Skrátene LHC (Large Hadron Collider, skrátene LHC) je urýchľovač nabitých častíc v zrážkach lúčov, určený na urýchľovanie protónov a ťažkých iónov (ióny olova) a štúdium produktov ich zrážok. Zrážač je postavený v CERN (Európska rada pre jadrový výskum), ktorý sa nachádza neďaleko Ženevy, na hraniciach Švajčiarska a Francúzska. LHC je najväčšie experimentálne zariadenie na svete. Na konštrukcii a výskume sa podieľalo a podieľa viac ako 10 000 vedcov a inžinierov z viac ako 100 krajín.

Je pomenovaný veľký kvôli svojej veľkosti: dĺžka hlavného prstenca urýchľovača je 26 659 m; hadrónový - vďaka tomu, že urýchľuje hadróny, teda ťažké častice pozostávajúce z kvarkov; zrážač (angl. collider - collider) - vďaka tomu, že lúče častíc sú urýchľované v opačných smeroch a zrážajú sa v špeciálnych kolíziových bodoch.

technické údaje

Urýchľovač má zrážať protóny s celkovou energiou 14 TeV (teda 14 teraelektrónvoltov alebo 14 1012 elektrónvoltov) v ťažiskovej sústave dopadajúcich častíc, ako aj olovené jadrá s energiou 5 GeV (5 109 elektrónvolty) pre každý pár kolidujúcich nukleónov. Začiatkom roku 2010 už LHC v protónovej energii o niečo prekonal doterajšieho šampióna – protón-antiprotónový urýchľovač Tevatron, ktorý do konca roku 2011 pracoval v Národnom urýchľovačom laboratóriu. Enrico Fermi (USA). Napriek tomu, že úprava zariadenia sa ťahá už roky a ešte nie je dokončená, LHC sa už stal najvyšším energetickým urýchľovačom častíc na svete, ktorý rádovo prekonal ostatné urýchľovače v energetickej hodnote, vrátane relativistického ťažkého iónu RHIC. zrážač pracujúci v Brookhaven Laboratory (USA).

Svietivosť LHC počas prvých týždňov prevádzky nebola vyššia ako 1029 častíc/cm 2 s, avšak neustále sa zvyšuje. Cieľom je dosiahnuť nominálnu svietivosť 1,7·1034 častíc/cm 2 s, ktorá sa rádovo rovná svietivosti BaBar (SLAC, USA) a Belle (anglicky) (KEK, Japonsko).

Urýchľovač sa nachádza v rovnakom tuneli, v ktorom býval Veľký elektrón-pozitrónový urýchľovač. Tunel s obvodom 26,7 km položili pod zem vo Francúzsku a Švajčiarsku. Hĺbka tunela je od 50 do 175 metrov a tunelová skruž je sklonená asi o 1,4 % voči zemi. Na uchytenie, korekciu a zaostrenie protónových lúčov sa používa 1624 supravodivých magnetov, ktorých celková dĺžka presahuje 22 km. Magnety pracujú pri teplote 1,9 K (-271 °C), čo je mierne pod supratekutou teplotou hélia.

detektory LHC

LHC má 4 hlavné a 3 pomocné detektory:

• ALICE (experiment s veľkým urýchľovačom iónov)
• ATLAS (toroidný LHC prístroj)
• CMS (kompaktný miónový solenoid)
• LHCb (experiment krásy The Large Hadron Collider)
• TOTEM (celkové meranie elastického a difrakčného prierezu)
• LHCf (The Large Hadron Collider forward)
• MoEDAL (monopolný a exotický detektor na LHC).

ATLAS, CMS, ALICE, LHCb sú veľké detektory umiestnené okolo bodov kolízie lúčov. Detektory TOTEM a LHCf sú pomocné, nachádzajú sa vo vzdialenosti niekoľkých desiatok metrov od priesečníkov lúčov obsadených detektormi CMS a ATLAS a budú sa používať spolu s hlavnými.

Detektory ATLAS a CMS sú univerzálne detektory určené na vyhľadávanie Higgsovho bozónu a "neštandardnej fyziky", najmä tmavej hmoty, ALICE - na štúdium kvark-gluónovej plazmy pri zrážkach ťažkých iónov olova, LHCb - na štúdium fyziky b-kvarkov, ktoré umožnia lepšie porozumieť rozdielom medzi hmotou a antihmotou, je TOTEM určený na štúdium rozptylu častíc pod malými uhlami, ku ktorému dochádza počas blízkych rozpätí bez kolízií (tzv. nezrážkové častice, vpred častice), čo vám umožňuje presnejšie merať veľkosť protónov, ako aj riadiť svietivosť zrážača a nakoniec LHCf - na štúdium kozmického žiarenia, modelovaného pomocou rovnakých nezrážaných častíc.

S prevádzkou LHC je spojený aj siedmy detektor (experiment) MoEDAL, určený na vyhľadávanie pomaly sa pohybujúcich ťažkých častíc.

Počas činnosti urýchľovača sa zrážky uskutočňujú súčasne vo všetkých štyroch priesečníkoch lúčov, bez ohľadu na typ urýchlených častíc (protóny alebo jadrá). Všetky detektory zároveň zbierajú štatistiky súčasne.

