Abgekürzt LHC (eng. Large Hadron Collider, abgekürzt als LHC) ist ein Beschleuniger für geladene Teilchen in kollidierenden Strahlen, der entwickelt wurde, um Protonen und schwere Ionen (Bleiionen) zu beschleunigen und die Produkte ihrer Kollisionen zu untersuchen. Der Collider wurde am CERN (Europäischer Rat für Kernforschung) in der Nähe von Genf an der Grenze zwischen der Schweiz und Frankreich gebaut. Der LHC ist die größte Versuchsanlage der Welt. Mehr als 10.000 Wissenschaftler und Ingenieure aus mehr als 100 Ländern haben teilgenommen und beteiligen sich an Konstruktion und Forschung.

Groß wird er wegen seiner Größe genannt: Der Hauptring des Beschleunigers ist 26.659 m lang; hadronisch - aufgrund der Tatsache, dass es Hadronen beschleunigt, dh schwere Teilchen, die aus Quarks bestehen; Collider (englisch Collider - Pusher) - aufgrund der Tatsache, dass Teilchenstrahlen in entgegengesetzte Richtungen beschleunigt werden und an speziellen Kollisionspunkten kollidieren.

Spezifikationen

Der Beschleuniger soll Protonen mit einer Gesamtenergie von 14 TeV (also 14 Teraelektronenvolt oder 14 1012 Elektronenvolt) im Schwerpunktsystem der einfallenden Teilchen sowie Bleikerne mit einer Energie von 5 GeV (5 109 Elektronenvolt) für jedes Paar kollidierender Nukleonen. Bereits Anfang 2010 hatte der LHC den bisherigen Champion in Sachen Protonenenergie – den Proton-Antiproton-Beschleuniger Tevatron, der bis Ende 2011 am National Accelerator Laboratory arbeitete – etwas übertroffen. Enrico Fermi (USA). Obwohl sich die Anpassung der Ausrüstung über Jahre hinzieht und noch nicht abgeschlossen ist, ist der LHC bereits jetzt der energiereichste Teilchenbeschleuniger der Welt und übertrifft andere Beschleuniger um eine Größenordnung, einschließlich des relativistischen Schwerions RHIC Collider, der am Brookhaven Laboratory (USA) betrieben wird. ).

Die Leuchtkraft des LHC betrug in den ersten Wochen des Laufs nicht mehr als 1029 Teilchen/cm 2 s, steigt aber stetig weiter an. Ziel ist es, eine nominelle Leuchtkraft von 1,7·1034 Partikel/cm 2 s zu erreichen, was in der Größenordnung der Leuchtkraft von BaBar (SLAC, USA) und Belle (Englisch) (KEK, Japan) liegt.

Der Beschleuniger befindet sich in demselben Tunnel, in dem sich früher der Large Electron-Positron Collider befand. Der Tunnel mit einem Umfang von 26,7 km wurde in Frankreich und der Schweiz unterirdisch verlegt. Die Tunneltiefe beträgt 50 bis 175 Meter, der Tunnelring ist gegenüber der Erdoberfläche um etwa 1,4 % geneigt. Um Protonenstrahlen zu halten, zu korrigieren und zu fokussieren, werden 1624 supraleitende Magnete verwendet, deren Gesamtlänge 22 km übersteigt. Die Magnete arbeiten bei einer Temperatur von 1,9 K (-271 °C), was etwas unter der Suprafluidtemperatur von Helium liegt.

LHC-Detektoren

Der LHC hat 4 Haupt- und 3 Hilfsdetektoren:

• ALICE (Ein Large Ion Collider Experiment)
• ATLAS (ein toroidaler LHC-Apparat)
• CMS (Compact Myon Solenoid)
• LHCb (The Large Hadron Collider Schönheitsexperiment)
• TOTEM (TOTal Elastische und diffraktive Querschnittsmessung)
• LHCf (The Large Hadron Collider vorwärts)
• MoEDAL (Monopol- und Exotendetektor am LHC).

ATLAS, CMS, ALICE, LHCb sind große Detektoren, die um Strahlkollisionspunkte angeordnet sind. Die TOTEM- und LHCf-Detektoren sind Hilfsdetektoren, die sich in einer Entfernung von mehreren zehn Metern von den Strahlkreuzungspunkten befinden, die von den CMS- bzw. ATLAS-Detektoren besetzt sind, und werden zusammen mit den Hauptdetektoren verwendet.

Die ATLAS- und CMS-Detektoren sind universelle Detektoren, die für die Suche nach dem Higgs-Boson und "Nicht-Standard-Physik" entwickelt wurden, insbesondere dunkle Materie, ALICE - um Quark-Gluon-Plasma bei schweren Bleiionenkollisionen zu untersuchen, LHCb - um die Physik zu untersuchen von b-Quarks, die es ermöglichen, die Unterschiede zwischen Materie und Antimaterie besser zu verstehen, soll TOTEM die Streuung von Teilchen unter kleinen Winkeln untersuchen, wie sie während enger Spannweiten ohne Kollisionen auftreten (die sogenannten nicht kollidierenden Teilchen, vorwärts Partikel), mit dem Sie die Größe von Protonen genauer messen und die Leuchtkraft des Colliders steuern können, und schließlich LHCf - für die Untersuchung kosmischer Strahlen, die mit denselben nicht kollidierenden Partikeln modelliert werden.

Die Arbeit des LHC ist auch mit dem siebten Detektor (Experiment) MoEDAL verbunden, der in Bezug auf Budget und Komplexität recht unbedeutend ist und auf die Suche nach langsam bewegten schweren Teilchen ausgelegt ist.

