Ciocnitorul de Hadroni. Cum funcționează Large Hadron Collider?
Cum funcționează Large Hadron Collider
Acceleratorul LHC va funcționa pe baza efectului de supraconductivitate, adică. capacitatea anumitor materiale de a conduce electricitatea fără rezistență sau pierderi de energie, de obicei la foarte temperaturi scăzute. Pentru a menține fasciculul de particule pe traseul său circular, sunt necesare câmpuri magnetice mai puternice decât cele utilizate anterior în alte acceleratoare CERN.
Large Hadron Collider, un accelerator de protoni construit în Elveția și Franța, nu are analogi în lume. Această structură circulară de 27 km lungime a fost construită la o adâncime de 100 de metri.
În ea, folosind 120 de electromagneți puternici la o temperatură apropiată de zero absolut - minus 271,3 grade Celsius, este planificat să accelereze fasciculele de protoni care se ciocnesc până la aproape viteza luminii (99,9 la sută).Cu toate acestea, în mai multe locuri rutele lor se vor intersecta, ceea ce va permite protonilor să se ciocnească. Câteva mii de magneți supraconductori vor ghida particulele.Când există suficientă energie, particulele se vor ciocni, astfel oamenii de știință vor crea un model big bang. Mii de senzori vor înregistra momentul coliziunii. Consecințele ciocnirilor de protoni vor deveni subiectul principal de studiu al lumii. [ http://dipland.ru /Cybernetics/Large_andron_collider_92988]
Specificații
Acceleratorul ar trebui să ciocnească protoni cu o energie totală de 14 TeV (adică 14 tera electron-volt sau 14·1012 electronvolţi) însistem de centru de masă particule incidente, precum și nuclee duce cu o energie de 5 GeV (5 109 electron volți) pentru fiecare pereche de ciocniri nucleonii La începutul anului 2010 LHC a depășit deja oarecum deținătorul recordului anterior în energia protonilor - ciocnitorul proton-antiproton Tevatron , care a lucrat până la sfârșitul anului 2011Laboratorul Național de Accelerator. Enrico Fermi(STATELE UNITE ALE AMERICII ). În ciuda faptului că instalarea echipamentului durează de ani de zile și nu a fost încă finalizată, LHC a devenit deja acceleratorul de particule cu cea mai mare energie din lume, depășind energia altor colisionare cu un ordin de mărime, inclusiv coliderul relativist de ioni grei RHIC, care operează în Laboratorul Brookhaven(STATELE UNITE ALE AMERICII).
Detectoare
LHC are 4 detectoare principale și 3 auxiliare:
· ALICE (Un experiment mare de coliziune cu ioni)
ATLAS (un aparat toroidal LHC)
CMS (solenoid muon compact)
LHCb (Experimentul de frumusețe Large Hadron Collider)
TOTEM (Măsurarea totală a secțiunii transversale elastice și difractive)
LHCf (The Large Hadron Collider înainte)
MoEDAL (Detectorul de monopol și exotice la LHC).
ATLAS, CMS, ALICE, LHCb sunt detectoare mari situate în jurul punctelor de coliziune a 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.
detector CMS
Detectoare ATLAS și CMS - detectoare scop general, sunt concepute pentru a căuta bosonul Higgs și „fizica non-standard”, în special materie întunecată , ALICE - pentru studiuplasmă cuarc-gluon în ciocniri de ioni grei de plumb, LHCb - pentru cercetarea fiziciib-quarci , ceea ce ne va permite să înțelegem mai bine diferențele dintre materie si antimaterie , TOTEM - conceput pentru a studia împrăștierea particulelor la unghiuri mici, cum ar fi ceea ce se întâmplă în timpul zborurilor apropiate fără ciocniri (așa-numitele particule care nu se ciocnesc, particule înainte), ceea ce face posibilă măsurarea mai precisă a dimensiunii protonilor, precum și controlul luminozității ciocnitorului și, în cele din urmă, LHCf - pentru cercetarerazele cosmice , modelat folosind aceleași particule care nu se ciocnesc.
De asemenea, asociat cu activitatea LHC este al șaptelea, destul de nesemnificativ din punct de vedere al bugetului și al complexității, detector (experiment) MoEDAL, conceput pentru a căuta particule grele care se mișcă încet.
În timpul funcționării ciocnitorului, coliziunile au loc simultan în toate cele patru puncte de intersecție ale fasciculelor, indiferent de tipul de particule accelerate (protoni sau nuclee). În acest caz, toți detectoarele colectează simultan statistici.
Consumul de energie
În timpul funcționării colisionarului, consumul de energie estimat va fi de 180 M W . Consumul total de energie estimat CERN pentru 2009, ținând cont de colizorul de operare - 1000 GWh, din care 700 GWh vor reprezenta acceleratorul. Aceste costuri cu energie reprezintă aproximativ 10% din consumul total de energie anual Cantonul Geneva . CERN în sine nu produce energie, având doar rezervăgeneratoare diesel.[ http://ru.wikipedia.org/wiki/ ]
Poate că, în câțiva ani, Internetul va face loc unei noi integrări mai profunde a calculatoarelor de la distanță, permițând nu numai transferul de la distanță a informațiilor aflate în diferite părți ale lumii, ci și utilizarea automată a resurselor de calcul de la distanță. În legătură cu lansarea Large Hadron Collider, CERN lucrează de câțiva ani la crearea unei astfel de rețele.
Este de multă vreme un manual că Internetul (sau ceea ce se numește web) a fost inventat de Organizația Europeană pentru Cercetare Nucleară (CERN). În jurul indicatorului „World Wide Web a fost creat în aceste coridoare” pe unul dintre coridoarele obișnuite ale unei clădiri obișnuite CERN în timpul zilei ușile deschise există întotdeauna mulțimi de privitori. Acum, internetul este folosit pentru nevoile lor practice de oameni din întreaga lume și inițial a fost creat astfel încât oamenii de știință care lucrează la același proiect, dar situati în diferite părți ale planetei, să poată comunica între ei, să partajeze date, să publice informații. care ar putea fi accesat pentru a avea acces de la distanță.
Sistemul GRID în curs de dezvoltare la CERN (în engleză grid - lattice, network) este un alt pas înainte, o nouă etapă în integrarea utilizatorilor de computere.
Face posibilă nu numai publicarea datelor care se află în altă parte a planetei, ci și utilizarea resurselor mașinii de la distanță fără a părăsi locul dvs.
Desigur, computerele obișnuite nu joacă un rol special în furnizarea puterii de calcul, așa că prima etapă a integrării este conectarea centrelor de supercomputer din lume.
Crearea acestui sistem a fost provocată de Large Hadron Collider. Deși GRID este deja folosit pentru o serie de alte sarcini, fără colisionar nu ar exista și invers, fără procesarea GRID, rezultatele coliziunii sunt imposibile.
Oamenii care lucrează în colaborări LHC sunt localizați în diferite părți ale lumii. Se știe că nu numai europenii lucrează la acest dispozitiv, ci și toate cele 20 de țări - participanți oficiali ai CERN, aproximativ 35 de țări în total. Teoretic, pentru a asigura funcționarea LHC, a existat o alternativă la GRID - extinderea resurselor de calcul proprii ale centrului de calcul CERN. Dar resursele care erau disponibile la momentul punerii problemei erau complet insuficiente pentru a simula funcționarea acceleratorului, pentru a stoca informații din experimentele sale și pentru a le procesa științific. Prin urmare, centrul de calculatoare ar trebui reconstruit și modernizat foarte semnificativ, achiziționând mai multe calculatoare și facilități de stocare a datelor. Dar asta ar însemna că toată finanțarea ar fi concentrată în CERN. Acest lucru nu a fost foarte acceptabil pentru țările situate departe de CERN. Desigur, nu erau interesați să sponsorizeze resurse care ar fi foarte greu de utilizat și erau mai degrabă înclinați să-și sporească potențialul de calcul și mașină. Prin urmare, s-a născut ideea de a folosi resursele acolo unde se află.
Nu încercați să concentrați totul într-un singur loc, ci combinați ceea ce există deja în diferite părți ale planetei.
Momentul relansării LHC a fost deja amânat de mai multe ori din cauza descoperirii de noi probleme cu acesta. În special, la mijlocul lunii iulie 2009, la ciocnizor au fost descoperite probleme de etanșare și scurgeri în sistemul de răcire din sectoarele 8-1 și 2-3, din cauza cărora lansarea civizorului a fost din nou amânată.
CERN a anunțat că fasciculele de protoni vor începe să circule în jurul inelului de 27 de kilometri din nou la mijlocul lunii noiembrie, ciocnirile de particule începând cu câteva săptămâni mai târziu.
Specialiștii CERN intenționează să efectueze mai întâi coliziuni la energia etapei anterioare a acceleratorului - 450 gigaelectronvolți pe fascicul și abia apoi să crească energia la jumătate din proiectare - până la 3,5 teraelectronvolți pe fascicul.
Cu toate acestea, fizicienii notează că, chiar și la această energie, obiectivul de a crea un ciocnitor - detectarea bosonului Higgs, particula responsabilă de masa tuturor celorlalte particule elementare - poate fi atins.
LHC va funcționa în acest mod până la sfârșitul anului 2010, după care va fi oprit în pregătirea tranziției la o energie de 7 teraelectronvolți pe fascicul.
În mai 2009, filmul de aventură „Îngeri și demoni” bazat pe cartea cu același nume a lui Dan Brown a fost lansat în întreaga lume.
CERN joacă un rol cheie în intriga acestei lucrări, iar mai multe scene ale filmului au fost filmate în sediul CERN. Întrucât filmul conține elemente de ficțiune, inclusiv în descrierea a ceea ce și cum este studiat la CERN, conducerea CERN a considerat util să prevină acele întrebări care vor apărea inevitabil la mulți spectatori ai filmului. În acest scop, a fost lansat un site special Îngeri și Demoni - știința din spatele poveștii. Vorbește într-o formă accesibilă despre acestea fenomene fizice, care sunt țesute în intriga filmului (în primul rând, producția, depozitarea și proprietățile antimateriei).
Dezvoltarea intrigii începe cu două evenimente aparent fără legătură, dar totuși cheie pentru film: moartea actualului Papă și finalizarea experimentelor cu Large Hadron Collider. În urma testelor, oamenii de știință obțin o antimaterie care poate fi comparată ca forță cu cea mai mare. armă puternică. Societatea secretă a Illuminati decide să folosească această invenție în scopuri proprii - să distrugă Vaticanul, centrul catolicismului mondial, care acum a rămas fără cap.
Materialul a fost pregătit pe baza informațiilor de la RIA Novosti și a surselor deschise
Este căutarea modalităților de a combina două teorii fundamentale - GTR (despre teoria gravitațională) și SM ( model standard, care combină trei interacțiuni fizice fundamentale - electromagnetice, puternice și slabe). Găsirea unei soluții înainte de crearea LHC a fost împiedicată de dificultăți în crearea teoriei gravitației cuantice.
Construirea acestei ipoteze presupune combinarea a două teorii fizice - mecanica cuanticăși teoria generală a relativității.
Pentru a face acest lucru, au fost folosite simultan mai multe abordări populare și moderne - teoria corzilor, teoria branelor, teoria supergravitației, precum și teoria gravitației cuantice. Înainte de a construi colizorul principala problema pentru a efectua experimentele necesare a fost lipsa de energie care nu poate fi realizată cu alte acceleratoare moderne de particule încărcate.
Geneva LHC le-a oferit oamenilor de știință oportunitatea de a efectua experimente până acum imposibile. Se crede că în viitorul apropiat multe teorii fizice vor fi confirmate sau infirmate cu ajutorul aparatului. Una dintre cele mai problematice este supersimetria sau teoria corzilor, care a împărțit de multă vreme fizica în două tabere - „stringers” și rivalii lor.
Alte experimente fundamentale efectuate ca parte a activității LHC
De asemenea, este interesantă cercetările oamenilor de știință în domeniul studierii top-, care sunt cei mai grei quarci și cei mai grei (173,1 ± 1,3 GeV/c²) dintre toate particulele elementare cunoscute în prezent.
Din cauza acestei proprietăți, chiar înainte de crearea LHC, oamenii de știință au putut observa doar quarcii la acceleratorul Tevatron, deoarece alte dispozitive pur și simplu nu aveau suficientă putere și energie. La rândul său, teoria quarcilor este element important ipoteza senzaţională despre bosonul Higgs.
Oamenii de știință efectuează toate cercetările științifice privind crearea și studiul proprietăților quarcilor în camera de aburi top-quark-antiquark de la LHC.
Un obiectiv important al proiectului de la Geneva este și procesul de studiu al mecanismului de simetrie electroslabă, care este, de asemenea, asociat cu demonstrarea experimentală a existenței bosonului Higgs. Pentru a defini și mai precis problema, subiectul de studiu nu este atât bosonul în sine, cât mecanismul de rupere a simetriei interacțiunii electroslabe prezis de Peter Higgs.
LHC efectuează, de asemenea, experimente pentru căutarea supersimetriei - iar rezultatul dorit va fi teoria că orice particulă elementară este întotdeauna însoțită de un partener mai greu și respingerea acesteia.
(sau REZERVOR)- pe în acest moment cel mai mare și mai puternic accelerator de particule din lume. Acest colos a fost lansat în 2008, dar multă vreme a funcționat la capacitate redusă. Să ne dăm seama ce este și de ce avem nevoie de un ciocnitor de hadron mare.
Istorie, mituri și fapte
Ideea creării unui colider a fost anunțată în 1984. Și proiectul de construcție a civizorului în sine a fost aprobat și adoptat deja în 1995. Dezvoltarea aparține Centrului European de Cercetare Nucleară (CERN). În general, lansarea colizionatorului a atras multă atenție nu numai din partea oamenilor de știință, ci și oameni obișnuiți din toată lumea. Ei au vorbit despre tot felul de temeri și orori asociate cu lansarea ciocnitorului.
Cu toate acestea, cineva chiar și acum, foarte probabil, așteaptă apocalipsa asociată cu activitatea LHC și se găsește la gândul la ce se va întâmpla dacă va exploda mare ciocnitorul de hadron. Deși, în primul rând, toată lumea se temea de o gaură neagră, care, la început fiind microscopică, va crește și va absorbi în siguranță mai întâi ciocnitorul în sine, apoi Elveția și restul lumii. Catastrofa anihilării a provocat și o mare panică. Un grup de oameni de știință a intentat chiar un proces în încercarea de a opri construcția. Declarația spunea că aglomerările de antimaterie care pot fi produse în ciocnizor vor începe să se anihileze cu materia, declanșând o reacție în lanț și întregul Univers va fi distrus. După cum a spus celebrul personaj din Înapoi în viitor:
Întregul Univers, desigur, este în cel mai rău caz. În cel mai bun caz, doar galaxia noastră. Dr. Emet Brown.
Acum să încercăm să înțelegem de ce este hadronic? Cert este că funcționează cu hadronii, sau mai degrabă accelerează, accelerează și ciocnește hadronii.
Hadronii– o clasă de particule elementare supuse interacțiunilor puternice. Hadronii sunt formați din quarci.
Hadronii sunt împărțiți în barioni și mezoni. Pentru a fi mai ușor, să spunem că aproape toată materia cunoscută de noi este formată din barioni. Să simplificăm și mai mult și să spunem că barionii sunt nucleoni (protonii și neutronii care formează nucleul atomic).
Cum funcționează Large Hadron Collider
Scara este foarte impresionantă. Ciocnitorul este un tunel circular situat sub pământ la o adâncime de o sută de metri. Large Hadron Collider are 26.659 de metri lungime. Protonii, accelerați la viteze apropiate de viteza luminii, zboară într-un cerc subteran pe teritoriul Franței și al Elveției. Pentru a fi precis, adâncimea tunelului variază de la 50 la 175 de metri. Magneții supraconductori sunt utilizați pentru a focaliza și pentru a conține fascicule de protoni zburători, lungimea lor totală este de aproximativ 22 de kilometri și funcționează la o temperatură de -271 de grade Celsius.
Cilizorul include 4 detectoare gigantice: ATLAS, CMS, ALICE și LHCb. Pe lângă detectoarele principale mari, există și altele auxiliare. Detectoarele sunt proiectate pentru a înregistra rezultatele ciocnirilor de particule. Adică, după ce doi protoni se ciocnesc la viteze apropiate de lumina, nimeni nu știe la ce să se aștepte. Pentru a „vedea” ce s-a întâmplat, unde a sărit și cât de departe a zburat, există detectoare pline cu tot felul de senzori.
Rezultatele Marelui Ciocnitor de Hadroni.
De ce ai nevoie de un ciocnitor? Ei bine, cu siguranță nu pentru a distruge Pământul. S-ar părea, ce rost are particulele de ciocnire? Faptul este că există o mulțime de întrebări fără răspuns în fizica modernă, iar studierea lumii cu ajutorul particulelor accelerate poate deschide literalmente un nou strat de realitate, poate înțelege structura lumii și poate chiar răspunde. întrebarea principală„sensul vieții, al Universului și în general.”
Ce descoperiri au fost deja făcute la LHC? Cel mai faimos lucru este descoperirea bosonul Higgs(îi vom dedica un articol separat). În plus, erau deschise 5 particule noi, au fost obţinute primele date despre ciocniri la energii record, se arată absenţa asimetriei protonilor şi antiprotonilor, corelații neobișnuite de protoni descoperite. Lista continuă de mult timp. Dar găurile negre microscopice care le îngrozeau pe gospodine nu au putut fi detectate.