Zrýchlenie častíc v urýchľovači

Rýchlosť častíc v LHC na zrážaných lúčoch je blízka rýchlosti svetla vo vákuu. Urýchlenie častíc na takéto vysoké energie sa dosahuje v niekoľkých stupňoch. V prvej fáze vstrekujú nízkoenergetické lineárne urýchľovače Linac 2 a Linac 3 protóny a ióny olova na ďalšie zrýchlenie. Potom častice vstúpia do zosilňovača PS a potom do samotného PS (protónový synchrotrón), pričom získajú energiu 28 GeV. S touto energiou sa už pohybujú rýchlosťou blízkou svetlu. Potom zrýchlenie častíc pokračuje v SPS (Proton Super Synchrotron), kde energia častíc dosahuje 450 GeV. Potom je zväzok protónov odoslaný do hlavného 26,7-kilometrového prstenca, čím sa energia protónov zvýši na maximálne 7 TeV a v bodoch kolízie detektory zaznamenajú udalosti, ktoré nastanú. Dva kolidujúce protónové lúče, keď sú úplne naplnené, môžu obsahovať 2808 zväzkov. V počiatočných fázach ladenia procesu zrýchlenia cirkuluje iba jeden zväzok vo zväzku niekoľko centimetrov dlhom a malej priečnej veľkosti. Potom začnú zvyšovať počet zrazenín. Zhluky sú umiestnené v pevných polohách voči sebe navzájom, ktoré sa pohybujú synchrónne pozdĺž prstenca. Zhluky v určitej sekvencii sa môžu zraziť v štyroch bodoch prstenca, kde sú umiestnené detektory častíc.

Kinetická energia všetkých hadrónových zväzkov v LHC, keď je úplne naplnená, je porovnateľná s kinetickou energiou prúdového lietadla, hoci hmotnosť všetkých častíc nepresahuje nanogram a nie je možné ich vidieť ani voľným okom. Takáto energia sa dosahuje vďaka rýchlosti častíc blízkej rýchlosti svetla.

Zväzky prejdú celým kruhom urýchľovača rýchlejšie ako 0,0001 sekundy, čím urobia viac ako 10 000 otáčok za sekundu

Ciele a zámery LHC

Hlavnou úlohou Veľkého hadrónového urýchľovača je zistiť štruktúru nášho sveta vo vzdialenostiach menších ako 10–19 m, „sondovať“ ho časticami s energiou niekoľkých TeV. K dnešnému dňu sa už nahromadilo veľa nepriamych dôkazov, že v tomto meradle by fyzici mali otvoriť určitú „novú vrstvu reality“, ktorej štúdium poskytne odpovede na mnohé otázky základnej fyziky. Čo presne sa táto vrstva reality ukáže, nie je vopred známe. Teoretici, samozrejme, už navrhli stovky rôznych javov, ktoré by bolo možné pozorovať pri zrážkových energiách niekoľkých TeV, ale až experiment ukáže, čo sa v prírode skutočne realizuje.

Hľadanie novej fyziky Štandardný model nemožno považovať za konečnú teóriu elementárnych častíc. Musí to byť súčasť nejakej hlbšej teórie o štruktúre mikrosveta, časť, ktorá je viditeľná pri experimentoch s urýchľovačmi pri energiách pod asi 1 TeV. Takéto teórie sa súhrnne označujú ako „nová fyzika“ alebo „za štandardným modelom“. Hlavnou úlohou Veľkého hadrónového urýchľovača je získať aspoň prvé náznaky, v čom spočíva táto hlbšia teória. Na ďalšiu kombináciu základných interakcií v jednej teórii sa používajú rôzne prístupy: teória strún, ktorá bola vyvinutá v teórii M (teória brány), teória supergravitácie, slučková kvantová gravitácia atď. Niektoré z nich majú vnútorné problémy a žiadna z nich nemá experimentálne potvrdenie. Problém je v tom, že na uskutočnenie zodpovedajúcich experimentov sú potrebné energie, ktoré sú na moderných urýchľovačoch častíc nedosiahnuteľné. LHC umožní experimenty, ktoré boli predtým nemožné a pravdepodobne potvrdí alebo vyvráti niektoré z týchto teórií. Existuje teda celý rad fyzikálnych teórií s rozmermi väčšími ako štyri, ktoré naznačujú existenciu „supersymetrie“ – napríklad teória strún, ktorá sa niekedy nazýva teória superstrun práve preto, že bez supersymetrie stráca fyzikálny význam. Potvrdenie existencie supersymetrie by tak bolo nepriamym potvrdením pravdivosti týchto teórií. Štúdium top kvarkov Top kvark je najťažší kvark a navyše je to najťažšia doteraz objavená elementárna častica. Podľa najnovších výsledkov z Tevatronu je jeho hmotnosť 173,1 ± 1,3 GeV/c 2 . Kvôli svojej veľkej hmotnosti bol top kvark doteraz pozorovaný iba na jednom urýchľovači, Tevatrone, iným urýchľovačom jednoducho chýbala energia na jeho výrobu. Okrem toho sú top kvarky pre fyzikov zaujímavé nielen samy osebe, ale aj ako „pracovný nástroj“ na štúdium Higgsovho bozónu. Jedným z najdôležitejších kanálov na produkciu Higgsovho bozónu na LHC je asociatívna produkcia spolu s párom top kvark-antikvark. Aby sme takéto udalosti spoľahlivo oddelili od pozadia, je potrebné najskôr preštudovať vlastnosti samotných top kvarkov. Štúdium mechanizmu elektroslabej symetrie Jedným z hlavných cieľov projektu je experimentálne dokázať existenciu Higgsovho bozónu, častice predpovedanej škótskym fyzikom Petrom Higgsom v roku 1964 v rámci Štandardného modelu. Higgsov bozón je kvantom takzvaného Higgsovho poľa, ktorým častice pri prechode pociťujú odpor, ktorý predstavujeme ako korekcie hmotnosti. Samotný bozón je nestabilný a má veľkú hmotnosť (viac ako 120 GeV/c2). Fyzikov v skutočnosti ani tak nezaujíma Higgsov bozón ako taký, ale Higgsov mechanizmus narušenia symetrie elektroslabej interakcie. Štúdium kvark-gluónovej plazmy Predpokladá sa, že približne jeden mesiac ročne strávime v urýchľovači v režime jadrových zrážok. Počas tohto mesiaca sa urýchľovač zrýchli a zrazí sa v detektoroch nie protónoch, ale jadrách olova. Pri nepružnej zrážke dvoch jadier ultrarelativistickými rýchlosťami sa na krátky čas vytvorí hustá a veľmi horúca hruda jadrovej hmoty, ktorá sa potom rozpadne. Pochopenie javov vyskytujúcich sa v tomto prípade (prechod hmoty do stavu kvark-gluónovej plazmy a jej ochladzovanie) je nevyhnutné na zostavenie dokonalejšej teórie silných interakcií, ktorá bude užitočná tak pre jadrovú fyziku, ako aj pre astrofyziku. Hľadanie supersymetrie Prvým významným vedeckým úspechom experimentov na LHC môže byť dôkaz alebo vyvrátenie "supersymetrie" - teórie, že každá elementárna častica má oveľa ťažšieho partnera, čiže "superčasticu". Štúdium zrážok fotón-hadrón a fotón-fotón Elektromagnetická interakcia častíc je opísaná ako výmena (v niektorých prípadoch virtuálnych) fotónov. Inými slovami, fotóny sú nositeľmi elektromagnetického poľa. Protóny sú elektricky nabité a obklopené elektrostatickým poľom, toto pole možno považovať za oblak virtuálnych fotónov. Akýkoľvek protón, najmä relativistický protón, zahŕňa oblak virtuálnych častíc ako integrálnu súčasť. Keď sa protóny navzájom zrazia, virtuálne častice obklopujúce každý z protónov tiež interagujú. Matematicky je proces interakcie častíc opísaný dlhou sériou korekcií, z ktorých každá popisuje interakciu pomocou virtuálnych častíc určitého typu (pozri: Feynmanove diagramy). Pri štúdiu zrážky protónov sa teda nepriamo študuje aj interakcia hmoty s vysokoenergetickými fotónmi, ktorá je veľmi zaujímavá pre teoretickú fyziku. Uvažuje sa aj o špeciálnej triede reakcií – o priamej interakcii dvoch fotónov, ktoré sa môžu zraziť tak s blížiacim sa protónom, pričom vznikajú typické kolízie fotón-hadrón, ako aj navzájom. V režime jadrových zrážok je vplyvom veľkého elektrického náboja jadra ešte dôležitejší vplyv elektromagnetických procesov. Testovanie exotických teórií Teoretici na konci 20. storočia predložili obrovské množstvo nezvyčajných predstáv o štruktúre sveta, ktoré sa súhrnne nazývajú „exotické modely“. Patria sem teórie so silnou gravitáciou v mierke okolo 1 TeV, modely s veľkým počtom priestorových rozmerov, preónové modely, v ktorých sú samotné kvarky a leptóny zložené z častíc, modely s novými typmi interakcie. Faktom je, že nahromadené experimentálne údaje stále nestačia na vytvorenie jedinej teórie. A všetky tieto teórie samotné sú kompatibilné s dostupnými experimentálnymi údajmi. Keďže tieto teórie môžu robiť špecifické predpovede pre LHC, experimentátori plánujú predpovede otestovať a hľadať stopy určitých teórií vo svojich údajoch. Očakáva sa, že výsledky získané na urýchľovači budú schopné obmedziť predstavivosť teoretikov a uzavrieť niektoré z navrhovaných konštrukcií. Iné Očakáva sa tiež detekcia fyzikálnych javov mimo rámca štandardného modelu. Plánuje sa štúdium vlastností W a Z bozónov, jadrových interakcií pri supervysokých energiách, procesov výroby a rozpadu ťažkých kvarkov (b a t).