Während des Betriebs des Colliders werden an allen vier Schnittpunkten der Strahlen gleichzeitig Kollisionen durchgeführt, unabhängig von der Art der beschleunigten Teilchen (Protonen oder Kerne). Gleichzeitig sammeln alle Detektoren gleichzeitig Statistiken.

Beschleunigung von Teilchen in einem Collider

Die Geschwindigkeit von Teilchen im LHC bei kollidierenden Strahlen ist nahe der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum. Die Beschleunigung von Teilchen auf solch hohe Energien erfolgt in mehreren Stufen. In der ersten Stufe injizieren Niedrigenergie-Linearbeschleuniger Linac 2 und Linac 3 Protonen und Bleiionen zur weiteren Beschleunigung. Dann treten die Teilchen in den PS-Booster und dann in das PS (Protonen-Synchrotron) selbst ein und erhalten eine Energie von 28 GeV. Mit dieser Energie bewegen sie sich bereits mit Lichtgeschwindigkeit. Danach setzt sich die Teilchenbeschleunigung im SPS (Proton Super Synchrotron) fort, wo die Teilchenenergie 450 GeV erreicht. Dann wird das Protonenbündel zum 26,7 Kilometer langen Hauptring geschickt, wodurch die Energie der Protonen auf maximal 7 TeV gebracht wird, und an den Kollisionspunkten zeichnen die Detektoren die auftretenden Ereignisse auf. Zwei kollidierende Protonenstrahlen können, wenn sie vollständig gefüllt sind, jeweils 2808 Bündel enthalten. In den Anfangsstadien des Debugging des Beschleunigungsprozesses zirkuliert nur ein Bündel in einem Bündel von mehreren Zentimetern Länge und kleiner Quergröße. Dann beginnen sie, die Anzahl der Gerinnsel zu erhöhen. Die Cluster befinden sich in festen Positionen relativ zueinander, die sich synchron entlang des Rings bewegen. An vier Punkten des Rings, an denen sich die Teilchendetektoren befinden, können die Klumpen in einer bestimmten Reihenfolge kollidieren.

Die kinetische Energie aller Hadronenpakete im vollständig gefüllten LHC ist vergleichbar mit der kinetischen Energie eines Düsenflugzeugs, obwohl die Masse aller Teilchen ein Nanogramm nicht übersteigt und sie nicht einmal mit bloßem Auge sichtbar sind. Diese Energie wird aufgrund der Geschwindigkeit von Teilchen nahe der Lichtgeschwindigkeit erreicht.

Die Bündel durchlaufen einen vollen Kreis des Beschleunigers schneller als 0,0001 Sekunden und machen somit mehr als 10.000 Umdrehungen pro Sekunde

Ziele und Ziele des LHC

Die Hauptaufgabe des Large Hadron Collider besteht darin, die Struktur unserer Welt in Entfernungen von weniger als 10–19 m herauszufinden und sie mit Teilchen mit einer Energie von mehreren TeV zu „sondieren“. Bis heute haben sich bereits viele indirekte Beweise dafür angesammelt, dass Physiker in dieser Größenordnung eine bestimmte „neue Schicht der Realität“ erschließen sollten, deren Studium Antworten auf viele Fragen der grundlegenden Physik liefern wird. Was genau diese Ebene der Realität sein wird, ist im Voraus nicht bekannt. Theoretiker haben natürlich bereits Hunderte verschiedener Phänomene vorgeschlagen, die bei Kollisionsenergien von mehreren TeV beobachtet werden könnten, aber erst das Experiment wird zeigen, was tatsächlich in der Natur verwirklicht wird.

