Abreviat LHC (Large Hadron Collider, abreviat ca LHC) este un accelerator de particule încărcate în fasciculele care se ciocnesc, conceput pentru a accelera protonii și ionii grei (ioni de plumb) și pentru a studia produsele coliziunilor lor. Civizorul a fost construit la CERN (Consiliul European pentru Cercetare Nucleară), situat lângă Geneva, la granița dintre Elveția și Franța. LHC este cea mai mare unitate experimentală din lume. Peste 10.000 de oameni de știință și ingineri din peste 100 de țări au participat și participă la construcții și cercetare.

Este numit mare datorită dimensiunii sale: lungimea inelului principal al acceleratorului este de 26.659 m; hadronic - datorită faptului că accelerează hadronii, adică particulele grele formate din quarci; collider (în engleză collider - collider) - datorită faptului că fasciculele de particule sunt accelerate în direcții opuse și se ciocnesc în puncte speciale de coliziune.

Specificații

Acceleratorul ar trebui să ciocnească protoni cu o energie totală de 14 TeV (adică 14 teraelectronvolți sau 14 1012 electronvolți) în sistemul de centru de masă al particulelor incidente, precum și nuclee de plumb cu o energie de 5 GeV (5 109). electron volți) pentru fiecare pereche de nucleoni care se ciocnesc. La începutul anului 2010, LHC-ul depășise deja oarecum campionul anterior în ceea ce privește energia protonilor - ciocnitorul proton-antiproton Tevatron, care până la sfârșitul anului 2011 a funcționat la Laboratorul Național de Accelerator. Enrico Fermi (SUA). În ciuda faptului că reglarea echipamentului se întinde de ani de zile și nu a fost încă finalizată, LHC a devenit deja cel mai mare accelerator de particule de energie din lume, depășind cu un ordin de mărime alți colizionatori în energie, inclusiv ionul greu relativist RHIC. colisionar care operează la Brookhaven Laboratory (SUA).

Luminozitatea LHC în primele săptămâni de rulare nu a fost mai mare de 1029 particule/cm 2 s, cu toate acestea, aceasta continuă să crească constant. Scopul este de a atinge o luminozitate nominală de 1,7·1034 particule/cm 2 s, care este de același ordin de mărime ca și luminozitățile BaBar (SLAC, SUA) și Belle (engleză) (KEK, Japonia).

Acceleratorul este situat în același tunel ocupat anterior de marele coliziune electron-pozitron. Tunelul cu o circumferință de 26,7 km a fost așezat în subteran în Franța și Elveția. Adâncimea tunelului este de la 50 la 175 de metri, iar inelul tunelului este înclinat cu aproximativ 1,4% față de suprafața pământului. Pentru a ține, corecta și focaliza fasciculele de protoni se folosesc 1624 de magneți supraconductori, a căror lungime totală depășește 22 km. Magneții funcționează la o temperatură de 1,9 K (-271 °C), care este puțin sub temperatura superfluidului heliului.

detectoare LHC

LHC are 4 detectoare principale și 3 auxiliare:

• ALICE (A Large Ion Collider Experiment)
• ATLAS (un aparat toroidal LHC)
• CMS (Solenoid muon compact)
• LHCb (Experimentul de frumusețe al lui Large Hadron Collider)
• TOTEM (Măsurarea totală a secțiunii transversale elastice și difractive)
• LHCf (The Large Hadron Collider înainte)
• MoEDAL (Detector de monopol și exotice la LHC).

ATLAS, CMS, ALICE, LHCb sunt detectoare mari situate în jurul punctelor de coliziune ale fasciculului. Detectoarele TOTEM și LHCf sunt auxiliare, situate la o distanță de câteva zeci de metri de punctele de intersecție a fasciculului ocupate de detectoarele CMS și, respectiv, ATLAS și vor fi utilizate împreună cu cele principale.

Detectoarele ATLAS și CMS sunt detectoare de uz general concepute pentru a căuta bosonul Higgs și „fizica non-standard”, în special materia întunecată, ALICE - pentru a studia plasma cuarc-gluon în coliziunile cu ionii grei de plumb, LHCb - pentru a studia fizica a cuarcilor b, care va permite o mai bună înțelegere a diferențelor dintre materie și antimaterie, TOTEM este conceput pentru a studia împrăștierea particulelor la unghiuri mici, cum se întâmplă în timpul unor intervale apropiate fără ciocniri (așa-numitele particule care nu se ciocnesc, înainte particule), care vă permite să măsurați mai precis dimensiunea protonilor, precum și să controlați luminozitatea ciocnitorului și, în sfârșit, LHCf - pentru studiul razelor cosmice, modelat folosind aceleași particule care nu se ciocnesc.

Al șaptelea detector (experiment) MoEDAL, conceput pentru a căuta particule grele care se mișcă încet, este, de asemenea, asociat cu funcționarea LHC.

În timpul funcționării ciocnitorului, ciocnirile se desfășoară simultan în toate cele patru puncte de intersecție ale fasciculelor, indiferent de tipul de particule accelerate (protoni sau nuclee). În același timp, toți detectoarele colectează statistici simultan.

Accelerația particulelor într-un colisionator

Viteza particulelor din LHC pe fasciculele care se ciocnesc este apropiată de viteza luminii în vid. Accelerarea particulelor la energii atât de mari se realizează în mai multe etape. În prima etapă, acceleratoarele liniare Linac 2 și Linac 3 cu energie scăzută injectează protoni și ioni de plumb pentru o accelerare suplimentară. Apoi particulele intră în amplificatorul PS și apoi în PS (sincrotronul de protoni) însuși, dobândind o energie de 28 GeV. Cu această energie, ei se mișcă deja cu o viteză apropiată de lumina. După aceea, accelerația particulelor continuă în SPS (Proton Super Synchrotron), unde energia particulelor ajunge la 450 GeV. Apoi mănunchiul de protoni este trimis către inelul principal de 26,7 kilometri, aducând energia protonilor la maximum 7 TeV, iar în punctele de coliziune, detectoarele înregistrează evenimentele care au loc. Două fascicule de protoni care se ciocnesc, atunci când sunt complet umplute, pot conține 2808 ciorchini fiecare. În fazele inițiale de depanare a procesului de accelerare, doar un ciorchine circulă într-un mănunchi lung de câțiva centimetri și de dimensiuni transversale mici. Apoi încep să crească numărul de cheaguri. Grupurile sunt situate în poziții fixe unul față de celălalt, care se mișcă sincron de-a lungul inelului. Aglomerările dintr-o anumită secvență se pot ciocni în patru puncte ale inelului, unde se află detectoarele de particule.

Energia cinetică a tuturor ciorchinelor de hadron din LHC atunci când este complet umplut este comparabilă cu energia cinetică a unui avion cu reacție, deși masa tuturor particulelor nu depășește un nanogram și nici măcar nu pot fi văzute cu ochiul liber. O astfel de energie este obținută datorită vitezei particulelor apropiate de viteza luminii.

Ciorchinii trec printr-un cerc complet al acceleratorului mai repede de 0,0001 sec, făcând astfel mai mult de 10 mii de rotații pe secundă

Obiectivele și obiectivele LHC

Sarcina principală a Large Hadron Collider este de a afla structura lumii noastre la distanțe mai mici de 10–19 m, „sondând” cu particule cu o energie de câțiva TeV. Până în prezent, s-au acumulat deja o mulțime de dovezi indirecte că la această scară, fizicienii ar trebui să deschidă un anumit „nou strat al realității”, al cărui studiu va oferi răspunsuri la multe întrebări ale fizicii fundamentale. Ce se va dovedi exact acest strat al realității nu se știe dinainte. Teoreticienii, desigur, au propus deja sute de fenomene diverse care ar putea fi observate la energii de coliziune de mai mulți TeV, dar experimentul este cel care va arăta ce se realizează de fapt în natură.