Tento rok vedci plánujú reprodukovať v jadrovom laboratóriu tie vzdialené prvotné podmienky, keď ešte neboli protóny a neutróny, ale existovala súvislá kvark-gluónová plazma. Inými slovami, výskumníci dúfajú, že uvidia svet elementárnych častíc v podobe, v akej bol len zlomok mikrosekúnd po Veľkom tresku, teda po vytvorení vesmíru. Program sa volá Ako to všetko začalo. Okrem toho sa už viac ako 30 rokov vo vedeckom svete budujú teórie, ktoré vysvetľujú prítomnosť hmoty v elementárnych časticiach. Jeden z nich naznačuje existenciu Higgsovho bozónu. Táto elementárna častica sa nazýva aj božská. Ako povedal jeden z pracovníkov CERN-u, „keď som zachytil stopy Higgsovho bozónu, prídem k vlastnej babičke a poviem: pozri, prosím – kvôli tejto maličkosti máš toľko kíl navyše.“ Existencia bozónu však zatiaľ nebola experimentálne potvrdená: všetky nádeje sú pre urýchľovač LHC.

Veľký hadrónový urýchľovač je urýchľovač častíc, ktorý fyzikom umožní dostať sa hlbšie do hmoty ako kedykoľvek predtým. Podstatou práce na urýchľovači je štúdium zrážky dvoch protónových lúčov s celkovou energiou 14 TeV na protón. Táto energia je miliónkrát väčšia ako energia uvoľnená pri jedinom akte termonukleárnej fúzie. Okrem toho sa uskutočnia experimenty so zrážkami jadier olova pri energii 1150 TeV.

Urýchľovač LHC poskytne nový krok v sérii objavov častíc, ktoré sa začali pred storočím. Potom vedci práve objavili najrôznejšie záhadné lúče: röntgenové lúče, katódové žiarenie. Odkiaľ pochádzajú, majú rovnaký pôvod a ak áno, čo to je?
Dnes máme odpovede na otázky, ktoré umožňujú oveľa lepšie pochopiť vznik vesmíru. Na samom začiatku 21. storočia však stojíme pred novými otázkami, na ktoré vedci dúfajú, že dostanú pomocou urýchľovača LHC. A ktovie, aké nové oblasti ľudského poznania prinesie pripravovaný výskum. Medzitým sú naše znalosti o vesmíre nedostatočné.

Člen korešpondent Ruskej akadémie vied z Inštitútu pre fyziku vysokých energií Sergej Denisov komentuje:
- Na tomto urýchľovači sa zúčastňuje veľa ruských fyzikov, ktorí vkladajú určité nádeje do objavov, ktoré tam môžu nastať. Hlavnou udalosťou, ktorá sa môže stať, je objav takzvanej hypotetickej Higgsovej častice (Peter Higgs je významný škótsky fyzik.). Úloha tejto častice je mimoriadne dôležitá. Je zodpovedný za tvorbu hmoty ďalších elementárnych častíc. Ak sa takáto častica objaví, bude to najväčší objav. Potvrdzoval by takzvaný štandardný model, ktorý sa dnes bežne používa na opis všetkých procesov v mikrokozme. Kým nebude táto častica objavená, tento model nemožno považovať za plne podložený a potvrdený. To je samozrejme úplne prvá vec, ktorú vedci od tohto urýchľovača (LHC) očakávajú.
Hoci vo všeobecnosti nikto nepovažuje tento Štandardný model za konečnú pravdu. A s najväčšou pravdepodobnosťou, podľa väčšiny teoretikov, je to aproximácia alebo, niekedy hovoria, „nízkoenergetická aproximácia“ k všeobecnejšej teórii, ktorá opisuje svet vo vzdialenostiach miliónkrát menších, než je veľkosť jadier. Je to ako keby Newtonova teória bola "nízkoenergetická aproximácia" Einsteinovej teórie - teórie relativity. Druhou dôležitou úlohou spojenou s urýchľovačom je pokúsiť sa prekročiť tento veľmi štandardný model, teda uskutočniť prechod do nových časopriestorových intervalov.

Fyzici budú schopní pochopiť, ktorým smerom sa musia pohnúť, aby vytvorili krajšiu a všeobecnejšiu teóriu fyziky, ktorá bude ekvivalentná takýmto malým časopriestorovým intervalom. Procesy, ktoré sa tam študujú, v podstate reprodukujú proces formovania vesmíru, ako sa hovorí „v čase Veľkého tresku“. Samozrejme, toto je pre tých, ktorí veria v túto teóriu, že vesmír bol stvorený týmto spôsobom: výbuch, potom procesy pri super vysokých energiách. Spomínané cestovanie v čase môže súvisieť s týmto Veľkým treskom.
Nech je to akokoľvek, LHC je pomerne vážnym pokrokom do hlbín mikrosveta. Preto sa môžu otvoriť úplne nečakané veci. Poviem jednu vec, že ​​na LHC možno objaviť úplne nové vlastnosti priestoru a času. V akom smere budú otvorené - teraz je ťažké povedať. Hlavné je preraziť stále ďalej.

Odkaz

Európska organizácia pre jadrový výskum (CERN) je najväčším svetovým výskumným centrom v oblasti časticovej fyziky. K dnešnému dňu sa počet zúčastnených krajín rozrástol na 20. Experimentálne vybavenie CERN-u používa približne 7 000 vedcov zastupujúcich 500 výskumných centier a univerzít. Mimochodom, do prác na Veľkom hadrónovom urýchľovači sa priamo podieľal Ruský inštitút jadrovej fyziky Sibírskej pobočky Ruskej akadémie vied. Naši špecialisti sú teraz zaneprázdnení inštaláciou a testovaním zariadení navrhnutých a vyrobených v Rusku pre tento urýchľovač. Očakáva sa, že Large Hadron Collider bude spustený v máji 2008. Ako uviedla Lyn Evans, šéfka projektu, akcelerátoru chýba len jeden detail – veľké červené tlačidlo.

Mnohí, tak či onak, už počuli pojem „veľký hadrónový urýchľovač“. Pre jednoduchého obyvateľa týchto slov je známe iba slovo „veľký“. Ale čo to vlastne je? A je možné, aby obyčajný smrteľník ovládal tento fyzikálny termín?

Veľký hadrónový urýchľovač (LHC) je zariadenie pre fyzikov na experimentovanie s elementárnymi časticami. Podľa znenia je LHC urýchľovač nabitých častíc v zrážkových lúčoch, určený na urýchľovanie ťažkých iónov a protónov a štúdium produktov zrážok. Inými slovami, vedci tlačia atómy k sebe a potom uvidia, čo sa stane.

V súčasnosti ide o najväčšie experimentálne zariadenie na svete. Veľkosťou sa táto inštalácia dá porovnať s mestom s priemerom takmer 27 kilometrov, ktoré sa nachádza v hĺbke sto metrov. Toto zariadenie sa nachádza neďaleko Ženevy a jeho výstavba stála 10 miliárd dolárov.

Jednou z hlavných úloh inštalácie LHC (podľa vedcov) je hľadanie Higgsovho bozónu. Opäť, jednoducho povedané, ide o pokus nájsť časticu, ktorá je zodpovedná za prítomnosť hmoty.

Paralelne s tým sa na zrážači vykonávajú experimenty na hľadanie:

- častice mimo "Štandardného modelu",

- magnetické monopóly (častice s magnetickým poľom),

- tiež existuje štúdium kvantovej gravitácie a štúdium mikroskopických dier.

Tieto "mikroskopické čierne diery" a nedaj mnohým odpočinúť. Obavy majú navyše nielen tí, pre ktorých sa zoznámenie s fyzikou na škole skončilo, ale aj tí, ktorí ju študujú ďalej na profesionálnej úrovni.

Čo je čierna diera, pozná každý zo školy a zo sci-fi príbehov a filmov. Mnohí (vrátane vedcov) sa obávajú, že takéto experimenty, z ktorých niektoré sú navrhnuté tak, aby sa pokúsili znovu vytvoriť „veľký tresk“ (po ktorom podľa teórie vznikol vesmír), povedú k nevyhnutnému kolapsu celej planéty.

Vedci ubezpečujú, že z týchto experimentov a experimentov žiadne nebezpečenstvo nehrozí. Ale je tu ďalší fakt, ktorý svetoví predstavitelia vedy nikdy neberú do úvahy. Ide o zbrane.

Každý normálny vedec, ktorý robí objav alebo čo, vymýšľa, to robí s dvoma cieľmi. Prvým cieľom je pomôcť svetu žiť lepšie a druhým, menej humánnym, no ľudským, je stať sa slávnym.

Ale z nejakého dôvodu všetky vynálezy (bez preháňania) zaujímajú svoje miesto pri vytváraní nástrojov na vraždu toho istého ľudstva a slávnych vedcov. Dokonca aj také objavy, ktoré sa pre nás stali filištínskymi (rádio, mechanické motory, satelitná televízia atď.), nehovoriac o atómovej energii, pevne zaujali svoje miesto v obrannom priemysle.

V roku 2016 sa plánuje spustenie inštalácie podobnej európskemu LHC v moskovskom regióne. Ale iba ruská inštalácia, na rozdiel od „veľkého brata“, by v skutočnosti mala v malom meradle obnoviť „veľký tresk“.

A kto zaručí, že susedná Moskva (a s ňou aj Zem) sa nestane predchodcom novej „čiernej diery“ v obrovskom vesmíre?

O tomto záhadnom zariadení koluje veľa povestí, mnohí tvrdia, že zničí Zem, vytvorí umelú čiernu dieru a ukončí existenciu ľudstva. V skutočnosti môže toto zariadenie posunúť ľudstvo na úplne novú úroveň, a to vďaka výskumu vedenému vedcami. V tejto téme som sa pokúsil zozbierať všetky potrebné informácie, aby ste mali dojem, čo je to Veľký hadrónový urýchľovač (LHC).

Takže táto téma obsahuje všetko, čo potrebujete vedieť o hadrónovom urýchľovači. 30. marca 2010 sa v CERN-e (Európska organizácia pre jadrový výskum) odohrala historická udalosť – po niekoľkých neúspešných pokusoch a mnohých modernizáciách bolo vytvorenie najväčšieho stroja na svete na ničenie atómov dokončené. Predbežné testy iniciujúce zrážky protónov pri relatívne nízkej rýchlosti sa uskutočnili v priebehu roku 2009 a nenastali žiadne významné problémy. Pódium bolo pripravené na mimoriadny experiment, ktorý sa mal uskutočniť na jar 2010. Hlavný experimentálny model LHC je založený na zrážke dvoch protónových lúčov, ktoré sa zrážajú pri maximálnej rýchlosti. Táto silná zrážka ničí protóny, vytvára mimoriadne energie a nové elementárne častice. Tieto nové atómové častice sú extrémne nestabilné a môžu existovať len zlomok sekundy. Analytická aparatúra, ktorá je súčasťou LHC, dokáže tieto udalosti zaznamenávať a podrobne analyzovať. Vedci sa tak snažia simulovať vznik čiernych dier.

30. marca 2010 vystrelili dva lúče protónov do 27 km tunela Veľkého hadrónového urýchľovača v opačných smeroch. Zrýchlili ich na rýchlosť svetla, pri ktorej došlo k zrážke. Bola zaznamenaná rekordná energia 7 TeV (7 teraelektrónvoltov). Veľkosť tejto energie je rekordná a má veľmi dôležité hodnoty. Poďme sa teraz zoznámiť s najdôležitejšími komponentmi LHC – senzormi a detektormi, ktoré registrujú, čo sa deje vo zlomkoch v tých zlomkoch sekúnd, počas ktorých sa lúče protónov zrážajú. Pri zrážke 30. marca 2010 zohrávajú ústrednú úlohu tri senzory – to sú niektoré z najdôležitejších častí zrážača, ktoré zohrávajú kľúčovú úlohu počas zložitých experimentov CERN-u. Diagram ukazuje umiestnenie štyroch hlavných experimentov (ALICE, ATLAS, CMS a LHCb), ktoré sú kľúčovými projektmi LHC. V hĺbke 50 až 150 metrov pod zemou boli vykopané obrovské jaskyne špeciálne pre obrovské senzory-detektory.

Začnime projektom s názvom ALICE (skratka pre Veľký experimentálny urýchľovač iónov). Ide o jedno zo šiestich experimentálnych zariadení vybudovaných na LHC. ALICE je nastavená na štúdium zrážok ťažkých iónov. Teplota a hustota energie výslednej jadrovej hmoty postačuje na zrod gluónovej plazmy. Na fotografii je detektor ALICE a všetkých jeho 18 modulov.


Internal Tracking System (ITS) v ALICE pozostáva zo šiestich valcových vrstiev kremíkových senzorov, ktoré obklopujú miesto dopadu a merajú vlastnosti a presné polohy vznikajúcich častíc. Týmto spôsobom možno ľahko zistiť častice obsahujúce ťažký kvark.

Jedným z hlavných experimentov LHC je aj ATLAS. Experiment sa uskutočňuje na špeciálnom detektore určenom na štúdium zrážok medzi protónmi. ATLAS je 44 metrov dlhý, 25 metrov v priemere a váži približne 7000 ton. Protónové lúče sa zrážajú v strede tunela, najväčšieho a najkomplexnejšieho senzora svojho druhu, aký bol kedy vyrobený. Senzor zachytáva všetko, čo sa deje počas a po zrážke protónov. Cieľom projektu je odhaliť častice, ktoré v našom vesmíre doteraz neboli zaregistrované a detegované.

Objav a potvrdenie Higgsov bozón- najdôležitejšia priorita Veľkého hadrónového urýchľovača, pretože tento objav by potvrdil Štandardný model vzniku elementárnych atómových častíc a štandardnej hmoty. Počas štartu urýchľovača na plný výkon sa zničí integrita štandardného modelu. Elementárne častice, ktorých vlastnosti chápeme len čiastočne, si nedokážu zachovať svoju štruktúrnu integritu. Štandardný model má hornú hranicu energie 1 TeV, pri ktorej sa častica rozkladá, keď sa zvyšuje. S energiou 7 TeV by mohli vzniknúť častice s hmotnosťou desaťkrát väčšou, ako je v súčasnosti známa. Je pravda, že budú veľmi nestále, ale ATLAS je navrhnutý tak, aby ich odhalil v zlomkoch sekundy predtým, ako „zmiznú“

Táto fotografia je považovaná za najlepšiu zo všetkých fotografií Veľkého hadrónového urýchľovača:

Kompaktný miónový solenoid ( Kompaktný miónový solenoid) je jedným z dvoch obrovských univerzálnych detektorov častíc na LHC. Približne 3600 vedcov zo 183 laboratórií a univerzít v 38 krajinách podporuje prácu CMS, ktorá tento detektor postavila a prevádzkuje. Solenoid sa nachádza pod zemou v Cessy vo Francúzsku, neďaleko hraníc so Švajčiarskom. Na schéme je znázornené CMS zariadenie, ktorému sa budeme venovať podrobnejšie.

Najvnútornejšia vrstva je sledovač na báze kremíka. Sledovač je najväčší kremíkový senzor na svete. Disponuje 205 m2 silikónových senzorov (približne plocha tenisového kurtu) zahŕňajúcich 76 miliónov kanálov. Sledovač umožňuje merať stopy nabitých častíc v elektromagnetickom poli

Na druhej úrovni je elektromagnetický kalorimeter. Hadrónový kalorimeter na ďalšej úrovni meria energiu jednotlivých vyrobených hadrónov v každom prípade.

Ďalšia vrstva CMS Veľkého hadrónového urýchľovača je obrovský magnet. Veľký solenoidový magnet je dlhý 13 metrov a má priemer 6 metrov. Pozostáva z chladených cievok vyrobených z nióbu a titánu. Tento obrovský solenoidový magnet pracuje v plnej sile, aby maximalizoval životnosť častíc.

5. vrstva - miónové detektory a spätné jarmo. CMS je navrhnutý tak, aby skúmal rôzne typy fyziky, ktoré možno nájsť v energetických zrážkach LHC. Niektoré z týchto výskumov majú potvrdiť alebo zlepšiť merania parametrov štandardného modelu, zatiaľ čo mnohé iné hľadajú novú fyziku.

O experimente z 30. marca 2010 je dostupných len veľmi málo informácií, no jeden fakt je známy určite. CERN oznámil, že bezprecedentný výbuch energie bol zaznamenaný pri treťom pokuse o štart zrážača, keď lúče protónov pretekali okolo 27-kilometrového tunela a potom sa zrazili rýchlosťou svetla. Zaznamenaná rekordná úroveň energie bola pevne stanovená na maximum, ktoré dokáže dodať v súčasnej konfigurácii – približne 7 TeV. Práve toto množstvo energie bolo typické pre prvé sekundy začiatku Veľkého tresku, ktorý dal podnet na vznik nášho vesmíru. Pôvodne sa s touto úrovňou energie nepočítalo, no výsledok prekonal všetky očakávania.

Diagram ukazuje, ako ALICE zachytí rekordný nárast energie 7 TeV:

Tento experiment sa bude v roku 2010 opakovať stokrát. Aby ste pochopili, aký komplikovaný je tento proces, môžeme uviesť analógiu k zrýchleniu častíc v urýchľovači. Z hľadiska zložitosti sa to rovná napríklad vystreľovaniu ihiel z ostrova Newfoundland s takou dokonalou presnosťou, že sa tieto ihly zrazia niekde v Atlantiku a obletia celú zemeguľu. Hlavným cieľom je objav elementárnej častice – Higgsovho bozónu, ktorý je základom Štandardného modelu pre stavbu vesmíru.

S úspešným výsledkom všetkých týchto experimentov môže byť konečne objavený a preskúmaný svet najťažších častíc 400 GeV (takzvaná temná hmota).

Dátum zverejnenia: 17.09.2012

Čo je to Veľký hadrónový urýchľovač? Prečo je to potrebné? Môže to spôsobiť koniec sveta? Poďme si to celé rozobrať.

čo je BAK?

Ide o obrovský prstencový tunel, podobný rúre na rozptyľovanie častíc. Nachádza sa v hĺbke asi 100 metrov pod územím Francúzska a Švajčiarska. Na jeho výstavbe sa podieľali vedci z celého sveta.

LHC bol skonštruovaný na nájdenie Higgsovho bozónu, mechanizmu, ktorý dáva časticiam hmotnosť. Sekundárnym cieľom je tiež štúdium kvarkov – základných častíc, ktoré tvoria hadróny (odtiaľ názov „hadrónový“ urýchľovač).

Mnoho ľudí sa naivne domnieva, že LHC je jediný urýchľovač častíc na svete. Od 50. rokov minulého storočia sa však po celom svete postavilo viac ako tucet zrážačov. LHC je považovaný za najväčší - jeho dĺžka je 25,5 km. Jeho štruktúra navyše zahŕňa ďalší urýchľovač s menším priemerom.

LHC a médiá

Od začiatku výstavby sa objavilo veľa článkov o vysokej cene a nebezpečnosti urýchľovača. Väčšina ľudí verí, že peniaze boli vyhodené, a nechápe, prečo bolo potrebné vynaložiť toľko peňazí a úsilia, aby sme našli nejaký druh častice.

Po prvé, LHC nie je najdrahší vedecký projekt v histórii. Na juhu Francúzska je vedecké centrum Cadarache s drahým termonukleárnym reaktorom. Cadarache bol postavený s podporou 6 krajín (vrátane Ruska); momentálne sa do nej už investovalo asi 20 miliárd dolárov. Po druhé, objav Higgsovho bozónu prinesie svetu mnoho revolučných technológií. Navyše, keď bol vynájdený prvý mobilný telefón, ľudia sa s jeho vynálezom stretli aj negatívne ...

Ako funguje BAC?

LHC naráža na zväzky častíc vysokou rýchlosťou a sleduje ich následné správanie a interakciu. Spravidla sa jeden lúč častíc najskôr urýchľuje na pomocnom prstenci a potom sa posiela do hlavného prstenca.

Mnohé z najsilnejších magnetov držia častice vo vnútri urýchľovača. A vysoko presné prístroje zaznamenávajú pohyb častíc, pretože zrážka nastane v zlomku sekundy.

Organizáciu práce urýchľovača zabezpečuje CERN (Organizácia pre jadrový výskum).

Výsledkom bolo, že po obrovskom úsilí a finančných investíciách CERN 4. júla 2012 oficiálne oznámil, že bol nájdený Higgsov bozón. Samozrejme, niektoré vlastnosti bozónu nájdené v praxi sa líšia od teoretických aspektov, ale vedci nepochybujú o „realite“ Higgsovho bozónu.

Prečo potrebujete BAC?

Ako užitočný je LHC pre bežných ľudí? Vedecké objavy súvisiace s objavom Higgsovho bozónu a štúdiom kvarkov môžu v budúcnosti viesť k novej vedecko-technologickej revolúcii.

Po prvé, keďže hmotnosť je energia v pokoji (približne povedané), je možné v budúcnosti premeniť hmotu na energiu. Potom nebudú problémy s energiou, čo znamená, že bude možné cestovať na vzdialené planéty. A toto je krok k medzihviezdnemu cestovaniu...

Po druhé, štúdium kvantovej gravitácie umožní v budúcnosti ovládať gravitáciu. To sa však tak skoro nestane, keďže gravitóny ešte nie sú veľmi dobre pochopené, a preto môže byť zariadenie, ktoré riadi gravitáciu, nepredvídateľné.

Po tretie, je tu príležitosť porozumieť M-teórii (derivát teórie strún) podrobnejšie. Táto teória tvrdí, že vesmír pozostáva z 11 dimenzií. M-teória tvrdí, že je „teóriou všetkého“, čo znamená, že jej štúdium nám umožní lepšie pochopiť štruktúru vesmíru. Ktovie, možno sa v budúcnosti človek naučí hýbať a ovplyvňovať iné dimenzie.

LHC a koniec sveta

Mnoho ľudí tvrdí, že práca LHC môže zničiť ľudstvo. Spravidla o tom hovoria ľudia, ktorí sú slabo oboznámení s fyzikou. Štart LHC bol mnohokrát odložený, no 10. septembra 2008 bol napriek tomu spustený. Je však potrebné poznamenať, že LHC nebol nikdy zrýchlený na plný výkon. Vedci plánujú spustiť LHC na plnú kapacitu v decembri 2014. Pozrime sa na možné príčiny konca sveta a ďalšie fámy ...

1. Vytvorenie čiernej diery

Čierna diera je hviezda s obrovskou gravitáciou, ktorá priťahuje nielen hmotu, ale aj svetlo a dokonca aj čas. Čierna diera sa nemôže objaviť z ničoho nič, a preto sa vedci z CERN-u domnievajú, že šance na objavenie sa stabilnej čiernej diery sú extrémne malé. Je to však možné. Pri zrážke častíc môže vzniknúť mikroskopická čierna diera, ktorej veľkosť stačí na zničenie našej planéty za pár rokov (alebo rýchlejšie). Ľudstvo by sa však nemalo báť, pretože vďaka Hawkingovmu žiareniu čierne diery rýchlo strácajú svoju hmotnosť a energiu. Aj keď medzi vedcami sa nájdu pesimisti, ktorí veria, že silné magnetické pole vo vnútri zrážača nedovolí rozpad čiernej diery. V dôsledku toho je šanca, že sa vytvorí čierna diera, ktorá zničí planétu, veľmi malá, no je tu taká možnosť.

2. Tvorba "tmavej hmoty"

Ona je tiež „podivná hmota“, podivná kvapôčka (zvláštna kvapôčka), „čudná vec“. To je hmota, ktorá sa pri zrážke s inou hmotou zmení na podobnú. Tie. keď sa zrazí podivný a obyčajný atóm, vytvoria sa dva podivnosti, čo vedie k reťazovej reakcii. Ak sa takáto hmota objaví v urýchľovači, ľudstvo bude zničené v priebehu niekoľkých minút. Šanca, že sa tak stane, je však rovnako malá ako vznik čiernej diery.

3. Antihmota

Najklamlivejšie vyzerá verzia súvisiaca s tým, že počas prevádzky urýchľovača sa môže objaviť také množstvo antihmoty, ktoré zničí planétu. A nejde ani tak o to, že šance na vznik antihmoty sú veľmi malé, ale o to, že na zemi už sú vzorky antihmoty, uložené v špeciálnych nádobách, kde nie je gravitácia. Je nepravdepodobné, že sa na Zemi objaví také množstvo antihmoty, ktoré bude schopné planétu zničiť.

zistenia

Mnohí obyvatelia Ruska ani nevedia, ako správne napísať frázu „Veľký hadrónový urýchľovač“, nehovoriac o tom, že poznajú jeho účel. A niektorí pseudoproroci tvrdia, že vo vesmíre neexistujú žiadne inteligentné civilizácie, pretože každá civilizácia po dosiahnutí vedeckého pokroku vytvára zrážač. Potom sa vytvorí čierna diera, ktorá zničí civilizáciu. Odtiaľto vysvetľujú veľký počet masívnych čiernych dier v strede galaxií.

Nájdu sa však aj ľudia, ktorí veria, že LHC by sme mali spustiť čo najskôr, inak nás v čase príchodu mimozemšťanov zajmú, keďže nás považujú za divochov.

Nakoniec jedinou šancou, ako zistiť, čo nám LHC prinesie, je len čakať. Skôr či neskôr predsa len zistíme, čo nás čaká: záhuba alebo pokrok.

Najnovšie tipy pre vedu a techniku:

Pomohla vám táto rada? Projektu môžete pomôcť darovaním ľubovoľnej sumy na jeho rozvoj. Napríklad 20 rubľov. Alebo viac:)