Lyhennetty LHC (eng. Large Hadron Collider, lyhennetty LHC) on törmäyssäteiden varautuneiden hiukkasten kiihdytin, joka on suunniteltu kiihdyttämään protoneja ja raskaita ioneja (lyijy-ioneja) ja tutkimaan niiden törmäystuloksia. Törmäyskone rakennettiin CERNissä (European Council for Nuclear Research), joka sijaitsee lähellä Geneveä, Sveitsin ja Ranskan rajalla. LHC on maailman suurin koelaitos. Yli 10 000 tiedemiestä ja insinööriä yli 100 maasta on osallistunut ja osallistuu rakentamiseen ja tutkimukseen.

Se on nimetty suureksi koonsa vuoksi: kaasupolkimen päärenkaan pituus on 26 659 m; hadroni - johtuen siitä, että se kiihdyttää hadroneja, eli kvarkista koostuvia raskaita hiukkasia; törmäyskone (englanniksi collider - collider) - johtuu siitä, että hiukkassäteet kiihtyvät vastakkaisiin suuntiin ja törmäävät erityisissä törmäyspisteissä.

Tekniset tiedot

Kiihdyttimen oletetaan törmäävän protoneihin, joiden kokonaisenergia on 14 TeV (eli 14 teraelektronivolttia tai 14 1012 elektronivolttia) massakeskipisteessä sattuvien hiukkasten järjestelmässä sekä lyijyytimiä, joiden energia on 5 GeV (5 109). elektronivoltit) jokaiselle törmäävälle nukleoniparille. Vuoden 2010 alussa LHC oli jo jonkin verran ohittanut protonienergian edellisen mestarin - protoni-antiprotonitörmäyttimen Tevatronin, joka työskenteli vuoden 2011 loppuun asti National Accelerator Laboratoryssa. Enrico Fermi (USA). Huolimatta siitä, että laitteiston säätö venyy vuosia eikä sitä ole vielä saatu päätökseen, LHC:stä on jo tullut maailman energiaisimman hiukkaskiihdytin, joka ohittaa energialtaan muut törmäajat, mukaan lukien RHIC:n relativistisen raskaan ionin. törmäyskone, joka toimii Brookhaven Laboratoryssa (USA). ).

LHC:n kirkkaus ajon ensimmäisten viikkojen aikana oli korkeintaan 1029 hiukkasta/cm 2 s, mutta se jatkaa kasvuaan jatkuvasti. Tavoitteena on saavuttaa nimellisluminositeetti 1,7·1034 hiukkasta/cm 2 s, joka on samaa suuruusluokkaa kuin BaBarin (SLAC, USA) ja Bellen (englanti) (KEK, Japani) luminositeetti.

Kiihdytin sijaitsee samassa tunnelissa, jossa aiemmin oli suuri elektroni-positronitörmäitin. Tunneli, jonka ympärysmitta oli 26,7 kilometriä, laskettiin maan alle Ranskassa ja Sveitsissä. Tunnelin syvyys on 50-175 metriä ja tunnelin rengas on kalteva noin 1,4 % suhteessa maan pintaan. Protonisäteiden pitämiseen, korjaamiseen ja tarkentamiseen käytetään 1624 suprajohtavaa magneettia, joiden kokonaispituus on yli 22 km. Magneetit toimivat 1,9 K (-271 °C) lämpötilassa, mikä on hieman heliumin supernesteen lämpötilaa alempi.

LHC ilmaisimet

LHC:ssä on 4 pää- ja 3 lisäilmaisinta:

• ALICE (suuri ionitörmätinkoe)
• ATLAS (Toroidaalinen LHC-laite)
• CMS (Compact Muon Solenoid)
• LHCb (The Large Hadron Collider -kauneuskoe)
• TOTEM (TOTAL Elastinen ja diffraktiivinen poikkileikkausmittaus)
• LHCf (The Large Hadron Collider eteenpäin)
• MoEDAL (Monopole and Exotics Detector At the LHC).

ATLAS, CMS, ALICE, LHCb ovat suuria ilmaisimia, jotka sijaitsevat säteen törmäyspisteiden ympärillä. TOTEM- ja LHCf-ilmaisimet ovat lisäilmaisimia, jotka sijaitsevat useiden kymmenien metrien etäisyydellä CMS- ja ATLAS-ilmaisimien käyttämistä säteen leikkauspisteistä, ja niitä käytetään yhdessä pääilmaisimien kanssa.

ATLAS- ja CMS-ilmaisimet ovat yleiskäyttöisiä ilmaisimia, jotka on suunniteltu etsimään Higgsin bosonia ja "epästandardista fysiikkaa", erityisesti pimeää ainetta, ALICE - tutkimaan kvarkki-gluoniplasmaa raskaissa lyijy-ionien törmäyksissä, LHCb - tutkimaan fysiikkaa b-kvarkeista, mikä auttaa ymmärtämään paremmin aineen ja antiaineen välisiä eroja, TOTEM on suunniteltu tutkimaan hiukkasten sirontaa pienissä kulmissa, kuten tapahtuu lähietäisyyksillä ilman törmäyksiä (ns. ei-törmäytyvät hiukkaset, eteenpäin hiukkaset), jonka avulla voit mitata tarkemmin protonien kokoa sekä hallita törmäimen kirkkautta, ja lopuksi LHCf - kosmisten säteiden tutkimukseen, joka on mallinnettu samoilla törmäämättömillä hiukkasilla.

LHC:n työhön liittyy myös seitsemännen ilmaisimen (kokeilu) MoEDAL, joka on budjetin ja monimutkaisuuden kannalta melko merkityksetön ja joka on suunniteltu etsimään hitaasti liikkuvia raskaita hiukkasia.

Törmäimen toiminnan aikana törmäykset tapahtuvat samanaikaisesti kaikissa neljässä säteiden leikkauspisteessä, riippumatta kiihdytettyjen hiukkasten (protonien tai ytimien) tyypistä. Samaan aikaan kaikki ilmaisimet keräävät tilastoja samanaikaisesti.

Hiukkasten kiihtyvyys törmäyksessä

LHC:ssä olevien hiukkasten nopeus törmäyssäteillä on lähellä valon nopeutta tyhjiössä. Hiukkasten kiihdytys niin suuriin energioihin saavutetaan useissa vaiheissa. Ensimmäisessä vaiheessa matalaenergiaiset Linac 2- ja Linac 3 -lineaarikiihdyttimet ruiskuttavat protoneja ja lyijy-ioneja lisäkiihdytystä varten. Sitten hiukkaset menevät PS-vahvistimeen ja sitten itse PS:ään (protonisynkrotroniin) hankkien 28 GeV:n energiaa. Tällä energialla ne liikkuvat jo nopeudella, joka on lähellä valoa. Sen jälkeen hiukkaskiihtyvyys jatkuu SPS:ssä (Proton Super Synchrotron), jossa hiukkasten energia saavuttaa 450 GeV. Sitten protoninippu lähetetään 26,7 kilometrin päärenkaaseen nostaen protonien energian enintään 7 TeV:iin ja törmäyspisteissä ilmaisimet tallentavat tapahtuvat tapahtumat. Kaksi törmäävää protonisädettä voi täysin täytettynä sisältää 2808 kimppua. Kiihdytysprosessin virheenkorjauksen alkuvaiheessa vain yksi nippu kiertää useita senttejä pitkässä ja poikittaiskooltaan pienikokoisessa nipussa. Sitten he alkavat lisätä hyytymien määrää. Klusterit sijaitsevat kiinteissä asennoissa toisiinsa nähden, jotka liikkuvat synkronisesti kehää pitkin. Tietyssä järjestyksessä olevat kokkarit voivat törmätä neljässä renkaan kohdassa, joissa hiukkasilmaisimet sijaitsevat.

LHC:n kaikkien hadronikimpun kineettinen energia, kun se on täysin täytetty, on verrattavissa suihkukoneen liike-energiaan, vaikka kaikkien hiukkasten massa ei ylitä nanogrammaa eikä niitä edes näe paljaalla silmällä. Tällainen energia saavutetaan johtuen hiukkasten nopeudesta, joka on lähellä valonnopeutta.

Kimput kulkevat kaasupolkimen täyden ympyrän läpi nopeammin kuin 0,0001 sekuntia tehden siten yli 10 tuhatta kierrosta sekunnissa

LHC:n tavoitteet ja tavoitteet

Large Hadron Colliderin päätehtävänä on selvittää maailmamme rakenne alle 10–19 metrin etäisyyksiltä "tutkimalla" sitä hiukkasilla, joiden energia on useita TeV. Tähän mennessä on jo kertynyt paljon epäsuoraa näyttöä siitä, että tässä mittakaavassa fyysikkojen pitäisi avata tietty "uusi todellisuuskerros", jonka tutkiminen antaa vastauksia moniin perusfysiikan kysymyksiin. Mitä tämä todellisuuskerros tarkalleen ottaen tulee olemaan, ei tiedetä etukäteen. Teoreetikot ovat tietysti jo ehdottaneet satoja erilaisia ​​ilmiöitä, joita voitaisiin havaita useiden TeV:n törmäysenergioissa, mutta se on koe, joka näyttää, mitä luonnossa todella tapahtuu.

Etsi uutta fysiikkaa Vakiomallia ei voida pitää alkeishiukkasten lopullisena teoriana. Sen täytyy olla osa jotain syvempää teoriaa mikromaailman rakenteesta, se osa, joka näkyy törmäyskokeissa alle 1 TeV:n energioissa. Tällaisia ​​teorioita kutsutaan kollektiivisesti "uudeksi fysiikaksi" tai "standardin mallin ulkopuolelle". Large Hadron Colliderin päätehtävä on saada ainakin ensimmäiset vihjeet siitä, mikä tämä syvemmälle teorialle on kyse. Perusvuorovaikutusten yhdistämiseksi edelleen yhteen teoriaan käytetään erilaisia ​​lähestymistapoja: M-teoriassa kehitetty merkkijonoteoria (braaniteoria), supergravitaatioteoria, silmukan kvanttigravitaatio jne. Joillakin niistä on sisäisiä ongelmia, eikä missään ole. kokeellinen vahvistus. Ongelmana on, että vastaavien kokeiden suorittamiseen tarvitaan energioita, joita ei voida saavuttaa nykyaikaisilla hiukkaskiihdyttimillä. LHC mahdollistaa kokeet, jotka olivat aiemmin mahdottomia, ja todennäköisesti vahvistaa tai kumoaa osan näistä teorioista. Siten on olemassa koko joukko fysikaalisia teorioita, joiden mitat ovat suurempia kuin neljä ja jotka viittaavat "supersymmetrian" olemassaoloon - esimerkiksi merkkijonoteoria, jota joskus kutsutaan supermerkkijonoteoriaksi juuri siksi, että ilman supersymmetriaa se menettää fyysisen merkityksensä. Supersymmetrian olemassaolon vahvistaminen olisi siten epäsuora vahvistus näiden teorioiden totuudelle. Huippukvarkkien tutkiminen Huippukvarkki on raskain kvarkki ja lisäksi raskain tähän mennessä löydetty alkuainehiukkanen. Tevatronin uusimpien tulosten mukaan sen massa on 173,1 ± 1,3 GeV/c 2 . Suuren massansa vuoksi huippukvarkkia on toistaiseksi havaittu vain yhdessä kiihdyttimessä, Tevatronissa, muilta kiihdyttimiltä yksinkertaisesti puuttui energia sen tuottamiseen. Lisäksi huippukvarkit kiinnostavat fyysikoita ei vain sinänsä, vaan myös "työvälineenä" Higgsin bosonin tutkimisessa. Yksi tärkeimmistä kanavista Higgsin bosonin tuotantoon LHC:ssä on assosiatiivinen tuotanto yhdessä huippukvarkki-antikvarkkiparin kanssa. Jotta tällaiset tapahtumat voidaan luotettavasti erottaa taustasta, on ensin tutkittava itse huippukvarkkien ominaisuuksia. Sähköheikon symmetrian mekanismin tutkiminen Yksi projektin päätavoitteista on todistaa kokeellisesti skotlantilaisen fyysikon Peter Higgsin vuonna 1964 Standardimallin puitteissa ennustaman Higgsin bosonin olemassaolo. Higgsin bosoni on niin sanotun Higgsin kentän kvantti, jonka läpi kulkiessaan hiukkaset kokevat vastustusta, jota edustamme massan korjauksina. Itse bosoni on epävakaa ja sillä on suuri massa (yli 120 GeV/c2). Itse asiassa fyysikot eivät ole niinkään kiinnostuneita itse Higgsin bosonista, vaan Higgsin mekanismista, joka katkaisee sähköheikon vuorovaikutuksen symmetrian. Kvarkki-gluoniplasman tutkimus Odotetaan, että noin kuukausi vuodessa vietetään kiihdyttimessä ydintörmäystilassa. Tämän kuukauden aikana törmäyskone kiihtyy ja törmää ilmaisimissa, ei protoneja, vaan lyijyytimiä. Kahden ytimen joustamattomassa törmäyksessä ultrarelativistisilla nopeuksilla muodostuu lyhyen aikaa tiheä ja erittäin kuuma ydinainepala, joka sitten hajoaa. Tässä tapauksessa tapahtuvien ilmiöiden (aineen siirtyminen kvarkkigluoniplasman tilaan ja sen jäähtyminen) ymmärtäminen on välttämätöntä vahvemman teorian rakentamiseksi vahvoista vuorovaikutuksista, josta on hyötyä sekä ydinfysiikassa että astrofysiikassa. Supersymmetrian etsintä LHC:n kokeiden ensimmäinen merkittävä tieteellinen saavutus voi olla "supersymmetrian" - teorian, jonka mukaan kaikilla alkuainehiukkasilla on paljon raskaampi kumppani tai "superpartikkeli" - todiste tai kumoaminen. Fotoni-hadronin ja fotoni-fotoni törmäysten tutkiminen Hiukkasten sähkömagneettista vuorovaikutusta kuvataan (joissakin tapauksissa virtuaalisten) fotonien vaihdoksena. Toisin sanoen fotonit ovat sähkömagneettisen kentän kantajia. Protonit ovat sähköisesti varattuja ja niitä ympäröi sähköstaattinen kenttä, ja tätä kenttää voidaan pitää virtuaalisten fotonien pilvenä. Mikä tahansa protoni, erityisesti relativistinen protoni, sisältää virtuaalihiukkasten pilven olennaisena osana. Kun protonit törmäävät toisiinsa, kutakin protonia ympäröivät virtuaalihiukkaset ovat myös vuorovaikutuksessa. Matemaattisesti hiukkasten vuorovaikutuksen prosessia kuvataan pitkällä sarjalla korjauksia, joista jokainen kuvaa vuorovaikutusta tietyn tyyppisten virtuaalihiukkasten avulla (katso: Feynman-kaaviot). Siten protonien törmäystä tutkittaessa tutkitaan epäsuorasti myös aineen vuorovaikutusta korkeaenergisten fotonien kanssa, mikä on erittäin kiinnostavaa teoreettisen fysiikan kannalta. Tarkastellaan myös erityistä reaktioiden luokkaa - kahden fotonin suoraa vuorovaikutusta, jotka voivat törmätä sekä vastaantulevan protonin kanssa, jolloin syntyy tyypillisiä fotoni-hadron-törmäyksiä, että keskenään. Ydintörmäystilassa ytimen suuren sähkövarauksen vuoksi sähkömagneettisten prosessien vaikutus on vielä tärkeämpi. Eksoottisten teorioiden testaaminen Teoreetikot 1900-luvun lopulla esittivät valtavan määrän epätavallisia ajatuksia maailman rakenteesta, joita kutsutaan yhteisesti "eksoottisiksi malleiksi". Näitä ovat teoriat, joilla on voimakas painovoima noin 1 TeV asteikolla, mallit, joissa on suuri määrä tilaulottuvuuksia, preonimallit, joissa kvarkit ja leptonit koostuvat itse hiukkasista, malleja, joissa on uudenlaisia ​​vuorovaikutuksia. Tosiasia on, että kertyneet kokeelliset tiedot eivät vieläkään riitä yhden teorian luomiseen. Ja kaikki nämä teoriat itsessään ovat yhteensopivia saatavilla olevien kokeellisten tietojen kanssa. Koska nämä teoriat voivat tehdä erityisiä ennusteita LHC:lle, kokeilijat aikovat testata ennusteita ja etsiä tiedoistaan ​​tiettyjen teorioiden jälkiä. Kiihdyttimellä saatujen tulosten odotetaan pystyvän rajoittamaan teoreetikkojen mielikuvitusta ja sulkemaan osan ehdotetuista rakenteista. Muut Sen odotetaan myös havaitsevan standardimallin ulkopuolisia fyysisiä ilmiöitä. Suunnitelmissa on tutkia W- ja Z-bosonien ominaisuuksia, ydinvuorovaikutuksia superkorkeilla energioilla, raskaiden kvarkkien (b ja t) tuotanto- ja hajoamisprosesseja.

Tänä vuonna tutkijat aikovat toistaa ydinlaboratoriossa ne kaukaiset alkuolosuhteet, jolloin protoneja ja neutroneja ei vielä ollut, mutta kvarkkigluoniplasma oli jatkuvaa. Toisin sanoen tutkijat toivovat näkevänsä alkuainehiukkasten maailman siinä muodossa kuin se oli vain mikrosekunnin murto-osa alkuräjähdyksen jälkeen eli maailmankaikkeuden muodostumisen jälkeen. Ohjelman nimi on How It All Begin. Lisäksi yli 30 vuoden ajan tiedemaailmassa on rakennettu teorioita, jotka selittävät massan esiintymisen alkuainehiukkasissa. Yksi niistä viittaa Higgsin bosonin olemassaoloon. Tätä alkeishiukkasta kutsutaan myös jumalalliseksi. Kuten yksi CERNin työntekijöistä sanoi: "Higgsin bosonin jälkiä saatuani tulen oman isoäitini luo ja sanon: katso, kiitos, tämän pienen asian takia sinulla on niin paljon ylimääräisiä kiloja." Mutta bosonin olemassaoloa ei ole vielä kokeellisesti vahvistettu: kaikki toiveet ovat LHC-kiihdytin.

Large Hadron Collider on hiukkaskiihdytin, jonka avulla fyysikot pääsevät syvemmälle aineeseen kuin koskaan ennen. Törmätäjän työn ydin on tutkia kahden protonisäteen törmäystä, joiden kokonaisenergia on 14 TeV protonia kohti. Tämä energia on miljoonia kertoja suurempi kuin energia, joka vapautuu yhdessä lämpöydinfuusiotapahtumassa. Lisäksi tehdään kokeita lyijyytimien törmäyksellä 1150 TeV:n energialla.

LHC-kiihdytin tarjoaa uuden askeleen sata vuotta sitten alkaneiden hiukkaslöytöjen sarjassa. Sitten tiedemiehet olivat juuri löytäneet kaikenlaisia ​​salaperäisiä säteitä: röntgensäteitä, katodisäteilyä. Mistä ne ovat kotoisin, ovatko ne samaa alkuperää, ja jos ovat, mikä se on?
Tänään meillä on vastauksia kysymyksiin, jotka mahdollistavat paljon paremman käsityksen maailmankaikkeuden alkuperästä. Kuitenkin aivan 2000-luvun alussa olemme uusien kysymysten edessä, joihin tutkijat toivovat saavansa vastauksia LHC-kiihdytin avulla. Ja kuka tietää, mitä uusia inhimillisen tiedon aloja tuleva tutkimus tuo mukanaan. Sillä välin tietomme maailmankaikkeudesta ovat riittämättömät.

Venäjän tiedeakatemian kirjeenvaihtajajäsen korkean energian fysiikan instituutista Sergei Denisov kommentoi:
- Monet venäläiset fyysikot osallistuvat tähän törmäyttimeen, ja he asettavat tiettyjä toiveita siellä mahdollisesti tapahtuviin löytöihin. Päätapahtuma, joka voi tapahtua, on niin sanotun hypoteettisen Higgs-hiukkasen löytäminen (Peter Higgs on maineikas skotlantilainen fyysikko.). Tämän hiukkasen rooli on erittäin tärkeä. Se on vastuussa muiden alkuainehiukkasten massan muodostumisesta. Jos tällainen hiukkanen löydetään, se on suurin löytö. Se vahvistaisi niin sanotun standardimallin, jota käytetään nykyään laajalti kuvaamaan kaikkia mikrokosmoksen prosesseja. Ennen kuin tämä hiukkanen on löydetty, tätä mallia ei voida pitää täysin perusteltuna ja vahvistettuna. Tämä on tietysti aivan ensimmäinen asia, jonka tutkijat odottavat tältä törmätimeltä (LHC).
Vaikka yleisesti ottaen kukaan ei pidä tätä vakiomallia lopullisena totuutena. Ja todennäköisimmin useimpien teoreetikkojen mukaan se on approksimaatio tai, joskus he sanovat, "matalan energian approksimaatio" yleisemmälle teorialle, joka kuvaa maailmaa etäisyyksillä, jotka ovat miljoona kertaa pienempiä kuin ytimien koko. Se on kuin Newtonin teoria olisi "matalan energian approksimaatio" Einsteinin teorialle - suhteellisuusteorialle. Toinen tärkeä tehtävä, joka liittyy törmäimeen, on yrittää mennä tämän hyvin vakiomallin pidemmälle, eli siirtyä uusiin aika-avaruusväleihin.

Fyysikot ymmärtävät, mihin suuntaan heidän täytyy liikkua rakentaakseen kauniimman ja yleisemmän fysiikan teorian, joka vastaa tällaisia ​​pieniä aika-avaruusvälejä. Siellä tutkitut prosessit toistavat pohjimmiltaan maailmankaikkeuden muodostumisprosessin, kuten sanotaan "alkuräjähdyksen aikaan". Tietenkin tämä on niille, jotka uskovat tähän teoriaan, että maailmankaikkeus luotiin tällä tavalla: räjähdys, sitten prosessit erittäin korkeilla energioilla. Kyseinen aikamatka saattaa liittyä tähän alkuräjähdystä.
Oli miten oli, LHC on melko vakava edistysaskel mikromaailman syvyyksiin. Siksi täysin odottamattomia asioita voi avautua. Sanon yhden asian, että LHC:ssä voidaan löytää täysin uusia avaruuden ja ajan ominaisuuksia. Mihin suuntaan ne ovat auki - nyt on vaikea sanoa. Pääasia on murtautua yhä pidemmälle.

Viite

Euroopan ydintutkimusjärjestö CERN on maailman suurin hiukkasfysiikan tutkimuskeskus. Tähän mennessä osallistujamaiden määrä on kasvanut 20:een. Noin 7 000 tiedemiestä 500 tutkimuskeskuksesta ja yliopistosta käyttää CERNin kokeellisia laitteita. Muuten, Venäjän tiedeakatemian Siperian sivuliikkeen Venäjän ydinfysiikan instituutti oli suoraan mukana suuren hadronitörmäyttimen työhön. Asiantuntijamme asentavat ja testaavat nyt Venäjällä tätä kiihdytintä varten suunniteltuja ja valmistettuja laitteita. Large Hadron Collider odotetaan lanseeraavan toukokuussa 2008. Kuten projektin johtaja Lyn Evans sanoi, kaasupolkimesta puuttuu vain yksi yksityiskohta - suuri punainen painike.

Monet, tavalla tai toisella, ovat jo kuulleet termin "Large Hadron Collider". Näiden sanojen yksinkertaiselle asukkaalle vain sana "iso" on tuttu. Mutta mitä se oikeastaan ​​on? Ja onko pelkän kuolevaisen mahdollista hallita tätä fyysistä termiä.

Large Hadron Collider (LHC) on fyysikoille tarkoitettu laitos, jossa he voivat kokeilla alkuainehiukkasia. Sanamuodon mukaan LHC on törmäyssäteiden varautuneiden hiukkasten kiihdytin, joka on suunniteltu kiihdyttämään raskaita ioneja ja protoneja sekä tutkimaan törmäystuotteita. Toisin sanoen tiedemiehet työntää atomeja yhteen ja katsovat sitten mitä tapahtuu.

Tällä hetkellä se on maailman suurin koelaitos. Tämän laitoksen kokoa voidaan verrata halkaisijaltaan lähes 27 kilometriä olevaan kaupunkiin, joka sijaitsee sadan metrin syvyydessä. Tämä laitos sijaitsee lähellä Geneveä ja maksoi 10 miljardia dollaria.

Yksi LHC-asennuksen päätehtävistä (tutkijoiden mukaan) on Higgsin bosonin etsiminen. Jälleen, yksinkertaisin sanoin, tämä on yritys löytää hiukkanen, joka on vastuussa massan läsnäolosta.

Samanaikaisesti törmäyttimessä tehdään kokeita etsimään:

- "standardimallin" ulkopuoliset hiukkaset,

- magneettiset monopolit (hiukkaset, joilla on magneettikenttä),

- Lisäksi tutkitaan kvanttipainovoimaa ja mikroskooppisia reikiä.

Nämä "mikroskooppiset mustat aukot"äläkä anna monille lepoa. Lisäksi huolissaan eivät ole vain ne, joille fysiikan tutustuminen päättyi koulussa, vaan myös ne, jotka jatkavat sen opiskelua ammatillisella tasolla.

Mikä on musta aukko, sen tuntevat kaikki koulusta ja tieteiskirjallisista tarinoista ja elokuvista. Monet (mukaan lukien tiedemiehet) ovat huolissaan siitä, että tällaiset kokeet, joista osa on suunniteltu yrittämään luoda "alkuräjähdys" (jonka jälkeen teorian mukaan universumi syntyi) johtavat koko planeetan väistämättömään romahtamiseen.

Tutkijat vakuuttavat, että näistä kokeista ja kokeista ei ole vaaraa. Mutta on toinen tosiasia, jota tieteen valoisat eivät koskaan ota huomioon. Kyse on aseista.

Jokainen tavallinen tiedemies, joka tekee löydön tai jotain, keksii, tekee sen kahdella tavoitteella. Ensimmäinen tavoite on auttaa maailmaa elämään paremmin, ja toinen, vähemmän inhimillinen, mutta inhimillinen, on tulla tunnetuksi.

Mutta jostain syystä kaikki keksinnöt (ilman liioittelua) ottavat paikkansa työkalujen luomisessa saman ihmiskunnan ja kuuluisien tiedemiesten murhaamiseen. Jopa sellaiset meille tulleet löydöt (radio, mekaaniset moottorit, satelliittitelevisio jne.), atomienergiasta puhumattakaan, ovat ottaneet tiukasti paikkansa puolustusteollisuudessa.

Vuonna 2016 on tarkoitus käynnistää Moskovan alueella eurooppalaisen LHC:n kaltainen asennus. Mutta vain, venäläisen installaation, toisin kuin "isoveljen", pitäisi todellisuudessa luoda "big bang" pienessä mittakaavassa.

Ja kuka takaa, että naapuri Moskovasta (ja sen mukana olevasta maapallosta) ei tule uuden "mustan aukon" esi-isä valtavassa universumissa?

Tästä salaperäisestä laitteesta liikkuu monia huhuja, monet väittävät, että se tuhoaa maapallon, luo keinotekoisen mustan aukon ja tekee lopun ihmiskunnan olemassaolosta. Todellisuudessa tämä laite voi viedä ihmiskunnan aivan uudelle tasolle tutkijoiden tekemän tutkimuksen ansiosta. Tässä aiheessa yritin kerätä kaikki tarvittavat tiedot, jotta saat käsityksen siitä, mikä LHC (Large Hadron Collider) on.

Joten tämä aihe sisältää kaiken, mitä sinun tulee tietää Hadron Colliderista. 30. maaliskuuta 2010 CERNissä (European Organisation for Nuclear Research) tapahtui historiallinen tapahtuma - useiden epäonnistuneiden yritysten ja monien päivitysten jälkeen maailman suurimman atomien tuhoamiskoneen luominen saatiin päätökseen. Alustavat testit, jotka käynnistivät protonien törmäyksiä suhteellisen alhaisella nopeudella, tehtiin vuoden 2009 aikana, eikä merkittäviä ongelmia ilmennyt. Vaiheet asetettiin keväällä 2010 suoritettavalle ylimääräiselle kokeelle. LHC:n kokeellinen päämalli perustuu kahden huippunopeudella törmäävän protonisäteen törmäykseen. Tämä voimakas törmäys tuhoaa protonit luoden poikkeuksellisia energioita ja uusia alkuainehiukkasia. Nämä uudet atomihiukkaset ovat erittäin epävakaita ja voivat olla olemassa vain sekunnin murto-osan. Analyyttinen laite, joka on osa LHC:tä, voi tallentaa nämä tapahtumat ja analysoida ne yksityiskohtaisesti. Siksi tutkijat yrittävät simuloida mustien aukkojen syntymistä.

30. maaliskuuta 2010 kaksi protonisädettä ammuttiin Large Hadron Colliderin 27 km tunneliin vastakkaisiin suuntiin. Ne kiihdytettiin valonnopeuteen, jolla törmäys tapahtui. Ennätysenergiaksi mitattiin 7 TeV (7 teraelektronivolttia). Tämän energian suuruus on ennätys ja sillä on erittäin tärkeitä arvoja. Tutustutaan nyt LHC:n tärkeimpiin komponentteihin - antureisiin ja ilmaisimiin, jotka rekisteröivät, mitä tapahtuu murto-osissa sekuntiosissa, joiden aikana protonisäteet törmäävät. On kolme anturia, joilla on keskeinen rooli 30. maaliskuuta 2010 tapahtuneen törmäyksen aikana. Nämä ovat eräitä törmäimen tärkeimpiä osia, ja niillä on keskeinen rooli CERNin monimutkaisissa kokeissa. Kaavio näyttää neljän pääkokeen (ALICE, ATLAS, CMS ja LHCb) sijainnit, jotka ovat keskeisiä LHC-projekteja. 50–150 metrin syvyydessä maan alla kaivettiin valtavia luolia erityisesti jättimäisille antureille-ilmaisimille.

Aloitetaan projektista nimeltä ALICE (lyhenne sanoista Large Experimental Ion Collider). Tämä on yksi kuudesta LHC:hen rakennetusta kokeellisesta laitoksesta. ALICE on perustettu tutkimaan raskaita ionien törmäyksiä. Syntyvän ydinaineen lämpötila ja energiatiheys riittävät gluoniplasman syntymiseen. Kuvassa ALICE-ilmaisin ja kaikki sen 18 moduulia.


ALICE:n sisäinen seurantajärjestelmä (ITS) koostuu kuudesta sylinterimäisestä piianturikerroksesta, jotka ympäröivät törmäyspistettä ja mittaavat esiin tulevien hiukkasten ominaisuuksia ja tarkan sijainnin. Tällä tavalla raskasta kvarkkia sisältävät hiukkaset voidaan helposti havaita.

Yksi tärkeimmistä LHC-kokeista on myös ATLAS. Koe suoritetaan erityisellä detektorilla, joka on suunniteltu tutkimaan protonien välisiä törmäyksiä. ATLAS on 44 metriä pitkä, 25 metriä halkaisijaltaan ja painaa noin 7000 tonnia. Protonisäteet törmäävät tunnelin keskellä, suurin ja monimutkaisin laatuaan koskaan rakennettu anturi. Anturi tallentaa kaiken, mitä tapahtuu protonien törmäyksen aikana ja sen jälkeen. Projektin tavoitteena on havaita hiukkasia, joita ei ole aiemmin rekisteröity ja joita ei ole havaittu universumissamme.

Löytö ja vahvistus Higgsin bosoni on Large Hadron Colliderin tärkein prioriteetti, koska tämä löytö vahvistaisi alkuaineatomihiukkasten ja standardiaineen alkuperän standardimallin. Kun törmäyskone käynnistetään täydellä teholla, vakiomallin eheys tuhoutuu. Alkuainehiukkaset, joiden ominaisuudet ymmärrämme vain osittain, eivät pysty säilyttämään rakenteellista eheyttään. Standardimallin energian yläraja on 1 TeV, jossa hiukkanen hajoaa kasvaessaan. 7 TeV:n energialla voitaisiin luoda hiukkasia, joiden massa on kymmenen kertaa suurempi kuin tällä hetkellä tiedetään. Totta, ne ovat hyvin epävakaita, mutta ATLAS on suunniteltu havaitsemaan ne sekunnin murto-osissa ennen kuin ne "kadoavat"

Tätä valokuvaa pidetään parhaana Large Hadron Colliderin valokuvista:

Kompakti myon solenoidi ( Kompakti Muon-solenoidi) on yksi LHC:n kahdesta valtavasta yleismaailmallisesta hiukkasilmaisimesta. Noin 3 600 tiedemiestä 183 laboratoriosta ja yliopistosta 38 maassa tukee CMS:n työtä, joka rakensi ja käyttää tätä ilmaisinta. Solenoidi sijaitsee maan alla Cessyssä Ranskassa lähellä Sveitsin rajaa. Kaaviossa näkyy CMS-laite, josta keskustelemme yksityiskohtaisemmin.

Sisempi kerros on piipohjainen seurantalaite. Tracker on maailman suurin piianturi. Siinä on 205 m2 piiantureita (noin tenniskentän pinta-ala) ja se sisältää 76 miljoonaa kanavaa. Seurantalaitteen avulla voit mitata varautuneiden hiukkasten jälkiä sähkömagneettisessa kentässä

Toisella tasolla on sähkömagneettinen kalorimetri. Hadron-kalorimetri, seuraavalla tasolla, mittaa kussakin tapauksessa tuotettujen yksittäisten hadronien energiaa.

Large Hadron Colliderin CMS:n seuraava kerros on valtava magneetti. Suuri solenoidimagneetti on 13 metriä pitkä ja halkaisijaltaan 6 metriä. Se koostuu jäähdytetyistä niobiumista ja titaanista valmistetuista keloista. Tämä valtava solenoidimagneetti toimii täydellä teholla maksimoidakseen hiukkasten käyttöiän.

5. kerros - Muon-ilmaisimet ja paluujousi. CMS on suunniteltu tutkimaan erilaisia ​​fysiikan tyyppejä, joita LHC:n energisissä törmäyksissä saattaa esiintyä. Osa tästä tutkimuksesta on vahvistaa tai parantaa standardimallin parametrien mittauksia, kun taas monet muut etsivät uutta fysiikkaa.

30. maaliskuuta 2010 tehdystä kokeesta on saatavilla hyvin vähän tietoa, mutta yksi tosiasia tiedetään varmasti. CERN raportoi, että törmäimen kolmannella laukaisuyrityksellä tallennettiin ennennäkemätön energiapurske, kun protoninsäteet kiersivät 27 kilometrin tunnelin ympäri ja sitten törmäsivät valonnopeudella. Tallennettu ennätysenergiataso oli asetettu enimmäismäärään, jonka se pystyy toimittamaan nykyisessä kokoonpanossaan - noin 7 TeV. Juuri tämä energiamäärä oli tyypillinen alkuräjähdyksen ensimmäisille sekunneille, mikä sai aikaan universumimme olemassaolon. Aluksi tätä energiatasoa ei odotettu, mutta tulos ylitti kaikki odotukset.

Kaavio näyttää, kuinka ALICE kaappaa ennätysenergian 7 TeV:

Tämä kokeilu toistetaan satoja kertoja vuoden 2010 aikana. Jotta ymmärtäisimme, kuinka monimutkainen tämä prosessi on, voimme antaa analogian törmäimen hiukkasten kiihtyvyyteen. Monimutkaisuudeltaan tämä vastaa esimerkiksi neulojen ampumista Newfoundlandin saarelta niin täydellisellä tarkkuudella, että nämä neulat törmäävät jossain Atlantilla ja kiertävät koko maapallon. Päätavoitteena on löytää alkuainehiukkanen - Higgsin bosoni, joka on universumin rakentamisen standardimallin perusta.

Kaikkien näiden kokeiden onnistuneen tuloksen ansiosta 400 GeV:n raskaimpien hiukkasten maailma (niin kutsuttu pimeä aine) voidaan vihdoin löytää ja tutkia.

Julkaisupäivä: 17.09.2012

Mikä on Large Hadron Collider? Miksi sitä tarvitaan? Voiko se aiheuttaa maailmanlopun? Puretaan se kaikki.

Mikä on BAK?

Tämä on valtava rengasmainen tunneli, joka on samanlainen kuin hiukkasten leviämisputki. Se sijaitsee noin 100 metrin syvyydessä Ranskan ja Sveitsin alueen alla. Sen rakentamiseen osallistui tutkijoita kaikkialta maailmasta.

LHC rakennettiin löytääkseen Higgsin bosonin, mekanismin, joka antaa hiukkasten massaa. Toissijaisena tavoitteena on myös tutkia kvarkeja - perushiukkasia, jotka muodostavat hadronit (tämä nimi "hadron" törmätäjä).

Monet ihmiset uskovat naiivisti, että LHC on ainoa hiukkaskiihdytin maailmassa. Kuitenkin yli tusina törmäyskonetta on rakennettu ympäri maailmaa 1950-luvulta lähtien. LHC:tä pidetään suurimpana - sen pituus on 25,5 km. Lisäksi sen rakenne sisältää toisen, halkaisijaltaan pienemmän kiihdytin.

LHC ja media

Rakentamisen alusta lähtien on ilmestynyt monia artikkeleita kiihdytin korkeista kustannuksista ja vaaroista. Useimmat ihmiset uskovat, että rahat menivät hukkaan, eivätkä ymmärrä, miksi oli tarpeen käyttää niin paljon rahaa ja vaivaa jonkinlaisen hiukkasen löytämiseksi.

Ensinnäkin LHC ei ole historian kallein tieteellinen projekti. Etelä-Ranskassa on Cadarachen tieteellinen keskus, jossa on kallis lämpöydinreaktori. Cadarache rakennettiin kuuden maan (mukaan lukien Venäjä) tuella; tällä hetkellä siihen on jo sijoitettu noin 20 miljardia dollaria. Toiseksi Higgsin bosonin löytäminen tuo monia vallankumouksellisia teknologioita maailmaan. Lisäksi, kun ensimmäinen matkapuhelin keksittiin, ihmiset kohtasivat myös hänen keksintönsä negatiivisesti ...

Miten BAC toimii?

LHC törmää hiukkassäteisiin suurilla nopeuksilla ja tarkkailee niiden myöhempää käyttäytymistä ja vuorovaikutusta. Pääsääntöisesti yksi hiukkassuihku kiihdytetään ensin apurenkaaseen ja sitten lähetetään päärenkaaseen.

Monet vahvimmista magneeteista pitävät hiukkasia törmäimen sisällä. Ja korkean tarkkuuden instrumentit tallentavat hiukkasten liikkeen, koska törmäys tapahtuu sekunnin murto-osassa.

Törmätimen työn organisoinnista vastaa CERN (Organization for Nuclear Research).

Tämän seurauksena valtavien ponnistelujen ja taloudellisten investointien jälkeen CERN ilmoitti virallisesti 4. heinäkuuta 2012, että Higgsin bosoni oli löydetty. Tietysti jotkut käytännössä löydetyt bosonin ominaisuudet eroavat teoreettisista näkökohdista, mutta tiedemiehillä ei ole epäilystäkään Higgsin bosonin "todellisuudesta".

Miksi tarvitset BAC:n?

Kuinka hyödyllinen LHC on tavallisille ihmisille? Higgsin bosonin löytämiseen ja kvarkkien tutkimukseen liittyvät tieteelliset löydöt voivat johtaa tulevaisuudessa uuteen tieteelliseen ja teknologiseen vallankumoukseen.

Ensinnäkin, koska massa on levossa olevaa energiaa (karkeasti sanottuna), on mahdollista tulevaisuudessa muuttaa aine energiaksi. Silloin energian kanssa ei ole ongelmia, mikä tarkoittaa, että on mahdollista matkustaa kaukaisille planeetoille. Ja tämä on askel kohti tähtienvälistä matkaa ...

Toiseksi kvanttigravitaation tutkimus mahdollistaa tulevaisuudessa painovoiman hallinnan. Tämä ei kuitenkaan tapahdu pian, koska gravitoneja ei vielä tunneta kovin hyvin, ja siksi painovoimaa ohjaava laite voi olla arvaamaton.

Kolmanneksi on mahdollisuus ymmärtää M-teoriaa (jonoteorian johdannainen) tarkemmin. Tämä teoria väittää, että maailmankaikkeus koostuu 11 ulottuvuudesta. M-teoria väittää olevansa "kaiken teoria", mikä tarkoittaa, että sen tutkiminen antaa meille mahdollisuuden ymmärtää paremmin maailmankaikkeuden rakennetta. Kuka tietää, ehkä tulevaisuudessa ihminen oppii liikkumaan ja vaikuttamaan muihin ulottuvuuksiin.

LHC ja maailmanloppu

Monet ihmiset väittävät, että LHC:n työ voi tuhota ihmiskunnan. Yleensä ihmiset, jotka ovat huonosti perehtyneet fysiikkaan, puhuvat tästä. LHC:n käynnistämistä lykättiin useaan otteeseen, mutta 10. syyskuuta 2008 se kuitenkin lanseerattiin. On kuitenkin syytä huomata, että LHC:tä ei ole koskaan kiihdytetty täyteen tehoon. Tutkijat aikovat käynnistää LHC:n täydellä kapasiteetilla joulukuussa 2014. Katsotaanpa mahdollisia maailmanlopun syitä ja muita huhuja ...

1. Mustan aukon luominen

Musta aukko on tähti, jolla on valtava painovoima, joka houkuttelee paitsi ainetta, myös valoa ja jopa aikaa. Musta aukko ei voi syntyä tyhjästä, minkä vuoksi CERNin tutkijat uskovat, että todennäköisyys vakaan mustan aukon ilmaantumisesta on erittäin pieni. Se on kuitenkin mahdollista. Hiukkasten törmääessä voi syntyä mikroskooppinen musta aukko, jonka koko riittää tuhoamaan planeettamme parissa vuodessa (tai nopeammin). Mutta ihmiskunnan ei pitäisi pelätä, koska Hawking-säteilyn ansiosta mustat aukot menettävät nopeasti massansa ja energiansa. Vaikka tiedemiesten joukossa on pessimistejä, jotka uskovat, että voimakas magneettikenttä törmäimen sisällä ei anna mustaa aukkoa hajota. Tämän seurauksena todennäköisyys, että syntyy musta aukko, joka tuhoaa planeetan, on hyvin pieni, mutta sellainen mahdollisuus on olemassa.

2. "pimeän aineen" muodostuminen

Hän on myös "outo asia", outo pisara (outo pisara), "outo". Tämä on aine, joka törmääessään toiseen asiaan muuttaa sen samankaltaiseksi. Nuo. kun vieras ja tavallinen atomi törmäävät, muodostuu kaksi kummallista, mikä saa aikaan ketjureaktion. Jos tällaista ainetta ilmaantuu törmäimeen, ihmiskunta tuhoutuu muutamassa minuutissa. Todennäköisyys, että näin tapahtuu, on kuitenkin yhtä pieni kuin mustan aukon muodostuminen.

3. Antimateria

Versio, joka liittyy siihen, että törmäimen toiminnan aikana saattaa ilmaantua sellainen määrä antimateriaa, joka tuhoaa planeetan, näyttää harhaanjohtavimmalta. Ja pointti ei ole edes siinä, että antimateriaalin muodostumismahdollisuudet ovat hyvin pienet, vaan se, että maapallolla on jo näytteitä antimateriaalista, jotka on säilytetty erityisissä säiliöissä, joissa ei ole painovoimaa. On epätodennäköistä, että maapallolle ilmestyy sellainen määrä antimateriaa, joka pystyy tuhoamaan planeetan.

löydöksiä

Monet Venäjän asukkaat eivät edes osaa kirjoittaa lausetta "Large Hadron Collider" oikein, puhumattakaan heidän tiedoistaan ​​sen tarkoituksesta. Ja jotkut pseudoprofeetat väittävät, että maailmankaikkeudessa ei ole älykkäitä sivilisaatioita, koska jokainen sivilisaatio, saavutettuaan tieteellisen edistyksen, luo törmäyksen. Sitten muodostuu musta aukko, joka tuhoaa sivilisaation. Sieltä ne selittävät galaksien keskellä olevien massiivisten mustien aukkojen suuren määrän.

On kuitenkin myös ihmisiä, jotka uskovat, että meidän pitäisi käynnistää LHC mahdollisimman pian, muuten he vangitsevat meidät alienien saapuessa, koska he pitävät meitä villinä.

Lopulta ainoa mahdollisuus saada selville, mitä LHC tuo meille, on vain odottaa. Ennemmin tai myöhemmin saamme silti tietää, mikä meitä odottaa: tuho tai edistys.

Viimeaikaiset tieteen ja tekniikan vinkit:

Auttoiko tämä neuvo sinua? Voit auttaa hanketta lahjoittamalla haluamasi summan sen kehittämiseen. Esimerkiksi 20 ruplaa. Tai enemmän:)