Căutarea unei noi fizici Modelul standard nu poate fi considerat teoria supremă a particulelor elementare. Trebuie să facă parte dintr-o teorie mai profundă a structurii microlumii, partea care este vizibilă în experimentele cu coliziune la energii sub aproximativ 1 TeV. Astfel de teorii sunt denumite în mod colectiv „Noua fizică” sau „Dincolo de modelul standard”. Sarcina principală a Large Hadron Collider este de a obține cel puțin primele indicii despre ceea ce este această teorie mai profundă. Pentru a combina în continuare interacțiunile fundamentale într-o singură teorie, sunt utilizate diverse abordări: teoria corzilor, care a fost dezvoltată în teoria M (teoria branei), teoria supergravitației, gravitația cuantică în buclă etc. Unele dintre ele au probleme interne și niciuna dintre ele nu are probleme interne. confirmare experimentală. Problema este că, pentru a efectua experimentele corespunzătoare, sunt necesare energii care nu sunt atinse la acceleratoarele de particule moderne. LHC va permite experimente care anterior erau imposibile și probabil va confirma sau infirma unele dintre aceste teorii. Astfel, există o întreagă gamă de teorii fizice cu dimensiuni mai mari de patru care sugerează existența „supersimetriei” – de exemplu, teoria corzilor, care uneori este numită teoria superstringurilor tocmai pentru că fără supersimetrie își pierde sensul fizic. Confirmarea existenței supersimetriei ar fi astfel o confirmare indirectă a adevărului acestor teorii. Studierea quarcilor de top Cuarcul de top este cel mai greu quarc și, în plus, este cea mai grea particulă elementară descoperită până acum. Conform celor mai recente rezultate de la Tevatron, masa sa este de 173,1 ± 1,3 GeV/c 2 . Din cauza masei sale mari, quarcul de top a fost observat până acum doar la un accelerator, Tevatron; altor acceleratoare pur și simplu nu aveau energia necesară pentru a-l produce. În plus, quarcii de top sunt de interes pentru fizicieni nu numai în sine, ci și ca „instrument de lucru” pentru studierea bosonului Higgs. Unul dintre cele mai importante canale pentru producerea bosonului Higgs la LHC este producția asociativă împreună cu perechea top quark-antiquark. Pentru a separa în mod fiabil astfel de evenimente de fundal, este mai întâi necesar să se studieze proprietățile quarcilor de top înșiși. Studierea mecanismului de simetrie electroslabă Unul dintre obiectivele principale ale proiectului este de a demonstra experimental existența bosonului Higgs, o particulă prezisă de fizicianul scoțian Peter Higgs în 1964 în cadrul Modelului Standard. Bosonul Higgs este un cuantum al așa-numitului câmp Higgs, la trecerea prin care particulele experimentează rezistență, pe care o reprezentăm ca corecții la masă. Bosonul în sine este instabil și are o masă mare (mai mult de 120 GeV/c2). De fapt, fizicienii nu sunt atât de interesați de bosonul Higgs în sine, cât de mecanismul Higgs de ruptură de simetrie a interacțiunii electroslabe. Studiul plasmei cuarc-gluon Este de așteptat ca aproximativ o lună pe an să fie petrecută în accelerator în modul de coliziuni nucleare. În această lună, ciocnitorul va accelera și se va ciocni în detectoare nu protoni, ci nuclee de plumb. Într-o coliziune neelastică a două nuclee la viteze ultrarelativiste, se formează pentru scurt timp un bulgăre dens și foarte fierbinte de materie nucleară și apoi se descompune. Înțelegerea fenomenelor care apar în acest caz (trecerea materiei la starea plasmei cuarc-gluon și răcirea acesteia) este necesară pentru a construi o teorie mai perfectă a interacțiunilor puternice, care va fi utilă atât pentru fizica nucleară, cât și pentru astrofizică. Căutarea supersimetriei Prima realizare științifică semnificativă a experimentelor la LHC poate fi dovedirea sau infirmarea „supersimetriei” - teoria conform căreia orice particulă elementară are un partener mult mai greu, sau „superparticulă”. Studiul ciocnirilor foton-hadron și foton-foton Interacțiunea electromagnetică a particulelor este descrisă ca un schimb de fotoni (în unele cazuri virtuali). Cu alte cuvinte, fotonii sunt purtători ai câmpului electromagnetic. Protonii sunt încărcați electric și înconjurați de un câmp electrostatic, respectiv, acest câmp poate fi considerat ca un nor de fotoni virtuali. Orice proton, în special un proton relativist, include un nor de particule virtuale ca parte integrantă. Când protonii se ciocnesc între ei, particulele virtuale care înconjoară fiecare dintre protoni interacționează și ele. Din punct de vedere matematic, procesul de interacțiune a particulelor este descris printr-o serie lungă de corecții, fiecare dintre acestea descriind interacțiunea prin intermediul particulelor virtuale de un anumit tip (vezi: Diagramele Feynman). Astfel, atunci când se studiază ciocnirea protonilor, se studiază indirect și interacțiunea materiei cu fotonii de înaltă energie, care prezintă un mare interes pentru fizica teoretică. De asemenea, este luată în considerare o clasă specială de reacții - interacțiunea directă a doi fotoni, care se pot ciocni atât cu un proton care se apropie, generând ciocniri tipice foton-hadron, cât și unul cu celălalt. În modul ciocnirilor nucleare, datorită sarcinii electrice mari a nucleului, influența proceselor electromagnetice este și mai importantă. Testarea teoriilor exotice Teoreticienii de la sfârșitul secolului al XX-lea au prezentat un număr mare de idei neobișnuite despre structura lumii, care sunt numite colectiv „modele exotice”. Acestea includ teorii cu gravitație puternică pe o scară de energie de ordinul a 1 TeV, modele cu un număr mare de dimensiuni spațiale, modele preon în care quarcurile și leptonii înșiși sunt compuși din particule, modele cu noi tipuri de interacțiune. Faptul este că datele experimentale acumulate încă nu sunt suficiente pentru a crea o singură teorie. Și toate aceste teorii în sine sunt compatibile cu datele experimentale disponibile. Deoarece aceste teorii pot face predicții specifice pentru LHC, experimentatorii plănuiesc să testeze predicțiile și să caute urme ale anumitor teorii în datele lor. Este de așteptat ca rezultatele obținute la accelerator să poată limita imaginația teoreticienilor, închizând unele dintre construcțiile propuse. Altele Se așteaptă, de asemenea, să detecteze fenomene fizice în afara cadrului modelului standard. Se preconizează studierea proprietăților bosonilor W și Z, a interacțiunilor nucleare la energii superînalte, a proceselor de producere și dezintegrare a quarcilor grei (b și t).

Anul acesta, oamenii de știință plănuiesc să reproducă în laboratorul nuclear acele condiții primordiale îndepărtate, când nu existau încă protoni și neutroni, dar era o plasmă continuă de quarc-gluoni. Cu alte cuvinte, cercetătorii speră să vadă lumea particulelor elementare sub forma în care a fost doar o fracțiune de microsecunde după Big Bang, adică după formarea Universului. Programul se numește Cum a început totul. În plus, de mai bine de 30 de ani în lumea științifică s-au construit teorii care explică prezența masei în particulele elementare. Una dintre ele sugerează existența bosonului Higgs. Această particulă elementară este numită și divină. După cum a spus unul dintre angajații CERN, „după ce am prins urme ale bosonului Higgs, voi veni la propria bunica și voi spune: uite, te rog, din cauza acestui lucru mic, ai atât de multe kilograme în plus”. Dar existența bosonului nu a fost încă confirmată experimental: toate speranțele sunt pentru acceleratorul LHC.

Large Hadron Collider este un accelerator de particule care le va permite fizicienilor să pătrundă mai adânc în materie decât oricând. Esența lucrării la ciocnizor este studierea ciocnirii a două fascicule de protoni cu o energie totală de 14 TeV per proton. Această energie este de milioane de ori mai mare decât energia eliberată într-un singur act de fuziune termonucleară. În plus, vor fi efectuate experimente cu nuclee de plumb care se ciocnesc la o energie de 1150 TeV.

Acceleratorul LHC va oferi un nou pas într-o serie de descoperiri de particule care au început acum un secol. Atunci oamenii de știință tocmai descoperiseră tot felul de raze misterioase: raze X, radiații catodice. De unde provin, originile lor sunt de aceeași natură și, dacă da, ce este?
Astăzi avem răspunsuri la întrebări care permit o înțelegere mult mai bună a originii universului. Cu toate acestea, chiar la începutul secolului XXI, ne confruntăm cu noi întrebări, răspunsuri la care oamenii de știință speră să le obțină cu ajutorul acceleratorului LHC. Și cine știe ce noi domenii ale cunoașterii umane vor presupune cercetările viitoare. Între timp, cunoștințele noastre despre univers sunt insuficiente.

Membru corespondent al Academiei Ruse de Științe de la Institutul pentru Fizica Energiei Înalte, Serghei Denisov comentează:
- Mulți fizicieni ruși participă la acest ciocnitor și își pun anumite speranțe în descoperirile care ar putea avea loc acolo. Principalul eveniment care se poate întâmpla este descoperirea așa-numitei particule ipotetice Higgs (Peter Higgs este un fizician scoțian eminent.). Rolul acestei particule este extrem de important. Este responsabil pentru formarea unei mase de alte particule elementare. Dacă o astfel de particulă este descoperită, va fi cea mai mare descoperire. Ar confirma așa-numitul Model Standard, care este acum utilizat pe scară largă pentru a descrie toate procesele din microcosmos. Până când această particulă nu este descoperită, acest model nu poate fi considerat pe deplin fundamentat și confirmat. Acesta este, desigur, primul lucru pe care oamenii de știință îl așteaptă de la acest colisionar (LHC).
Deși, în general, nimeni nu consideră că acest Model Standard este adevărul suprem. Și, cel mai probabil, conform celor mai mulți teoreticieni, este o aproximare sau, uneori spun ei, o „aproximare cu energie scăzută” la o teorie mai generală care descrie lumea la distanțe de un milion de ori mai mici decât dimensiunea nucleelor. Este ca și cum teoria lui Newton ar fi o „aproximare cu energie scăzută” față de teoria lui Einstein – teoria relativității. A doua sarcină importantă asociată cu ciocnitorul este să încercăm să depășim limitele acestui model standard, adică să facem tranziția la noi intervale spațiu-timp.

Fizicienii vor putea înțelege în ce direcție trebuie să se miște pentru a construi o teorie a fizicii mai frumoasă și mai generală, care să fie echivalentă cu intervale spațiu-timp atât de mici. Procesele care sunt studiate acolo reproduc în esență procesul de formare a Universului, așa cum se spune, „în timpul Big Bang-ului”. Desigur, asta este pentru cei care cred în această teorie că universul a fost creat în acest fel: o explozie, apoi procesează la energii super înalte. Călătoria în timp în cauză poate fi legată de acest Big Bang.
Oricum ar fi, LHC este un progres destul de serios în adâncurile microlumii. Prin urmare, se pot deschide lucruri complet neașteptate. Voi spune un lucru, că proprietăți complet noi ale spațiului și timpului pot fi descoperite la LHC. În ce direcție vor fi deschise - acum este greu de spus. Principalul lucru este să străpungi din ce în ce mai mult.

Referinţă

Organizația Europeană pentru Cercetare Nucleară (CERN) este cel mai mare centru de cercetare din lume în domeniul fizicii particulelor. Până în prezent, numărul țărilor participante a crescut la 20. Aproximativ 7.000 de oameni de știință, reprezentând 500 de centre de cercetare și universități, utilizează echipamentele experimentale ale CERN. Apropo, Institutul Rus de Fizică Nucleară din Filiala Siberiană a Academiei Ruse de Științe a fost direct implicat în lucrările privind marele colisionar de hadroni. Specialiștii noștri sunt acum ocupați cu instalarea și testarea echipamentelor proiectate și fabricate în Rusia pentru acest accelerator. Large Hadron Collider este de așteptat să fie lansat în mai 2008. După cum a spus Lyn Evans, șeful proiectului, acceleratorului îi lipsește un singur detaliu - un buton roșu mare.

Mulți, într-un fel sau altul, au auzit deja termenul „Large Hadron Collider”. Pentru un simplu locuitor al acestor cuvinte, doar cuvântul „mare” este familiar. Dar ce este de fapt? Și este posibil ca un simplu muritor să stăpânească acest termen fizic?

Large Hadron Collider (LHC) este o facilitate pentru fizicieni de a experimenta cu particule elementare. Conform formulării, LHC este un accelerator al particulelor încărcate în fasciculele care se ciocnesc, conceput pentru a accelera ionii și protonii grei și pentru a studia produsele coliziunilor. Cu alte cuvinte, oamenii de știință împing atomii împreună și apoi văd ce se întâmplă.

În prezent, este cea mai mare unitate experimentală din lume. Dimensiunea acestei instalații poate fi comparată cu un oraș cu un diametru de aproape 27 de kilometri, care este situat la o adâncime de o sută de metri. Această facilitate este situată în apropiere de Geneva și a costat 10 miliarde de dolari pentru a fi construită.

Una dintre sarcinile principale ale instalației LHC (conform oamenilor de știință) este căutarea bosonului Higgs. Din nou, în cuvinte simple, aceasta este o încercare de a găsi o particulă care este responsabilă de prezența masei.

În paralel cu aceasta, se efectuează experimente la ciocnitor pentru a căuta:

- particule în afara „Modelului standard”,

- monopoli magnetici (particule cu un câmp magnetic),

- de asemenea, există un studiu al gravitației cuantice și un studiu al găurilor microscopice.

Pe aceștia „găuri negre microscopice”și nu da multe odihnă. Mai mult, nu sunt îngrijorați doar cei pentru care cunoștințele cu fizica s-au încheiat la școală sunt îngrijorați, ci și cei care continuă să o studieze la nivel profesional.

Ce este o gaură neagră este cunoscut de toată lumea de la școală și din poveștile și filmele științifico-fantastice. Mulți (inclusiv oamenii de știință) sunt îngrijorați că astfel de experimente, dintre care unele sunt concepute pentru a încerca să recreeze „big bang-ul” (după care, conform teoriei, a apărut universul) vor duce la colapsul inevitabil al întregii planete.

Oamenii de știință asigură că nu există niciun pericol din aceste experimente și experimente. Dar există un alt fapt pe care luminarii științei nu iau niciodată în considerare. Este vorba despre arme.

Fiecare om de știință normal, care face o descoperire sau ceva, inventează, o face cu două scopuri. Primul scop este de a ajuta lumea să trăiască mai bine, iar al doilea, mai puțin uman, dar uman, este să devină celebru.

Dar, din anumite motive, toate invențiile (fără exagerare) își iau locul în crearea de instrumente pentru uciderea aceleiași umanități și a unor oameni de știință celebri. Chiar și astfel de descoperiri care au devenit filistene pentru noi (radio, motoare mecanice, televiziune prin satelit etc.), ca să nu mai vorbim de energia atomică, și-au luat ferm locul în industria de apărare.

În 2016, este planificată lansarea unei instalații similare cu LHC-ul european în regiunea Moscova.. Dar numai că instalația rusă, spre deosebire de „fratele mai mare”, ar trebui să recreeze în realitate „big bang-ul” la scară mică.

Și cine va garanta că Moscova vecină (și Pământul cu ea) nu va deveni progenitorul unei noi „găuri negre” în vastul univers?

Există multe zvonuri despre acest dispozitiv misterios, mulți susțin că va distruge Pământul, creând o gaură neagră artificială și punând capăt existenței omenirii. În realitate, acest dispozitiv poate duce umanitatea la un nivel cu totul nou, datorită cercetărilor efectuate de oamenii de știință. În acest subiect, am încercat să adun toate informațiile necesare pentru a vă face o impresie despre ce este Large Hadron Collider (LHC).

Deci, acest subiect conține tot ce trebuie să știți despre Hadron Collider. Pe 30 martie 2010, la CERN (Organizația Europeană pentru Cercetare Nucleară) a avut loc un eveniment istoric – după mai multe încercări nereușite și multe upgrade-uri, s-a finalizat crearea celei mai mari mașini din lume pentru distrugerea atomilor. Testele preliminare care au inițiat ciocniri de protoni cu viteză relativ scăzută au fost efectuate în cursul anului 2009 și nu au existat probleme semnificative. Etapa a fost pregătită pentru un experiment extraordinar care urmează să fie efectuat în primăvara anului 2010. Principalul model experimental al LHC se bazează pe ciocnirea a două fascicule de protoni care se ciocnesc cu viteza maximă. Această coliziune puternică distruge protonii, creând energii extraordinare și noi particule elementare. Aceste noi particule atomice sunt extrem de instabile și pot exista doar pentru o fracțiune de secundă. Aparatul analitic, care face parte din LHC, poate înregistra aceste evenimente și le poate analiza în detaliu. Astfel, oamenii de știință încearcă să simuleze apariția găurilor negre.

Pe 30 martie 2010, două fascicule de protoni au fost lansate în tunelul de 27 km al Large Hadron Collider în direcții opuse. Au fost accelerate la viteza luminii, la care s-a produs coliziunea. A fost înregistrată o energie record de 7 TeV (7 teraelectronvolți). Mărimea acestei energii este un record și are valori foarte importante. Acum haideți să facem cunoștință cu cele mai importante componente ale LHC - senzori și detectoare care înregistrează ceea ce se întâmplă în fracțiunile în acele fracțiuni de secunde în care fasciculele de protoni se ciocnesc. Există trei senzori care joacă un rol central în timpul impactului din 30 martie 2010 - acestea sunt unele dintre cele mai importante părți ale civizorului, jucând un rol cheie în timpul experimentelor complexe ale CERN. Diagrama arată locația celor patru experimente principale (ALICE, ATLAS, CMS și LHCb), care sunt proiecte cheie LHC. La o adâncime de 50 până la 150 de metri sub pământ, au fost săpate peșteri uriașe special pentru senzori-detectori giganți.

Să începem cu un proiect numit ALICE (un acronim pentru Large Experimental Ion Collider). Aceasta este una dintre cele șase facilități experimentale construite la LHC. ALICE este înființată pentru a studia coliziunile cu ioni grei. Temperatura și densitatea energetică a materiei nucleare rezultate sunt suficiente pentru nașterea plasmei gluonilor. Fotografia prezintă detectorul ALICE și toate cele 18 module ale sale.


Sistemul de urmărire intern (ITS) din ALICE constă din șase straturi cilindrice de senzori de siliciu care înconjoară punctul de coliziune și măsoară proprietățile și pozițiile precise ale particulelor emergente. În acest fel, particulele care conțin un quarc greu pot fi detectate cu ușurință.

Unul dintre principalele experimente LHC este, de asemenea, ATLAS. Experimentul este realizat pe un detector special conceput pentru a studia coliziunile dintre protoni. ATLAS are 44 de metri lungime, 25 de metri în diametru și cântărește aproximativ 7.000 de tone. Fasciculele de protoni se ciocnesc în centrul tunelului, cel mai mare și mai complex senzor de acest gen construit vreodată. Senzorul captează tot ce se întâmplă în timpul și după ciocnirea protonilor. Scopul proiectului este de a detecta particule care nu au fost înregistrate anterior și nu au fost detectate în universul nostru.

Descoperire și confirmare bosonul Higgs este prioritatea majoră a Large Hadron Collider, deoarece această descoperire ar confirma Modelul Standard al originii particulelor atomice elementare și a materiei standard. În timpul lansării colizionatorului la putere maximă, integritatea modelului standard va fi distrusă. Particulele elementare, ale căror proprietăți le înțelegem doar parțial, nu își vor putea menține integritatea structurală. Modelul standard are o limită superioară a energiei de 1 TeV, la care particula se descompune pe măsură ce crește. Cu o energie de 7 TeV, ar putea fi create particule cu mase de zece ori mai mari decât cele cunoscute în prezent. Adevărat, vor fi foarte volubile, dar ATLAS este conceput să le detecteze în acele fracțiuni de secundă înainte ca acestea să „dispară”

Această fotografie este considerată cea mai bună dintre toate fotografiile de la Large Hadron Collider:

Solenoid compact muon ( Solenoid Compact Muon) este unul dintre cei doi detectoare uriașe de particule universale de la LHC. Aproximativ 3.600 de oameni de știință din 183 de laboratoare și universități din 38 de țări susțin activitatea CMS, care a construit și operează acest detector. Solenoidul este situat în subteran în Cessy în Franța, lângă granița cu Elveția. Diagrama prezintă dispozitivul CMS, despre care vom discuta mai detaliat.

Stratul cel mai interior este un tracker pe bază de siliciu. Trackerul este cel mai mare senzor de siliciu din lume. Are 205 m2 de senzori de siliciu (aproximativ suprafața unui teren de tenis) cuprinzând 76 de milioane de canale. Tracker-ul vă permite să măsurați urme de particule încărcate într-un câmp electromagnetic

La al doilea nivel este Calorimetrul Electromagnetic. Calorimetrul Hadronului, la nivelul următor, măsoară energia hadronilor individuali produși în fiecare caz.

Următorul strat al CMS al Large Hadron Collider este un magnet uriaș. Magnetul mare cu solenoid are 13 metri lungime și un diametru de 6 metri. Este format din bobine răcite din niobiu și titan. Acest magnet solenoid uriaș funcționează la putere maximă pentru a maximiza durata de viață a particulelor.

Al 5-lea strat - detectoare de muoni și jug de întoarcere. CMS este conceput pentru a explora diferitele tipuri de fizică care ar putea fi găsite în coliziunile energetice ale LHC. Unele dintre aceste cercetări sunt de a confirma sau de a îmbunătăți măsurătorile parametrilor modelului standard, în timp ce multe altele sunt în căutare de noi fizici.

Sunt disponibile foarte puține informații despre experimentul din 30 martie 2010, dar un fapt este cunoscut cu siguranță. CERN a raportat că o explozie de energie fără precedent a fost înregistrată la cea de-a treia încercare de lansare a civizorului, când fasciculele de protoni au alergat în jurul unui tunel de 27 de kilometri și apoi s-au ciocnit cu viteza luminii. Nivelul record de energie înregistrat a fost fixat la maximul pe care îl poate furniza în configurația sa actuală - aproximativ 7 TeV. Această cantitate de energie a fost tipică pentru primele secunde ale începutului Big Bang-ului, care a dat naștere existenței universului nostru. Inițial, acest nivel de energie nu era așteptat, dar rezultatul a depășit toate așteptările.

Diagrama arată modul în care ALICE surprinde o creștere record de energie de 7 TeV:

Acest experiment va fi repetat de sute de ori pe parcursul anului 2010. Pentru a vă face să înțelegeți cât de complicat este acest proces, putem da o analogie cu accelerația particulelor într-un colisionator. În ceea ce privește complexitatea, aceasta este echivalentă, de exemplu, cu ace din insula Newfoundland cu o precizie atât de perfectă încât aceste ace se ciocnesc undeva în Atlantic, înconjurând întregul glob. Scopul principal este descoperirea unei particule elementare - Bosonul Higgs, care stă la baza Modelului Standard pentru construcția universului.

Odată cu succesul tuturor acestor experimente, lumea celor mai grele particule de 400 GeV (așa-numita Materie Întunecată) poate fi în sfârșit descoperită și explorată.

Data publicarii: 17.09.2012

Ce este Large Hadron Collider? De ce este nevoie? Poate provoca sfârșitul lumii? Să descompunem totul.

Ce este BAK?

Acesta este un tunel inelar imens, similar unei conducte de dispersie a particulelor. Este situat la o adâncime de aproximativ 100 de metri sub teritoriul Franței și Elveției. La construcția sa au participat oameni de știință din întreaga lume.

LHC a fost construit pentru a găsi bosonul Higgs, mecanismul care dă masa particulelor. Un scop secundar este, de asemenea, studierea quarcilor - particulele fundamentale care alcătuiesc hadronii (de unde și numele de ciocnitor „hadron”).

Mulți oameni cred naiv că LHC este singurul accelerator de particule din lume. Cu toate acestea, peste o duzină de colisionare au fost construite în întreaga lume începând cu anii 1950. LHC este considerat cel mai mare - lungimea sa este de 25,5 km. În plus, structura sa include un alt accelerator, mai mic ca diametru.

LHC și mass-media

De la începutul construcției, au apărut multe articole despre costul ridicat și pericolul acceleratorului. Majoritatea oamenilor cred că banii au fost irosiți și nu înțeleg de ce a fost necesar să cheltuiți atât de mulți bani și efort pentru a găsi un fel de particule.

În primul rând, LHC nu este cel mai scump proiect științific din istorie. În sudul Franței se află centrul științific din Cadarache cu un reactor termonuclear scump. Cadarache a fost construită cu sprijinul a 6 țări (inclusiv Rusia); în acest moment, s-au investit deja în el aproximativ 20 de miliarde de dolari. În al doilea rând, descoperirea bosonului Higgs va aduce în lume multe tehnologii revoluționare. În plus, când a fost inventat primul telefon mobil, oamenii și-au întâlnit și invenția negativ...

Cum funcționează BAC-ul?

LHC ciocnește fascicule de particule la viteze mari și monitorizează comportamentul și interacțiunea ulterioară a acestora. De regulă, un fascicul de particule este accelerat mai întâi pe inelul auxiliar și apoi este trimis către inelul principal.

Mulți dintre cei mai puternici magneți rețin particulele în interiorul ciocnitorului. Și instrumentele de înaltă precizie înregistrează mișcarea particulelor, deoarece coliziunea are loc într-o fracțiune de secundă.

Organizarea muncii colisionarului este realizată de CERN (Organizația pentru Cercetare Nucleară).

Drept urmare, după eforturi uriașe și investiții financiare, pe 4 iulie 2012, CERN a anunțat oficial că a fost găsit bosonul Higgs. Desigur, unele proprietăți ale bosonului găsit în practică diferă de aspectele teoretice, dar oamenii de știință nu au nicio îndoială cu privire la „realitatea” bosonului Higgs.

De ce ai nevoie de un BAC?

Cât de util este LHC pentru oamenii obișnuiți? Descoperirile științifice legate de descoperirea bosonului Higgs și studiul quarcilor pot duce în viitor la o nouă revoluție științifică și tehnologică.

În primul rând, deoarece masa este energie în repaus (în general vorbind), este posibil să se transforme materia în energie în viitor. Atunci nu vor fi probleme cu energia, ceea ce înseamnă că va fi posibil să călătorești pe planete îndepărtate. Și acesta este un pas către călătoria interstelară...

În al doilea rând, studiul gravitației cuantice va permite, în viitor, controlul gravitației. Cu toate acestea, acest lucru nu se va întâmpla curând, deoarece gravitonii nu sunt încă foarte bine înțeleși și, prin urmare, dispozitivul care controlează gravitația poate fi imprevizibil.

În al treilea rând, există o oportunitate de a înțelege teoria M (un derivat al teoriei corzilor) mai detaliat. Această teorie afirmă că universul este format din 11 dimensiuni. M-theory pretinde a fi „teoria a tot”, ceea ce înseamnă că studiul ei ne va permite să înțelegem mai bine structura universului. Cine știe, poate în viitor o persoană va învăța să se miște și să influențeze alte dimensiuni.

LHC și Sfârșitul Lumii

Mulți oameni susțin că munca LHC poate distruge umanitatea. De regulă, oamenii care sunt slab versați în fizică vorbesc despre asta. Lansarea LHC a fost amânată de mai multe ori, dar pe 10 septembrie 2008 a fost totuși lansat. Cu toate acestea, merită remarcat faptul că LHC nu a fost niciodată accelerat la putere maximă. Oamenii de știință intenționează să lanseze LHC la capacitate maximă în decembrie 2014. Să ne uităm la posibilele cauze ale sfârșitului lumii și la alte zvonuri...

1. Crearea unei găuri negre

O gaură neagră este o stea cu gravitație uriașă, care atrage nu numai materia, ci și lumina și chiar timpul. O gaură neagră nu poate apărea din senin, motiv pentru care oamenii de știință de la CERN cred că șansele ca o gaură neagră stabilă să apară sunt extrem de mici. Cu toate acestea, este posibil. Când particulele se ciocnesc, se poate crea o gaură neagră microscopică, a cărei dimensiune este suficientă pentru a distruge planeta noastră în câțiva ani (sau mai repede). Dar omenirea nu trebuie să se teamă, pentru că, datorită radiației Hawking, găurile negre își pierd rapid masa și energia. Deși există pesimiști în rândul oamenilor de știință care cred că un câmp magnetic puternic în interiorul ciocnitorului nu va permite dezintegrarea găurii negre. Drept urmare, șansa ca o gaură neagră să fie creată care să distrugă planeta este foarte mică, dar există o astfel de posibilitate.

2. Formarea „materiei întunecate”

Ea este, de asemenea, o „materie ciudată”, un straniu (o picătură ciudată), o „ciudat”. Aceasta este o materie care, atunci când se ciocnește cu o altă materie, o transformă într-una similară. Acestea. când un strangelet și un atom obișnuit se ciocnesc, se formează două strangelets, dând naștere unei reacții în lanț. Dacă o astfel de materie apare în ciocnitor, atunci omenirea va fi distrusă în câteva minute. Cu toate acestea, șansa ca acest lucru să se întâmple este la fel de mică ca formarea unei găuri negre.

3. Antimaterie

Versiunea legată de faptul că în timpul funcționării ciocnitorului poate apărea o astfel de cantitate de antimaterie care va distruge planeta arată cel mai delirante. Și nici măcar ideea nu este că șansele de formare a antimateriei sunt foarte mici, ci că există deja mostre de antimaterie pe pământ, depozitate în recipiente speciale unde nu există gravitație. Este puțin probabil ca pe Pământ să apară o asemenea cantitate de antimaterie care să fie capabilă să distrugă planeta.

constatări

Mulți locuitori ai Rusiei nici măcar nu știu cum să scrie corect expresia „Large Hadron Collider”, ca să nu spună nimic despre cunoștințele lor despre scopul său. Și unii pseudo-profeți susțin că nu există civilizații inteligente în Univers, deoarece fiecare civilizație, după ce a realizat progres științific, creează un ciocnitor. Apoi se formează o gaură neagră, care distruge civilizația. De aici explică numărul mare de găuri negre masive din centrul galaxiilor.

Există însă și oameni care cred că ar trebui să lansăm LHC cât mai curând posibil, altfel, în momentul sosirii extratereștrilor, ne vor captura, întrucât ne consideră sălbatici.

Până la urmă, singura șansă de a afla ce ne va aduce LHC-ul este doar să așteptăm. Mai devreme sau mai târziu, încă aflăm ce ne așteaptă: distrugere sau progres.

Sfaturi recente pentru știință și tehnologie:

Te-a ajutat acest sfat? Puteți ajuta proiectul donând orice sumă doriți pentru dezvoltarea lui. De exemplu, 20 de ruble. Sau mai mult:)