Важные параметры
В LHC энергия, выделяемая при столкновениях протонов достигает величины 14 TВ, что примерно в 10 раз больше чем у существующих ускорителей. Но одной "энергии" недостаточно. Чтобы гарантировать "эффективную научную программу", т.е. сделать возможными все открытия, запланированные на LHC, рассматривается другой важный параметр ускорителя: "яркость".

"Яркость" для ускорителя, это число, пропорциональное количеству столкновений в секунду. Учитывая что в прошлых и настоящих ускорителях яркость достигает максимального значения L = 1032см-2 сек-1, в LHC она должна составить L = 1034см-2 сек-1. Это будет достигнуто за счет заполнения каждого из колец 2835 связками по 1011 частиц в каждой.

Подобные беспрецедентные значения энергии и яркости накладывают новые строгие требования к проектированию и изготовлению механизмов.

Некоторые тревожные эффекты
При облете около 400 млн. оборотов вокруг ускорителя множество факторов влияет на растворение и ослабление яркости лучей. Давайте рассмотрим основные факторы, а также то, какие меры предпринимают ученые в ЦЕРНе

Эффект маятника
Когда две связки перекрещиваются в центре физического датчика, только небольшая доля частиц сталкивается между собой и производит необходимые события. Все другие отклоняются электромагнитным полем противоположной связки. Эти отклонения, которые являются более сильными для более плотных связок, накапливаются от оборота к обороту и, в конечном итоге, ведут к потере частиц. Этот эффект был изучен в предыдущих ускорителях, где опыт показал, что нельзя увеличивать плотность связки выше некоторого предела, чтобы сохранить достаточно длинный срок "жизни" луча. Чтобы достичь желаемой яркости, LHC должен работать как можно ближе к этому пределу.

Коллективная неустойчивость
Во время путешествия вдоль 27 километровой трубы LHC с околосветовой скоростью, каждая из 2835 протонных связок оставляет позади себя возбуждения электромагнитного поля, воздействующие на летящие следом связки и способные привести к полной потере луча. Эта коллективная неустойчивость может быть серьезной проблемой для LHC из-за большого потока частиц, необходимого для обеспечения высокой яркости. Этот эффект минимизируется аккуратным управлением электромагнитными свойствами управляющих элементов и сложными системами обратной связи.

Хаотическое движение
Дополнительно к уже упомянутому взаимодействию между лучами, небольшие нелинейные возмущения проводящих и магнитных полей аппаратуры могут вызвать движение частиц слегка хаотичным, при этом после большого числа оборотов луч может быть потерян.

В LHC дестабилизирующее влияние магнитных дефектов наиболее явны при энергии впрыска, в связи с тем, что дефектов больше и потому что лучи занимают большую долю поперечного сечения катушек.

Есть два способа бороться с этим:
- Необходимо оценить динамическую апертуру (долю поперечного сечения катушки, в пределах которой частицы остаются устойчивыми в течение необходимого времени) и удостоверится, что это значение превышает параметры запущенного луча с достаточным запасом прочности.
- На данный момент никакая теория не может предсказать с достаточной точностью долгосрочное поведение частиц в нелинейных полях. Вместо этого мы используем мощные компьютеры, чтобы отслеживать прохождение частиц шаг за шагом через тысячи магнитов LHC на протяжении миллиона оборотов. Результаты используются для определения допусков качества магнитов на стадиях проектирования и производства.

Это как раз то, в чем Вы можете помочь! Подключайте SixTrack решающий проблемы CERN@home и помогите ученым CERN в борьбе с эффектом хаотического движения!

Подавление
Несмотря на все предосторожности срок службы луча не бесконечен, другими словами часть частиц достигнет стенок трубы и будет потеряна. В этом случае энергия частицы будет преобразована в нагрев окружающего материала и это может "подавлять" из его холодное суперпроводящее состояние магнита . Подавления сверхпроводимости любого из 5,000 магнитов LHC разрушит работу агрегата в течении нескольких часов! Чтобы этого избежать система коллиматоров будет отлавливать непостоянные частицы прежде чем они смогут достичь стенок ускорителя, чтобы ограничить потери в хорошо защищенных областях, удаленных от любых сверхпроводящих элементов. Чтобы спроектировать эффективные системы управления, инженеры по безопасности используют самые современные компьютерные программы для проведения объединенных механико-магнитно-тепловых исследований нагрузок, вызванных эффектом подавления.

Опасения неконтролируемых физических процессов в коллайдере

Некоторые специалисты и представители общественности высказывают опасения, что имеется отличная от нуля вероятность выхода проводимых в коллайдере экспериментов из-под контроля и развития цепной реакции, которая при определённых условиях теоретически может уничтожить всю планету. Точка зрения сторонников катастрофических сценариев, связанных с работой LHC, изложена на сайте. Из-за наличия подобных настроений в отношении проекта LHC иногда расшифровывают как Last Hadron Collider (Последний Адронный Коллайдер).

В этой связи наиболее часто упоминается теоретическая возможность появления в коллайдере микроскопических черных дыр , а также теоретическая возможность образования сгустков антиматерии и магнитных монополей с последующей цепной реакцией захвата окружающей материи.

Указанные теоретические возможности были рассмотрены специальной группой CERN, подготовившей соответствующий доклад, в котором все подобные опасения признаются необоснованными .

В качестве основных аргументов в пользу необоснованности катастрофических сценариев приводятся ссылки на то, что Земля, Луна и другие планеты постоянно бомбардируются потоками космических частиц с гораздо более высокими энергиями. Упоминается также успешная работа ранее введённых в строй ускорителей, включая Релятивистский ионный коллайдер в Брукхейвене. Возможность образования микроскопических чёрных дыр не отрицается специалистами CERN, однако при этом заявляется, что такие объекты не могут возникать при энергиях коллайдера LHC в нашем четырёхмерном пространстве, так как для этого потребуется энергия большая на 16 порядков по сравнению с энергией пучков LHC. Гипотетические микроскопические чёрные дыры могут появляться в экспериментах на LHC в предсказаниях теорий с дополнительными пространственными измерениями. Такие теории пока не имеют каких-либо экспериментальных подтверждений. Однако, даже если черные дыры будут возникать при столкновении частиц на LHC, предполагается, что они будут чрезвычайно неустойчивыми вследствие излучения Хокинга и будут практически мгновенно испаряться в виде обычных частиц.