Suche nach neuer Physik Das Standardmodell kann nicht als die endgültige Theorie der Elementarteilchen angesehen werden. Es muss Teil einer tieferen Theorie der Struktur der Mikrowelt sein, dem Teil, der in Collider-Experimenten bei Energien unter etwa 1 TeV sichtbar ist. Solche Theorien werden zusammenfassend als „Neue Physik“ oder „Jenseits des Standardmodells“ bezeichnet. Die Hauptaufgabe des Large Hadron Collider besteht darin, zumindest die ersten Hinweise darauf zu erhalten, was diese tiefere Theorie ist. Um grundlegende Wechselwirkungen in einer Theorie weiter zu vereinen, werden verschiedene Ansätze verwendet: Stringtheorie, die in der M-Theorie (Brane-Theorie) entwickelt wurde, Supergravitationstheorie, Schleifenquantengravitation usw. Einige von ihnen haben interne Probleme, und keiner von ihnen hat experimentelle Bestätigung. Das Problem: Um die entsprechenden Experimente durchzuführen, werden Energien benötigt, die an modernen Teilchenbeschleunigern nicht erreichbar sind. Der LHC wird Experimente ermöglichen, die zuvor unmöglich waren, und wahrscheinlich einige dieser Theorien bestätigen oder widerlegen. So gibt es eine ganze Reihe physikalischer Theorien mit Dimensionen größer als vier, die auf die Existenz von „Supersymmetrie“ hindeuten – zum Beispiel die Stringtheorie, die manchmal gerade deshalb als Superstringtheorie bezeichnet wird, weil sie ohne Supersymmetrie ihre physikalische Bedeutung verliert. Die Bestätigung der Existenz von Supersymmetrie wäre somit eine indirekte Bestätigung der Wahrheit dieser Theorien. Untersuchung von Top-Quarks Das Top-Quark ist das schwerste Quark und außerdem das schwerste bisher entdeckte Elementarteilchen. Nach den neuesten Ergebnissen des Tevatron beträgt seine Masse 173,1 ± 1,3 GeV/c 2 . Wegen seiner großen Masse wurde das Top-Quark bisher nur an einem Beschleuniger, dem Tevatron, beobachtet, anderen Beschleunigern fehlte einfach die Energie, um es zu erzeugen. Darüber hinaus sind Top-Quarks für Physiker nicht nur an sich interessant, sondern auch als „Arbeitswerkzeug“ für die Untersuchung des Higgs-Bosons. Einer der wichtigsten Kanäle für die Produktion des Higgs-Bosons am LHC ist die assoziative Produktion zusammen mit dem Top-Quark-Antiquark-Paar. Um solche Ereignisse zuverlässig vom Hintergrund zu trennen, müssen zunächst die Eigenschaften der Top-Quarks selbst untersucht werden. Untersuchung des Mechanismus der elektroschwachen Symmetrie Eines der Hauptziele des Projekts ist der experimentelle Nachweis der Existenz des Higgs-Bosons, eines Teilchens, das der schottische Physiker Peter Higgs 1964 im Rahmen des Standardmodells vorhergesagt hat. Das Higgs-Boson ist ein Quant des sogenannten Higgs-Feldes, bei dessen Durchgang Teilchen einen Widerstand erfahren, den wir als Massenkorrekturen darstellen. Das Boson selbst ist instabil und hat eine große Masse (mehr als 120 GeV/c2). Tatsächlich interessieren sich die Physiker nicht so sehr für das Higgs-Boson selbst, sondern für den Higgs-Mechanismus der Symmetriebrechung der elektroschwachen Wechselwirkung. Untersuchung von Quark-Gluon-Plasma Es wird erwartet, dass etwa ein Monat pro Jahr im Beschleuniger im Modus von nuklearen Kollisionen verbracht wird. In diesem Monat wird der Collider beschleunigen und in Detektoren kollidieren, nicht Protonen, sondern Bleikerne. Bei einer inelastischen Kollision zweier Kerne mit ultrarelativistischer Geschwindigkeit entsteht für kurze Zeit ein dichter und sehr heißer Klumpen Kernmaterie, der dann zerfällt. Das Verständnis der in diesem Fall auftretenden Phänomene (Übergang der Materie in den Zustand des Quark-Gluon-Plasmas und dessen Abkühlung) ist notwendig, um eine perfektere Theorie starker Wechselwirkungen zu konstruieren, die sowohl für die Kernphysik als auch für die Astrophysik nützlich sein wird. Die Suche nach Supersymmetrie Die erste bedeutende wissenschaftliche Errungenschaft der Experimente am LHC könnte der Beweis oder die Widerlegung der „Supersymmetrie“ sein – der Theorie, dass jedes Elementarteilchen einen viel schwereren Partner oder „Superteilchen“ hat. Untersuchung von Photon-Hadron- und Photon-Photon-Kollisionen Die elektromagnetische Wechselwirkung von Teilchen wird als Austausch von (teilweise virtuellen) Photonen beschrieben. Mit anderen Worten, Photonen sind Träger des elektromagnetischen Feldes. Protonen sind elektrisch geladen und von einem elektrostatischen Feld umgeben bzw. dieses Feld kann als Wolke virtueller Photonen betrachtet werden. Jedes Proton, insbesondere ein relativistisches Proton, enthält als integralen Bestandteil eine Wolke virtueller Teilchen. Wenn Protonen miteinander kollidieren, interagieren auch die virtuellen Teilchen, die jedes der Protonen umgeben. Mathematisch wird der Vorgang der Teilchenwechselwirkung durch eine lange Reihe von Korrekturen beschrieben, die jeweils die Wechselwirkung mittels virtueller Teilchen eines bestimmten Typs beschreiben (siehe: Feynman-Diagramme). So wird bei der Untersuchung der Kollision von Protonen indirekt auch die für die theoretische Physik hochinteressante Wechselwirkung von Materie mit hochenergetischen Photonen untersucht. Eine spezielle Klasse von Reaktionen wird ebenfalls betrachtet - die direkte Wechselwirkung zweier Photonen, die sowohl mit einem entgegenkommenden Proton kollidieren können, was typische Photon-Hadron-Kollisionen erzeugt, als auch miteinander. Bei Kernkollisionen ist aufgrund der großen elektrischen Ladung des Kerns der Einfluss elektromagnetischer Prozesse noch wichtiger. Prüfung exotischer Theorien Ende des 20. Jahrhunderts brachten Theoretiker eine Vielzahl ungewöhnlicher Ideen über den Aufbau der Welt vor, die zusammenfassend als „exotische Modelle“ bezeichnet werden. Dazu gehören Theorien mit starker Gravitation auf einer Energieskala in der Größenordnung von 1 TeV, Modelle mit einer Vielzahl von räumlichen Dimensionen, Preon-Modelle, in denen Quarks und Leptonen selbst aus Teilchen zusammengesetzt sind, Modelle mit neuartigen Wechselwirkungen. Tatsache ist, dass die gesammelten experimentellen Daten immer noch nicht ausreichen, um eine einzige Theorie zu erstellen. Und alle diese Theorien selbst sind mit den verfügbaren experimentellen Daten kompatibel. Da diese Theorien spezifische Vorhersagen für den LHC machen können, planen die Experimentatoren, die Vorhersagen zu testen und in ihren Daten nach Spuren bestimmter Theorien zu suchen. Es wird erwartet, dass die am Beschleuniger erzielten Ergebnisse die Vorstellungskraft von Theoretikern einschränken und einige der vorgeschlagenen Konstruktionen schließen können. Sonstiges Es wird auch erwartet, dass physikalische Phänomene außerhalb des Rahmens des Standardmodells erkannt werden. Es ist geplant, die Eigenschaften von W- und Z-Bosonen, nukleare Wechselwirkungen bei superhohen Energien, die Prozesse der Produktion und des Zerfalls schwerer Quarks (b und t) zu untersuchen.

In diesem Jahr wollen Wissenschaftler jene fernen Urbedingungen im Nuklearlabor nachstellen, als es noch keine Protonen und Neutronen, aber ein kontinuierliches Quark-Gluon-Plasma gab. Die Forscher hoffen also, die Welt der Elementarteilchen so zu sehen, wie sie nur Bruchteile von Mikrosekunden nach dem Urknall, also nach der Entstehung des Universums, war. Das Programm heißt „Wie alles begann“. Darüber hinaus werden seit mehr als 30 Jahren in der wissenschaftlichen Welt Theorien aufgestellt, die das Vorhandensein von Masse in Elementarteilchen erklären. Einer von ihnen deutet auf die Existenz des Higgs-Bosons hin. Dieses Elementarteilchen wird auch göttlich genannt. Wie einer der CERN-Mitarbeiter sagte: „Nachdem ich Spuren des Higgs-Bosons gefunden habe, werde ich zu meiner eigenen Großmutter kommen und sagen: Schauen Sie bitte, wegen dieses kleinen Dings haben Sie so viele zusätzliche Pfunde.“ Aber die Existenz des Bosons ist experimentell noch nicht bestätigt: Alle Hoffnungen ruhen auf dem LHC-Beschleuniger.

Der Large Hadron Collider ist ein Teilchenbeschleuniger, mit dem Physiker tiefer als je zuvor in die Materie vordringen können. Der Kern der Arbeit am Collider besteht darin, die Kollision zweier Protonenstrahlen mit einer Gesamtenergie von 14 TeV pro Proton zu untersuchen. Diese Energie ist millionenfach größer als die Energie, die bei einem einzigen Akt der thermonuklearen Fusion freigesetzt wird. Außerdem werden Experimente mit kollidierenden Bleikernen bei einer Energie von 1150 TeV durchgeführt.

Der LHC-Beschleuniger wird einen neuen Schritt in einer Reihe von Teilchenentdeckungen darstellen, die vor einem Jahrhundert begannen. Damals hatten Wissenschaftler gerade alle möglichen mysteriösen Strahlen entdeckt: Röntgenstrahlen, Kathodenstrahlung. Wo kommen sie her, haben sie denselben Ursprung und wenn ja, was ist das?
Heute haben wir Antworten auf Fragen, die ein viel besseres Verständnis der Entstehung des Universums ermöglichen. Doch ganz am Anfang des 21. Jahrhunderts stehen wir vor neuen Fragen, deren Antworten sich Wissenschaftler mit Hilfe des LHC-Beschleunigers erhoffen. Und wer weiß, welche neuen Bereiche des menschlichen Wissens die bevorstehende Forschung mit sich bringen wird. In der Zwischenzeit ist unser Wissen über das Universum unzureichend.

Korrespondierendes Mitglied der Russischen Akademie der Wissenschaften vom Institut für Hochenergiephysik Sergei Denisov kommentiert:
- Viele russische Physiker beteiligen sich an diesem Collider und setzen gewisse Hoffnungen in die Entdeckungen, die dort gemacht werden können. Das wichtigste Ereignis, das passieren kann, ist die Entdeckung des sogenannten hypothetischen Higgs-Teilchens (Peter Higgs ist ein bedeutender schottischer Physiker). Die Rolle dieses Teilchens ist äußerst wichtig. Es ist für die Bildung einer Masse anderer Elementarteilchen verantwortlich. Wenn ein solches Teilchen entdeckt wird, wird es die größte Entdeckung sein. Es würde das sogenannte Standardmodell bestätigen, das heute weit verbreitet ist, um alle Prozesse im Mikrokosmos zu beschreiben. Bis dieses Teilchen entdeckt wird, kann dieses Modell nicht als vollständig begründet und bestätigt angesehen werden. Das ist natürlich das Allererste, was Wissenschaftler von diesem Collider (LHC) erwarten.
Obwohl im Allgemeinen niemand dieses Standardmodell für die ultimative Wahrheit hält. Und höchstwahrscheinlich, so die meisten Theoretiker, ist es eine Annäherung oder, wie sie manchmal sagen, eine „Niedrigenergie-Annäherung“ an eine allgemeinere Theorie, die die Welt in Entfernungen beschreibt, die millionenfach kleiner sind als die Größe der Kerne. Es ist, als wäre Newtons Theorie eine „Niedrigenergie-Annäherung“ an Einsteins Theorie – die Relativitätstheorie. Die zweite wichtige Aufgabe des Colliders besteht darin, zu versuchen, die Grenzen dieses Standardmodells zu überschreiten, dh den Übergang zu neuen Raum-Zeit-Intervallen zu schaffen.

Physiker werden in der Lage sein zu verstehen, in welche Richtung sie sich bewegen müssen, um eine schönere und allgemeinere Theorie der Physik aufzubauen, die solchen kleinen Raum-Zeit-Intervallen entspricht. Die dort untersuchten Prozesse reproduzieren im Wesentlichen den Entstehungsprozess des Universums, wie man sagt, „zur Zeit des Urknalls“. Dies ist natürlich für diejenigen, die an diese Theorie glauben, dass das Universum auf diese Weise erschaffen wurde: eine Explosion, dann Prozesse bei superhohen Energien. Die fragliche Zeitreise könnte mit diesem Urknall zusammenhängen.
Wie dem auch sei, der LHC ist ein ziemlich ernsthafter Vorstoß in die Tiefen der Mikrowelt. Daher können sich völlig unerwartete Dinge auftun. Eines möchte ich sagen, dass am LHC völlig neue Eigenschaften von Raum und Zeit entdeckt werden können. In welche Richtung sie offen sein werden - jetzt ist es schwer zu sagen. Hauptsache immer weiter durchbrechen.

Referenz

Die Europäische Organisation für Kernforschung (CERN) ist das weltweit größte Forschungszentrum auf dem Gebiet der Teilchenphysik. Bis heute ist die Zahl der teilnehmenden Länder auf 20 angewachsen. Etwa 7.000 Wissenschaftler aus 500 Forschungszentren und Universitäten nutzen die experimentelle Ausrüstung des CERN. Übrigens war das Russische Institut für Kernphysik der Sibirischen Abteilung der Russischen Akademie der Wissenschaften direkt an den Arbeiten am Large Hadron Collider beteiligt. Unsere Spezialisten sind jetzt damit beschäftigt, die in Russland entwickelte und hergestellte Ausrüstung für diesen Beschleuniger zu installieren und zu testen. Der Large Hadron Collider soll im Mai 2008 gestartet werden. Wie Lyn Evans, Leiterin des Projekts, es ausdrückte, fehlt dem Beschleuniger nur ein Detail – ein großer roter Knopf.

Viele haben auf die eine oder andere Weise schon den Begriff „Large Hadron Collider“ gehört. Für einen einfachen Bewohner dieser Wörter ist nur das Wort „groß“ geläufig. Aber was ist es wirklich? Und ist es für einen einfachen Sterblichen möglich, diesen physikalischen Begriff zu beherrschen?

Der Large Hadron Collider (LHC) ist eine Einrichtung für Physiker, um mit Elementarteilchen zu experimentieren. Laut Wortlaut ist der LHC ein Beschleuniger geladener Teilchen in kollidierenden Strahlen, der schwere Ionen und Protonen beschleunigen und die Produkte von Kollisionen untersuchen soll. Mit anderen Worten, Wissenschaftler schieben Atome zusammen und sehen dann, was passiert.

Es ist derzeit die größte Versuchsanlage der Welt. Die Größe dieser Anlage ist vergleichbar mit einer Stadt mit einem Durchmesser von fast 27 Kilometern, die sich in einer Tiefe von hundert Metern befindet. Diese Anlage befindet sich in der Nähe von Genf und kostete 10 Milliarden US-Dollar.

Eine der Hauptaufgaben der LHC-Installation (laut Wissenschaftlern) ist die Suche nach dem Higgs-Boson. Nochmals, in einfachen Worten, dies ist ein Versuch, ein Teilchen zu finden, das für das Vorhandensein von Masse verantwortlich ist.

Parallel dazu werden am Collider Experimente durchgeführt, um zu suchen nach:

- Partikel außerhalb des "Standardmodells",

- magnetische Monopole (Teilchen mit Magnetfeld),

- Außerdem gibt es eine Studie über Quantengravitation und eine Studie über mikroskopische Löcher.

Diese "Mikroskopische Schwarze Löcher" und gib nicht vielen Ruhe. Darüber hinaus sind nicht nur diejenigen beunruhigt, deren Bekanntschaft mit Physik in der Schule endete, sondern auch diejenigen, die sie weiterhin auf professionellem Niveau studieren.

Was ein Schwarzes Loch ist, ist jedem aus der Schule und aus Science-Fiction-Geschichten und -Filmen bekannt. Viele (einschließlich Wissenschaftler) sind besorgt, dass solche Experimente, von denen einige darauf abzielen, den "Urknall" (nach dem der Theorie zufolge das Universum entstand) nachzubilden, zum unvermeidlichen Zusammenbruch des gesamten Planeten führen werden.

Wissenschaftler versichern, dass von diesen Experimenten und Experimenten keine Gefahr ausgeht. Aber es gibt noch eine andere Tatsache, die die Koryphäen der Wissenschaft niemals berücksichtigen. Es geht um Waffen.

Jeder normale Wissenschaftler, der eine Entdeckung oder etwas anderes macht, erfindet, tut dies mit zwei Zielen. Das erste Ziel ist es, der Welt zu einem besseren Leben zu verhelfen, und das zweite, weniger humane, aber menschliche Ziel ist es, berühmt zu werden.

Aber aus irgendeinem Grund nehmen alle Erfindungen (ohne Übertreibung) ihren Platz in der Schaffung von Werkzeugen für den Mord an derselben Menschheit und berühmten Wissenschaftlern ein. Auch solche Entdeckungen, die für uns spießig geworden sind (Radio, mechanische Motoren, Satellitenfernsehen usw.), ganz zu schweigen von der Atomenergie, haben ihren festen Platz in der Rüstungsindustrie eingenommen.

Für 2016 ist der Start einer dem europäischen LHC ähnlichen Installation in der Region Moskau geplant. Aber nur, dass die russische Anlage, anders als der „große Bruder“, den „Urknall“ in Wirklichkeit im Kleinen nachbilden sollte.

Und wer garantiert, dass das benachbarte Moskau (und damit die Erde) nicht zum Vorläufer eines neuen „Schwarzen Lochs“ im riesigen Universum wird?

Es gibt viele Gerüchte über dieses mysteriöse Gerät, viele behaupten, dass es die Erde zerstören, ein künstliches schwarzes Loch schaffen und der Existenz der Menschheit ein Ende bereiten wird. In Wirklichkeit kann dieses Gerät die Menschheit dank der von Wissenschaftlern durchgeführten Forschung auf eine ganz neue Ebene heben. In diesem Thema habe ich versucht, alle notwendigen Informationen zu sammeln, damit Sie einen Eindruck davon bekommen, was der Large Hadron Collider (LHC) ist.

Dieses Thema enthält also alles, was Sie über den Hadron Collider wissen müssen. Am 30. März 2010 fand am CERN (Europäische Organisation für Kernforschung) ein historisches Ereignis statt – nach mehreren erfolglosen Versuchen und vielen Upgrades wurde die Schaffung der weltweit größten Maschine zur Zerstörung von Atomen abgeschlossen. Im Laufe des Jahres 2009 wurden vorläufige Tests durchgeführt, bei denen Protonenkollisionen mit relativ niedriger Geschwindigkeit ausgelöst wurden, und es gab keine nennenswerten Probleme. Die Voraussetzungen für ein außergewöhnliches Experiment im Frühjahr 2010 waren geschaffen. Das experimentelle Hauptmodell des LHC basiert auf der Kollision zweier Protonenstrahlen, die mit maximaler Geschwindigkeit aufeinanderprallen. Diese starke Kollision zerstört Protonen und erzeugt außergewöhnliche Energien und neue Elementarteilchen. Diese neuen atomaren Teilchen sind extrem instabil und können nur für den Bruchteil einer Sekunde existieren. Die zum LHC gehörende Analyseapparatur kann diese Ereignisse aufzeichnen und im Detail analysieren. So versuchen Wissenschaftler, die Entstehung von Schwarzen Löchern zu simulieren.

Am 30. März 2010 wurden zwei Protonenstrahlen in entgegengesetzte Richtungen in den 27 km langen Tunnel des Large Hadron Collider geschossen. Sie wurden auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt, bei der es zur Kollision kam. Eine Rekordenergie von 7 TeV (7 Teraelektronenvolt) wurde aufgezeichnet. Die Größe dieser Energie ist ein Rekord und hat sehr wichtige Werte. Machen wir uns nun mit den wichtigsten Komponenten des LHC vertraut – Sensoren und Detektoren, die registrieren, was in den Bruchteilen von Sekunden passiert, in denen die Protonenstrahlen aufeinanderprallen. Es gibt drei Sensoren, die während des Aufpralls vom 30. März 2010 eine zentrale Rolle spielen – dies sind einige der wichtigsten Teile des Colliders, die während der komplexen Experimente des CERN eine Schlüsselrolle spielen. Das Diagramm zeigt den Standort der vier Hauptexperimente (ALICE, ATLAS, CMS und LHCb), die Schlüsselprojekte des LHC sind. In einer Tiefe von 50 bis 150 Metern unter der Erde wurden riesige Höhlen speziell für riesige Sensoren-Detektoren gegraben.

Beginnen wir mit einem Projekt namens ALICE (ein Akronym für Large Experimental Ion Collider). Dies ist eine der sechs experimentellen Einrichtungen, die am LHC gebaut wurden. ALICE soll Schwerionenkollisionen untersuchen. Die Temperatur und Energiedichte der entstehenden Kernmaterie reicht für die Entstehung von Gluonenplasma aus. Das Foto zeigt den ALICE-Detektor und alle seine 18 Module.


Das Internal Tracking System (ITS) in ALICE besteht aus sechs zylindrischen Schichten von Siliziumsensoren, die den Aufprallpunkt umgeben und die Eigenschaften und genauen Positionen von austretenden Partikeln messen. Auf diese Weise können Teilchen, die ein schweres Quark enthalten, leicht nachgewiesen werden.

Eines der wichtigsten LHC-Experimente ist auch ATLAS. Das Experiment wird an einem speziellen Detektor durchgeführt, der zur Untersuchung von Kollisionen zwischen Protonen entwickelt wurde. Der ATLAS ist 44 Meter lang, hat einen Durchmesser von 25 Metern und wiegt etwa 7.000 Tonnen. Protonenstrahlen kollidieren im Zentrum des Tunnels, des größten und komplexesten Sensors seiner Art, der jemals gebaut wurde. Der Sensor erfasst alles, was während und nach der Kollision von Protonen passiert. Ziel des Projekts ist es, bisher nicht registrierte und in unserem Universum nicht nachgewiesene Teilchen nachzuweisen.

Entdeckung und Bestätigung Higgs-Boson ist die Hauptpriorität des Large Hadron Collider, weil diese Entdeckung das Standardmodell des Ursprungs von atomaren Elementarteilchen und Standardmaterie bestätigen würde. Während des Starts des Colliders mit voller Leistung wird die Integrität des Standardmodells zerstört. Elementarteilchen, deren Eigenschaften wir nur teilweise verstehen, werden ihre strukturelle Integrität nicht aufrechterhalten können. Das Standardmodell hat eine obere Energiegrenze von 1 TeV, bei der das Teilchen zerfällt, wenn es zunimmt. Mit einer Energie von 7 TeV könnten Teilchen mit einer zehnmal größeren Masse als bisher bekannt erzeugt werden. Sie werden zwar sehr unbeständig sein, aber ATLAS wurde entwickelt, um sie in den Bruchteilen einer Sekunde zu erkennen, bevor sie „verschwinden“.

Dieses Foto gilt als das beste aller Fotos des Large Hadron Collider:

Kompaktes Myon-Solenoid ( Kompaktes Muon-Solenoid) ist einer von zwei riesigen universellen Teilchendetektoren am LHC. Rund 3.600 Wissenschaftler aus 183 Labors und Universitäten in 38 Ländern unterstützen die Arbeit von CMS, das diesen Detektor gebaut hat und betreibt. Die Magnetspule befindet sich unterirdisch in Cessy in Frankreich, nahe der Grenze zur Schweiz. Das Diagramm zeigt das CMS-Gerät, auf das wir näher eingehen werden.

Die innerste Schicht ist ein Silizium-basierter Tracker. Der Tracker ist der weltweit größte Siliziumsensor. Es verfügt über 205 m2 Siliziumsensoren (ungefähr die Fläche eines Tennisplatzes) mit 76 Millionen Kanälen. Mit dem Tracker können Sie Spuren geladener Teilchen in einem elektromagnetischen Feld messen

Auf der zweiten Ebene befindet sich das elektromagnetische Kalorimeter. Das Hadronkalorimeter auf der nächsten Ebene misst die Energie der jeweils produzierten einzelnen Hadronen.

Die nächste Schicht des CMS des Large Hadron Collider ist ein riesiger Magnet. Der große Solenoid-Magnet ist 13 Meter lang und hat einen Durchmesser von 6 Metern. Es besteht aus gekühlten Spulen aus Niob und Titan. Dieser riesige Solenoid-Magnet arbeitet mit voller Kraft, um die Lebensdauer der Partikel zu maximieren.

5. Schicht - Myonendetektoren und Rückjoch. Das CMS wurde entwickelt, um die verschiedenen Arten von Physik zu untersuchen, die in den energetischen Kollisionen des LHC gefunden werden könnten. Ein Teil dieser Forschung dient der Bestätigung oder Verbesserung von Messungen der Parameter des Standardmodells, während viele andere auf der Suche nach neuer Physik sind.

Über das Experiment vom 30. März 2010 sind nur sehr wenige Informationen verfügbar, aber eine Tatsache ist sicher bekannt. CERN berichtete, dass beim dritten Startversuch des Colliders ein beispielloser Energieschub aufgezeichnet wurde, als Protonenstrahlen durch einen 27 Kilometer langen Tunnel rasten und dann mit Lichtgeschwindigkeit kollidierten. Das aufgezeichnete Rekordenergieniveau wurde auf das Maximum festgelegt, das es in seiner aktuellen Konfiguration liefern kann - ungefähr 7 TeV. Diese Energiemenge war typisch für die ersten Sekunden des Beginns des Urknalls, der die Existenz unseres Universums hervorbrachte. Anfangs war diese Energie nicht erwartet worden, aber das Ergebnis übertraf alle Erwartungen.

Das Diagramm zeigt, wie ALICE einen Rekordenergieanstieg von 7 TeV einfängt:

Dieses Experiment wird im Laufe des Jahres 2010 hunderte Male wiederholt. Um Ihnen verständlich zu machen, wie kompliziert dieser Prozess ist, können wir eine Analogie zur Beschleunigung von Teilchen in einem Collider geben. Von der Komplexität her entspricht dies beispielsweise dem Abschuss von Nadeln von der Insel Neufundland mit so perfekter Genauigkeit, dass diese Nadeln irgendwo im Atlantik zusammenstoßen und den gesamten Globus umrunden. Das Hauptziel ist die Entdeckung eines Elementarteilchens – des Higgs-Bosons, das dem Standardmodell für den Aufbau des Universums zugrunde liegt

Mit dem erfolgreichen Ausgang all dieser Experimente kann die Welt der schwersten Teilchen von 400 GeV (der sogenannten Dunklen Materie) endlich entdeckt und erforscht werden.

Erscheinungsdatum: 17.09.2012

Was ist der Large Hadron Collider? Warum wird es benötigt? Kann es das Ende der Welt verursachen? Lassen Sie uns alles aufschlüsseln.

Was ist BAK?

Dies ist ein riesiger ringförmiger Tunnel, ähnlich einem Partikelverteilungsrohr. Es befindet sich in einer Tiefe von etwa 100 Metern unter dem Territorium Frankreichs und der Schweiz. An seinem Bau waren Wissenschaftler aus aller Welt beteiligt.

Der LHC wurde gebaut, um das Higgs-Boson zu finden, den Mechanismus, der Teilchen Masse verleiht. Ein sekundäres Ziel ist auch die Untersuchung von Quarks – den fundamentalen Teilchen, aus denen Hadronen bestehen (daher der Name „Hadron“-Collider).

Viele Menschen glauben naiv, dass der LHC der einzige Teilchenbeschleuniger der Welt ist. Seit den 1950er Jahren wurden jedoch weltweit mehr als ein Dutzend Collider gebaut. LHC gilt als der größte - seine Länge beträgt 25,5 km. Darüber hinaus enthält seine Struktur einen weiteren Beschleuniger mit kleinerem Durchmesser.

LHC und Medien

Seit Baubeginn sind viele Artikel über die hohen Kosten und Gefahren des Beschleunigers erschienen. Die meisten Leute glauben, dass das Geld verschwendet wurde, und verstehen nicht, warum es notwendig war, so viel Geld und Mühe aufzuwenden, um irgendeine Art von Teilchen zu finden.

Erstens ist der LHC nicht das teuerste wissenschaftliche Projekt der Geschichte. In Südfrankreich liegt das Wissenschaftszentrum Cadarache mit einem teuren thermonuklearen Reaktor. Cadarache wurde mit der Unterstützung von 6 Ländern (einschließlich Russland) gebaut; derzeit sind bereits rund 20 Milliarden Dollar darin investiert. Zweitens wird die Entdeckung des Higgs-Bosons viele revolutionäre Technologien in die Welt bringen. Als das erste Handy erfunden wurde, trafen die Menschen seine Erfindung auch negativ ...

Wie funktioniert die BAK?

Der LHC kollidiert mit hohen Geschwindigkeiten mit Teilchenstrahlen und überwacht ihr nachfolgendes Verhalten und ihre Wechselwirkung. In der Regel wird ein Teilchenstrahl zuerst auf dem Hilfsring beschleunigt und dann auf den Hauptring geschickt.

Viele der stärksten Magnete halten die Partikel im Collider. Und hochpräzise Instrumente zeichnen die Bewegung von Teilchen auf, denn die Kollision erfolgt in Sekundenbruchteilen.

Die Organisation der Arbeit des Colliders wird von CERN (Organisation for Nuclear Research) durchgeführt.

Infolgedessen gab CERN nach enormen Anstrengungen und finanziellen Investitionen am 4. Juli 2012 offiziell bekannt, dass das Higgs-Boson gefunden wurde. Natürlich weichen einige in der Praxis gefundene Eigenschaften des Bosons von theoretischen Aspekten ab, aber Wissenschaftler haben keine Zweifel an der „Realität“ des Higgs-Bosons.

Warum brauchen Sie ein BAC?

Wie nützlich ist der LHC für normale Menschen? Wissenschaftliche Entdeckungen im Zusammenhang mit der Entdeckung des Higgs-Bosons und der Untersuchung von Quarks könnten in Zukunft zu einer neuen wissenschaftlichen und technologischen Revolution führen.

Erstens, da Masse Energie in Ruhe ist (grob gesagt), ist es in Zukunft möglich, Materie in Energie umzuwandeln. Dann gibt es keine Energieprobleme, was bedeutet, dass es möglich sein wird, zu entfernten Planeten zu reisen. Und dies ist ein Schritt in Richtung interstellarer Reisen ...

Zweitens wird das Studium der Quantengravitation es in Zukunft ermöglichen, die Schwerkraft zu kontrollieren. Dies wird jedoch nicht so bald geschehen, da Gravitonen noch nicht sehr gut verstanden sind und daher das Gerät, das die Schwerkraft kontrolliert, unberechenbar sein kann.

Drittens besteht die Möglichkeit, die M-Theorie (eine Ableitung der Stringtheorie) genauer zu verstehen. Diese Theorie besagt, dass das Universum aus 11 Dimensionen besteht. Die M-Theorie behauptet, die "Theorie von allem" zu sein, was bedeutet, dass ihr Studium es uns ermöglichen wird, die Struktur des Universums besser zu verstehen. Wer weiß, vielleicht lernt ein Mensch in Zukunft, sich zu bewegen und andere Dimensionen zu beeinflussen.

LHC und das Ende der Welt

Viele Leute argumentieren, dass die Arbeit des LHC die Menschheit zerstören kann. In der Regel sprechen Menschen, die sich in Physik schlecht auskennen, darüber. Der Start des LHC wurde viele Male verschoben, aber am 10. September 2008 wurde er dennoch gestartet. Es ist jedoch erwähnenswert, dass der LHC nie auf volle Leistung beschleunigt wurde. Wissenschaftler planen, den LHC im Dezember 2014 mit voller Kapazität zu starten. Schauen wir uns die möglichen Ursachen des Weltuntergangs und andere Gerüchte an ...

1. Erstellen eines Schwarzen Lochs

Ein Schwarzes Loch ist ein Stern mit enormer Schwerkraft, der nicht nur Materie, sondern auch Licht und sogar Zeit anzieht. Ein Schwarzes Loch kann nicht aus dem Nichts auftauchen, weshalb CERN-Wissenschaftler glauben, dass die Wahrscheinlichkeit, dass ein stabiles Schwarzes Loch erscheint, extrem gering ist. Es ist jedoch möglich. Wenn Partikel kollidieren, kann ein mikroskopisch kleines Schwarzes Loch entstehen, dessen Größe ausreicht, um unseren Planeten in ein paar Jahren (oder schneller) zu zerstören. Aber die Menschheit sollte keine Angst haben, denn dank Hawking-Strahlung verlieren Schwarze Löcher schnell an Masse und Energie. Obwohl es Pessimisten unter Wissenschaftlern gibt, die glauben, dass ein starkes Magnetfeld im Inneren des Colliders das Schwarze Loch nicht zerfallen lässt. Infolgedessen ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein Schwarzes Loch entsteht, das den Planeten zerstört, sehr gering, aber es besteht eine solche Möglichkeit.

2. Bildung von „dunkler Materie“

Sie ist auch eine „seltsame Materie“, ein Strangelet (ein seltsames Tröpfchen), ein „Strangelet“. Das ist Materie, die, wenn sie mit einer anderen Materie kollidiert, sie in eine ähnliche verwandelt. Jene. Wenn ein Strangelet und ein gewöhnliches Atom kollidieren, werden zwei Strangelets gebildet, was zu einer Kettenreaktion führt. Wenn solche Materie im Collider auftaucht, wird die Menschheit innerhalb von Minuten zerstört. Die Wahrscheinlichkeit, dass dies geschieht, ist jedoch so gering wie die Entstehung eines Schwarzen Lochs.

3. Antimaterie

Die Version, die sich auf die Tatsache bezieht, dass während des Betriebs des Colliders eine solche Menge Antimaterie auftreten kann, die den Planeten zerstören wird, sieht am wahnhaftesten aus. Und der Punkt ist nicht einmal, dass die Wahrscheinlichkeit der Bildung von Antimaterie sehr gering ist, sondern dass es bereits Proben von Antimaterie auf der Erde gibt, die in speziellen Behältern gelagert werden, in denen es keine Schwerkraft gibt. Es ist unwahrscheinlich, dass eine solche Menge Antimaterie auf der Erde erscheint, die den Planeten zerstören kann.

Ergebnisse

Viele Einwohner Russlands wissen nicht einmal, wie man den Ausdruck "Large Hadron Collider" richtig schreibt, ganz zu schweigen von ihrem Wissen über seinen Zweck. Und einige Pseudopropheten argumentieren, dass es im Universum keine intelligenten Zivilisationen gibt, weil jede Zivilisation, nachdem sie wissenschaftlichen Fortschritt erzielt hat, einen Collider erschafft. Dann entsteht ein Schwarzes Loch, das die Zivilisation zerstört. Von hier aus erklären sie die große Zahl massereicher Schwarzer Löcher im Zentrum von Galaxien.

Es gibt jedoch auch Leute, die glauben, dass wir den LHC so schnell wie möglich starten sollten, sonst werden sie uns zum Zeitpunkt der Ankunft von Außerirdischen gefangen nehmen, da sie uns für Wilde halten.

Am Ende bleibt nur abzuwarten, was uns der LHC bringen wird. Früher oder später erfahren wir trotzdem, was uns erwartet: Zerstörung oder Fortschritt.

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