Dünyanın en büyük çarpıştırıcısı. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC veya LHC)

Rusya Bilimler Akademisi Fizik Enstitüsü'nün yüksek enerji fiziği sektörünün başkanı diyor. P. N. Lebedeva, Fizik ve Matematik Bilimleri Doktoru, Profesör Igor Dremin:

İlk olarak, okuyucuları hemen temin etmek istiyorum: Gelecekteki bir deneyden korkmanıza gerek yok.

Her yıl iki kez gelecekteki testler sitesine seyahat ediyorum, ancak bir araştırma geliştiricisi olarak değil, bir teorisyen olarak. Çarpıştırıcı inşa etmek hem mühendislik hem de bilimsel bir problemdir. Deneyciler, gelen bilgileri işleyecek, biriktirecek ve tablolar, grafikler vb. şeklinde gösterecek olan çalışmaya hazırlanıyor. Benim rolüm teorisyenlik - teorinin yardımıyla bu deneysel verileri anlamak, yorumlamak ve ayrıca yenilerini önermek. fiziksel yöntemler Araştırma.

- Deneyin etrafındaki hype nedeniyle "Büyük Hadron Çarpıştırıcısı" ifadesi sadece tembeller tarafından ezberlenmedi. Ancak, çok az insan gerçekte ne olduğunu anlıyor.

Bu tüneldeki hızlandırıcı. Tünelin uzunluğu 27 km, yani Moskova metrosunun (19.4 km) çevre hattından daha uzun. Bu benzersiz bir mühendislik yapısıdır: tünelde kullanılan kabloların uzunluğu, onları Dünya'dan Güneş'e birkaç düzine kez germek için yeterlidir. Yapı, 15 ila 120 metre derinlikte yer almaktadır. O çok güçlü manyetik alanlar: parçacıkları hızlandıran çok sayıda süper iletken mıknatıs. Aşırı koşullar altında çalışırlar - tüneldeki sıcaklık mutlak sıfıra yakındır: 1.8 derece Kelvin (-271.2 santigrat derece).

- Tünel nerede?

Çarpıştırıcı CERN'de bulunuyor, burası Cenevre'deki Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi. Bu hızlandırıcı, bir kısmı Fransa'da bulunacak şekilde yerleştirilmiştir, halkasının bir kısmı İsviçre topraklarından geçmektedir. Işının her zaman vizesiz sınırları aşacağını söyleyebiliriz. Birçok kez. (Gülüyor)

- Çarpıştırıcının çalışma prensibi nedir?

- Büyük Hadron Çarpıştırıcısı, dünyada yaratılanların en güçlüsü olan yüklü parçacıkların hızlandırıcısıdır. Çalışma prensibi şu şekildedir: çarpışan proton veya çekirdek ışınları birbiriyle çarpışır ve çarpışma enerjisi, hızlandırıcılarda elde edilenlerin en yükseğidir. Bu enerji elektron volt olarak hesaplanır ve 14 trilyon elektron volttur.

Aslında, bu enerji o kadar büyük değil. Daha iyi bilinen kalorilere çevirirseniz, bu kalorinin milyonda birinin yalnızca yarısıdır. Evden bir örnek verirsek, o zaman aslında bu enerji iki sivrisinek çarpıştığında salınan enerjiye eşittir, yani yetersiz bir enerjidir, ancak çok küçük bir hacimde - bir protonun hacmi içinde - salındığı için veya temel bir parçacığın hacminin içinde - o zaman bu enerjinin yoğunluğu yüksektir.

İki proton veya iki çekirdek, örneğin iki kurşun atom çekirdeği çarpıştığında, enerji yeni doğmuş parçacıklar şeklinde salınır. Birkaç bin hatta on binlerce yeni doğmuş parçacık olabilir.

- Bize deneyin ana amaçlarından bahsedin.

Deneyin ana görevi, uzayın yapısını küçük mesafelerde ve kısa sürelerde anlamaktır. Bu halka tünelde, bu parçacık ışınlarını inceleyecek dört büyük dedektör var.

Bu dedektörlerin boyutu, dedektörün yüksekliğinin yaklaşık sekiz katlı bir bina olduğu söylenerek tahmin edilebilir. Uzunluğu da harika. Bilim adamları hadronların, nükleonların, protonların ve çekirdeklerin etkileşimi ile ilgili çeşitli konularla ilgilenecekler.

Tüm deney, maddenin yapısının veya protonların yapısının, çekirdeğin yapısının ne olduğunu anlamaya yöneliktir, ancak çok küçük bir ölçekte - 10-12 santimetrelik mesafelerde, protonun bileşenleri, kuarklar ve gluonlar zaten bir rol oynamaktadır. Böylece mekanımızın yapısı hakkında bilgi edinmeyi planlıyoruz.

Yeni boyutlar

Örneğin, uzayımızın ek bir boyutu olabileceği varsayılmaktadır. Artık dört boyut biliniyor - üç boyutlu uzay artı zaman. Ama çok küçük olan beşinci ve altıncı bir boyut olabilir. sıradan hayat fark etmiyoruz. Deney sırasında, ekstra boyutların varlığının kanıtını elde etmeyi umuyoruz.

Hicks bozonu

Çoğu faiz sor fiziksel bir bakış açısından, Hicks bozonunu tanımlama meselesidir. Hicks bozonu, henüz gözlemlenmemiş varsayımsal bir parçacıktır. Teoride, diğer tüm parçacıklarda kütlelerin ortaya çıkmasından sorumludur. Böyle bir bozon bulunursa, parçacıklardaki kütlenin kökeninin doğasını anlayacağız, elektronun neden bu kadar hafif, protonun 2000 kat daha ağır olduğunu ve buna bağlı olarak atomların nasıl oluştuğunu anlayacağız. Bu, kuvvetin doğası, etkileşimlerin doğası hakkında temel bir sorudur.

Kara delikler

Tartışmanın en hararetli konusu, karadeliklerin doğuş olasılığı sorusudur. Kara delik- bu, güçlü bir yerçekimi alanı her şeyi çektiğinde ve hiçbir şeyin dışarı çıkmasına izin vermediğinde böyle bir oluşumdur. Neden şimdi Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda doğabilecek kara deliklerin güvenli olduğu iddia ediliyor? Şimdi hadron çarpıştırıcısında alacağımız enerjiyi bile aşan kozmik ışınların etkisiyle bir benzetme yapalım. Bu kozmik ışınlar 5 milyar yıldır Dünya'nın üzerine düşüyor. Ve beyaz cüceler veya nötron yıldızları gibi, çok daha büyük ve Dünya'dan daha önce oluşan diğer nesnelerde, çok daha uzun süre düşerler - ve özel bir süreç gerçekleşmez. Ek olarak, çarpıştırıcıda yine de kara delikler oluşursa (bunun olası olmadığını vurguluyorum), göz ardı edilebilecek kadar kısa bir sürede bozunacaklar: 10 -100 saniye. Size hatırlatmama izin verin, Kolmogorov böyle bir sayı olmadığını söyledi - "10 -100", ancak sadece sıfır var.

Ek olarak, Hawking radyasyonu olarak adlandırılan kuantum mekanik radyasyon, kara deliklerden kaynaklanabilir ve ortaya çıkmalıdır. Bu da onların dağılmasına neden olacaktır. Genel olarak, herhangi bir kararlı karadeliğin oluşumu pratik olarak imkansız olacaktır ve herhangi bir tehlike arz etmezler.

Bilinmeyen

Bu kara deliklerin yanı sıra henüz keşfedilmemiş başka nesnelerin de doğma olasılığı tartışılıyor. Doğal olarak, hadron çarpıştırıcısındaki araştırmalar, yalnızca henüz tahmin edilen veya teorik olarak açık olan bir şeyi bulmakla bağlantılı olarak gerçekleştirilmeyecek: bilim adamları, bu konuda tamamen beklenmedik bazı keşifler olacağını umuyorlar. yeni alan enerji.

- Çarpıştırıcının fırlatılması hangi tarihte planlanıyor?

Çarpıştırıcı Mayıs-Temmuz aylarında test edilecekti, ancak şu ana kadar fırlatma, görünüşe göre Eylül ayına ertelendi. Bunun nedeni yapının temel olması, yeni teknik çözümler ve elbette, böyle bir hızlandırıcı yaratmanın birçok zorluğu var, çünkü dünyada henüz böyle bir şey yapılmadı.

- Bilim adamlarımız deneye katılıyor mu?

On yıldan fazla süren inşaatta tüm ülkelerin emekleri bir araya geldi. Detektörlerin yaratılmasına ve bu dedektörlerin formülasyonuna çok çaba sarf eden Rus bilim adamlarımız da dahil olmak üzere proje doğrudan dahil edildi. fiziksel problemler hadron çarpışmalarının incelenmesinde ele alınması gereken . Şimdi dedektörler yere indirildi, monte edildi ve yakın gelecekte test edilecek. Elbette onları toplayanlar, eserlerinin takipçisi olacaktır.

Ayrıca artık daha çok gündemde önemli soru: bu, fiziksel araştırma ve deneysel sonuçların işlenmesidir. Tamamen teknik problemlerden bu deneylerin fiziksel sonuçlarına doğru bir vurgu kayması var.

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı hızlandırıcılarının güvenliği hakkında birçok tartışma yapıldı. Birçok sakin panikledi, hızlandırıcının piyasaya sürülmesiyle dünyanın sonunun geleceğini söylüyorlar. Buna nasıl yorum yapabilirsiniz?

2003 yılında kurulan Avrupa Nükleer Araştırma Örgütü'nün (CERN) özel bir komisyonu, kurulumun tamamen güvenli olduğuna dair bir rapor yazdı. Ancak yeni ortaya çıkan söylentiler ve bu çarpıştırıcıda kara deliklerin olası doğumuyla ilgili yutturmaca ile bağlantılı olarak, güvenlik sorunu yeniden gözden geçirildi. Komisyonun bulguları doğrulandı ve güçlendirildi.

not

Moskova bölgesinde, blogcular gizemli bir bina keşfettiler. Bağımsız uzmanlar, bunun Büyük Hadron Çarpıştırıcısının yaratılması için CERN'e cevabımız olduğunu iddia ediyor. Fotoğrafı dünyayı dolaştı...

İsviçre'de faaliyet gösteren Büyük Hadron Çarpıştırıcısı dünyanın en ünlü hızlandırıcısıdır. Bu, dünya topluluğu ve gazeteciler tarafından bu tehlike etrafında yükselen yutturmaca tarafından kolaylaştırıldı. bilimsel proje. Birçoğu bunun dünyadaki tek çarpıştırıcı olduğuna inanıyor, ancak bu durumdan çok uzak. ABD'de kapatılan Tevatron'a ek olarak, şu anda dünyada çalışan beş çarpıştırıcı var.

Amerika'da 2000 yılında faaliyete geçen RKTI (Relativistic Heavy Ion Collider) hızlandırıcı Brookhaven Laboratuvarı'nda çalışmaktadır. Devreye alınması için 2 milyar dolarlık bir yatırım gerekiyordu. Tamamen teorik deneylere ek olarak, RKTI'de (RHIC) çalışan fizikçiler oldukça pratik projeler geliştiriyorlar. Onların arasında:

• kanseri teşhis etmek ve tedavi etmek için bir cihaz (yönlendirilmiş hızlandırılmış protonlar kullanılır);
• moleküler düzeyde filtreler oluşturmak için ağır iyon ışınlarının kullanılması;
• güneş enerjisinin kullanımı için yeni umutlar açan enerji depolama için her zamankinden daha verimli cihazların geliştirilmesi.

Benzeri bir ağır iyon hızlandırıcı, Rusya'nın Dubna kentinde inşa ediliyor. Bu NICA çarpıştırıcısında, Rus fizikçiler kuark-gluon plazmasını incelemeyi planlıyorlar.

Şimdi Rus bilim adamları, iki çarpıştırıcının aynı anda bulunduğu INP'de araştırma yürütüyor - VEPP-4M ve VEPP-2000. Bütçeleri birincisi için 0,19 milyar dolar ve ikincisi için 0,1 dolar. VEPP-4M üzerindeki ilk testler 1994 yılında başladı. Burada, dünyadaki en yüksek doğrulukla gözlemlenen temel parçacıkların kütlesini ölçmek için bir teknik geliştirilmiştir. Ayrıca, INP dünyada para kazanan tek enstitüdür. temel araştırma fizikte kendi başına. Bu enstitünün bilim adamları, kendi deney tesislerine sahip olmak isteyen ancak bu tür gelişmelere sahip olmayan diğer devletlere hızlandırıcılar için ekipman geliştiriyor ve satıyor.

1999 yılında Daphne çarpıştırıcısı Frascati laboratuvarında (İtalya) piyasaya sürüldü, maliyeti yaklaşık 1/5 milyar dolardı ve maksimum güç 0,51 TeV idi. İlk yüksek enerjili hızlandırıcılardan biriydi, sadece bir deney yardımıyla üzerinde yüz binden fazla hiperion (atomik parçacık) elde edildi. Bunun için Daphne, parçacık fabrikası veya f-fabrika olarak adlandırıldı.

LHC'nin piyasaya sürülmesinden iki yıl önce, 2006'da Çin, 2.5 TeV gücünde kendi çarpıştırıcısı PERS II'yi piyasaya sürdü. Bu inşaatın maliyeti rekor düzeyde düşüktü ve 0,08 milyar dolar olarak gerçekleşti. Ancak bu gelişmekte olan ülkenin bütçesi için böyle bir miktar az bir miktar değildi; Çin hükümeti, temel bilim dalları gelişmeden modern sanayinin gelişmesinin imkansız olduğunu fark ederek bu fonları tahsis etti. Tükenme ışığında bu deneysel fizik alanına yatırım yapmak çok daha acil. doğal Kaynaklar ve artan enerji talebi.

senin yorumun

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı "makine" olarak adlandırılır. kiyamet gunu”ya da evrenin gizeminin anahtarı, ancak önemi şüphe götürmez.

Ünlü İngiliz düşünür Bertrand Russell'ın bir keresinde dediği gibi: "- bildiğin şey bu, felsefe bilmediğin şey." Bu doğru gibi görünüyor bilimsel bilgi felsefi araştırmalarda bulunabilen kökenlerinden uzun zaman önce ayrılmış Antik Yunan, ama öyle değil.

Yirminci yüzyıl boyunca bilim adamları, dünyanın yapısı sorusunun cevabını bilimde bulmaya çalıştılar. Bu süreç hayatın anlamını aramaya benziyordu: çok sayıda teori, varsayım ve hatta çılgın fikirler. Bilim adamları 21. yüzyılın başında hangi sonuçlara vardılar?

Bütün dünya oluşur temel parçacıklar var olan her şeyin son biçimleri olan, yani daha küçük öğelere bölünemeyen. Bunlara protonlar, elektronlar, nötronlar vb. dahildir. Bu parçacıklar birbirleriyle sürekli etkileşim halindedir. Yüzyılımızın başında 4 temel tipte ifade edildi: yerçekimi, elektromanyetik, güçlü ve zayıf. İlki Genel Görelilik Teorisi ile açıklanır, diğer üçü Standart Model (kuantum teorisi) çerçevesinde birleştirilir. Daha sonra "Higgs alanı" olarak adlandırılan başka bir etkileşimin olduğu da öne sürüldü.

Yavaş yavaş, tüm temel etkileşimleri "çerçevesinde birleştirme fikri" her şeyin teorisi" Başlangıçta bir şaka olarak algılanan, ancak kısa sürede güçlü bir hale geldi. bilimsel yön. Bu neden gerekli? Her şey basit! Dünyanın nasıl işlediğini anlamadan yapay bir yuvadaki karıncalar gibiyiz - sınırlarımızı aşamayız. İnsan bilgisi olamaz (iyi ya da kadar eğer iyimserseniz) dünyanın yapısını bütünüyle kapsayamaz.

"Her şeyi kucakladığını" iddia eden en ünlü teorilerden biri olarak kabul edilir. sicim teorisi. Tüm Evrenin ve yaşamlarımızın çok boyutlu olduğunu ima eder. Geliştirilmiş teorik kısma ve Brian Greene ve Stephen Hawking gibi ünlü fizikçilerin desteğine rağmen, deneysel bir doğrulaması yoktur.

Bilim adamları, onlarca yıl sonra, tribünlerden yayın yapmaktan bıktı ve bir kez ve her şey için i'leri işaretlemesi gereken bir şey inşa etmeye karar verdi. Bunun için dünyanın en büyük deney tesisi kuruldu - Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC).

"Çarpıştırıcıya!"

çarpıştırıcı nedir? Bilimsel terimlerle, bu, etkileşimlerini daha iyi anlamak için temel parçacıkları hızlandırmak için tasarlanmış yüklü bir parçacık hızlandırıcıdır. Meslekten olmayanların terimleriyle, bilim adamlarının teorilerini kanıtlamak için savaştığı büyük bir arena (ya da isterseniz sanal alan).

İlk kez itme fikri temel parçacıklar ve ne olduğunu görün, 1956'da Amerikalı fizikçi Donald William Kerst'te (Donald William Kerst) ortaya çıktı. Bu sayede bilim adamlarının evrenin sırlarına nüfuz edebileceklerini öne sürdü. İki proton demetini, termonükleer füzyondan bir milyon kat daha fazla toplam enerjiyle birlikte itmenin yanlış olan ne gibi görünüyor? Zaman uygundu: soğuk savaş, silahlanma yarışı ve tüm bunlar.

LHC'nin yaratılış tarihi

Yüklü parçacıkları elde etmek ve incelemek için bir hızlandırıcı oluşturma fikri 1920'lerin başında ortaya çıktı, ancak ilk prototipler yalnızca 1930'ların başında oluşturuldu. Başlangıçta, yüksek voltajlı lineer hızlandırıcılardı, yani düz bir çizgide hareket eden yüklü parçacıklar. Halka versiyonu 1931'de ABD'de tanıtıldı, ardından benzer cihazlar bir dizi gelişmiş ülkede - Büyük Britanya, İsviçre ve SSCB - görünmeye başladı. adını aldılar siklotronlar ve daha sonra nükleer silahlar oluşturmak için aktif olarak kullanılmaya başlandı.

Bir parçacık hızlandırıcı inşa etmenin maliyetinin inanılmaz derecede yüksek olduğuna dikkat edilmelidir. sırasında oynayan Avrupa soğuk Savaş birincil rol değil, yaratılışına emanet Avrupa Nükleer Araştırma Örgütü (genellikle CERN'i Rusça olarak okuyun), daha sonra LHC'nin yapımını üstlendi.

CERN, dünya toplumunun ABD ve SSCB'de genel imhaya yol açabilecek nükleer araştırmalar konusundaki endişelerinin ardından kuruldu. Bu nedenle, bilim adamları güçlerini birleştirmeye ve onları barışçıl bir yöne yönlendirmeye karar verdiler. 1954'te CERN resmi doğumunu aldı.

1983'te CERN'in himayesinde W ve Z bozonları keşfedildi, bundan sonra Higgs bozonlarının keşfi sorunu sadece bir zaman meselesi haline geldi. Aynı yıl, keşfedilen bozonların incelenmesinde çok önemli bir rol oynayan Büyük Elektron-Pozitron Çarpıştırıcısı'nın (LEPC) yapımına yönelik çalışmalar başladı. Ancak, o zaman bile, oluşturulan cihazın kapasitesinin yakında yetersiz olacağı anlaşıldı. Ve 1984'te BEPC'nin sökülmesinden hemen sonra LHC'nin inşa edilmesine karar verildi. 2000 yılında da böyle oldu.

2001 yılında başlayan LHC'nin inşaatı, Cenevre Gölü vadisindeki eski BEPK sahasında gerçekleşmesiyle kolaylaştırıldı. Finansman sorunlarıyla bağlantılı olarak (1995'te maliyet 2,6 milyar İsviçre Frangı olarak tahmin edildi, 2001'de 4,6 milyarı aştı, 2009'da 6 milyar dolara ulaştı).

Şu anda, LHC 26.7 km'lik bir çevrede bir tünelde bulunuyor ve iki bölgeden geçiyor. Avrupa ülkeleri- Fransa ve İsviçre. Tünelin derinliği 50 ila 175 metre arasında değişmektedir. Ayrıca hızlandırıcıdaki protonların çarpışma enerjisinin, BEPC kullanılarak elde edilen sonuçlardan 20 kat daha yüksek olan 14 teraelektronvolta ulaştığı da belirtilmelidir.

"Merak bir kusur değil, büyük bir iğrençliktir"

CERN çarpıştırıcısının 27 km'lik tüneli, Cenevre yakınlarında yerin 100 metre altında bulunuyor. Dev süper iletken elektromıknatıslar burada bulunacak. Sağda taşıma vagonları var. Juhanson/wikipedia.org (CC BY-SA 3. 0)

Bu insan yapımı “kıyamet makinesine” neden ihtiyaç var? Bilim adamları dünyayı Big Bang'den hemen sonra, yani maddenin oluşumu sırasında olduğu gibi görmeyi umuyorlar.

Hedefler, bilim adamlarının LHC'nin inşası sırasında kendilerini belirledikleri:

1. Daha fazla "her şeyin teorisi" yaratmak için Standart Modelin onaylanması veya reddedilmesi.
2. Beşinci temel etkileşimin bir parçacığı olarak Higgs bozonunun varlığının kanıtı. Teorik araştırmaya göre, elektriksel ve zayıf etkileşimleri etkileyerek simetrilerini kırmalıdır.
3. Temel parçacık olan ve onlardan oluşan protonlardan 20 bin kat daha küçük olan kuarkların incelenmesi.
4. Evrenin çoğunu oluşturan karanlık maddeyi elde etmek ve incelemek.

Bunlar, bilim adamları tarafından LHC'ye atanan tek hedef olmaktan uzaktır, ancak geri kalanı daha ilgili veya tamamen teoriktir.

Ne elde edildi?

Kuşkusuz, en büyük ve en önemli başarı, varlığın resmi olarak doğrulanmasıydı. Higgs bozonu. Bilim adamlarına göre, tüm temel parçacıklar tarafından kütle kazanımını etkileyen beşinci etkileşimin (Higgs alanı) keşfi. Higgs alanının diğer alanlardaki hareketi sırasında simetri bozulduğunda, W ve Z bozonlarının kütleli hale geldiğine inanılmaktadır. Higgs bozonunun keşfi, önemi bakımından o kadar önemlidir ki, birçok bilim adamı onlara "ilahi parçacıklar" adını vermiştir.

Kuarklar, parçacıklar olarak adlandırılan parçacıklar (protonlar, nötronlar ve diğerleri) halinde birleşir. hadronlar. LHC'de hızlanan ve çarpışan onlardır, dolayısıyla adı. Çarpıştırıcının çalışması sırasında, bir kuarkı bir hadrondan ayırmanın imkansız olduğu kanıtlandı. Bunu yapmaya çalışırsanız, örneğin bir protondan başka bir tür temel parçacık çıkaracaksınız - meson. Bunun hadronlardan sadece biri olmasına ve kendi içinde yeni bir şey taşımamasına rağmen, kuarkların etkileşimi üzerine daha fazla çalışma tam olarak küçük adımlarla yapılmalıdır. Evrenin işleyişinin temel yasalarını araştırırken acele etmek tehlikelidir.

Kuarkların kendileri LHC'yi kullanma sürecinde keşfedilmemiş olsa da, varlıkları belirli bir noktaya kadar matematiksel bir soyutlama olarak algılandı. Bu tür ilk parçacıklar 1968'de bulundu, ancak 1995'e kadar “gerçek bir kuark”ın varlığı resmen kanıtlanamadı. Deneylerin sonuçları, onları yeniden üretme olasılığı ile doğrulanır. Bu nedenle, LHC tarafından benzer bir sonucun elde edilmesi, bir tekrar olarak değil, varlıklarının sağlamlaştırıcı bir kanıtı olarak algılanmaktadır! Kuarkların gerçekliği ile ilgili problem hiçbir yerde ortadan kalkmamış olsa da, onlar basitçe ayırt edilemez hadronlardan.

Planlar neler?

Bir "her şeyin teorisi" yaratmanın ana görevi çözülmedi, teorik çalışma seçenekler tezahürleri sürüyor. Şimdiye kadar, birleşme sorunlarından biri genel teori görelilik ve Standart Model kalır farklı alan ikincisinin birincinin özelliklerini dikkate almadığı eylemleri. Bu nedenle, Standart Modelin ötesine geçmek ve sınıra ulaşmak önemlidir. yeni fizik.

süpersimetri - bilim adamları, bozonik ve fermiyonik kuantum alanlarını birbirine o kadar çok bağladığına inanıyorlar ki, birbirlerine dönüşebilirler. Kuantum alanlarının simetrik haritalamasının temel aldığı bir teori olduğundan, Standart Modelin kapsamını aşan bu tür bir dönüşümdür. gravitonlar. Sırasıyla, yerçekiminin temel bir parçacığı olabilirler.

bozon madala- Madala bozonunun varlığına dair hipotez, başka bir alan olduğunu öne sürüyor. Sadece Higgs bozonu bilinen parçacıklar ve madde ile etkileşime girerse, o zaman Madala bozonu ile etkileşime girer. karanlık madde. Evrenin büyük bir bölümünü işgal etmesine rağmen, varlığı Standart Model çerçevesine dahil edilmemiştir.

mikroskobik kara delik LHC'nin araştırmalarından biri bir kara delik yaratmaktır. Evet, evet, uzayda tam olarak o siyah, her şeyi tüketen alan. Neyse ki, bu yönde önemli bir ilerleme kaydedilmedi.

Bugün, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı, dünyanın yapısını daha iyi anlamamıza yardımcı olacak teorilerin oluşturulduğu ve deneysel olarak doğrulandığı çok amaçlı bir araştırma merkezidir. Eleştiri dalgaları, Stephen Hawking de dahil olmak üzere, devam eden ve tehlikeli olarak nitelendirilen bir dizi çalışma etrafında yükselir, ancak oyun kesinlikle muma değer. Haritaları, pusulaları, çevremizdeki dünya hakkında temel bilgileri olmayan bir kaptanla Evren denilen kara okyanusta yelken açamayacağız.

Bir hata bulursanız, lütfen bir metin parçasını vurgulayın ve tıklayın. Ctrl+Enter.

Bu gizemli cihaz hakkında pek çok söylenti var, birçoğu Dünya'yı yok edeceğini, yapay bir kara delik yaratacağını ve insanlığın varlığına son vereceğini iddia ediyor. Gerçekte, bu cihaz insanlığı tamamen yeni seviye bilim adamları tarafından yapılan araştırmalar sayesinde. Bu başlıkta hepsini toplamaya çalıştım. gerekli bilgi Size Büyük Hadron Çarpıştırıcısının (LHC) ne olduğu hakkında bir izlenim vermek için

Bu konu, Hadron Çarpıştırıcısı hakkında bilmeniz gereken her şeyi içermektedir. 30 Mart 2010, CERN'de (Avrupa Nükleer Araştırma Örgütü) tarihi olay- birkaç başarısız denemeden ve birçok yükseltmeden sonra, atomları yok etmek için dünyanın en büyük makinesinin yaratılması sona erdi. Nispeten düşük hızda proton çarpışmalarını başlatan ön testler 2009 yılında gerçekleştirildi ve önemli bir sorun yaşanmadı. 2010 baharında gerçekleştirilecek olağanüstü bir deney için zemin hazırlandı. LHC'nin ana deneysel modeli, maksimum hızda çarpışan iki proton ışınının çarpışmasına dayanıyor. Bu güçlü çarpışma, protonları yok ederek olağanüstü enerjiler ve yeni temel parçacıklar yaratır. Bu yeni atomik parçacıklar son derece kararsızdır ve sadece bir saniyenin çok küçük bir kısmı için var olabilirler. LHC'nin bir parçası olan analitik aparat, bu olayları kaydedebilir ve detaylı olarak analiz edebilir. Böylece bilim adamları kara deliklerin ortaya çıkışını simüle etmeye çalışıyorlar.

30 Mart 2010'da Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nın 27 km'lik tüneline zıt yönlerde iki proton demeti ateşlendi. Çarpışmanın meydana geldiği ışık hızına kadar hızlandırıldılar. 7 TeV'lik (7 teraelektronvolt) rekor kıran bir enerji kaydedildi. Bu enerjinin büyüklüğü bir rekordur ve çok önemli değerlere sahiptir. Şimdi, LHC'nin en önemli bileşenlerini tanıyalım - proton ışınlarının çarpıştığı saniyelerin kesirlerinde kesirlerde neler olduğunu kaydeden sensörler ve dedektörler. 30 Mart 2010'daki çarpışma sırasında merkezi bir rol oynayan üç sensör var - bunlar çarpıştırıcının en önemli parçalarından bazıları ve CERN'in karmaşık deneyleri sırasında kilit bir rol oynuyor. Diyagram, anahtar LHC projeleri olan dört ana deneyin (ALICE, ATLAS, CMS ve LHCb) yerini göstermektedir. Yeraltında 50 ila 150 metre derinlikte, dev sensör dedektörleri için özel olarak devasa mağaralar kazıldı.

ALICE (Büyük Deneysel İyon Çarpıştırıcısının kısaltması) adlı bir projeyle başlayalım. Bu, LHC'de inşa edilen altı deneysel tesisten biridir. ALICE, ağır iyon çarpışmalarını incelemek için kuruldu. Ortaya çıkan nükleer maddenin sıcaklığı ve enerji yoğunluğu, gluon plazmasının doğuşu için yeterlidir. Fotoğraf ALICE dedektörünü ve 18 modülünün tamamını göstermektedir.


iç sistem ALICE'deki İzleme Sistemi (ITS), çarpışma noktasını çevreleyen ve ortaya çıkan parçacıkların özelliklerini ve kesin konumlarını ölçen altı silindirik silikon sensör katmanından oluşur. Bu şekilde ağır kuark içeren parçacıklar kolaylıkla tespit edilebilir.

Ana LHC deneylerinden biri de ATLAS'tır. Deney, protonlar arasındaki çarpışmaları incelemek için tasarlanmış özel bir dedektör üzerinde gerçekleştirilir. ATLAS 44 metre uzunluğunda, 25 metre çapında ve yaklaşık 7.000 ton ağırlığındadır. Proton ışınları, türünün şimdiye kadar yapılmış en büyük ve en karmaşık sensörü olan tünelin merkezinde çarpışır. Sensör, protonların çarpışması sırasında ve sonrasında olan her şeyi yakalar. Projenin amacı, evrenimizde daha önce kaydedilmemiş ve tespit edilmemiş parçacıkları tespit etmektir.

Keşif ve doğrulama Higgs bozonu- Büyük Hadron Çarpıştırıcısının en önemli önceliği, çünkü bu keşif, temel atomik parçacıkların ve standart maddenin ortaya çıkışının Standart Modelini doğrulayacaktır. Çarpıştırıcının fırlatılması sırasında tam güç Standart Modelin bütünlüğü yok edilecektir. Özelliklerini kısmen anladığımız temel parçacıklar, yapısal bütünlüklerini koruyamayacaklardır. Standart Model, 1 TeV'lik bir üst enerji limitine sahiptir ve bu limitte, parçacık arttıkça bozunur. 7 TeV'lik bir enerjiyle, şu anda bilinenden on kat daha büyük kütleli parçacıklar oluşturulabilir. Doğru, çok kararsız olacaklar, ancak ATLAS onları "kaybolmadan" önce saniyenin bu kesirlerinde algılamak için tasarlandı.

Bu fotoğraf, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nın tüm fotoğraflarının en iyisi olarak kabul edilir:

Kompakt müon solenoidi ( Kompakt Müon Solenoidi), LHC'deki iki büyük evrensel parçacık dedektöründen biridir. 38 ülkedeki 183 laboratuvar ve üniversiteden yaklaşık 3.600 bilim insanı, bu dedektörü inşa eden ve çalıştıran CMS'nin çalışmalarını destekliyor. Solenoid, Fransa'daki Cessy'de, İsviçre sınırına yakın yeraltında bulunur. Diyagram, daha ayrıntılı olarak tartışacağımız CMS cihazını göstermektedir.

Çoğu iç katman- Silikon tabanlı izci. İzleyici, dünyanın en büyük silikon sensörüdür. 76 milyon kanaldan oluşan 205 m2 silikon sensöre (yaklaşık bir tenis kortu alanı) sahiptir. İzleyici, elektromanyetik bir alandaki yüklü parçacıkların izlerini ölçmenizi sağlar.

İkinci seviyede Elektromanyetik Kalorimetre bulunur. Hadron Kalorimetresi, bir sonraki seviyede, her durumda üretilen bireysel hadronların enerjisini ölçer.

Büyük Hadron Çarpıştırıcısının CMS'sinin bir sonraki katmanı devasa bir mıknatıstır. Büyük Solenoid Mıknatıs 13 metre uzunluğunda ve 6 metre çapındadır. Niyobyum ve titanyumdan yapılmış soğutulmuş bobinlerden oluşur. Bu devasa solenoid mıknatıs, parçacıkların ömrünü en üst düzeye çıkarmak için tam güçte çalışıyor.

5. katman - Müon dedektörleri ve dönüş boyunduruğu. CMS, LHC'nin enerjik çarpışmalarında bulunabilecek çeşitli fizik türlerini keşfetmek için tasarlanmıştır. Bu araştırmaların bir kısmı Standart Modelin parametrelerinin ölçümlerini doğrulamak veya iyileştirmek için iken, diğerleri yeni fizik arayışı içindedir.

30 Mart 2010 deneyi hakkında çok az bilgi var, ancak kesin olarak bilinen bir gerçek var. CERN, çarpıştırıcının üçüncü fırlatma girişiminde, proton demetleri 27 kilometrelik bir tünelin etrafında koştuğunda ve ardından ışık hızında çarpıştığında eşi görülmemiş bir enerji patlaması kaydedildiğini bildirdi. Kaydedilen rekor enerji seviyesi, mevcut konfigürasyonunda sunabileceği maksimum değerde sabitlendi - yaklaşık 7 TeV. Evrenimizin varlığını ortaya çıkaran, Big Bang'in başlangıcının ilk saniyeleri için tipik olan bu enerji miktarıydı. Başlangıçta bu enerji seviyesi beklenmiyordu, ancak sonuç tüm beklentileri aştı.

Diyagram, ALICE'ın 7 TeV'lik rekor bir enerji dalgalanmasını nasıl yakaladığını gösterir:

Bu deney 2010 yılında yüzlerce kez tekrarlanacak. Bu sürecin ne kadar karmaşık olduğunu anlamanız için, bir çarpıştırıcıdaki parçacıkların hızlanmasına bir benzetme yapabiliriz. Karmaşıklık açısından, bu, örneğin Newfoundland adasından iğneleri o kadar mükemmel bir doğrulukla ateşlemeye eşdeğerdir ki, bu iğneler Atlantik'te bir yerde çarpışır ve tüm dünyanın etrafında uçar. toprak. Ana hedef, temel bir parçacığın keşfidir - evrenin inşası için Standart Modelin temelini oluşturan Higgs Bozonu

Tüm bu deneylerin başarılı sonucuyla, 400 GeV'lik (Karanlık Madde olarak adlandırılan) en ağır parçacıkların dünyası nihayet keşfedilebilir ve keşfedilebilir.

Birkaç yıl önce, hangi hadron çarpıştırıcıları, Higgs Bozonu ve dünya çapında binlerce bilim adamının neden İsviçre ve Fransa sınırındaki devasa bir fiziksel kampüste, milyarlarca doları toprağa gömerek çalıştığı hakkında hiçbir fikrim yoktu.
O zaman, benim için ve gezegenin diğer birçok sakini için, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı ifadesi, içinde ışık hızında çarpışan temel parçacıkların bilgisi ve bunlardan biri. en büyük keşifler son zamanlarda - Higgs Bozonu.

Ve böylece, Haziran ortasında, ne çok konuşulduğunu ve ne kadar çelişkili söylenti dolaştığını kendi gözlerimle görme fırsatım oldu.
Bu sadece kısa bir gezi değil, dünyanın en büyük nükleer fizik laboratuvarı olan CERN'de geçirilen tam bir gündü. Burada fizikçilerin kendileriyle iletişim kurmayı başardık ve bu bilimsel kampüste birçok ilginç şey gördük, kutsalların kutsalına indik - Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (ve sonuçta, başlatıldığında ve testler yapıldığında, dışarıdan herhangi bir erişim imkansızdır), bilim adamlarının çarpıştırıcıda elde edilen verileri analiz ettiği Atlas merkezinde, çarpıştırıcı için dev mıknatısların üretimi için fabrikayı ziyaret edin, yapım aşamasındaki en yeni lineer çarpıştırıcıyı gizlice ziyaret edin ve hatta, neredeyse bir arayışta olduğu gibi, pratik olarak temel bir parçacığın dikenli yolu boyunca uçtan uca yürüyün. Ve her şeyin nerede başladığını görün...
Ancak tüm bunlar hakkında ayrı yazılarda. Bugün sadece Büyük Hadron Çarpıştırıcısı.
Basitçe denilebilirse, beynim böyle bir şeyin NASIL önce icat edilip sonra inşa edilebileceğini anlamayı reddediyor.

2. Yıllar önce bu resim dünyaca ünlü oldu. Birçoğu bunun bağlamdaki Büyük Hadron olduğuna inanıyor. Aslında, bu en büyük dedektörlerden biri olan CMS'nin bir bölümüdür. Çapı yaklaşık 15 metredir. Bu en büyük dedektör değil. Atlas çapı yaklaşık 22 metredir.

3. Çarpıştırıcının genel olarak ne olduğunu ve ne kadar büyük olduğunu kabaca anlamak için uydu haritasına bakalım.
Bu, Cenevre Gölü'ne çok yakın, Cenevre'nin bir banliyösüdür. Burada, biraz sonra ayrı ayrı konuşacağım devasa CERN kampüsü yer alıyor ve bir grup çarpıştırıcı, çeşitli derinliklerde yeraltında bulunuyor. Evet evet. O yalnız değil. Onlardan on tane var. Büyük Hadron, mecazi olarak konuşursak, temel parçacıkların hızlandırıldığı çarpıştırıcılar zincirini tamamlayarak bu yapıyı basitçe taçlandırıyor. Ayrıca Büyük (LHC) parçacıkla birlikte ilk lineer Linac'a giderek bundan ayrıca bahsedeceğim.
LHC halkasının çapı neredeyse 27 kilometredir ve 100 metrenin biraz üzerinde bir derinlikte bulunur (şekildeki en büyük halka).
LHC'nin dört dedektörü vardır - Alice, Atlas, LHCb ve CMS. CMS dedektörüne gittik.

4. Bu dört dedektöre ek olarak, yeraltı boşluğunun geri kalanı, içinde bu mavi bölümlerin sürekli olarak bulunduğu bir tüneldir. Bunlar mıknatıslar. Temel parçacıkların ışık hızında hareket ettiği çılgın bir manyetik alanın yaratıldığı dev mıknatıslar.
Toplamda 1734 tane var.

5. Mıknatısın içinde tam da böyle karmaşık bir yapı var. Burada her şeyden çok var, ama en temel olanı, içinde proton ışınlarının uçtuğu iki içi boş tüp.
Dört yerde (aynı dedektörlerde) bu tüpler kesişir ve proton ışınları çarpışır. Çarpıştıkları yerlerde protonlar, dedektörler tarafından sabitlenen çeşitli parçacıklara dağılır.
Bu, bu saçmalığın ne olduğundan ve nasıl çalıştığından kısaca bahsetmek içindir.

6. Yani, 14 Haziran sabahı, CERN. Bölgede bir kapısı ve küçük bir binası olan göze çarpmayan bir çite geliyoruz.
Bu, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı - CMS'nin dört dedektöründen birinin girişidir.
Burada biraz durmak ve bu noktaya nasıl ve kimin sayesinde geldiğimizden bahsetmek istiyorum.
Ve hepsi, CERN'de çalışan ve ziyaretimizin bir tür kısa sıkıcı gezi olmadığı, inanılmaz derecede ilginç ve büyük miktarda bilgi ile dolu olduğu için teşekkür eden adamımız Andrey'in “suçlusu”.
Andrei (yeşil bir tişört giyiyor) hiçbir zaman misafirlere karşı değil ve nükleer fiziğin bu Mekke'sini ziyaret etmeye katkıda bulunmaktan her zaman mutlu.
İlginç olan ne biliyor musun? Bu, Çarpıştırıcıdaki ve genel olarak CERN'deki erişim modudur.
Evet, her şey manyetik bir kartta, ancak ... geçiş iznine sahip bir çalışan, bölgenin ve nesnelerin% 95'ine erişebilir.
Ve sadece olanlar yüksek seviye radyasyon tehlikesi, özel erişim gereklidir - bu çarpıştırıcının içindedir.
Ve böylece - sorunsuz, çalışanlar bölge içinde hareket eder.
Bir an için - milyarlarca dolar ve en inanılmaz ekipmanların çoğu buraya yatırıldı.
Sonra Kırım'da her şeyin uzun süredir kesildiği, ancak yine de her şeyin mega-gizli olduğu, hiçbir durumda onu vuramazsınız ve nesne Tanrı bilir ne olduğunu bilen bazı terk edilmiş nesneleri hatırlıyorum. stratejik bir
Sadece buradaki insanlar kafalarıyla yeterince düşünüyorlar.

7. CMS bölgesi böyle görünüyor. Dış mekanda sizin için gösteriş yok ve otoparkta süper arabalar. Ama bunu karşılayabilirler. Sadece gerek yok.

8. CERN, dünyanın önde gelen Bilim merkezi fizik alanında, PR açısından birkaç farklı yön kullanır. Bunlardan biri sözde "Ağaç".
Çerçevesinde, fizikte okul öğretmenleri Farklı ülkeler ve şehirler. Burada gösteriliyor ve anlatılıyor. Öğretmenler daha sonra okullarına dönerler ve gördüklerini öğrencilere anlatırlar. Hikayeden ilham alan bir dizi öğrenci, büyük ilgi fizik okumak, sonra fiziksel uzmanlıklar için üniversitelere gitmek ve gelecekte belki de burada çalışmak.
Ancak çocuklar hala okuldayken CERN'i ziyaret etme ve tabii ki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'na inme şansına da sahipler.
Ayda birkaç kez özel "günler" vardır. kapıları aç» fiziğe aşık farklı ülkelerden üstün yetenekli çocuklar için.
Bu ağacın kalbinde yer alan öğretmenler tarafından seçilirler ve İsviçre'deki CERN ofisine teklifler sunarlar.
Tesadüfen, Büyük Hadron Çarpıştırıcısını görmeye geldiğimiz gün, Ukrayna'dan bu tür gruplardan biri buraya geldi - çocuklar, Küçük Bilimler Akademisi öğrencileri, zorlu bir yarışmayı geçti. Onlarla birlikte 100 metre derinliğe, Çarpıştırıcı'nın tam kalbine indik.

9. Rozetlerimizle zafer.
Burada çalışan fizikçilerin zorunlu unsurları, el fenerli bir kask ve ayak parmağında metal plakalı botlar (yük düştüğünde ayak parmaklarını korumak için)

10. Fizik tutkunu üstün yetenekli çocuklar. Birkaç dakika içinde yerleri gerçek olacak - Büyük Hadron Çarpıştırıcısına inecekler

11. İşçiler domino oynar ve yeraltındaki bir sonraki vardiyadan önce dinlenirler.

12. Kontrol ve yönetim merkezi CMS. Sistemin işleyişini karakterize eden ana sensörlerden gelen birincil veriler buraya akın eder.
Çarpıştırıcının çalışması sırasında 8 kişilik bir ekip burada 24 saat çalışıyor.

13. Söylenmesi gerekir ki şu anda Büyük Hadronny, çarpıştırıcının onarım ve modernizasyon programını yürütmek için iki yıllığına kapatıldı.
Gerçek şu ki, 4 yıl önce üzerinde bir kaza oldu, ardından çarpıştırıcı tam kapasite çalışmadı (kazadan bir sonraki yazıda bahsedeceğim).
2014'te sona erecek modernizasyondan sonra daha da büyük kapasitede çalışması gerekiyor.
Çarpıştırıcı şimdi çalışıyor olsaydı, kesinlikle onu ziyaret edemezdik.

14. Özel bir teknik asansörde Çarpıştırıcının bulunduğu 100 metreden fazla derinliğe iniyoruz.
Asansör, herhangi bir durumda personeli kurtarmanın tek yoludur. acil Durum, Çünkü burada merdiven yok. