron-based Ion Collider fAcility. В переводе это означает, что в нём будут ударяться друг в друга ионы, а разгонять их будут в установке «Нуклотрон» — это ускоритель в виде 250-метрового кольца. Так что это будет коллайдер тяжёлых ионов. Сразу возникает ещё один вопрос чайника: для чего нам столько коллайдеров, хороших и разных?
Специальная пушка — инжектор — выстреливает пучками частиц. В Дубне, между прочим, стрелять будут золотом, но не ради пафоса, а потому, что ядра у него роскошные, в них очень много протонов и нейтронов — всего 197 штук (не поймите неправильно, «штука» не физическое понятие, просто так удобнее объяснять). Поскольку и те и другие входят в состав атомных ядер, для простоты им придумали общее название — нуклоны. Отсюда и слово «нуклотрон». Так вот, эти самые нуклоны попадают в 250-метровый бублик, потом во второй такой же, а далее — с двух сторон навстречу друг другу залетают в тоннель собственно коллайдера (503 метра). И всё это — за СЕКУНДУ! И в течение этой секунды частицы успевают разогнаться почти до скорости света. А в итоге место встречи — детектор, где происходят удивительные события. Но вот мини чёрных дыр опасаться не стоит: учёные уже устали объяснять, что никого никуда не засосёт.
Любопытно, что скорость света считалась бесконечной вплоть до второй половины XVII века, то есть, такие великие ученые как Иоганн Кеплер или Рене Декарт, к примеру, воспринимали ее именно такой. Лишь в 1676 году датский астроном Олаф Ремер, наблюдавший затмения спутника Юпитера Ио, заметил, что они не совпадают с расчетными по времени и зависит это несовпадение от расстояния между событием и наблюдателем. Принимая во внимание положение Земли на своей орбите относительно Юпитера, Ремер вычислил скорость света равную 220 000 км/c (ошибся на ~80 000 км/с).
В начале XIX века ученые измеряли скорость света практическим «методом прерываний» и к 1950 году достигли результата 299 793,1 км/с с погрешностью 0,25 км/с, а изобретение лазера в дальнейшем позволило дойти до предела точности и зафиксировать скорость света на отметке 299 792 458 м/с с погрешностью 1,2 м/c.
Ученые астрофизики в большинстве случаев лишены возможности проводить полноценные эксперименты в лабораториях, как это делают, например, биологи или химики, ввиду масштабов исследуемых процессов. При этом каждому астроному доступен самый большой полигон, на котором постоянно происходят грандиозные испытания — это вся обозримая Вселенная с квазарами, радиопульсарами, черными дырами и прочими любопытными объектами.
Однако самые интересные астрофизические открытия в наши дни выглядят как малопонятные сложные графики, а публика вынуждена довольствоваться обработанными снимками лишь нескольких инструментов, таких как телескоп имени Хаббла. Тем не менее, официальная наука нынче осознает важность медийной деятельности и всячески пытается визуализировать для обывателя процессы, которые невозможно просто представить в голове.
Например, сотрудник NASA Джеймс О’Донохью, продемонстрировал скорость света относительно нашей планеты (упразднив в своих расчетах влияние атмосферы) — луч света облетает Землю 7,5 раз всего за одну секунду, каждый раз преодолевая более 40 тысяч километров.
Эксперимент OPERA сообщает о наблюдении сверхсветовой скорости нейтрино
Насколько реальна физика вселенной Mass Effect?