Największy zderzacz na świecie. Wielki Zderzacz Hadronów (LHC lub LHC)

Kierownik działu fizyki wysokich energii Instytutu Fizyki Rosyjskiej Akademii Nauk im. PN Lebedeva, doktor nauk fizycznych i matematycznych, profesor Igor Dremin:

Po pierwsze, chcę od razu zapewnić czytelników: nie ma co się bać przyszłego eksperymentu.

Dwa razy w roku podróżuję do miejsca przyszłych testów, ale jako teoretyk, a nie badacz. Budowa zderzacza to problem zarówno inżynieryjny, jak i naukowy. Eksperymentatorzy przygotowują się do pracy, którzy będą przetwarzać napływające informacje, gromadzić je i wyświetlać w formie tabel, wykresów i tak dalej. Moją rolą jest rola teoretyka - za pomocą teorii, aby zrozumieć te dane eksperymentalne, zinterpretować je, a także zaproponować nowe metody fizyczne Badania.

- Fraza „Large Hadron Collider” w związku z szumem wokół eksperymentu nie została zapamiętana tylko przez leniwych. Jednak niewiele osób rozumie, co to naprawdę jest.

To jest akcelerator, który stoi w tunelu. Tunel ma długość 27 km, czyli jest dłuższy niż linia moskiewskiego metra (19,4 km). To wyjątkowa konstrukcja inżynierska: długość kabli użytych w tunelu wystarczy, aby kilkadziesiąt razy rozciągnąć je z Ziemi do Słońca. Konstrukcja znajduje się na głębokości od 15 do 120 metrów. Ona jest bardzo silna pola magnetyczne: ogromna liczba magnesów nadprzewodzących, które przyspieszają cząstki. Pracują w ekstremalnych warunkach - temperatura w tunelu jest bliska zeru bezwzględnego: 1,8 stopnia Kelvina (- 271,2 stopnia Celsjusza).

- Gdzie jest tunel?

Zderzacz znajduje się w CERN, jest to Europejskie Centrum Badań Jądrowych w Genewie. Akcelerator ten stoi w taki sposób, że jego część znajduje się we Francji, część jego pierścienia przechodzi przez Szwajcarię. Można powiedzieć, że belka będzie cały czas przekraczała granice bez wiz. Wiele razy. (Śmiech)

- Jaka jest zasada zderzacza?

„Wielki Zderzacz Hadronów to najpotężniejszy akcelerator cząstek naładowanych, jaki kiedykolwiek stworzono na świecie. Jego zasada działania jest następująca: zderzające się wiązki protonów lub jąder zderzają się ze sobą, a energia zderzenia jest najwyższa ze wszystkich, jakie udało się osiągnąć w akceleratorach. Energia ta jest mierzona w elektronowoltach i wynosi 14 bilionów elektronowoltów.

W rzeczywistości ta energia nie jest tak wielka. Jeśli przełożyć to na bardziej znane kalorie, to tylko pół milionowej części kalorii. Jeśli podajemy przykład z życia codziennego, to w rzeczywistości energia ta jest równa tej, która jest uwalniana, gdy zderzają się dwa komary, czyli jest to energia skąpa, ale ponieważ jest uwalniana w bardzo małej objętości - wewnątrz objętości protonu lub wewnątrz objętości cząstki elementarnej - gęstość tej energii jest wysoka.

Kiedy zderzają się dwa protony lub dwa jądra, na przykład dwa jądra atomów ołowiu, wtedy energia jest uwalniana w postaci nowo narodzonych cząstek. Może to być kilka tysięcy, a nawet dziesiątki tysięcy nowo narodzonych cząstek.

- Opowiedz nam o głównych celach eksperymentu.

Głównym zadaniem eksperymentu jest zrozumienie struktury przestrzeni na krótkich dystansach iw krótkim czasie. W tym tunelu pierścieniowym znajdują się cztery ogromne detektory, które będą badać te wiązki cząstek.

Wielkość tych detektorów można sobie wyobrazić, jeśli powiemy, że wysokość detektora to około ośmiopiętrowego budynku. Jego długość też jest ogromna. Naukowcy zajmą się różnymi zagadnieniami interakcji hadronów, nukleonów, protonów i jąder.

Cały eksperyment ma na celu zrozumienie, jaka jest budowa materii, czyli budowa protonów, budowa jąder, ale w bardzo małej skali - w odległościach rzędu 10-12 centymetrów, gdy składniki protonu, kwarki i gluony już odgrywają pewną rolę. W związku z tym planujemy pozyskać informacje o strukturze naszej przestrzeni.

Nowe wymiary

Zakłada się, że nasza przestrzeń może mieć np. dodatkowy wymiar. Znane są teraz cztery wymiary - trójwymiarowa przestrzeń plus czas. Ale mogą istnieć zarówno piąty, jak i szósty wymiar, które są tak małe, że my w nich jesteśmy zwyczajne życie nie zauważamy. W trakcie eksperymentu mamy nadzieję uzyskać dowód na istnienie dodatkowych wymiarów.

Bozon Hicks

Bardzo zainteresowanie Zapytaj z fizycznego punktu widzenia jest to kwestia identyfikacji bozonu Hicksa. Bozon Hicksa jest hipotetyczną cząstką, której jeszcze nie zaobserwowano. Teoretycznie odpowiada za pojawienie się mas wszystkich innych cząstek. Jeśli taki bozon zostanie znaleziony, zrozumiemy naturę pojawiania się masy w cząstkach, zrozumiemy, dlaczego elektron jest tak lekki, a proton 2000 razy cięższy i jak w związku z tym powstają atomy. To jest fundamentalne pytanie o naturę siły, o naturę interakcji.

Czarne dziury

Najbardziej ekscytującym tematem dyskusji jest kwestia możliwości narodzin czarnych dziur. Czarna dziura- to taka formacja, gdy silne pole grawitacyjne przyciąga wszystko i niczego nie wypuszcza na zewnątrz. Dlaczego obecnie argumentuje się, że czarne dziury, które mogą się narodzić w Wielkim Zderzaczu Hadronów, są bezpieczne? Narysujmy analogię do oddziaływania promieni kosmicznych, których energia nawet przewyższa tę, którą otrzymujemy teraz w zderzaczu hadronów. Te promienie kosmiczne padają na Ziemię od 5 miliardów lat. A na inne obiekty, takie jak białe karły czy gwiazdy neutronowe, które są znacznie masywniejsze i uformowane wcześniej niż Ziemia, opadają znacznie dłużej – i nie zachodzą żadne specjalne procesy. Ponadto, jeśli mimo wszystko w zderzaczu powstaną czarne dziury (podkreślam, że jest to mało prawdopodobne), rozpadną się one w znikomym czasie: 10 -100 sekund. Przypomnę, że Kołmogorow powiedział kiedyś, że nie ma takiej liczby - „10 -100”, ale jest tylko zero.

Ponadto promieniowanie mechaniki kwantowej, zwane promieniowaniem Hawkinga, może i powinno powstawać z czarnych dziur. Z tego też się rozpadną. Ogólnie rzecz biorąc, powstanie jakichkolwiek stabilnych czarnych dziur będzie praktycznie niemożliwe i nie stanowią one żadnego zagrożenia.

Nieznany

Oprócz tych czarnych dziur dyskutowana jest możliwość narodzin innych obiektów, które nie zostały jeszcze odkryte. Oczywiście badania w Zderzaczu Hadronów będą prowadzone nie tylko w związku ze znalezieniem czegoś właśnie przewidzianego lub czegoś, co jest już teoretycznie zrozumiałe: naukowcy mają nadzieję, że będą w tym jakieś zupełnie nieoczekiwane odkrycia Nowa okolica energia.

- Na jaki dzień zaplanowano uruchomienie zderzacza?

Zderzacz miał być testowany w maju-lipcu, ale na razie jego uruchomienie było przesunięte najwyraźniej na wrzesień. Wynika to z faktu, że konstrukcja jest fundamentalna, wykorzystuje nowe rozwiązania techniczne, i oczywiście jest wiele trudności w stworzeniu takiego akceleratora, ponieważ nic takiego jeszcze na świecie nie zostało zrobione.

- Czy nasi naukowcy biorą udział w eksperymencie?

W budowie, która trwała ponad dziesięć lat, zjednoczyły się wysiłki wszystkich krajów. W projekcie bezpośrednio uczestniczyli, w tym nasi rosyjscy naukowcy, którzy włożyli wiele wysiłku w tworzenie detektorów i ich formułowanie. problemy fizyczne należy się tym zająć podczas badania zderzeń hadronów. Teraz detektory zostały opuszczone pod ziemię, zmontowane i będą testowane w najbliższej przyszłości. Oczywiście ci, którzy je zebrali, będą śledzić ich pracę.

Ponadto więcej ważne pytanie: to już fizyczne badania i przetwarzanie wyników eksperymentalnych. Następuje przesunięcie akcentu z problemów czysto technicznych na fizyczne wyniki tych eksperymentów.

Odbyło się wiele dyskusji na temat bezpieczeństwa akceleratorów LHC. Wielu zwykłych ludzi wpadło w panikę, mówią, że koniec świata nadejdzie wraz z uruchomieniem akceleratora. Jak możesz to skomentować?

Utworzona w 2003 roku specjalna komisja w Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych (CERN) napisała raport, że instalacja jest całkowicie bezpieczna. Ale w związku z nowo pojawiającymi się plotkami i podekscytowaniem związanym z możliwym zarodkowaniem czarnych dziur w tym zderzaczu, kwestia bezpieczeństwa została ponownie zrewidowana. Wnioski komisji zostały potwierdzone i wzmocnione.

PS

W regionie moskiewskim blogerzy odkryli tajemniczą strukturę. Niezależni eksperci twierdzą, że jest to nasza odpowiedź dla CERN na stworzenie Wielkiego Zderzacza Hadronów. Jego zdjęcie obiegło świat...

Wielki Zderzacz Hadronów w Szwajcarii jest najsłynniejszym akceleratorem na świecie. Było to znacznie ułatwione dzięki szumowi wywołanemu przez społeczność światową i dziennikarzy wokół niebezpieczeństwa tego projekt naukowy... Wielu uważa, że ​​jest to jedyny zderzacz na świecie, ale jest to dalekie od przypadku. Oprócz zamkniętego w Stanach Zjednoczonych Tevatrona, na świecie jest obecnie pięć działających zderzaczy.

W Ameryce w Brookhaven Laboratory działa akcelerator RKTI (relatywistyczny zderzacz ciężkich jonów), który rozpoczął pracę w 2000 roku. Uruchomienie go wymagało inwestycji w wysokości 2 miliardów dolarów. Oprócz czysto teoretycznych eksperymentów fizycy pracujący w RHIC opracowują całkiem praktyczne projekty. Pomiędzy nimi:

• urządzenie do diagnozowania i leczenia nowotworów (stosowane są kierowane przyspieszone protony);
• wykorzystanie wiązek ciężkich jonów do tworzenia filtrów na poziomie molekularnym;
• rozwój coraz wydajniejszych urządzeń do magazynowania energii, co otwiera nowe perspektywy w wykorzystaniu energii słonecznej.

Podobny akcelerator ciężkich jonów jest budowany w Dubnej w Rosji. W tym zderzaczu NICA rosyjscy fizycy zamierzają badać plazmę kwarkowo-gluonową.

Teraz rosyjscy naukowcy prowadzą badania w INP, gdzie jednocześnie znajdują się dwa zderzacze - VEPP-4M i VEPP-2000. Ich budżet to 0,19 mld USD na pierwsze i 0,1 mld USD na drugie. Pierwsze testy w VEPP-4M rozpoczęły się w 1994 roku. Tutaj opracowano technikę pomiaru masy obserwowanych cząstek elementarnych z najwyższą na świecie dokładnością. Ponadto INP jest jedynym instytutem na świecie, który zarabia na podstawowe badania w fizyce na własną rękę... Naukowcy z tego instytutu opracowują i sprzedają sprzęt do akceleratorów innym państwom, które chcą mieć własne obiekty doświadczalne, ale nie mają takich rozwiązań.

W 1999 roku zderzacz Daphne został uruchomiony w laboratorium Frascatti (Włochy), jego koszt wyniósł około 1/5 miliarda dolarów, a maksymalna moc wynosiła 0,51 TeV. Był to jeden z pierwszych akceleratorów wysokoenergetycznych, za pomocą tylko jednego eksperymentu uzyskano na nim ponad sto tysięcy hiperjonów (cząstek atomowych). W tym celu Daphne została nazwana fabryką cząstek lub fabryką F.

Dwa lata przed uruchomieniem LHC, w 2006 roku, Chiny uruchomiły własny zderzacz VERS II o mocy 2,5 TeV. Koszt tej budowy był najniższy w historii i wynosił 0,08 miliarda dolarów. Ale jak na budżet tego rozwijającego się kraju, taka suma była znaczna; rząd chiński przeznaczył te środki, zdając sobie sprawę, że rozwój nowoczesnego przemysłu jest niemożliwy bez rozwoju podstawowych gałęzi nauki. Tym pilniejsze jest inwestowanie w ten obszar fizyki eksperymentalnej w świetle wyczerpania zasoby naturalne oraz rosnące zapotrzebowanie na energię.

Twój komentarz

Wielki Zderzacz Hadronów nazywany jest „maszyną” Dzień Sądu Ostatecznego”, Lub klucz do tajemnicy Wszechświata, ale jego znaczenie nie budzi wątpliwości.

Jak powiedział kiedyś słynny brytyjski myśliciel Bertrand Russell: „jest tym, co znasz, filozofia jest tym, czego nie wiesz”. Wydawałoby się, że to prawda wiedza naukowa dawno oddzielona od swoich początków, co można znaleźć w badaniach filozoficznych Starożytna Grecja, ale tak nie jest.

Przez cały XX wiek naukowcy próbowali znaleźć w nauce odpowiedź na pytanie o strukturę świata. Proces ten przypominał poszukiwanie sensu życia: ogromna różnorodność teorii, założeń, a nawet szalonych pomysłów. Do jakich wniosków doszli naukowcy na początku XXI wieku?

Cały świat składa się z cząstki elementarne, które reprezentują ostateczne formy wszystkiego, co istnieje, czyli tego, czego nie można podzielić na mniejsze elementy. Należą do nich protony, elektrony, neutrony i tak dalej. Cząstki te pozostają ze sobą w ciągłej interakcji. Na początku naszego stulecia wyrażał się w 4 podstawowych typach: grawitacyjnym, elektromagnetycznym, silnym i słabym. Pierwsza jest opisana przez Ogólną Teorię Względności, pozostałe trzy są połączone w Modelu Standardowym (teoria kwantowa). Zasugerowano również, że istnieje inna interakcja, nazwana później polem Higgsa.

Stopniowo pojawia się idea łączenia wszystkich podstawowych interakcji w ramach „ teoria wszystkiego ", który początkowo był postrzegany jako żart, ale szybko stał się potężnym kierunek naukowy... Dlaczego jest to potrzebne? To takie proste! Bez zrozumienia, jak funkcjonuje świat, jesteśmy jak mrówki w sztucznym gnieździe – nie wyjdziemy poza nasze możliwości. Ludzka wiedza nie może (cóż, lub podczas nie może, jeśli jesteś optymistą), ogarnąć strukturę świata jako całości.

Jedną z najsłynniejszych teorii twierdzących, że „obejmują wszystko” jest: teoria strun... Oznacza to, że cały Wszechświat i nasze życie z tobą jest wielowymiarowe. Mimo rozwiniętej części teoretycznej i wsparcia znanych fizyków, takich jak Brian Green i Stephen Hawking, nie ma to potwierdzenia eksperymentalnego.

Kilkadziesiąt lat później naukowcy znudzili się nadawaniem z trybun i postanowili zbudować coś, co raz na zawsze powinno umieścić kropkę nad „i”. W tym celu stworzono największą na świecie instalację eksperymentalną - Wielki Zderzacz Hadronów (LHC).

"Do zderzacza!"

Co to jest zderzacz? Z naukowego punktu widzenia jest to akcelerator cząstek naładowanych, zaprojektowany do przyspieszania cząstek elementarnych w celu lepszego zrozumienia ich interakcji. W kategoriach nienaukowych jest to duża arena (lub piaskownica, jeśli wolisz), na której naukowcy walczą o potwierdzenie swoich teorii.

Po raz pierwszy pomysł na pukanie cząstki elementarne i zobacz, co się stanie, pojawił się w 1956 roku amerykański fizyk Donald William Kerst (Donald William Kerst). Zasugerował, że dzięki temu naukowcy będą mogli zgłębiać tajemnice wszechświata. Wydawałoby się, co jest złego w zderzeniu dwóch wiązek protonów o łącznej energii milion razy większej niż w przypadku syntezy termojądrowej? Czasy były odpowiednie: zimna wojna, wyścig zbrojeń i tak dalej.

Historia powstania LHC

Pomysł stworzenia akceleratora do produkcji i badania naładowanych cząstek pojawił się na początku lat 20., ale pierwsze prototypy powstały dopiero na początku lat 30. XX wieku. Początkowo były to wysokonapięciowe akceleratory liniowe, czyli naładowane cząstki poruszające się po linii prostej. Wersja pierścieniowa została zaprezentowana w USA w 1931 roku, po czym podobne urządzenia zaczęły pojawiać się w wielu rozwiniętych krajach - Wielkiej Brytanii, Szwajcarii i ZSRR. Dostali nazwę cyklotrony, a później zaczął być aktywnie wykorzystywany do tworzenia broni jądrowej.

Należy zauważyć, że koszt budowy akceleratora cząstek jest niewiarygodnie wysoki. Europa, która grała podczas zimna wojna nie pierwszorzędną rolę, powierzono jej tworzenie Europejska Organizacja Badań Jądrowych (w języku rosyjskim często czytany jako CERN), który później zajął się budową LHC.

CERN powstał w wyniku międzynarodowego zaniepokojenia badaniami jądrowymi w Stanach Zjednoczonych i ZSRR, które mogą doprowadzić do całkowitej eksterminacji. Dlatego naukowcy postanowili połączyć wysiłki i skierować je na pokojowy kanał. W 1954 r. CERN oficjalnie narodził się.

W 1983 roku pod auspicjami CERN odkryto bozony W i Z, po czym kwestia odkrycia bozonów Higgsa stała się tylko kwestią czasu. W tym samym roku rozpoczęto prace nad budową Wielkiego Zderzacza Elektron-Pozytron (BEPC), który odegrał główną rolę w badaniach odkrytych bozonów. Jednak już wtedy stało się jasne, że moc stworzonego urządzenia będzie wkrótce niewystarczająca. A w 1984 roku podjęto decyzję o budowie LHC, zaraz po demontażu BEPK. Stało się to w 2000 roku.

Budowę LHC, rozpoczętą w 2001 roku, ułatwiał fakt, że odbywała się ona na terenie dawnego BEPK, w dolinie Jeziora Genewskiego. W związku z kwestiami finansowania (w 1995 r. koszt szacowano na 2,6 mld franków szwajcarskich, do 2001 r. przekraczał 4,6 mld, w 2009 r. 6 mld USD).

W tej chwili LHC znajduje się w tunelu o obwodzie 26,7 km i przechodzi przez terytorium dwóch kraje europejskie- Francja i Szwajcaria. Głębokość tunelu waha się od 50 do 175 metrów. Należy również zauważyć, że energia zderzeń protonów w akceleratorze sięga 14 teraelektronowoltów, czyli 20 razy więcej niż wyniki uzyskane przy użyciu BEPC.

„Ciekawość nie jest występkiem, ale wielką, obrzydliwą rzeczą”.

Tunel zderzacza CERN o długości 27 km znajduje się 100 metrów pod ziemią w pobliżu Genewy. Będą tu ogromne elektromagnesy nadprzewodzące. Samochody transportowe po prawej stronie. Juhanson / wikipedia.org (CC BY-SA 3.0)

Dlaczego potrzebna jest ta stworzona przez człowieka „maszyna zagłady”? Naukowcy spodziewają się zobaczyć świat takim, jakim był bezpośrednio po Wielkim Wybuchu, czyli w czasie formowania się materii.

Cele, które naukowcy postawili sobie podczas budowy LHC:

1. Potwierdzenie lub odrzucenie Modelu Standardowego w celu dalszego tworzenia „teorii wszystkiego”.
2. Dowód na istnienie bozonu Higgsa jako cząstki piątego oddziaływania fundamentalnego. Ona, według badań teoretycznych, powinna wpływać na oddziaływania elektryczne i słabe, łamiąc ich symetrię.
3. Badanie kwarków, które są cząstką fundamentalną, która jest 20 tysięcy razy mniejsza od składających się z nich protonów.
4. Pozyskiwanie i badanie ciemnej materii, która stanowi większość Wszechświata.

Nie są to jedyne cele, jakie naukowcy przypisują LHC, ale reszta jest bardziej związana z pokrewnymi lub czysto teoretycznymi celami.

Co osiągnąłeś?

Niewątpliwie największym i najważniejszym osiągnięciem było oficjalne potwierdzenie istnienia bozon Higgsa... Odkrycie piątego oddziaływania (pola Higgsa), które zdaniem naukowców wpływa na pozyskiwanie masy przez wszystkie cząstki elementarne. Uważa się, że gdy symetria zostaje zerwana, gdy pole Higgsa zostanie przyłożone do innych pól, bozony W i Z stają się masywne. Odkrycie bozonu Higgsa ma tak wielkie znaczenie, że wielu naukowców nazwało je „cząsteczkami boskimi”.

Kwarki łączą się w cząstki (protony, neutrony i inne), które nazywane są hadrony... To one przyspieszają i zderzają się w LHC, stąd jego nazwa. Podczas działania zderzacza udowodniono, że oddzielenie kwarka od hadronu jest po prostu niemożliwe. Jeśli spróbujesz to zrobić, po prostu wyrwiesz np. z protonu, innego rodzaju cząstki elementarnej - mezon... Pomimo tego, że jest to tylko jeden z hadronów i sam w sobie nie niesie ze sobą nic nowego, dalsze badania interakcji kwarków powinny być prowadzone właśnie małymi krokami. W badaniu podstawowych praw funkcjonowania wszechświata pośpiech jest niebezpieczny.

Chociaż same kwarki nie zostały odkryte podczas używania LHC, ich istnienie do pewnego momentu było postrzegane jako matematyczna abstrakcja. Pierwsze takie cząstki znaleziono w 1968 r., ale dopiero w 1995 r. oficjalnie udowodniono istnienie „prawdziwego kwarka”. Wyniki eksperymentów potwierdza umiejętność ich odtwarzania. Dlatego osiągnięcie przez LHC podobnego wyniku jest postrzegane nie jako powtórzenie, ale jako wzmacniający dowód ich istnienia! Chociaż problem z rzeczywistością kwarków nigdzie nie zniknął, bo są po prostu nie można wyróżnić z hadronów.

Jakie są plany?

Główne zadanie stworzenia „teorii wszystkiego” nie zostało rozwiązane, ale studium teoretyczne możliwe opcje trwa jego manifestacja. Do tej pory jeden z problemów zjednoczenia Ogólna teoria teoria względności i Model Standardowy pozostają inny obszar ich działania, a zatem drugi nie uwzględnia specyfiki pierwszego. Dlatego ważne jest, aby wyjść poza Model Standardowy i dotrzeć do krawędzi. Nowa fizyka.

Supersymetria - naukowcy uważają, że łączy bozonowe i fermionowe pola kwantowe do tego stopnia, że ​​mogą się one zamieniać w siebie. Jest to taka konwersja, która wykracza poza zakres Modelu Standardowego, ponieważ istnieje teoria, że ​​symetryczne odwzorowanie pól kwantowych opiera się na grawitony... W związku z tym mogą być elementarną cząstką grawitacji.

Bozon Madala- hipoteza o istnieniu bozonu Madala sugeruje, że istnieje inne pole. Tylko jeśli bozon Higgsa oddziałuje ze znanymi cząstkami i materią, to bozon Madala oddziałuje z Ciemna materia... Pomimo tego, że zajmuje dużą część wszechświata, jego istnienie nie mieści się w zakresie Modelu Standardowego.

Mikroskopijna czarna dziura - jednym z badań LHC jest stworzenie czarnej dziury. Tak, tak, dokładnie ten czarny, pochłaniający wszystko obszar w kosmosie. Na szczęście w tym kierunku nie dokonano żadnych znaczących osiągnięć.

Dziś Wielki Zderzacz Hadronów jest wielofunkcyjnym ośrodkiem badawczym, na podstawie którego powstają i eksperymentalnie potwierdzane są teorie, które pomogą nam lepiej zrozumieć strukturę świata. Często pojawiają się fale krytyki wokół wielu trwających badań, które są określane jako niebezpieczne, w tym od Stephena Hawkinga, ale gra jest zdecydowanie warta świeczki. Nie będziemy mogli pływać po czarnym oceanie zwanym Wszechświatem z kapitanem, który nie ma ani mapy, ani kompasu, ani podstawowej wiedzy o otaczającym nas świecie.

Jeśli znajdziesz błąd, wybierz fragment tekstu i naciśnij Ctrl + Enter.

O tym tajemniczym urządzeniu krąży wiele plotek, wielu twierdzi, że zniszczy ono Ziemię, tworząc sztuczną czarną dziurę i kończąc istnienie ludzkości. W rzeczywistości to urządzenie może doprowadzić ludzkość do całkowitego nowy poziom, dzięki badaniom prowadzonym przez naukowców. W tym wątku próbowałem zebrać wszystkie niezbędne informacje aby dać ci wyobrażenie o tym, czym jest Wielki Zderzacz Hadronów (LHC)

Tak więc ten wątek zebrał wszystko, co musisz wiedzieć o Zderzaczu Hadronów. 30 marca 2010 w CERN (Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych) wystąpił wydarzenie historyczne- po kilku nieudanych próbach i wielu ulepszeniach ukończono tworzenie największej na świecie maszyny do niszczenia atomów. Wstępne testy inicjujące zderzenia protonów ze stosunkowo małą prędkością przeprowadzono w 2009 roku bez większych problemów. Przygotowano grunt pod niezwykły eksperyment, który ma się odbyć wiosną 2010 roku. Podstawowy model eksperymentalny LHC opiera się na zderzeniu dwóch wiązek protonów, które zderzają się z maksymalną prędkością. Ta potężna kolizja niszczy protony, tworząc niezwykłe energie i nowe cząstki elementarne. Te nowe cząsteczki atomowe są niezwykle zmienne i mogą istnieć tylko przez ułamek sekundy. Aparat analityczny będący częścią LHC może rejestrować te zdarzenia i szczegółowo je analizować. W ten sposób naukowcy próbują symulować pojawienie się czarnych dziur.

30 marca 2010 r. dwie wiązki protonów zostały wystrzelone do 27-kilometrowego tunelu LHC w przeciwnych kierunkach. Rozpędzono je do prędkości światła, przy której nastąpiło zderzenie. Zarejestrowano rekordową energię 7 TeV (7 teraelektronowoltów). Wartość tej energii jest rekordowa i ma bardzo ważne wartości. Zapoznajmy się teraz z najważniejszymi elementami składowymi LHC - czujnikami i detektorami, które rejestrują to, co dzieje się w ułamkach, w tych ułamkach sekund, podczas których dochodzi do zderzenia wiązek protonów. Podczas kolizji 30 marca 2010 r. główną rolę odgrywają trzy czujniki — niektóre z najważniejszych części zderzacza, odgrywające kluczową rolę podczas trudnych eksperymentów CERN. Diagram pokazuje lokalizację czterech głównych eksperymentów (ALICE, ATLAS, CMS i LHCb), które są kluczowymi projektami LHC. Na głębokości od 50 do 150 metrów pod ziemią wykopano ogromne jaskinie specjalnie dla gigantycznych detektorów czujników.

Zacznijmy od projektu o nazwie ALICE (skrót od Large Ion Experimental Collider). To jedna z sześciu eksperymentalnych instalacji zbudowanych w LHC. ALICE jest dostrojona do badania zderzeń ciężkich jonów. Gęstość temperatury i energii materii jądrowej powstałej w tym procesie jest wystarczająca do wytworzenia plazmy gluonowej. Na zdjęciu czujka ALICE i wszystkie jej 18 modułów


System wewnętrznyŚledzenie (ITS) w ALICE składa się z sześciu cylindrycznych warstw krzemowych czujników, które otaczają punkt zderzenia i mierzą właściwości oraz precyzyjne pozycje powstających cząstek. W ten sposób cząstki zawierające ciężki kwark można łatwo wykryć.

ATLAS jest również jednym z głównych eksperymentów LHC. Eksperyment prowadzony jest na specjalnym detektorze przeznaczonym do badania zderzeń między protonami. ATLAS ma 44 metry długości, 25 metrów średnicy i waży około 7000 ton. W centrum tunelu zderzają się wiązki protonów, największy i najbardziej złożony czujnik tego typu, jaki kiedykolwiek zbudowano. Czujnik rejestruje wszystko, co dzieje się w trakcie i po zderzeniu protonów. Celem projektu jest wykrycie cząstek wcześniej niezarejestrowanych i nierozpoznanych w naszym wszechświecie.

Otwarcie i potwierdzenie Bozon Higgsa- najważniejszy priorytet Wielkiego Zderzacza Hadronów, ponieważ to odkrycie potwierdzałoby Model Standardowy pochodzenia elementarnych cząstek atomowych i materii standardowej. Podczas uruchamiania zderzacza włączone pełna moc integralność Modelu Standardowego zostanie zniszczona. Cząstki elementarne, których właściwości rozumiemy tylko częściowo, nie będą w stanie zachować swojej integralności strukturalnej. Model Standardowy ma górną granicę energii 1 TeV, przy wzroście, w którym cząstka się rozpada. Przy energii 7 TeV mogą powstać cząstki o masach dziesięciokrotnie większych niż obecnie znane. Co prawda będą bardzo niestabilne, ale ATLAS został zaprojektowany tak, aby wykryć je w tych ułamkach sekundy, zanim „znikną”

To zdjęcie jest uważane za najlepsze ze wszystkich zdjęć LHC:

Kompaktowy solenoid mionowy ( Kompaktowy solenoid mionowy) jest jednym z dwóch ogromnych uniwersalnych detektorów cząstek w LHC. Około 3600 naukowców ze 183 laboratoriów i uniwersytetów w 38 krajach wspiera prace CMS, który zbudował i obsługuje ten detektor. Elektrozawór znajduje się pod ziemią w Cessie we Francji, w pobliżu granicy ze Szwajcarią. Schemat przedstawia urządzenie CMS, o którym będziemy mówić bardziej szczegółowo.

Bardzo wewnętrzna warstwa to tracker na bazie krzemu. Tracker to największy na świecie czujnik krzemowy. Ma 205 m2 krzemowych czujników (około powierzchnia kortu tenisowego) obejmujących 76 milionów kanałów. Tracker umożliwia pomiar śladów naładowanych cząstek w polu elektromagnetycznym

Drugi poziom zawiera Kalorymetr Elektromagnetyczny. Kalorymetr hadronowy, na następnym poziomie, mierzy energię poszczególnych hadronów wyprodukowanych w każdym przypadku

Następna warstwa CMS w LHC to ogromny magnes. Duży magnes elektromagnetyczny ma 13 metrów długości i 6 metrów średnicy. Składa się z chłodzonych cewek wykonanych z niobu i tytanu. Ten ogromny magnes elektromagnetyczny działa z pełną siłą, aby zmaksymalizować żywotność cząstek

Warstwa 5 - detektory mionów i jarzmo powrotne. CMS został zaprojektowany do badania różnych typów fizyki, które można znaleźć w energetycznych zderzeniach LHC. Niektóre z tych badań dotyczą potwierdzania lub ulepszania pomiarów parametrów Modelu Standardowego, podczas gdy wiele innych poszukuje nowej fizyki.

Dostępnych jest bardzo niewiele informacji o eksperymencie z 30 marca 2010 r., ale jeden fakt jest znany na pewno. CERN poinformował, że podczas trzeciej próby wystrzelenia zderzacza zarejestrowano bezprecedensowy wybuch energii, kiedy wiązki protonów przemknęły wokół 27-kilometrowego tunelu, a następnie zderzyły się z prędkością światła. Zarejestrowany rekordowy poziom energii został zapisany jako maksymalny, jaki może dostarczyć w obecnej konfiguracji - około 7 TeV. To właśnie ta ilość energii była charakterystyczna dla pierwszych sekund początku Wielkiego Wybuchu, który dał początek istnieniu naszego wszechświata. Początkowo taki poziom energii nie był oczekiwany, ale wynik przerósł wszelkie oczekiwania.

Diagram pokazuje, w jaki sposób ALICE rejestruje rekordowy skok energii 7 TeV:

Ten eksperyment zostanie powtórzony setki razy w 2010 roku. Aby zrozumieć, jak skomplikowany jest ten proces, możesz narysować analogię do przyspieszania cząstek w zderzaczu. Pod względem złożoności jest to odpowiednik np. strzału igłami z wyspy Nowej Fundlandii z tak idealną dokładnością, że igły te zderzają się gdzieś na Atlantyku, oblatując cały Ziemia... Głównym celem jest wykrycie cząstki elementarnej - bozonu Higgsa, który leży u podstaw Modelu Standardowego budowy Wszechświata

Po pomyślnym wyniku wszystkich tych eksperymentów, świat najcięższych cząstek o energii 400 GeV (tak zwanej ciemnej materii) może wreszcie zostać odkryty i zbadany.

Kilka lat temu nie miałem pojęcia, czym są zderzacze hadronów, bozon Higgsa, i dlaczego tysiące naukowców na całym świecie pracują w ogromnym kampusie fizyki na granicy Szwajcarii i Francji, zakopując miliardy dolarów w ziemi.
Wtedy mi, podobnie jak wielu innym mieszkańcom planety, zaznajomiło się wyrażenie Wielkiego Zderzacza Hadronów, wiedza o zderzających się w nim z prędkością światła cząstkach elementarnych i o jednym z nich. największe odkrycia ostatni raz - Bozon Higgsa.

I tak w połowie czerwca miałam okazję przekonać się na własne oczy, o czym tyle mówią i o czym krąży tyle sprzecznych plotek.
Nie była to tylko krótka wycieczka, ale cały dzień spędzony w największym na świecie laboratorium fizyki jądrowej – Cerne. Tutaj udało nam się porozmawiać z samymi fizykami i zobaczyć wiele ciekawych rzeczy w tym naukowym kampusie, zejść do najświętszej świętości - Wielkiego Zderzacza Hadronów (a w końcu, kiedy jest uruchamiany i przeprowadzane są w nim testy , wszelki dostęp z zewnątrz do niego jest niemożliwy), odwiedź zakład produkcji gigantycznych magnesów do zderzacza, w centrum Atlas, gdzie naukowcy analizują dane uzyskane w zderzaczu, potajemnie odwiedzają najnowszy budowany zderzacz liniowy, a nawet , prawie jak w przygodzie, praktycznie chodzić po ciernistej ścieżce cząstki elementarnej od końca do początku. I zobacz, gdzie to wszystko się zaczyna...
Ale o tym wszystkim w osobnych postach. Dziś tylko Wielki Zderzacz Hadronów.
Jeśli można to nazwać, to tylko mój mózg nie chce zrozumieć, JAK można to najpierw wymyślić, a potem zbudować.

2. Wiele lat temu ten obraz stał się znany na całym świecie. Wielu uważa, że ​​jest to segmentowy Wielki Hadron. W rzeczywistości jest to przekrój jednego z największych detektorów - CMS. Jego średnica wynosi około 15 metrów. To nie jest największy wykrywacz. Średnica Atlasu wynosi około 22 metry.

3. Aby z grubsza zrozumieć, co to jest i jak duży jest zderzacz, spójrzmy na mapę satelitarną.
To przedmieście Genewy, niedaleko Jeziora Genewskiego. To tutaj znajduje się ogromny kampus CERN, o którym opowiem osobno nieco później, a pod ziemią na różnych głębokościach znajduje się kilka zderzaczy. Tak tak. Nie jest sam. Jest ich kilkanaście. Wielki Hadron po prostu wieńczy tę strukturę, mówiąc w przenośni, dopełniając łańcuch zderzaczy, wzdłuż których przyspieszane są cząstki elementarne. Opowiem o tym również osobno, idąc wraz z cząstką z Large (LHC) do pierwszego liniowego Linaka.
Średnica pierścienia LHC wynosi prawie 27 kilometrów i leży na głębokości nieco ponad 100 metrów (największy pierścień na zdjęciu).
LHC ma cztery detektory - Alice, Atlas, LHCb i CMS. Zeszliśmy do detektora CMS.

4. Oprócz tych czterech detektorów, reszta przestrzeni pod ziemią to tunel, w którym znajduje się nieprzerwane jelito tych niebieskich segmentów. Są magnesami. Gigantyczne magnesy, w których powstaje szalone pole magnetyczne, w którym cząstki elementarne poruszają się z prędkością światła.
Łącznie jest ich 1734.

5. Wewnątrz magnesu znajduje się właśnie taka złożona struktura. Tutaj wszystkiego jest dużo, ale najważniejsze są w środku dwie puste rurki, w których lecą wiązki protonów.
W czterech miejscach (w tych samych detektorach) te rurki przecinają się i zderzają się wiązki protonów. W miejscach, w których się zderzają, protony rozpadają się na różne cząstki, co jest rejestrowane przez detektory.
Krótko mówiąc, co to za bzdura i jak to działa.

6. Tak więc 14 czerwca rano, CERN. Dochodzimy do niepozornego ogrodzenia z bramą i małym budynkiem na terenie.
To wejście do jednego z czterech detektorów Wielkiego Zderzacza Hadronów - CMS.
Tutaj chcę się trochę zatrzymać, aby porozmawiać o tym, jak w ogóle udało nam się tu dotrzeć i dzięki komu.
A cała „wina” to Andrei, nasz człowiek pracujący w CERN-ie, dzięki któremu nasza wizyta nie była krótką, nudną wycieczką, ale niesamowicie ciekawą i wypełnioną ogromną ilością informacji.
Andrey (ma na sobie zieloną koszulkę) nigdy nie jest przeciw gościom i zawsze chętnie uczestniczy w wizycie w tej mekce fizyki jądrowej.
Czy wiesz, co jest interesujące? To jest kontrola dostępu w Zderzaczu iw ogóle w CERN-ie.
Tak, wszystko jest na karcie magnetycznej, ale… pracownik ze swoją przepustką ma dostęp do 95% terytorium i obiektów.
I tylko te, gdzie podwyższony poziom zagrożenie promieniowaniem, potrzebny jest specjalny dostęp - znajduje się on w samym zderzaczu.
I tak - pracownicy poruszają się po terenie bez żadnych problemów.
Chwileczkę - zainwestowano tu miliardy dolarów i mnóstwo najbardziej niesamowitego sprzętu.
I właśnie tam pamiętam kilka porzuconych obiektów na Krymie, gdzie wszystko było od dawna wycinane, ale mimo to wszystko jest mega-tajne, w żadnym wypadku nie można strzelać, a obiekt jest strategiczny.
Tyle, że tutaj ludzie myślą adekwatnie głową.

7. Tak wygląda terytorium CMS. Brak popisów na zewnątrz i supersamochody na parkingu. Ale mogą sobie na to pozwolić. Po prostu nie ma takiej potrzeby.

8. CERN jako wiodący świat Centrum naukowe w dziedzinie fizyki posługuje się kilkoma różnymi kierunkami w zakresie PR. Jednym z nich jest tzw. „Drzewo”.
W jego ramach szkolni nauczyciele fizyki z różne kraje i miasta. Są tu pokazane i opowiedziane. Następnie nauczyciele wracają do swoich szkół i opowiadają uczniom o tym, co widzieli. Pewna liczba uczniów, zainspirowanych historią, zaczyna od wielkie zainteresowanie studiować fizykę, potem iść na uniwersytety na specjalności fizyczne, a w przyszłości być może nawet do pracy tutaj.
Ale gdy dzieci są jeszcze w szkole, mają również okazję odwiedzić CERN i oczywiście zejść do Wielkiego Zderzacza Hadronów.
Kilka razy w miesiącu specjalne „dni Otwórz drzwi„Dla uzdolnionych dzieci z różnych krajów, zakochanych w fizyce.
Są wybierani przez samych nauczycieli, którzy stanowili podstawę tego drzewa i składają propozycje do biura CERN w Szwajcarii.
Tak się złożyło, że w dniu, w którym przyjechaliśmy zobaczyć Wielki Zderzacz Hadronów, przyjechała tu jedna z tych grup z Ukrainy - dzieci, uczniowie Małej Akademii Nauk, które przeszły trudny konkurs. Razem z nimi zeszliśmy na głębokość 100 metrów, do samego serca Zderzacza.

9. Chwała z naszymi odznakami.
Niezbędnymi elementami pracujących tu fizyków są kask z latarką i buty z metalową płytką na czubku (aby ratować palce podczas spadania ładunku)

10. Dzieci uzdolnione, pasjonujące się fizyką. Za kilka minut ich miejsce się spełni - zejdą do Wielkiego Zderzacza Hadronów

11. Pracownicy grają w domino przed następną zmianą pod ziemią

12. Centrum kontroli i zarządzania CMS. Tutaj gromadzone są dane pierwotne z głównych czujników, które charakteryzują funkcjonowanie systemu.
Podczas pracy zderzacza pracuje tu przez całą dobę zespół 8 osób.

13. Muszę powiedzieć, że w obecnie Wielki Hadronny został wyłączony na dwa lata w celu realizacji programu naprawy i modernizacji zderzacza.
Faktem jest, że 4 lata temu zdarzył się na nim wypadek, po którym zderzacz nie działał na pełnych obrotach (o wypadku opowiem w następnym poście).
Po modernizacji, która zakończy się w 2014 roku, powinna pracować z jeszcze większą wydajnością.
Gdyby zderzacz teraz działał, na pewno nie bylibyśmy w stanie go odwiedzić.

14. Na specjalnym wyciągu technicznym schodzimy na głębokość ponad 100 metrów, gdzie znajduje się Zderzacz.
Winda jest jedynym sposobem na uratowanie personelu w przypadku nagły wypadek odkąd nie ma schodów. Oznacza to, że jest to najbezpieczniejsze miejsce w CMS.
Zgodnie z instrukcją, w przypadku alarmu, cały personel musi natychmiast udać się do windy.
Powstaje tu nadciśnienie, aby w przypadku dymu dym nie dostał się do środka, a ludzie nie zostali zatruci.

15. Borys martwi się, że nie będzie dymu

16. Na głębokości. Wszystko tutaj jest przesiąknięte komunikacją

17. Niekończące się kilometry przewodów i kabli do transmisji danych

18. Tu jest dużo fajek. Tak zwana kriogenika. Faktem jest, że hel służy do chłodzenia magnesów. Wymagane jest również chłodzenie innych systemów, a także hydrauliki.

19. W pomieszczeniach przetwarzania danych znajdujących się w detektorze znajduje się ogromna liczba serwerów.
Są one połączone w tak zwane wyzwalacze niesamowitej wydajności.
Na przykład pierwszy wyzwalacz w ciągu 3 milisekund z 40 000 000 zdarzeń powinien wybrać około 400 i przesłać je do drugiego wyzwalacza - najwyższego poziomu.

20. Światłowodowe szaleństwo.
Pomieszczenia komputerowe znajdują się nad detektorem, ponieważ występuje bardzo małe pole magnetyczne, które nie zakłóca działania elektroniki.
W samym detektorze zbieranie danych nie byłoby możliwe.

21. Globalny wyzwalacz. Składa się z 200 komputerów

22. Jakie jest Apple? Dell !!!

23. Szafy serwerowe są bezpiecznie zamknięte

24. Zabawny rysunek na jednym z miejsc pracy operatora.

25. Pod koniec 2012 roku w Wielkim Zderzaczu Hadronów w wyniku eksperymentu odkryto bozon Higgsa, co zostało szeroko odnotowane przez pracowników CERN.
Butelki szampana po uroczystości nie były celowo wyrzucane, biorąc pod uwagę, że to dopiero początek wielkich rzeczy.

26. W drodze do samego detektora wszędzie znajdują się znaki ostrzegające o zagrożeniu radiacyjnym

26. Wszyscy pracownicy Collider posiadają osobiste dozymetry, które muszą przynieść do czytnika i ustalić ich lokalizację.
Dozymetr akumuluje poziom promieniowania i w przypadku zbliżenia się do dawki granicznej informuje pracownika, a także przesyła dane online na stanowisko kontrolne, ostrzegając, że w pobliżu zderzacza znajduje się osoba zagrożona

27. Przed czujką znajduje się system dostępu najwyższego poziomu.
Możesz się zalogować, dołączając imienną kartę, dozymetr i po wykonaniu skanu siatkówki

28. Co robię?

29. I oto jest - detektor. Małe żądło w środku to coś w rodzaju uchwytu wiertarskiego, w którym znajdują się te ogromne magnesy, które teraz wydają się bardzo małe. Obecnie nie ma magnesów, ponieważ w trakcie modernizacji

30. W stanie roboczym czujka jest podłączona i wygląda jak jedna całość

31. Waga detektora to 15 tysięcy ton. Powstaje tu niesamowite pole magnetyczne.

32. Porównaj wymiary detektora z osobami i technikami pracującymi poniżej

33. Kabel koloru niebieskiego- moc, czerwony - dane

34. Interesujące jest to, że podczas pracy Wielki Hadronny zużywa 180 megawatów energii elektrycznej na godzinę.

35. Rutynowe prace konserwacyjne czujnika

36. Liczne czujniki

37. A zasilanie do nich… światłowód wraca z powrotem

38. Wygląd niesamowicie inteligentnej osoby.

39. Półtorej godziny pod ziemią leci jak pięć minut ... Wspiąwszy się z powrotem na śmiertelną ziemię, mimowolnie się zastanawiasz ... JAK to zrobić.
I DLACZEGO oni to robią….