Și asta în ciuda faptului că civizorul nu a fost încă accelerat până la el putere maxima. În prezent, energia maximă a Marelui Ciocnitor de Hadroni este 13 TeV(tera electron-Volt). Cu toate acestea, după o pregătire adecvată, protonii sunt planificați să fie accelerați 14 TeV. Spre comparație, la acceleratorii-precursori ai LHC, energiile maxime obținute nu au depășit 1 TeV. Acesta este modul în care acceleratorul american Tevatron din Illinois ar putea accelera particulele. Energia obținută în coliziune este departe de cea mai mare din lume. Astfel, energia razelor cosmice detectată pe Pământ depășește de un miliard de ori energia unei particule accelerate într-un ciocnitor! Deci, pericolul marelui colizător de hadroni este minim. Este probabil ca, după ce toate răspunsurile vor fi obținute folosind LHC, omenirea va trebui să construiască un alt colisionator mai puternic.
Prieteni, iubiți știința și cu siguranță vă va iubi! Și te pot ajuta cu ușurință să te îndrăgostești de știință. Cere ajutor și lasă-ți studiile să-ți aducă bucurie!
Istoria creării acceleratorului, pe care astăzi îl cunoaștem sub numele de Large Hadron Collider, datează din 2007. Inițial, cronologia acceleratoarelor a început cu ciclotronul. Aparatul era un dispozitiv mic care se potrivea cu ușurință pe masă. Apoi istoria acceleratoarelor a început să se dezvolte rapid. Au apărut sincrofazotronul și sincrotronul.
În istorie, poate cea mai interesantă perioadă a fost perioada 1956-1957. În acele vremuri, știința sovietică, în special fizica, nu rămânea în urma fraților săi străini. Folosind ani de experiență, un fizician sovietic pe nume Vladimir Veksler a făcut o descoperire în știință. El a creat cel mai puternic sincrofazotron la acea vreme. Puterea sa de funcționare a fost de 10 gigaelectronvolți (10 miliarde de electronvolți). După această descoperire, s-au creat mostre serioase de acceleratoare: marele ciocnitor electron-pozitron, acceleratorul elvețian, în Germania, SUA. Toate au avut un singur scop comun - studiul particulelor fundamentale ale quarcilor.
Large Hadron Collider a fost creat în primul rând datorită eforturilor unui fizician italian. Numele lui este Carlo Rubbia, laureat Premiul Nobel. În timpul carierei sale, Rubbia a lucrat ca director la Organizația Europeană pentru Cercetare Nucleară. S-a decis construirea și lansarea unui colisionator de hadron pe locul centrului de cercetare.
Unde este ciocnitorul de hadron?
Civizorul este situat la granița dintre Elveția și Franța. Circumferința sa este de 27 de kilometri, motiv pentru care se numește mare. Inelul de accelerație merge adânc de la 50 la 175 de metri. Cilizorul are 1232 de magneți. Sunt supraconductoare, ceea ce înseamnă că pot fi folosite pentru a face câmp maxim pentru accelerare, deoarece nu există practic niciun consum de energie în astfel de magneți. Greutatea totală a fiecărui magnet este de 3,5 tone cu o lungime de 14,3 metri.
Ca orice obiect fizic, Large Hadron Collider generează căldură. Prin urmare, trebuie să fie răcit în mod constant. Pentru a realiza acest lucru, temperatura este menținută la 1,7 K folosind 12 milioane de litri de azot lichid. În plus, pentru răcire sunt folosiți 700 de mii de litri și, cel mai important, se folosește o presiune de zece ori mai mică decât presiunea atmosferică normală.
O temperatură de 1,7 K pe scara Celsius este de -271 de grade. Această temperatură este aproape aproape de ceea ce se numește limita minimă posibilă pe care o poate avea un corp fizic.
Interiorul tunelului nu este mai puțin interesant. Există cabluri de niobiu-titan cu capacități supraconductoare. Lungimea lor este de 7600 de kilometri. Greutatea totală a cablurilor este de 1200 de tone. Interiorul cablului este o țesătură de 6.300 de fire cu o distanță totală de 1,5 miliarde de kilometri. Această lungime este egală cu 10 unități astronomice. De exemplu, este egal cu 10 astfel de unități.
Dacă vorbim despre locația sa geografică, putem spune că inelele ciocnitorului se află între orașele Saint-Genis și Forney-Voltaire, situate pe partea franceză, precum și Meyrin și Vessourat - pe partea elvețiană. Un mic inel numit PS trece de-a lungul diametrului graniței.
Sensul existenței
Pentru a răspunde la întrebarea „Pentru ce este un ciocnitor de hadron”, trebuie să apelați la oamenii de știință. Mulți oameni de știință spun că aceasta este cea mai mare invenție din întreaga istorie a științei și că fără ea, știința așa cum o cunoaștem astăzi pur și simplu nu are sens. Existența și lansarea lui Large Hadron Collider este interesantă deoarece atunci când particulele se ciocnesc în ciocnitorul de hadron, are loc o explozie. Toate cele mai mici particule se împrăștie în laturi diferite. Se formează noi particule care pot explica existența și semnificația multor lucruri.
Primul lucru pe care oamenii de știință au încercat să-l găsească în aceste particule prăbușite a fost o particulă elementară prezisă teoretic de către fizicianul Peter Higgs, numită Această particulă uimitoare este un purtător de informații, se crede. Este, de asemenea, numită „particulă a lui Dumnezeu”. Descoperirea sa i-ar aduce pe oamenii de știință mai aproape de înțelegerea universului. De menționat că în 2012, pe 4 iulie, Hadron Collider (lansarea sa a fost parțial cu succes) a ajutat la descoperirea unei particule similare. Astăzi, oamenii de știință încearcă să o studieze mai detaliat.
Cât timp...
Desigur, apare imediat întrebarea: de ce oamenii de știință au studiat aceste particule atât de mult timp? Dacă aveți un dispozitiv, îl puteți rula și puteți prelua din ce în ce mai multe date de fiecare dată. Faptul este că operarea unui colisionator de hadron este o propunere costisitoare. O singură lansare costă o grămadă de bani. De exemplu, consumul anual de energie este de 800 milioane kWh. Această cantitate de energie este consumată de un oraș cu o populație de aproximativ 100 de mii de oameni, la standarde medii. Și asta nu include costurile de întreținere. Un alt motiv este că la ciocnitorul de hadron, explozia care are loc atunci când protonii se ciocnesc este asociată cu primirea unei cantități mari de date: computerele citesc atât de multe informații încât este nevoie de mult timp pentru a procesa. Chiar dacă puterea computerelor care primesc informații este mare chiar și după standardele actuale.
Următorul motiv nu este mai puțin cunoscut Oamenii de știință care lucrează cu ciocnitorul în această direcție sunt încrezători că spectrul vizibil al întregului univers este de doar 4%. Se presupune că cele rămase sunt materie întunecată și energie întunecată. Ei încearcă să demonstreze experimental că această teorie este corectă.
Hadron Collider: pro sau contra
Teoria propusă a materiei întunecate a pus la îndoială siguranța ciocnitorului de hadron. A apărut întrebarea: „Ciocnitorul de hadron: pro sau contra?” I-a îngrijorat pe mulți oameni de știință. Toate marile minți ale lumii sunt împărțite în două categorii. „Oponenții” invocați teorie interesantă că, dacă o astfel de materie există, atunci trebuie să aibă o particulă opusă ei. Și când particulele se ciocnesc în accelerator, apare o parte întunecată. Exista riscul ca partea întunecată și partea pe care o vedem să se ciocnească. Atunci acest lucru ar putea duce la moartea întregului univers. Cu toate acestea, după prima lansare a civizorului cu hadron, această teorie a fost parțial ruptă.
Urmează ca importanță explozia universului, sau mai bine zis, nașterea. Se crede că în timpul unei coliziuni este posibil să observăm cum s-a comportat universul în primele secunde ale existenței sale. Cum a arătat după Big Bang a apărut. Se crede că procesul de ciocnire a particulelor este foarte asemănător cu cel care a avut loc chiar la începutul universului.
O altă idee la fel de fantastică pe care oamenii de știință o testează sunt modelele exotice. Pare incredibil, dar există o teorie care sugerează că există alte dimensiuni și universuri cu oameni asemănători cu noi. Și, în mod ciudat, accelerația poate ajuta și aici.
Mai simplu spus, scopul acceleratorului este de a înțelege ce este universul, cum a fost creat și de a dovedi sau infirma toate teoriile existente despre particule și fenomene asociate. Desigur, acest lucru va dura ani de zile, dar cu fiecare lansare apar noi descoperiri care revoluționează lumea științei.
Fapte despre accelerator
Toată lumea știe că un accelerator accelerează particulele la 99% din viteza luminii, dar nu mulți oameni știu că procentul este de 99,9999991% din viteza luminii. Această cifră uimitoare are sens datorită design perfectŞi magneți puternici accelerare. Există, de asemenea, câteva fapte mai puțin cunoscute de reținut.
Cele aproximativ 100 de milioane de fluxuri de date care provin de la fiecare dintre cei doi detectori principali ar putea umple peste 100.000 de CD-ROM-uri în câteva secunde. În doar o lună, numărul de discuri ar ajunge la o înălțime atât de mare încât, dacă ar fi stivuite, ar fi suficient pentru a ajunge pe Lună. Prin urmare, s-a decis să se colecteze nu toate datele care provin de la detectoare, ci doar cele care vor fi permise să fie utilizate de către sistemul de colectare a datelor, care de fapt acționează ca un filtru pentru datele primite. S-a decis să se înregistreze doar 100 de evenimente care au avut loc în momentul exploziei. Aceste evenimente vor fi înregistrate în arhiva centrului de calculatoare Large Hadron Collider, care se află în Laboratorul European pentru Fizica Particulelor, care este și locația acceleratorului. Ceea ce vor fi înregistrate nu vor fi acele evenimente care au fost înregistrate, ci cele care prezintă cel mai mare interes pentru comunitatea științifică.
Post-procesare
Odată înregistrate, sute de kiloocteți de date vor fi procesate. În acest scop, sunt utilizate peste două mii de calculatoare situate la CERN. Sarcina acestor calculatoare este de a procesa datele primare și de a forma o bază de date din acestea, care va fi convenabilă pentru analize ulterioare. În continuare, fluxul de date generat va fi trimis către rețeaua de calculatoare GRID. Această rețea de internet reunește mii de calculatoare situate în diferite institute din întreaga lume și conectează mai mult de o sută de centre mari situate pe trei continente. Toate aceste centre sunt conectate la CERN folosind fibră optică pentru viteze maxime de transfer de date.
Vorbind despre fapte, trebuie să menționăm și indicatorii fizici ai structurii. Tunelul de accelerație este deviat cu 1,4% de la planul orizontal. Acest lucru a fost făcut în primul rând pentru a plasa cea mai mare parte a tunelului de accelerație într-o rocă monolitică. Astfel, adâncimea de plasare pe laturile opuse este diferită. Dacă numărăm de pe malul lacului, care este situat lângă Geneva, atunci adâncimea va fi de 50 de metri. Partea opusă are o adâncime de 175 de metri.
Lucrul interesant este că fazele lunare afectează acceleratorul. S-ar părea cum un obiect atât de îndepărtat poate influența la o asemenea distanță. Cu toate acestea, s-a observat că în timpul lunii pline, când are loc marea, pământul din zona Genevei se ridică cu până la 25 de centimetri. Acest lucru afectează lungimea ciocnitorului. Prin urmare, lungimea crește cu 1 milimetru, iar energia fasciculului se modifică, de asemenea, cu 0,02%. Deoarece energia fasciculului trebuie controlată până la 0,002%, cercetătorii trebuie să țină cont de acest fenomen.
De asemenea, este interesant că tunelul de coliziune are forma unui octogon, și nu un cerc, așa cum își imaginează mulți. Colțurile sunt create de secțiuni scurte. Acestea conțin detectoare instalate, precum și un sistem care controlează fasciculul de particule de accelerare.
Structura
Hadron Collider, a cărui lansare implică o mulțime de piese și multă entuziasm în rândul oamenilor de știință, este un dispozitiv uimitor. Întregul accelerator este format din două inele. Micul inel este numit Proton Synchrotron sau, pentru a folosi abrevierile sale, PS. Marele Inel este Super Proton Synchrotron sau SPS. Împreună, cele două inele permit pieselor să accelereze până la 99,9% din viteza luminii. În același timp, ciocnitorul crește și energia protonilor, mărind energia totală a acestora de 16 ori. De asemenea, permite particulelor să se ciocnească între ele de aproximativ 30 de milioane de ori/s. în termen de 10 ore. Din cei 4 detectoare principale se obțin cel puțin 100 terabytes de date digitale pe secundă. Obținerea datelor este determinată de factori individuali. De exemplu, pot detecta particule elementare care au o sarcină electrică negativă și, de asemenea, au jumătate de spin. Deoarece aceste particule sunt instabile, detectarea lor directă este imposibilă, este posibilă doar detectarea energiei lor, care va fi emisă la un anumit unghi față de axa fasciculului. Această etapă se numește primul nivel de lansare. Această etapă este monitorizată de peste 100 de plăci speciale de procesare a datelor, care au o logică de implementare încorporată. Această parte a lucrării se caracterizează prin faptul că, în timpul perioadei de achiziție a datelor, sunt selectate peste 100 de mii de blocuri de date pe secundă. Aceste date vor fi apoi utilizate pentru analiză, care are loc folosind un mecanism de nivel superior.
Sistemele de la nivelul următor, dimpotrivă, primesc informații de la toate firele detectoarelor. Software Detectorul funcționează în rețea. Acolo va folosi un număr mare de computere pentru a procesa blocurile ulterioare de date, timpul mediu dintre blocuri este de 10 microsecunde. Programele vor trebui să creeze semne de particule corespunzătoare punctelor originale. Rezultatul va fi un set generat de date constând din impuls, energie, traiectorie și altele care au apărut în timpul unui eveniment.
Piese de accelerație
Întregul accelerator poate fi împărțit în 5 părți principale:
1) Acceleratorul de coliziune electron-pozitroni. Piesa este formată din aproximativ 7 mii de magneți cu proprietăți supraconductoare. Cu ajutorul lor, fasciculul este îndreptat printr-un tunel circular. De asemenea, ei concentrează fasciculul într-un singur flux, a cărui lățime este redusă la lățimea unui fir de păr.
2) Solenoid muon compact. Acesta este un detector de uz general. Un astfel de detector este folosit pentru a căuta noi fenomene și, de exemplu, pentru a căuta particule Higgs.
3) Detector LHCb. Semnificația acestui dispozitiv este de a căuta quarci și particulele lor opuse - antiquarci.
4) Instalatie toroidala ATLAS. Acest detector este conceput pentru a detecta muonii.
5) Alice. Acest detector captează coliziunile ionilor de plumb și coliziunile proton-proton.
Probleme la lansarea Hadron Collider
În ciuda faptului că prezenţa tehnologie înaltă elimină posibilitatea erorilor în practică, totul este diferit. În timpul asamblarii acceleratorului au apărut întârzieri și defecțiuni. Trebuie spus că această situație nu a fost neașteptată. Dispozitivul conține atât de multe nuanțe și necesită o asemenea precizie încât oamenii de știință se așteptau la rezultate similare. De exemplu, una dintre problemele cu care s-au confruntat oamenii de știință în timpul lansării a fost eșecul magnetului care a focalizat fasciculele de protoni imediat înainte de coliziunea lor. Acest accident grav a fost cauzat de distrugerea unei părți a prinderii din cauza pierderii supraconductivității de către magnet.
Această problemă a apărut în 2007. Din această cauză, lansarea civizorului a fost amânată de mai multe ori, iar abia în iunie a avut loc lansarea, aproape un an mai târziu, ciocnitorul a fost lansat.
Cea mai recentă lansare a ciocnitorului a avut succes, colectând mulți terabytes de date.
Hadron Collider, care a fost lansat pe 5 aprilie 2015, funcționează cu succes. Pe parcursul unei luni, grinzile vor fi conduse în jurul inelului, crescându-și treptat puterea. Nu există nici un scop pentru studiu ca atare. Energia de coliziune a fasciculului va fi crescută. Valoarea va fi crescută de la 7 TeV la 13 TeV. O astfel de creștere ne va permite să vedem noi posibilități în ciocnirile de particule.
În 2013 și 2014 au avut loc verificări tehnice serioase la tuneluri, acceleratoare, detectoare și alte echipamente. Rezultatul au fost 18 magneți bipolari cu funcție supraconductoare. Trebuie remarcat faptul că numărul lor total este de 1232 de bucăți. Cu toate acestea, magneții rămași nu au trecut neobservați. În rest, au fost înlocuite sistemele de protecție la răcire și au fost instalate altele îmbunătățite. Sistemul de răcire magnetic a fost, de asemenea, îmbunătățit. Acest lucru le permite să rămână la temperaturi scăzute cu putere maximă.
Dacă totul merge bine, următoarea lansare a acceleratorului va avea loc abia peste trei ani. După această perioadă, sunt planificate lucrări pentru îmbunătățirea și inspectarea tehnică a civizorului.
Trebuie menționat că reparațiile costă un ban, fără a ține cont de cost. Hadron Collider, din 2010, are un preț de 7,5 miliarde de euro. Această cifră plasează întregul proiect pe primul loc pe lista celor mai scumpe proiecte din istoria științei.