Как сделать макет коллайдера
Добавил пользователь Alex Обновлено: 04.10.2024
БАК – крупнейшая экспериментальная установка по разгону частиц, где мечтают поработать все физики мира. Во время запуска в 2008 году он наделал немало шума. Одни предрекали гибель планеты от случайно созданной чёрной дыры, другие надеялись расширить наши представления о мироздании и ускорить развитие технологий.
Что учёные узнали о мире спустя 13 лет работы коллайдера?
Неидеальный мир
Элементарные частицы – это кирпичики, из которых состоит окружающая нас материя. Современное представление о физике микрообъектов называют Стандартной моделью. Это основной научный закон, который описывает строение всего вокруг и правила взаимодействия частиц друг с другом.
Проблема в том, что даже при нынешнем уровне технологий наука пока не может объяснить многие явления, происходящие в далёких уголках Вселенной. Стандартная модель раскрывает лишь небольшую часть физики материального мира .
Загадками для человечества остаются тёмная материя, тёмная энергия, пространственные и временные изменения, многие явления гравитации, отсутствие антивещества во Вселенной и прочие парадоксы.
Физики выдвигают десятки новых моделей, которые должны объединить всю науку в единую теорию. Большой адронный коллайдер, являясь самым большим и мощным ускорителем частиц в мире, должен был подтвердить или опровергнуть эти модели, чтобы приблизить наше понимание Вселенной.
Что в итоге получилось?
Чёртова частица
Такое название в кругу ученых получила элементарная частица, открытая в 2012 году. В научной литературе она более известна как бозон Хиггса, так как её существование объясняет теорию взаимодействия частиц, выдвинутую британским физиком Питером Хиггсом ещё в 1964 году.
Теория объясняет, за счёт чего частицы приобретают массу и как могут ей обмениваться. Именно бозон Хиггса отвечает за наличие массы у всего вокруг . Теория существовала на бумаге в долгие десятилетия, и физики десятилетиями пытались найти экспериментальное подтверждение.
Топ-кварк
Ещё один кандидат на самый долгий поиск: теоретически он был открыт в 1994 году, но подтверждён лишь спустя 25 лет.
Кварк – это самая маленькая, фундаментальная единица материи. Топ-кварк – самый тяжелый её представитель. Объект интересен для нарушения электрослабой симметрии частиц и изучения вышеописанного бозона Хиггса.
Пентакварк
Частица, открытая в 2015 году. Была предсказана российскими учеными Дмитрием Дьяконовым, Виктором Петровым и Максимом Поляковым за 20 лет до обнаружения.
Этот экзотический субатомный объект живёт меньше мгновения, около 10⁻²⁰ секунд. Особенность пентакварка в том, что он состоит из 5 кварков – это не естественно для микромира. Физикам придётся найти ответ, как такая частица может существовать в принципе.
Объекты, возникающие в результате столкновения разнообразных частиц друг с другом. Обладают необычными физическими свойствами, но живут недолго и только в пределах коллайдера.
13 лет, в масштабах всей истории изучения физики, это лишь мгновение. Поэтому по-настоящему великие открытия еще ждут нас в будущем, и Большой адронный коллайдер поможет совершить их!
Mesh Collider использует меш ассет для создания под него коллайдера на основе этого меша. Это гораздо удобнее, чем использовать примитивы для определения столкновений сложных мешей. Меш коллайдеры, которые помечены как Convex могут взаимодействовать (сталкиваться) с другими меш коллайдерами.
Свойства
| Свойство: | Функция: |
|---|---|
| Is Trigger | Если включён, то этот коллайдер будет игнорироваться физическим движком и использоваться для запуска событий. |
| Material | Ссылка на физический материал, который определяет, как данный коллайдер взаимодействует с другими. |
| Mesh | Ссылка на меш, используемый для столкновений. |
| Convex | При включении, текущий меш коллайдер будет взаимодействовать с другими меш коллайдерами. Выпуклые (Convex) меш коллайдеры ограничены 255 треугольниками. |
Детали
The Mesh Collider builds its collision representation from the Mesh attached to the GameObject, and reads the properties of the attached Transform to set its position and scale correctly. The benefit of this is that the shape of the collider can be exactly the same as the shape of the visible mesh for the object, resulting in more precise and authentic collisions. However, this precision comes with a higher processing overhead than collisions involving primitive colliders (sphere, box, capsule) and so it is best to use Mesh Colliders sparingly.
Меши, служащие для расчёта столкновений, используют отсечение невидимых поверхностей. Если объект столкнётся с таким мешем визуально, то он также столкнётся с ним и физически.
Есть кое-какие ограничения в использовании меш коллайдеров. Обычно два меш коллайдера не могут столкнуться друг с другом. Все меш коллайдеры могут сталкиваться с примитивными коллайдерами. Если ваш меш помечен как Convex , то он сможет сталкиваться с другими меш коллайдерами.
Note that versions of Unity before 5.0 had a Smooth Sphere Collisions property for the Mesh Collider in order to improve interactions between meshes and spheres. This property is now obsolete since the smooth interaction is standard behaviour for the physics engine and there is no particular advantage in switching it off.
Согласно существующим представлениям учёных, наша Вселенная возникла более 13 миллиардов лет назад и с тех пор постепенно расширяется и охлаждается.
Фото Pixabay.
В первые миллионные доли секунды после Большого взрыва Вселенная представляла собой бурлящую плазму, состоящую из триллионов кварков и глюонов — элементарных частиц, на короткое время слившихся в бесчисленных комбинациях.
В дальнейшем они остыли и приняли более стабильные конфигурации, став частью нейтронов и протонов, из которых состоит обычное вещество.
В хаосе, предшествовавшем остыванию, часть этих кварков и глюонов случайным образом сталкивалась, образуя короткоживущие частицы "X", названные так из-за их таинственной, неизвестной учёным структуры.
Сегодня X-частицы можно встретить чрезвычайно редко, хотя учёные предполагают, что они могут быть созданы в ускорителях частиц в результате слияния кварков. Дело в том, что высокоэнергетические столкновения частиц могут генерировать кварк-глюонную плазму.
Недавно физики обнаружили доказательства присутствия X-частиц в кварк-глюонной плазме, производимой на Большом адронном коллайдере (БАК) в ЦЕРНе, расположенном неподалёку от Женевы в Швейцарии.
Из этого сверхплотного "супа" из частиц высокой энергии исследователи смогли выделить около сотни частиц X определённого типа, известного как X (3872), где число в скобках — расчётное значение массы частицы.
Для этого учёным пришлось просеять сквозь сито искусственного интеллекта результаты миллиардов столкновений тяжёлых ионов (в 2018 году было проведено порядка 13 миллиардов столкновений ядер атомов свинца).
"Это только начало истории, – говорит ведущий автор новой работы Ен-Цзе Ли (Yen-Jie Lee) из Массачусетского технологического института (MIT). – Мы показали, что можем найти сигнал. В ближайшие несколько лет мы хотим использовать кварк-глюонную плазму для исследования внутренней структуры Х-частицы, что может изменить наше представление о том, какое вещество должна создавать Вселенная".
Напомним, что основными строительными кирпичиками ядер всех химических элементов являются нейтрон и протон, каждый из которых состоит из трёх тесно связанных кварков.
В течение многих лет учёные думали, что в природе существуют частицы, состоящие только из двух или трёх кварков.
Лишь недавно физики начали замечать признаки существования экзотических "тетракварков" — частиц, состоящих из редкой комбинации четырёх кварков.
Учёные подозревают, что X (3872) — это либо компактный тетракварк, либо совершенно новый тип молекулы, состоящей не из атомов, а из двух слабо связанных мезонов — субатомных частиц, которые сами состоят из двух кварков.
X (3872) была впервые обнаружена в 2003 году в рамках эксперимента Belle, который проводился на электрон-позитронном коллайдере KEKB в Японии.
Однако в этой среде редкие частицы распадались слишком быстро, чтобы учёные могли детально изучить их структуру. Исследователи высказали предположение, что X (3872) и другие экзотические частицы будет легче обнаружить в кварк-глюонной плазме.
На этот раз они основывали свой анализ на наборе данных БАК за 2018 год, который включал более 13 миллиардов столкновений ионов свинца, каждое из которых высвобождало кварки и глюоны, рассеивающиеся, сливающиеся и образующие более квадриллиона короткоживущих частиц!
Чтобы выявить нужные столкновения в такой массе фоновых процессов, команда использовала алгоритм машинного обучения, который они научили выделять характерные для X-частиц закономерности дальнейшего их распада.
Проблема в том, что сразу после образования загадочных частиц в кварк-глюонной плазме они быстро распадаются на "дочерние" частицы. Для частиц X эта картина распада (или угловое распределение) отличается от всех других частиц.
Исследователи определили ключевые отклонения, которые описывают характерную картину распада X-частиц. Затем они обучили алгоритм машинного обучения распознавать эти отклонения, а после предоставили алгоритму фактические данные из экспериментов по столкновению на БАК.
Алгоритм просеял чрезвычайно плотный и зашумлённый набор данных, чтобы найти ключевые переменные, которые могли указывать на распад X-частиц.
Когда исследователи снизили фон на несколько порядков, то есть фактически усилили соответствующие сигналы. В итоге они наблюдали на графиках пики, соответствующие определённым массам. Это указывало на присутствие частиц X (3872). Всего их было выявлено около сотни.
"Почти немыслимо, что мы смогли выделить эти 100 частиц из этого огромного набора данных", – говорит Ли.
"Каждую ночь я спрашивал себя, действительно ли это сигнал или нет? – вспоминает соавтор исследования Цзин Ван (Jing Wang) из MIT. – И, в конце концов, данные сказали "да"!"
Теперь, когда исследовательская группа показала, что частицы X могут быть обнаружены в кварк-глюонной плазме, они планируют продолжить исследования этих частиц с её помощью.
В ближайшие два года исследователи хотят собрать гораздо больше данных, которые должны помочь определить структуру X-частиц.
Если частица представляет собой тетракварк, она должна распадаться медленнее, чем если бы это была молекула со слабыми связями.
Исследование было опубликовано в открытом доступе в издании Physical Review Letters.
Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе "Наука" на медиаплатформе "Смотрим".
Для того, чтобы создать модель БАК из Legо, Натан Редиофф сначала использовал компьютерную программу Lego Digital Designer. Данный софт специально предназначен для 3D моделирования на основе конструктора Lego. Программа позволяет во многом автоматизировать этот процесс, самостоятельно находит наиболее удачные комбинации деталей, а также представляет варианты для уже созданных фрагментов модели. Иначе говоря, программа используется для оптимизации процесса сборки модели. Это впрочем, не означает, что она не ошибается. По словам самого создателя, несколько десятков раз Lego Digital Designer выдавал не реализуемые объекты в реальном мире.
На создание модели БАК аспиранту потребовалось 40 часов. Все схемы и чертежи, необходимые для создания своей модели он отправил по почте в представительство компании-производителя Lego, с предложением выпустить такой набор. Учитывая всю необычность идеи, не исключено и то, что уже в ближайшем будущем в продаже появятся наборы коллайдера из конструктора Lego.
В Lego Ideas заявили о том, что модель БАК пройдет стандартную процедуру отбора. В случае если потенциальная игрушка наберет на сайте, по меньшей мере, 10 тысяч голосов, ее запустят в массовое производство. Сейчас модель набрала уже более двух тысяч голосов. Конкурс Lego Ideas продлится еще почти два месяца.
Читайте также: