Neden gerçekten bir hadron çarpıştırıcısına ihtiyacımız var? Neden hadron çarpıştırıcısına ihtiyacımız var?

Çarpıştırıcının konumunun işaretlendiği harita

Temel etkileşimleri tek bir teoride daha da birleştirmek için çeşitli yaklaşımlar kullanılır: M teorisinde geliştirilen sicim teorisi (brane teorisi), süper yerçekimi teorisi, döngü kuantum çekimi vb. deneysel doğrulama. Sorun, ilgili deneylerin gerçekleştirilmesinin, modern yüklü parçacık hızlandırıcılarla elde edilemeyecek enerjilere ihtiyaç duymasıdır.

LHC, daha önce yapılması imkansız olan deneylere izin verecek ve muhtemelen bu teorilerden bazılarını doğrulayacak veya çürütecektir. Dolayısıyla, boyutları dörtten büyük olan ve "süpersimetrinin" varlığını varsayan bir dizi fiziksel teori vardır - örneğin, süpersimetri olmadan fiziksel anlamını yitirdiği için bazen süpersicim teorisi olarak adlandırılan sicim teorisi. Dolayısıyla süpersimetrinin varlığının doğrulanması, bu teorilerin doğruluğunun dolaylı bir doğrulaması olacaktır.

Üst kuarkların incelenmesi

İnşaat tarihi

LHC hızlandırıcısını barındıracak şekilde tasarlanmış 27 km'lik yer altı tüneli

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı projesi fikri 1984 yılında doğdu ve on yıl sonra resmi olarak onaylandı. İnşaatı, bir önceki hızlandırıcı olan Büyük Elektron-Pozitron Çarpıştırıcısının tamamlanmasının ardından 2001 yılında başladı.

Hızlandırıcının, gelen parçacıkların kütle merkezi sisteminde toplam 14 TeV enerjili (yani 14 teraelektronvolt veya 14 10 12 elektronvolt) protonları ve ayrıca 5,5 GeV enerjili kurşun çekirdekleri çarpması gerekiyor. (5,5 10 9 elektronvolt) her bir çarpışan nükleon çifti için. Böylece LHC, dünyadaki en yüksek enerjili parçacık hızlandırıcısı olacak ve enerji açısından en yakın rakiplerinden (şu anda Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı'nda faaliyet gösteren Tevatron proton-antiproton çarpıştırıcısından) bir kat daha yüksek olacaktır. Enrico Fermi (ABD) ve Brookhaven Laboratuvarı'nda (ABD) çalışan göreli ağır iyon çarpıştırıcısı RHIC.

Hızlandırıcı, daha önce Büyük Elektron-Pozitron Çarpıştırıcısı'nın bulunduğu aynı tünelde bulunuyor. Çevresi 26,7 kilometre olan tünel, Fransa ve İsviçre'de yerin yaklaşık yüz metre derinliğinde döşeniyor. Proton ışınlarını tutmak ve düzeltmek için toplam uzunluğu 22 km'yi aşan 1624 süper iletken mıknatıs kullanılır. Bunlardan sonuncusu 27 Kasım 2006'da tünele yerleştirildi. Mıknatıslar 1,9 K'de (−271 °C) çalışacaktır. Soğutma mıknatısları için özel kriyojenik hattın inşaatı 19 Kasım 2006'da tamamlandı.

Testler

Özellikler

Çarpıştırıcıda parçacıkların hızlandırılması işlemi

LHC'de çarpışan ışınlar üzerindeki parçacıkların hızı, ışığın boşluktaki hızına yakındır. Parçacıkların bu kadar yüksek hızlara hızlandırılması birkaç aşamada sağlanır. İlk aşamada, düşük enerjili doğrusal hızlandırıcılar Linac 2 ve Linac 3, daha fazla hızlanma için protonları ve kurşun iyonlarını enjekte ediyor. Parçacıklar daha sonra PS güçlendiriciye ve ardından PS'nin kendisine (proton sinkrotron) girerek 28 GeV'lik bir enerji elde eder. Bundan sonra parçacık enerjisinin 450 GeV'ye ulaştığı SPS'de (Süper Synchrotron Proton Synchrotron) parçacık ivmesi devam eder. Işın daha sonra 26,7 kilometrelik ana halkaya yönlendiriliyor ve dedektörler çarpışma noktalarında meydana gelen olayları kaydediyor.

Enerji tüketimi

Çarpıştırıcının çalışması sırasında tahmini enerji tüketimi 180 MW olacaktır. Tüm Cenevre kantonunun tahmini enerji tüketimi. CERN'in kendisi güç üretmiyor, yalnızca yedek dizel jeneratörleri var.

Dağıtılmış Bilgi İşlem

LHC hızlandırıcı ve dedektörlerden gelecek verileri yönetmek, depolamak ve işlemek için dağıtılmış bir bilgi işlem ağı (LCG) oluşturuluyor. L HC C bilgi işlem G RID ), ızgara teknolojisini kullanarak. Belirli bilgi işlem görevleri için LHC@home dağıtılmış bilgi işlem projesi kullanılacaktır.

Kontrolsüz fiziksel süreçler

Bazı uzmanlar ve kamuoyu, çarpıştırıcıda yapılan deneylerin kontrolden çıkıp belirli koşullar altında teorik olarak tüm gezegeni yok edebilecek bir zincirleme reaksiyon geliştirme ihtimalinin sıfır olmayan bir olasılık olduğuna dair endişelerini dile getirdi. LHC'nin çalışmasıyla ilgili felaket senaryolarını destekleyenlerin bakış açıları ayrı bir web sitesinde sunulmaktadır. Benzer düşünceler nedeniyle LHC bazen şu şekilde deşifre edilir: Son Hadron Çarpıştırıcısı ( Son Hadron Çarpıştırıcısı).

Bu bağlamda, en sık bahsedilen, çarpıştırıcıda mikroskobik kara deliklerin ortaya çıkmasının teorik olasılığının yanı sıra, çevredeki maddenin yakalanmasının ardından zincirleme bir reaksiyonla antimadde ve manyetik monopol yığınlarının oluşumunun teorik olasılığıdır.

Bu teorik olasılıklar, tüm bu korkuların temelsiz olduğunun kabul edildiği ilgili bir rapor hazırlayan özel bir CERN grubu tarafından değerlendirildi. İngiliz teorik fizikçi Adrian Kent, CERN'in benimsediği güvenlik standartlarını eleştiren bilimsel bir makale yayınladı; çünkü beklenen hasar, yani bir olayın kurban sayısına göre olasılığının çarpımı, ona göre kabul edilemez. Ancak LHC'de felaket senaryosu olasılığının maksimum üst sınırı 10-31'dir.

Felaket senaryolarının asılsız olduğu yönündeki temel argümanlar arasında Dünya'nın, Ay'ın ve diğer gezegenlerin çok daha yüksek enerjilere sahip kozmik parçacık akımları tarafından sürekli olarak bombalandığı gerçeğine atıflar yer alıyor. Brookhaven'daki göreli ağır iyon çarpıştırıcısı RHIC de dahil olmak üzere daha önce devreye alınan hızlandırıcıların başarılı işleyişinden de bahsediliyor. Mikroskobik kara deliklerin oluşma olasılığı CERN uzmanları tarafından reddedilmiyor, ancak üç boyutlu uzayımızda bu tür nesnelerin ancak LHC'deki ışınların enerjisinden 16 kat daha büyük enerjilerde görünebileceği belirtiliyor. Varsayımsal olarak, LHC'deki deneylerde, ek uzaysal boyutlara sahip teorilerin tahminlerinde mikroskobik kara delikler ortaya çıkabilir. Bu tür teorilerin henüz deneysel bir doğrulaması yoktur. Ancak kara delikler LHC'deki parçacık çarpışmaları sonucu oluşmuş olsa bile, Hawking radyasyonu nedeniyle son derece kararsız olmaları ve sıradan parçacıklar gibi neredeyse anında buharlaşmaları bekleniyor.

21 Mart 2008'de Walter Wagner tarafından Hawaii federal bölge mahkemesinde (ABD) bir dava açıldı. Walter L. Wagner) ve Luis Sancho (eng. Luis Sancho CERN'i dünyanın sonunu getirmeye çalışmakla suçlayarak, çarpıştırıcının güvenliği garanti altına alınana kadar fırlatılmasının yasaklanmasını talep ediyorlar.

Doğal hızlar ve enerjilerle karşılaştırma

Hızlandırıcı, hadronlar ve atom çekirdeği gibi parçacıkları çarpıştırmak için tasarlanmıştır. Bununla birlikte, hızı ve enerjisi çarpıştırıcıdakinden çok daha yüksek olan doğal parçacık kaynakları da vardır (bkz: Zevatron). Bu tür doğal parçacıklar kozmik ışınlarda tespit edilir. Dünya gezegeninin yüzeyi bu ışınlardan kısmen korunmaktadır, ancak atmosferden geçerken kozmik ışın parçacıkları atomlar ve hava molekülleriyle çarpışır. Bu doğal çarpışmalar sonucunda Dünya atmosferinde kararlı ve kararsız birçok parçacık oluşur. Sonuç olarak gezegende milyonlarca yıldır doğal bir arka plan radyasyonu var. Aynı şey (temel parçacıkların ve atomların çarpışması) LHC'de de gerçekleşecek, ancak daha düşük hızlarda, enerjilerde ve çok daha küçük miktarlarda.

Mikroskobik kara delikler

Eğer temel parçacıkların çarpışması sırasında kara delikler oluşabiliyorsa, bunlar da kuantum mekaniğinin en temel ilkelerinden biri olan CPT değişmezliği ilkesine uygun olarak temel parçacıklara bozunacaktır.

Dahası, eğer kararlı kara mikro deliklerin varlığına ilişkin hipotez doğru olsaydı, o zaman bunlar, Dünya'nın kozmik temel parçacıklar tarafından bombardımanının bir sonucu olarak büyük miktarlarda oluşacaktı. Ancak uzaydan gelen yüksek enerjili temel parçacıkların çoğunun elektrik yükü vardır, dolayısıyla bazı kara delikler de elektrik yüklü olabilir. Bu yüklü kara delikler Dünya'nın manyetik alanı tarafından yakalanırdı ve eğer gerçekten tehlikeli olsalardı, Dünya'yı uzun zaman önce yok ederlerdi. Kara delikleri elektriksel olarak nötr hale getiren Schwimmer mekanizması Hawking etkisine çok benzer ve Hawking etkisi işe yaramazsa çalışamaz.

Ek olarak, yüklü veya elektriksel olarak nötr herhangi bir kara delik, beyaz cüceler ve nötron yıldızları (Dünya gibi kozmik radyasyon tarafından bombalanan) tarafından yakalanacak ve onları yok edecektir. Sonuç olarak beyaz cücelerin ve nötron yıldızlarının yaşamları gerçekte gözlemlenenden çok daha kısa olacaktır. Ayrıca çöken beyaz cüceler ve nötron yıldızları gerçekte gözlemlenmeyen ek radyasyon yayacaktır.

Son olarak, mikroskobik kara deliklerin ortaya çıkışını öngören ek uzaysal boyutlara sahip teoriler, yalnızca ek boyutların sayısının en az üç olması durumunda deneysel verilerle çelişmez. Ancak bu kadar çok ekstra boyut varken, kara deliğin Dünya'ya ciddi bir zarar vermesi için milyarlarca yılın geçmesi gerekiyor.

Strapelki

Moskova Devlet Üniversitesi Nükleer Fizik Araştırma Enstitüsü'nden Fizik ve Matematik Bilimleri Doktoru Eduard Boos ise LHC'de makroskobik kara deliklerin ve dolayısıyla "solucan deliklerinin" ve zaman yolculuğunun ortaya çıktığını reddediyor.

Notlar

  1. LHC için nihai rehber (İngilizce) S.30.
  2. LHC: Temel Gerçekler. "Büyük bilimin unsurları." Erişim tarihi: 15 Eylül 2008.
  3. Tevatron Elektrozayıf Çalışma Grubu, Üst Alt Grup
  4. LHC senkronizasyon testi başarılı
  5. Enjeksiyon sisteminin ikinci testi kesintilerle geçti ancak amacına ulaştı. “Büyük Bilimin Unsurları” (24 Ağustos 2008). Erişim tarihi: 6 Eylül 2008.
  6. LHC dönüm noktası günü hızlı başlıyor
  7. LHC'deki ilk ışın, bilimi hızlandırıyor.
  8. LHC ekibi için görev tamamlandı. fizikworld.com.tr Erişim tarihi: 12 Eylül 2008.
  9. LHC'de istikrarlı bir şekilde dolaşan bir ışın başlatılır. “Büyük Bilimin Unsurları” (12 Eylül 2008). Erişim tarihi: 12 Eylül 2008.
  10. Büyük Hadron Çarpıştırıcısındaki bir kaza, deneyleri süresiz olarak geciktirir. “Büyük Bilimin Unsurları” (19 Eylül 2008). Erişim tarihi: 21 Eylül 2008.
  11. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı CERN baharına kadar çalışmaya devam etmeyecek. RIA Novosti (23 Eylül 2008). Erişim tarihi: 25 Eylül 2008.
  12. http://press.web.cern.ch/Press/PressReleases/Releases2008/PR14.08E.html
  13. https://edms.cern.ch/file/973073/1/Report_on_080919_incident_at_LHC__2_.pdf
  14. https://lhc2008.web.cern.ch/LHC2008/inauguration/index.html
  15. Hasarlı mıknatısların onarılması, önceden düşünülenden daha kapsamlı olacaktır. “Büyük bilimin unsurları” (09 Kasım 2008). Erişim tarihi: 12 Kasım 2008.
  16. 2009 yılı takvimi. “Büyük Bilimin Unsurları” (18 Ocak 2009). Erişim tarihi: 18 Ocak 2009.
  17. CERN'in basın açıklaması
  18. Büyük Hadron Çarpıştırıcısının 2009-2010 çalışma planı onaylandı. “Büyük Bilimin Unsurları” (6 Şubat 2009). Erişim tarihi: 5 Nisan 2009.
  19. LHC deneyleri.
  20. "Pandora'nın Kutusu" açılır. Vesti.ru (9 Eylül 2008). Erişim tarihi: 12 Eylül 2008.
  21. Parçacık Çarpıştırıcı Deneylerinde Tehlike Potansiyeli
  22. Dimopoulos S., Landsberg G. Büyük Hadron Çarpıştırıcısındaki Kara Delikler (İngilizce) Phys. Rev. Lett. 87 (2001)
  23. Blaizot J.-P. ve ark. LHC'deki Ağır İyon Çarpışmaları Sırasında Potansiyel Olarak Tehlikeli Olayların İncelenmesi.
  24. LHC Çarpışmalarının Güvenliğinin İncelenmesi LHC Güvenlik Değerlendirme Grubu
  25. Hızlandırıcıların Risklerinin Eleştirel Bir İncelemesi. Proza.ru (23 Mayıs 2008). Erişim tarihi: 17 Eylül 2008.
  26. LHC'de felaket olasılığı nedir?
  27. kıyamet günü
  28. Bir Yargıçtan Dünyayı Kurtarmasını İstemek ve Belki Çok Daha Fazlası
  29. LHC'nin neden güvenli olacağını açıklamak
  30. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-es.pdf (İspanyolca)
  31. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-de.pdf (Almanca)
  32. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-fr.pdf (Fransızca)
  33. H. Heiselberg. Kuark damlacıklarında tarama // Fiziksel İnceleme D. - 1993. - T. 48. - No. 3. - S. 1418-1423. DOI:10.1103/PhysRevD.48.1418
  34. M. Alford, K. Rajagopal, S. Reddy, A. Steiner. Garip yıldız kabuklarının ve garipciklerin kararlılığı // Amerikan Fizik Derneği. Fiziksel İnceleme D. - 2006. - T. 73, 114016.

Bugün Büyük Hadron Çarpıştırıcısı olarak bildiğimiz hızlandırıcının yaratılış tarihi 2007 yılına kadar uzanıyor. Başlangıçta hızlandırıcıların kronolojisi siklotronla başladı. Cihaz masaya kolayca sığabilecek küçük bir cihazdı. Daha sonra hızlandırıcıların tarihi hızla gelişmeye başladı. Senkrofazotron ve senkrotron ortaya çıktı.

Tarihin belki de en ilginç dönemi 1956'dan 1957'ye kadar olan dönemdir. O günlerde Sovyet bilimi, özellikle fizik, yabancı kardeşlerinin gerisinde kalmıyordu. Yılların deneyiminden yararlanan Vladimir Veksler adlı Sovyet fizikçi bilimde bir atılım gerçekleştirdi. O zamanın en güçlü senkrofazotronunu yarattı. Çalışma gücü 10 gigaelektronvolt (10 milyar elektronvolt) idi. Bu keşiften sonra hızlandırıcıların ciddi örnekleri oluşturuldu: Almanya ve ABD'deki büyük elektron-pozitron çarpıştırıcısı, İsviçre hızlandırıcısı. Hepsinin ortak bir hedefi vardı: Kuarkların temel parçacıklarının incelenmesi.

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı öncelikle İtalyan fizikçinin çabaları sayesinde yaratıldı. Adı Carlo Rubbia, Nobel Ödülü sahibi. Rubbia, kariyeri boyunca Avrupa Nükleer Araştırma Örgütü'nde direktör olarak çalıştı. Araştırma merkezinin sahasında bir hadron çarpıştırıcısı inşa edilip fırlatılmasına karar verildi.

Hadron çarpıştırıcısı nerede?

Çarpıştırıcı İsviçre ile Fransa arasındaki sınırda bulunuyor. Çevresi 27 kilometre olduğundan büyük olarak anılır. Hızlandırıcı halkası 50 ila 175 metre derinliğe iniyor. Çarpıştırıcıda 1232 adet mıknatıs bulunmaktadır. Süper iletkendirler; bu, bu tür mıknatıslarda neredeyse hiç enerji tüketimi olmadığından hızlanma için maksimum alanın onlardan üretilebileceği anlamına gelir. Her bir mıknatısın toplam ağırlığı 3,5 ton olup uzunluğu 14,3 metredir.

Herhangi bir fiziksel nesne gibi Büyük Hadron Çarpıştırıcısı da ısı üretir. Bu nedenle sürekli soğutulması gerekir. Bunu başarmak için sıcaklık 12 milyon litre sıvı nitrojen kullanılarak 1,7 K'de tutulur. Ayrıca soğutma için 700 bin litre kullanılıyor ve en önemlisi normal atmosfer basıncından on kat daha düşük bir basınç kullanılıyor.

Santigrat ölçeğinde 1,7 K sıcaklık -271 derecedir. Bu sıcaklık, fiziksel bir bedenin sahip olabileceği minimum olası sınır olarak adlandırılan sıcaklığa neredeyse yakındır.

Tünelin içi de daha az ilginç değil. Süper iletken özelliklere sahip niyobyum-titanyum kablolar var. Uzunlukları 7600 kilometredir. Kabloların toplam ağırlığı 1200 tondur. Kablonun iç kısmı toplam 1,5 milyar kilometre mesafeye sahip 6.300 telden oluşan bir örgüden oluşuyor. Bu uzunluk 10 astronomik birime eşittir. Örneğin, bu tür 10 birime eşittir.

Coğrafi konumu hakkında konuşursak, çarpıştırıcının halkalarının Fransa tarafında bulunan Saint-Genis ve Forney-Voltaire şehirleri ile İsviçre tarafında Meyrin ve Vessourat şehirleri arasında yer aldığını söyleyebiliriz. Sınırın çapı boyunca PS adı verilen küçük bir halka uzanıyor.

varoluşun anlamı

"Hadron çarpıştırıcısı ne işe yarar" sorusunu cevaplamak için bilim adamlarına başvurmanız gerekiyor. Pek çok bilim insanı bunun tüm bilim tarihindeki en büyük buluş olduğunu ve o olmadan bugün bildiğimiz bilimin hiçbir anlamı olmadığını söylüyor. Büyük Hadron Çarpıştırıcısının varlığı ve fırlatılması ilginçtir çünkü hadron çarpıştırıcısında parçacıklar çarpıştığında bir patlama meydana gelir. En küçük parçacıkların tümü farklı yönlere dağılır. Pek çok şeyin varlığını ve anlamını açıklayabilecek yeni parçacıklar oluşuyor.

Bilim adamlarının bu çarpışan parçacıklarda bulmaya çalıştığı ilk şey, fizikçi Peter Higgs tarafından teorik olarak tahmin edilen temel parçacıktı. Bu şaşırtıcı parçacığın bir bilgi taşıyıcısı olduğuna inanılıyor. Aynı zamanda genellikle “Tanrının parçacığı” olarak da adlandırılır. Keşfi, bilim adamlarını evreni anlamaya daha da yaklaştıracak. 2012'de 4 Temmuz'da Hadron Çarpıştırıcısının (fırlatılması kısmen başarılı oldu) benzer bir parçacığın keşfedilmesine yardımcı olduğunu belirtmekte fayda var. Bugün bilim adamları bunu daha ayrıntılı olarak incelemeye çalışıyorlar.

Ne kadardır...

Elbette hemen şu soru ortaya çıkıyor: Bilim adamları neden bu parçacıkları bu kadar uzun süredir inceliyorlar? Bir cihazınız varsa onu çalıştırabilir ve her seferinde daha fazla veri alabilirsiniz. Gerçek şu ki, hadron çarpıştırıcısını çalıştırmak pahalı bir iş. Bir lansman çok paraya mal olur. Örneğin yıllık enerji tüketimi 800 milyon kWh'dir. Bu miktarda enerji, ortalama standartlarda yaklaşık 100 bin nüfuslu bir şehrin tükettiği enerjidir. Ve buna bakım maliyetleri dahil değildir. Diğer bir neden ise hadron çarpıştırıcısında protonların çarpışmasıyla meydana gelen patlamanın büyük miktarda veri alınmasıyla ilişkili olmasıdır: Bilgisayarlar o kadar çok bilgi okur ki işlenmesi çok zaman alır. Gerçi bilgi alan bilgisayarların gücü günümüz standartlarına göre bile büyüktür.

Bir sonraki neden ise daha az bilinen bir şey değil. Bu yönde çarpıştırıcıyla çalışan bilim adamları, tüm evrenin görünür spektrumunun yalnızca %4 olduğundan eminler. Geriye kalanların ise karanlık madde ve karanlık enerji olduğu varsayılmaktadır. Bu teorinin doğruluğunu deneysel olarak kanıtlamaya çalışıyorlar.

Hadron Çarpıştırıcısı: lehine veya aleyhine

İleri sürülen karanlık madde teorisi, hadron çarpıştırıcısının güvenliği konusunda şüphe uyandırdı. Şu soru ortaya çıktı: "Hadron çarpıştırıcısı: lehine mi, aleyhine mi?" Birçok bilim adamını endişelendirdi. Dünyanın tüm büyük beyinleri iki kategoriye ayrılmıştır. "Muhalifler", eğer böyle bir madde varsa, onun karşısında bir parçacığın olması gerektiğine dair ilginç bir teori ortaya attılar. Hızlandırıcıda parçacıklar çarpıştığında karanlık bir kısım ortaya çıkıyor. Karanlık kısım ile bizim gördüğümüz kısmın çarpışma riski vardı. O zaman bu, tüm evrenin ölümüne yol açabilir. Ancak Hadron Çarpıştırıcısının ilk fırlatılmasından sonra bu teori kısmen yıkıldı.

Daha sonra evrenin patlaması, daha doğrusu doğuş gelir. Bir çarpışma sırasında evrenin varlığının ilk saniyelerinde nasıl davrandığını gözlemlemenin mümkün olduğuna inanılıyor. Büyük Patlama'nın ortaya çıkışından sonraki görünüşü. Parçacık çarpışma sürecinin evrenin başlangıcında meydana gelen sürece çok benzediğine inanılıyor.

Bilim adamlarının test ettiği bir diğer fantastik fikir de egzotik modeller. İnanılmaz gibi görünüyor ama bize benzer insanların olduğu başka boyutların ve evrenlerin de olduğunu öne süren bir teori var. İşin garibi, hızlandırıcı burada da yardımcı olabilir.

Basitçe söylemek gerekirse, hızlandırıcının amacı evrenin ne olduğunu, nasıl yaratıldığını anlamak ve parçacıklar ve ilgili olaylarla ilgili mevcut tüm teorileri kanıtlamak veya çürütmektir. Elbette bu yıllar alacak ama her lansmanla birlikte bilim dünyasında devrim yaratan yeni keşifler ortaya çıkıyor.

Hızlandırıcı hakkında gerçekler

Herkes bir hızlandırıcının parçacıkları ışık hızının %99'una kadar hızlandırdığını bilir, ancak pek çok kişi bu yüzdenin ışık hızının %99,9999991'i olduğunu bilmez. Bu muhteşem figür, mükemmel tasarımı ve güçlü ivmelenme mıknatısları sayesinde anlamlıdır. Dikkat edilmesi gereken daha az bilinen bazı gerçekler de vardır.

İki ana dedektörün her birinden gelen yaklaşık 100 milyon veri akışı, saniyeler içinde 100.000'den fazla CD-ROM'u doldurabilir. Sadece bir ay içinde disklerin sayısı o kadar yüksek olacak ki, eğer üst üste dizilirlerse Ay'a ulaşmaya yetecekler. Bu nedenle dedektörlerden gelen tüm verilerin değil, aslında alınan veriler için bir filtre görevi gören veri toplama sistemi tarafından kullanılmasına izin verilecek verilerin toplanmasına karar verildi. Patlama anında meydana gelen sadece 100 olayın kaydedilmesine karar verildi. Bu olaylar, aynı zamanda hızlandırıcının da bulunduğu Avrupa Parçacık Fiziği Laboratuvarı'nda bulunan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı sisteminin bilgisayar merkezinin arşivine kaydedilecek. Kaydedilecek olan olaylar, kaydedilen olaylar değil, bilim camiasının en çok ilgisini çeken olaylar olacaktır.

İşlem sonrası

Kaydedildikten sonra yüzlerce kilobayt veri işlenecektir. Bu amaçla CERN'de bulunan iki binden fazla bilgisayar kullanılıyor. Bu bilgisayarların görevi birincil verileri işlemek ve ondan daha ileri analizler için uygun olacak bir veritabanı oluşturmaktır. Daha sonra oluşturulan veri akışı GRID bilgisayar ağına gönderilecektir. Bu İnternet ağı, dünya çapında farklı kurumlarda bulunan binlerce bilgisayarı birleştiriyor ve üç kıtada bulunan yüzden fazla büyük merkezi birbirine bağlıyor. Bu tür merkezlerin tümü, maksimum veri aktarım hızları için fiber optik kullanılarak CERN'e bağlanmaktadır.

Gerçeklerden bahsetmişken yapının fiziksel göstergelerinden de bahsetmek gerekir. Hızlandırıcı tüneli yatay düzlemden %1,4 sapmaktadır. Bu öncelikle hızlandırıcı tünelinin çoğunu yekpare bir kayaya yerleştirmek için yapıldı. Bu nedenle karşı taraflardaki yerleştirme derinliği farklıdır. Cenevre yakınlarında bulunan gölün kenarından sayarsak derinlik 50 metre olacaktır. Karşı kısım ise 175 metre derinliğe sahiptir.

İlginç olan ise Ay evrelerinin hızlandırıcıyı etkilemesidir. Bu kadar uzak bir nesnenin bu kadar uzaktan nasıl etkilenebileceği anlaşılıyor. Ancak dolunay sırasında gelgit oluştuğunda Cenevre bölgesindeki arazinin 25 santimetreye kadar yükseldiği gözlendi. Bu çarpıştırıcının uzunluğunu etkiler. Böylece uzunluk 1 milimetre artar ve ışın enerjisi de %0,02 oranında değişir. Işın enerjisinin %0,002'ye kadar kontrol edilmesi gerektiğinden araştırmacılar bu olguyu hesaba katmalıdır.

Çarpıştırıcı tünelinin birçok kişinin sandığı gibi daire değil sekizgen şeklinde olması da ilginç. Köşeler kısa kesitlerden oluşturulmuştur. Kurulu dedektörlerin yanı sıra hızlanan parçacık ışınını kontrol eden bir sistem içerirler.

Yapı

Fırlatılmasında birçok parçanın yer aldığı ve bilim insanları arasında büyük heyecan uyandıran Hadron Çarpıştırıcısı muhteşem bir cihaz. Hızlandırıcının tamamı iki halkadan oluşur. Küçük halkaya Proton Sinkrotron veya kısaltmalarını kullanmak gerekirse PS denir. Büyük Halka, Süper Proton Sinkrotron veya SPS'dir. İki halka birlikte parçaların ışık hızının %99,9'una kadar hızlanmasına olanak tanıyor. Çarpıştırıcı aynı zamanda protonların enerjisini de artırarak toplam enerjilerini 16 kat artırır. Ayrıca parçacıkların saniyede yaklaşık 30 milyon kez çarpışmasına da olanak tanır. 10 saat içinde. 4 ana dedektörden saniyede en az 100 terabyte dijital veri elde ediliyor. Verilerin elde edilmesi bireysel faktörler tarafından belirlenir. Örneğin, negatif elektrik yüküne sahip ve yarım dönüşe sahip temel parçacıkları tespit edebiliyorlar. Bu parçacıklar kararsız oldukları için doğrudan tespit edilmeleri imkansızdır; yalnızca ışın eksenine belirli bir açıda yayılacak olan enerjilerini tespit etmek mümkündür. Bu aşamaya ilk başlatma seviyesi denir. Bu aşama, yerleşik uygulama mantığına sahip 100'den fazla özel bilgi işlem kartı tarafından izlenmektedir. Çalışmanın bu kısmı, veri toplama döneminde saniyede 100 binden fazla veri bloğunun seçilmesiyle karakterize ediliyor. Bu veriler daha sonra daha yüksek düzeyde bir mekanizma kullanılarak gerçekleştirilen analiz için kullanılacaktır.

Bir sonraki seviyedeki sistemler ise tam tersine tüm dedektör ipliklerinden bilgi alır. Dedektör yazılımı bir ağ üzerinde çalışır. Orada, sonraki veri bloklarını işlemek için çok sayıda bilgisayar kullanılacak, bloklar arasındaki ortalama süre 10 mikrosaniyedir. Programların orijinal noktalara karşılık gelen parçacık işaretleri oluşturması gerekecektir. Sonuç, bir olay sırasında ortaya çıkan dürtü, enerji, yörünge ve diğerlerinden oluşan oluşturulmuş bir veri seti olacaktır.

Hızlandırıcı parçaları

Hızlandırıcının tamamı 5 ana bölüme ayrılabilir:

1) Elektron-pozitron çarpıştırıcı hızlandırıcısı. Parça, süperiletken özelliklere sahip yaklaşık 7 bin mıknatıstan oluşuyor. Onların yardımıyla ışın dairesel bir tünelden yönlendirilir. Ayrıca ışını, genişliği bir saçın genişliğine indirgenmiş tek bir akışta yoğunlaştırırlar.

2) Kompakt müon solenoidi. Bu genel amaçlı bir dedektördür. Böyle bir detektör yeni olayları araştırmak ve örneğin Higgs parçacıklarını aramak için kullanılır.

3) LHCb dedektörü. Bu cihazın önemi kuarkları ve onların karşıt parçacıklarını (antikuarkları) aramaktır.

4) Toroidal kurulum ATLAS. Bu dedektör müonları tespit etmek için tasarlanmıştır.

5) Alice. Bu dedektör kurşun iyon çarpışmalarını ve proton-proton çarpışmalarını yakalar.

Hadron Çarpıştırıcısını başlatırken karşılaşılan sorunlar

Yüksek teknolojinin varlığı hata olasılığını ortadan kaldırsa da pratikte her şey farklıdır. Hızlandırıcının montajı sırasında gecikmeler ve arızalar meydana geldi. Bu durumun beklenmedik bir durum olmadığını söylemek gerekir. Cihaz o kadar çok nüans içeriyor ve o kadar hassaslık gerektiriyor ki, bilim adamları benzer sonuçlar bekliyordu. Örneğin fırlatma sırasında bilim adamlarının karşılaştığı sorunlardan biri, proton ışınlarını çarpışmadan hemen önce odaklayan mıknatısın arızalanmasıydı. Bu ciddi kaza, mıknatısın süperiletkenlik kaybı nedeniyle bağlantı elemanının bir kısmının tahrip olması nedeniyle meydana geldi.

Bu sorun 2007'de ortaya çıktı. Bu nedenle çarpıştırıcının fırlatılması birkaç kez ertelendi ve fırlatma neredeyse bir yıl sonra ancak Haziran ayında gerçekleşti;

Çarpıştırıcının son fırlatılışı başarılı oldu ve terabaytlarca veri topladı.

5 Nisan 2015'te fırlatılan Hadron Çarpıştırıcısı başarıyla çalışıyor. Bir ay boyunca kirişler halkanın etrafında döndürülecek ve güçleri giderek artırılacak. Çalışmanın bu şekilde bir amacı yoktur. Işın çarpışma enerjisi artacaktır. Değer 7 TeV'den 13 TeV'ye çıkarılacak. Böyle bir artış parçacık çarpışmalarında yeni olasılıkları görmemizi sağlayacak.

2013 ve 2014'te tünellerin, hızlandırıcıların, dedektörlerin ve diğer ekipmanların ciddi teknik incelemeleri yapıldı. Sonuçta süperiletken işlevli 18 bipolar mıknatıs ortaya çıktı. Toplam sayılarının 1232 adet olduğunu belirtmekte fayda var. Ancak kalan mıknatıslar gözden kaçmadı. Geri kalanlarda soğutma koruma sistemleri değiştirilerek iyileştirilmiş sistemler kuruldu. Manyetik soğutma sistemi de geliştirildi. Bu, maksimum güçle düşük sıcaklıklarda kalmalarını sağlar.

Her şey yolunda giderse hızlandırıcının bir sonraki lansmanı yalnızca üç yıl içinde gerçekleşecek. Bu sürenin ardından çarpıştırıcının iyileştirilmesi ve teknik açıdan incelenmesi için planlı çalışmalar planlanıyor.

Maliyet dikkate alınmadan onarımların oldukça pahalıya mal olduğu unutulmamalıdır. Hadron Çarpıştırıcısı'nın 2010 yılı itibarıyla fiyatı 7,5 milyar Euro'dur. Bu rakam, projenin tamamını bilim tarihinin en pahalı projeleri listesinde ilk sıraya yerleştiriyor.

Dünyanın en güçlü çarpışan parçacık hızlandırıcısı

Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi (CERN) tarafından İsviçre ve Fransa sınırında 50-175 metre derinlikte 27 kilometre uzunluğunda bir yer altı tünelinde inşa edilen dünyanın en güçlü çarpışan ışın yüklü parçacık hızlandırıcısı. LHC 2008 sonbaharında fırlatıldı, ancak bir kaza nedeniyle deneyler ancak Kasım 2009'da başladı ve tasarım kapasitesine Mart 2010'da ulaştı. Çarpıştırıcının fırlatılması sadece fizikçilerin değil sıradan insanların da dikkatini çekti; medyada çarpıştırıcıdaki deneylerin dünyanın sonuna yol açabileceği yönündeki endişeler dile getirildi. Temmuz 2012'de LHC, Higgs bozonu olma ihtimali yüksek olan bir parçacığın keşfedildiğini duyurdu; bu parçacığın varlığı, maddenin yapısına ilişkin Standart Model'in doğruluğunu doğruladı.

Arka plan

Parçacık hızlandırıcıları bilimde ilk olarak 20. yüzyılın 20'li yıllarının sonlarında maddenin özelliklerini incelemek için kullanılmaya başlandı. İlk halka hızlandırıcı olan siklotron, 1931 yılında Amerikalı fizikçi Ernest Lawrence tarafından yaratıldı. 1932'de İngiliz John Cockcroft ve İrlandalı Ernest Walton, bir voltaj çarpanı ve dünyanın ilk proton hızlandırıcısını kullanarak ilk kez bir atomun çekirdeğini yapay olarak bölmeyi başardılar: helyum, lityumun protonlarla bombardıman edilmesiyle elde edildi. Parçacık hızlandırıcıları, (çoğu durumda ışık hızına yakın hızlara) hızlandırmak ve yüklü parçacıkları (elektronlar, protonlar veya daha ağır iyonlar gibi) belirli bir yörüngede tutmak için kullanılan elektrik alanlarını kullanarak çalışır. Hızlandırıcıların en basit günlük örneği, katot ışın tüpüne sahip televizyonlardır, , , , .

Hızlandırıcılar, süper ağır elementlerin üretimi de dahil olmak üzere çeşitli deneyler için kullanılır. Temel parçacıkları incelemek için çarpıştırıcılar (çarpışmadan - “çarpışma”) da kullanılır - çarpışmalarının ürünlerini incelemek için tasarlanmış, çarpışan kirişler üzerindeki yüklü parçacıkların hızlandırıcıları. Bilim insanları ışınlara yüksek kinetik enerjiler veriyor. Çarpışmalar yeni, önceden bilinmeyen parçacıklar üretebilir. Görünümlerini tespit etmek için özel dedektörler tasarlanmıştır. 1990'ların başında en güçlü çarpıştırıcılar ABD ve İsviçre'de faaliyet gösteriyordu. 1987'de ABD'de Chicago yakınlarında Tevatron çarpıştırıcısı maksimum 980 gigaelektronvolt (GeV) ışın enerjisiyle fırlatıldı. 6,3 kilometre uzunluğunda bir yeraltı halkasıdır. 1989 yılında Büyük Elektron-Pozitron Çarpıştırıcısı (LEP), Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi'nin (CERN) himayesinde İsviçre'de devreye alındı. Bunun için 2000 yılında Cenevre Gölü vadisinde 50-175 metre derinlikte 26,7 kilometre uzunluğunda dairesel bir tünel inşa edildi ve 209 GeV ışın enerjisi elde etmek mümkün oldu.

1980'lerde SSCB'de, Protvino'daki Yüksek Enerji Fiziği Enstitüsü'nde (IHEP) süper iletken bir proton-proton çarpıştırıcısı olan Hızlandırıcı-Depolama Kompleksi (UNC) projesi oluşturuldu. Birçok bakımdan LEP ve Tevatron'dan üstün olacak ve temel parçacık ışınlarını 3 teraelektronvolt (TeV) enerjiyle hızlandırabilecek kapasitede olmalıdır. 21 kilometre uzunluğundaki ana halkası 1994 yılında yeraltına inşa edildi, ancak fon yetersizliği nedeniyle proje 1998'de donduruldu, Protvino'da inşa edilen tünel rafa kaldırıldı (yalnızca hızlandırma kompleksinin unsurları tamamlandı) ve şef projenin mühendisi Gennady Durov, çalışmak üzere ABD'ye gitti , , , , , , . Bazı Rus bilim adamlarına göre, eğer UNK tamamlanıp devreye alınsaydı, daha güçlü çarpıştırıcıların yaratılmasına gerek kalmayacaktı: Dünya düzeninin fiziksel temellerine ilişkin yeni veriler elde etmek için, bunun yapılması önerildi. hızlandırıcılarda 1 TeV enerji eşiğini aşmaya yetecek kadardır. Moskova Devlet Üniversitesi Nükleer Fizik Araştırma Enstitüsü Müdür Yardımcısı ve Rus enstitülerinin Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nı yaratma projesine katılımının koordinatörü Viktor Savrin, UNK'yı hatırlatarak şunları söyledi: “Peki, üç teraelektronvolt veya yedi Ve sonra. üç teraelektronvolt daha sonra beşe çıkarılabilir.” Bununla birlikte, Amerika Birleşik Devletleri 1993 yılında kendi Süper İletken Süper Çarpıştırıcısının (SSC) inşasından da mali nedenlerden dolayı vazgeçti.

Farklı ülkelerden fizikçiler, kendi çarpıştırıcılarını inşa etmek yerine, 1980'lerde ortaya çıkan yaratma fikri olan uluslararası bir proje çerçevesinde birleşmeye karar verdiler. İsviçre LEP'deki deneylerin sona ermesinden sonra, ekipmanı söküldü ve onun yerine, çarpışan kirişler üzerinde yüklü parçacıkların dünyanın en güçlü halka hızlandırıcısı olan Büyük Hadron Çarpıştırıcısının (LHC, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı, LHC) yapımına başlandı. , üzerinde 14 TeV'ye kadar enerjilerle çarpışan proton ışınları ve 1150 TeV'ye kadar çarpışma enerjilerine sahip kurşun iyonları bulunur, , , , , .

Deneyin hedefleri

LHC'yi inşa etmenin temel amacı, fizikte temel parçacıkları ve dört temel etkileşimden üçünü (güçlü, zayıf ve elektromanyetik, yerçekimi kuvvetleri hariç) tanımlayan teorik bir yapı olan Standart Modeli açıklığa kavuşturmak veya çürütmekti. Standart Model'in oluşumu 1960'lı ve 1970'li yıllarda tamamlandı ve o tarihten bu yana yapılan tüm keşifler, bilim adamlarına göre bu teorinin doğal uzantıları ile tanımlandı. Aynı zamanda Standart Model, temel parçacıkların nasıl etkileşime girdiğini açıkladı, ancak neden tam olarak bu şekilde olduğu ve başka türlü olmadığı sorusuna cevap vermedi.

Bilim adamları, LHC'nin Higgs bozonunun keşfini başaramaması durumunda (basında buna bazen "Tanrı'nın parçacığı" deniyordu), Standart Modelin tamamının sorgulanacağını ve bunun da tam bir analiz gerektireceğini belirtti. Temel parçacıklar hakkındaki mevcut fikirlerin gözden geçirilmesi, , , , . Aynı zamanda, Standart Model onaylanırsa, fiziğin bazı alanları daha fazla deneysel doğrulama gerektiriyordu: özellikle, yerçekiminden sorumlu varsayımsal parçacıklar olan "gravitonların" varlığını kanıtlamak gerekiyordu.

Teknik özellikler

LHC, LEP için inşa edilmiş bir tünelin içinde yer almaktadır. Çoğu Fransız toprakları altındadır. Tünel, neredeyse tüm uzunlukları boyunca paralel uzanan ve hadronların (kuarklardan oluşan parçacıklar) çarpışmalarının gerçekleşeceği dedektörlerin konumlarında kesişen iki boru içerir (çarpışmalar için kurşun iyonları ve protonlar kullanılacaktır). Protonlar LHC'nin kendisinde değil, yardımcı hızlandırıcılarda hızlanmaya başlar. Proton ışınları LINAC2 doğrusal hızlandırıcısında, ardından PS hızlandırıcısında "başlar", ardından süper proton senkrotronun (SPS) 6,9 kilometre uzunluğundaki halkasına girerler ve ardından LHC tüplerinden birinde son bulurlar. 20 dakika daha 7 TeV'ye kadar enerji verilecek. Kurşun iyonlarıyla deneyler LINAC3 doğrusal hızlandırıcıda başlayacak. Kirişler, çoğu 27 tona kadar ağırlığa sahip 1.600 süper iletken mıknatıs tarafından yollarında tutuluyor. Bu mıknatıslar sıvı helyum ile ultra düşük bir sıcaklığa soğutulur: Mutlak sıfırın 1,9 derece üzerinde, uzaydan daha soğuk.

Işık hızının yüzde 99,9999991'i kadar bir hızla, çarpıştırıcı halkasının etrafında saniyede 11 binden fazla daire çizen protonlar, LHC'nin en karmaşık sistemleri olan dört dedektörden birinde çarpışacak. ATLAS dedektörü, bilim adamlarının Standart Model dışında “yeni fizik” arayışlarında ipucu sağlayabilecek yeni bilinmeyen parçacıkları aramak üzere tasarlandı. CMS dedektörü Higgs bozonunu üretmek ve karanlık maddeyi incelemek için tasarlandı. ALICE dedektörü, Büyük Patlama'dan sonraki maddeyi incelemek ve kuark-gluon plazmasını aramak için tasarlandı; LHCb dedektörü ise maddenin antimadde üzerindeki yaygınlığının nedenini araştıracak ve b-kuarkların fiziğini keşfedecek. Gelecekte üç dedektörün daha devreye alınması planlanıyor: TOTEM, LHCf ve MoEDAL.

LHC'deki deneylerin sonuçlarını işlemek için, dünya çapındaki 11 bilgi işlem merkezine saniyede 10 gigabit'e kadar bilgi iletebilen, özel bir dağıtılmış bilgisayar ağı GRID kullanılacak. Dedektörlerden her yıl 15 petabayttan (15 bin terabayt) fazla bilgi okunacak: Dört deneyin toplam veri akışı saniyede 700 megabayta ulaşabilecek, , , , . Eylül 2008'de bilgisayar korsanları CERN web sayfasını hacklemeyi başardılar ve onlara göre çarpıştırıcının kontrollerine erişim sağladılar. Ancak CERN çalışanları LHC kontrol sisteminin internetten izole edildiğini açıkladı. Ekim 2009'da LHC'de LHCb deneyi üzerinde çalışan bilim adamlarından biri olan Adlen Ishor, teröristlerle işbirliği şüphesiyle tutuklandı. Ancak CERN yönetiminin bildirdiği gibi Ishor'un çarpıştırıcının yeraltı tesislerine erişimi yoktu ve teröristlerin ilgisini çekebilecek hiçbir şey yapmamıştı. Mayıs 2012'de Ishor beş yıl hapis cezasına çarptırıldı.

Maliyet ve inşaat tarihi

1995 yılında, LHC'yi inşa etme maliyetinin, deney yapma maliyeti hariç, 2,6 milyar İsviçre Frangı olduğu tahmin ediliyordu. Deneylerin 10 yıl sonra yani 2005 yılında başlaması planlanıyordu. 2001 yılında CERN'in bütçesi kesildi ve inşaat maliyetlerine 480 milyon frank eklendi (projenin toplam maliyeti o zamana kadar 3 milyar frank civarındaydı) ve bu da çarpıştırıcının fırlatılmasının 2007 yılına kadar ertelenmesine yol açtı. 2005 yılında LHC'nin inşaatı sırasında bir mühendis öldü: trajediye vinçten düşen bir yük neden oldu.

LHC'nin lansmanı yalnızca finansman sorunları nedeniyle ertelenmedi. 2007 yılında, Fermilab'ın süper iletken mıknatıs parçaları tedariğinin tasarım gereksinimlerini karşılamadığı ve çarpıştırıcının fırlatılmasının bir yıl gecikmesine neden olduğu keşfedildi.

10 Eylül 2008'de LHC'de ilk proton ışını fırlatıldı. Birkaç ay içinde çarpıştırıcıda ilk çarpışmaların yapılması planlandı, ancak 19 Eylül'de LHC'deki iki süper iletken mıknatısın hatalı bağlantısı nedeniyle bir kaza meydana geldi: mıknatıslar devre dışı bırakıldı, 6 tondan fazla Tünele sıvı helyum döküldü ve hızlandırıcı borularındaki vakum bozuldu. Çarpıştırıcının onarım için kapatılması gerekiyordu. Kazaya rağmen 21 Eylül 2008'de LHC'nin işletmeye alınması için bir tören düzenlendi. Başlangıçta deneyler Aralık 2008'de yeniden başlatılacaktı, ancak daha sonra yeniden başlatma tarihi Eylül'e, ardından da Kasım 2009'un ortasına ertelendi ve ilk çarpışmaların yalnızca 2010'da gerçekleşmesi planlandı. Kazadan sonra LHC halkasının bir kısmı boyunca kurşun iyon ve proton ışınlarının ilk test lansmanları 23 Ekim 2009'da gerçekleştirildi. 23 Kasım'da ATLAS dedektöründe ilk ışın çarpışmaları yapıldı ve 31 Mart 2010'da çarpıştırıcı tam güçle çalıştı: O gün 7 TeV'lik rekor enerjide proton ışınlarının çarpışması kaydedildi. Nisan 2012'de, proton çarpışmalarında daha da yüksek bir enerji kaydedildi - 8 TeV.

2009 yılında LHC'nin maliyetinin 3,2 ila 6,4 milyar avro arasında olduğu tahmin ediliyordu ve bu da onu insanlık tarihindeki en pahalı bilimsel deney haline getiriyordu.

Uluslararası işbirliği

LHC ölçeğinde bir projenin tek başına bir ülke tarafından oluşturulamayacağı kaydedildi. Sadece 20 CERN üye devletinin çabalarıyla yaratılmadı: geliştirilmesinde dünya çapında yüzden fazla ülkeden 10 binden fazla bilim insanı yer aldı. LHC projesi 2009'dan bu yana CERN Genel Müdürü Rolf-Dieter Heuer tarafından yürütülüyor. Rusya ayrıca CERN'in gözlemci üyesi olarak LHC'nin oluşturulmasında da yer alıyor: 2008'de Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda IHEP çalışanları da dahil olmak üzere yaklaşık 700 Rus bilim adamı çalıştı.

Bu arada, Avrupa ülkelerinden birinden bilim adamları, LHC'deki deneylere katılma fırsatını neredeyse kaybediyorlardı. Mayıs 2009'da Avusturya Bilim Bakanı Johannes Hahn, CERN üyeliğinin ve LHC programına katılımın çok maliyetli olduğunu ve Avusturya'daki bilime ve üniversitelere somut bir getiri sağlamadığını açıklayarak ülkenin 2010 yılında CERN'den çekildiğini duyurdu. Konuşma, CERN'in bütçesinin yüzde 2,2'sini ve Avusturya hükümetinin uluslararası araştırma kuruluşlarına katılım için tahsis ettiği fonların yaklaşık yüzde 70'ini temsil eden yaklaşık 20 milyon avroluk olası yıllık tasarruf hakkındaydı. Avusturya, çekilme konusundaki nihai kararını 2009 sonbaharında vereceğine söz verdi. Ancak daha sonra Avusturya Şansölyesi Werner Faymann ülkesinin projeden ve CERN'den ayrılmayacağını söyledi.

Tehlike söylentileri

Basında LHC'nin fırlatılmasının dünyanın sonunu getirebileceği için insanlık için tehlike oluşturduğuna dair söylentiler dolaşıyordu. Bunun nedeni, bilim adamlarının, çarpıştırıcıdaki çarpışmalar sonucunda mikroskobik kara deliklerin oluşabileceği yönündeki açıklamalarıydı: tüm Dünya'nın kendilerine "emilebileceği" ve bu nedenle LHC'nin gerçek bir "Pandora'nın kutusu" olduğu yönünde görüşler hemen ortaya çıktı , , , , . Higgs bozonunun keşfinin Evrende kontrolsüz kütle büyümesine yol açacağı ve "karanlık madde" arayışına yönelik deneylerin "gariplerin" ortaya çıkmasına yol açabileceği yönünde görüşler de vardı (terimin Rusçaya çevirisi gökbilimciye aittir) Sergei Popov) - sıradan maddeyle temas ettiğinde onu bir "şeride" dönüştürebilen "garip madde" ". Kurt Vonnegut'un kurgusal malzemesi Buz Dokuzunun gezegendeki yaşamı yok ettiği Kedi Beşiği romanıyla bir karşılaştırma yapıldı. Bazı yayınlar, bireysel bilim adamlarının görüşlerine yer vererek, LHC'deki deneylerin zamanla "solucan deliklerinin" ortaya çıkmasına yol açabileceğini, bu sayede parçacıkların ve hatta canlıların gelecekten dünyamıza aktarılabileceğini belirtti. Ancak bilim adamlarının sözlerinin gazeteciler tarafından çarpıtıldığı ve yanlış yorumlandığı ortaya çıktı: Başlangıçta "yalnızca bireysel temel parçacıkların geçmişe yolculuk yapabileceği mikroskobik zaman makinelerinden" bahsediyorlardı.

Bilim adamları bu tür olayların olasılığının ihmal edilebilir olduğunu defalarca dile getirdiler. Hatta LHC'deki deneylerin yol açabileceği felaketlerin olasılığı hakkında bir analiz yürüten ve bir rapor yayınlayan özel bir LHC Güvenlik Değerlendirme Grubu bile oluşturuldu. Bilim adamlarının bildirdiği gibi, LHC'deki protonların çarpışması, kozmik ışınların astronotların uzay kıyafetleriyle çarpışmasından daha tehlikeli olmayacaktır: bazen LHC'de elde edilebilecek olandan daha fazla enerjiye sahip olabilirler. Varsayımsal kara deliklere gelince, bunlar çarpıştırıcının duvarlarına bile ulaşmadan "çözülecekler" , , , , , .

Ancak olası felaketlerle ilgili söylentiler kamuoyunu hâlâ tedirgin ediyordu. Çarpıştırıcının yaratıcılarına dava bile açıldı: En ünlü davalar Amerikalı avukat ve doktor Walter Wagner ile Alman kimya profesörü Otto Rossler'e aitti. CERN'i, yaptığı deneyle insanlığı tehlikeye atmakla ve İnsan Hakları Sözleşmesi ile güvence altına alınan "yaşam hakkını" ihlal etmekle suçladılar ancak iddialar reddedildi, , , , . Basın, Hindistan'da LHC'nin fırlatılmasının ardından dünyanın sonunun yaklaştığı yönündeki söylentiler nedeniyle 16 yaşındaki bir kızın intihar ettiğini bildirdi.

Rus blog dünyasında, "daha çok bir çarpıştırıcı gibi olurdu" memi ortaya çıktı ve bu, "daha çok dünyanın sonu gibi olurdu, artık bu rezalete bakmak imkansız" şeklinde tercüme edilebilir. "Fizikçilerin bir araya gelip her 14 milyar yılda bir çarpıştırıcıyı fırlatma geleneği vardır" şakası çok popülerdi.

Bilimsel sonuçlar

LHC'deki deneylerden elde edilen ilk veriler Aralık 2009'da yayınlandı. 13 Aralık 2011'de CERN uzmanları, LHC'de yapılan araştırmalar sonucunda Higgs bozonunun olası kütlesinin sınırlarını 115,5-127 GeV'ye kadar daraltabildiklerini ve istenilen parçacığın varlığına dair işaretleri keşfettiklerini duyurdu. yaklaşık 126 GeV'lik bir kütle. Aynı ay, LHC'deki deneyler sırasında ilk kez Higgs bozonu olmayan ve χb (3P) olarak adlandırılan yeni bir parçacığın keşfedildiği duyuruldu.

4 Temmuz 2012'de CERN yönetimi, bilim adamlarına göre büyük olasılıkla Higgs bozonu olan yaklaşık 126 GeV kütle bölgesinde yüzde 99,99995 olasılıkla yeni bir parçacığın keşfini resmen duyurdu. LHC'de çalışan iki bilimsel işbirliğinden birinin lideri Joe Incandela, bu sonucu "bu bilim alanında son 30-40 yıldaki en büyük gözlemlerden biri" olarak nitelendirdi ve Peter Higgs de parçacığın keşfini bizzat ilan etti. “Fizikte bir çağın sonu.”

Gelecek projeler

2013 yılında CERN, daha güçlü dedektörler kurarak ve çarpıştırıcının genel gücünü artırarak LHC'yi yükseltmeyi planlıyor. Modernizasyon projesine Süper Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (SLHC) adı veriliyor. Ayrıca bir Uluslararası Doğrusal Çarpıştırıcı (ILC) inşa etme planları da var. Borusu onlarca kilometre uzunluğunda olacak ve tasarımının pahalı süper iletken mıknatısların kullanımını gerektirmemesi nedeniyle LHC'den daha ucuz olması gerekiyor. ILC muhtemelen Dubna'da inşa edilecek.

Ayrıca ABD ve Japonya'dan bazı CERN uzmanları ve bilim adamları, LHC'nin tamamlanmasının ardından yeni bir Çok Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (VLHC) üzerinde çalışmaya başlamayı önerdiler.

Kullanılan malzemeler

Chris Wickham, Robert Evans. "Bu bir bozon:" Higgs'in arayışı yeni parçacık taşıyor. - Reuters, 05.07.2012

Lucy Christie, Marie Noelle Blessig. Fizik: "Dieu parçacığı"nın dekorasyonu? - Agence France-Presse, 04.07.2012

Dennis'e veda. Fizikçiler Evrenin Anahtarı Olarak Görülen Bulunması Zor Parçacık Buldu - New York Times, 04.07.2012

Adlene Hicheur hapishaneyi lanetledi, tek bir sürpriz yapmayın. - L"Ekspres, 04.05.2012

Parçacık çarpıştırıcısı evreni keşfetme arayışını hızlandırıyor. - Agence France-Presse, 06.04.2012

Jonathan Amos. LHC, ilk yeni parçacığının keşfedildiğini bildirdi. - BBC Haberleri, 22.12.2011

Leonid Popov. İlk yeni parçacık LHC'de yakalandı. - membran, 22.12.2011

Stephen Shankland. CERN fizikçileri Higgs bozonunun ipucunu buldu. - CNET, 13.12.2011

Paul Rincon. LHC: Higgs bozonu "bir an için görünmüş olabilir". - BBC Haberleri, 13.12.2011

Evet başardık! - CERN Bülteni, 31.03.2010

Richard Webb. Fizikçiler LHC'nin ilk sonuçlarını yayınlamak için yarışıyor. - Yeni Bilim Adamı, 21.12.2009

Basın bülteni. Dönen iki ışın LHC'de ilk çarpışmaları sağlar. - CERN (cern.ch), 23.11.2009

Parçacıklar LHC'ye geri döndü! - CERN (cern.ch), 26.10.2009

LHC'deki ilk kurşun iyonları. - LHC Enjeksiyon Testleri (lhc-injection-test.web.cern.ch), 26.10.2009

Charles Bremner, Adam Sage. Hadron Çarpıştırıcısı fizikçisi Adlene Hicheur terörizmle suçlandı. - Times, 13.10.2009

Dennis'e veda. Resmi Terörizm Soruşturmasında Fransız Araştırmacı Bilim Adamı. - New York Times, 13.10.2009

Süper İletken Süper Çarpıştırıcıdan geriye ne kaldı? Bugün Fizik, 06.10.2009

LHC, 2009-2010'un başlarında 3,5 TeV'de çalışacak ve daha sonra yükselecek. - CERN (cern.ch), 06.08.2009

LHC Deneyler Komitesi. - CERN (cern.ch), 30.06.2009

Belki de tüm dünya, Avrupa'nın en görkemli bilimsel binasını biliyor - İsviçre'nin Cenevre kenti yakınlarında inşa edilen Büyük Hadron Çarpıştırıcısı.

Lansmanından önce, dünyanın sonunun yaklaştığı ve kurulumun İsviçre'nin çevresine telafisi mümkün olmayan zararlar vereceği konusunda birçok panik söylentisi vardı. Ancak yıllar geçiyor, çarpıştırıcı çalışıyor ama dünya aynı kalıyor. Bu kadar büyük ve pahalı bir yapı neden inşa edildi? Hadi çözelim.

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı Nedir?

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nın (LHC) tasarımında mistik hiçbir şey yok. Bu sadece ağır parçacıkları hızlandırmak ve diğer parçacıklarla çarpıştıklarında oluşan ürünleri incelemek için gerekli olan yüklü temel parçacıkların hızlandırıcısıdır.

Moskova yakınlarındaki Dubna ve Novosibirsk'teki Rus hızlandırıcıları da dahil olmak üzere dünya çapında bir düzineden fazla benzer tesis var. LHC ilk kez 2008 yılında denize indirildi ancak kısa süre sonra meydana gelen bir kaza nedeniyle uzun süre düşük enerji gücüyle çalıştı ve ancak 2015 yılından itibaren tesisin tasarım kapasitesinde çalıştırılması mümkün hale geldi.

Hemen hemen tüm benzer tesisler gibi LHC de halka şeklinde döşenen bir tüneldir. Fransa ve İsviçre sınırında yaklaşık 100 metre derinlikte yer almaktadır. Açıkça söylemek gerekirse, LHC sistemi biri daha küçük çaplı, diğeri daha büyük çaplı olmak üzere iki ünite içerir. Büyük tünelin uzunluğu, bugün mevcut olan diğer tüm hızlandırıcıların boyutunu aşıyor ve 25,5 kilometredir, bu nedenle çarpıştırıcıya Büyük adı verilmiştir.

Çarpıştırıcı neden inşa edildi?

Modern fizikçiler, mevcut dört temel etkileşimden üçünü birleştiren ve Standart Model (SM) olarak adlandırılan teorik bir model geliştirmeyi başardılar. Bununla birlikte, bilim adamlarının kuantum yerçekimi teorisi adını verdiği ve yerçekimsel etkileşimi tanımlayan alan pratikte keşfedilmemiş olduğundan, bu henüz dünyanın yapısına ilişkin kapsamlı bir teori olarak kabul edilemez. Teoriye göre buradaki öncü rol, Higgs bozonu adı verilen parçacık kütlesi oluşum mekanizması tarafından oynanmalıdır.


Dünyanın dört bir yanındaki bilim insanları, LHC'de yürütülen araştırmaların Higgs bozonunun özelliklerini deneysel olarak incelemeyi mümkün kılacağını umuyor. Ek olarak, kuarkların incelenmesi oldukça ilgi çekicidir - hadronları oluşturan temel parçacıkların adı budur (onlardan dolayı çarpıştırıcıya hadronik denir).

LHC nasıl çalışır?

Daha önce de belirtildiği gibi LHC, ana ve yardımcı halkalardan oluşan yuvarlak bir tüneldir. Tünelin duvarları, mikropartikülleri hızlandıran bir alan oluşturan birçok güçlü elektromıknatıstan oluşuyor. İlk ivmelenme yardımcı tünelde gerçekleşir ancak parçacıklar ana halkada gerekli hızı kazanır ve ardından onlara doğru koşan parçacıklar çarpışır ve çarpışmanın sonucu son derece hassas cihazlar tarafından kaydedilir.

Çok sayıda deney sonucunda, Temmuz 2012'de CERN (Avrupa Nükleer Araştırma Konseyi) liderliği, deneylerde Higgs bozonunun keşfedildiğini duyurdu. Şu anda, bu fenomenin incelenmesi devam ediyor, çünkü özelliklerinin çoğu teoride tahmin edilenlerden farklı.

İnsanlar neden bir BAC'a ihtiyaç duyar?

Çeşitli kaynaklara göre LHC'nin inşasının maliyeti 6 milyar ABD dolarının üzerindeydi. Kurulumun yıllık işletme maliyetini hatırlarsanız, miktar çok daha etkileyici hale gelir. Neden bu kadar önemli harcamalara katlanmanız gerekiyor, çarpıştırıcı sıradan insanlara ne gibi faydalar sağlayacak?

LHC'de planlanan ve hâlihazırda devam eden araştırmalar, gelecekte insanlara kelimenin tam anlamıyla havadan elde edilebilecek ucuz enerjiye erişim sağlayabilir. Bu belki de insanlık tarihindeki en iddialı bilimsel ve teknolojik devrim olacak. Ayrıca Higgs bozonunun mekanizmasını anlayarak insanlar, insanlar tarafından tamamen kontrol edilemeyen bir kuvvet olan yerçekimi üzerinde güç kazanabilirler.


Elbette Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nın yardımıyla yapılacak keşifler, maddeyi enerjiye dönüştürme teknolojisinde ustalaşmamıza veya hemen yarın yerçekimine karşı bir uçak yaratmamıza izin vermeyecek - pratik sonuçların yalnızca uzak gelecekte olması bekleniyor. . Ancak deneyler, Evrenin yapısının özünü anlama yolunda birkaç küçük adım daha atmamıza olanak tanıyacak.

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı hakkında bazı gerçekler, nasıl ve neden yaratıldığı, ne işe yaradığı ve insanlık için ne gibi potansiyel tehlikeler oluşturduğu.

1. LHC veya Büyük Hadron Çarpıştırıcısının inşası 1984 yılında tasarlandı ve ancak 2001 yılında başladı. 5 yıl sonra, 2006 yılında, farklı ülkelerden 10 binden fazla mühendis ve bilim insanının çabaları sayesinde, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı tamamlandı.

2. LHC dünyanın en büyük deneysel tesisidir.

3. Peki neden Büyük Hadron Çarpıştırıcısı?
Önemli boyutundan dolayı büyük olarak adlandırıldı: parçacıkların sürüldüğü ana halkanın uzunluğu yaklaşık 27 km'dir.
Hadronik - kurulum hadronları (kuarklardan oluşan parçacıklar) hızlandırdığı için.
Çarpıştırıcı - zıt yönde hızlanan ve özel noktalarda birbirleriyle çarpışan parçacık ışınları nedeniyle.

4. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı ne işe yarar? LHC, bilim adamlarının atomlarla deneyler yaptığı, iyonları ve protonları muazzam bir hızla birbirleriyle çarpıştırdığı son teknoloji ürünü bir araştırma merkezidir. Bilim insanları, evrenin kökenine ilişkin gizemlerin üzerindeki perdeyi kaldırmak için araştırmayı kullanmayı umuyorlar.

5. Proje bilim camiasına astronomik bir meblağa, yani 6 milyar dolara mal oldu. Bu arada Rusya, bugün hala çalışmakta olan 700 uzmanı LHC'ye devretti. LHC siparişleri Rus şirketlerine yaklaşık 120 milyon dolar kazandırdı.

6. LHC'de yapılan en önemli keşif şüphesiz 2012 yılında Higgs bozonunun, diğer adıyla "Tanrı parçacıkları"nın keşfidir. Higgs bozonu Standart Modelin son halkasıdır. Bak'e'deki bir diğer önemli olay ise 2,36 teraelektronvoltluk rekor çarpışma enerjisine ulaşılmasıydı.

7. Rusya da dahil olmak üzere bazı bilim insanları, CERN'deki (çarpıştırıcının gerçekte bulunduğu Avrupa Nükleer Araştırma Örgütü) büyük ölçekli deneyler sayesinde bilim adamlarının dünyanın ilk zaman makinesini inşa edebileceklerine inanıyor. Ancak çoğu bilim insanı meslektaşlarının iyimserliğini paylaşmıyor.

8. İnsanoğlunun gezegendeki en güçlü hızlandırıcıya ilişkin temel kaygıları, çevredeki maddeleri yakalayabilen mikroskobik kara deliklerin oluşması sonucu insanlığı tehdit eden tehlike üzerine kuruludur. Başka bir potansiyel ve son derece tehlikeli tehdit daha var - varsayımsal olarak bir atomun çekirdeğiyle çarpışabilen, giderek daha fazla şerit oluşturabilen, tüm Evrenin maddesini dönüştürebilen şeritlerin ortaya çıkması (Garip Damlacıktan türetilmiş). Ancak en saygın bilim adamlarının çoğu böyle bir sonucun pek olası olmadığını söylüyor. Ama teorik olarak mümkün

9. 2008 yılında CERN'e Hawaii eyaletinin iki sakini tarafından dava açıldı. CERN'i ihmal yoluyla insanlığın sonunu getirmeye çalışmakla ve bilim adamlarından güvenlik garantileri talep etmekle suçladılar.

10. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı İsviçre'de Cenevre yakınlarında bulunmaktadır. CERN'de ziyaretçilere çarpıştırıcının çalışma prensiplerinin ve neden inşa edildiğinin net bir şekilde anlatıldığı bir müze bulunmaktadır.

11 . Ve son olarak, biraz eğlenceli bir gerçek. Yandex'deki sorgulara bakılırsa Büyük Hadron Çarpıştırıcısı hakkında bilgi arayan birçok kişi hızlandırıcının adını nasıl doğru yazacağını bilmiyor. Örneğin, "andronik" yazıyorlar (ve sadece NTV raporlarının aAndronic çarpıştırıcısının değerinin ne olduğunu yazmakla kalmıyorlar), bazen "android" yazıyorlar (The Empire Strikes Back). Burjuva ağında da geride kalmıyorlar ve arama motoruna "hadron" yerine "hardon" yazıyorlar (Ortodoks İngilizcesinde hard-on - hard-on). Belarusça'daki yazımın ilginç bir çeşidi, "Büyük gadrony hızlandırıcı" anlamına gelen "Vyaliki gadronny paskaralnik"tir.

Hadron Çarpıştırıcısı. Fotoğraf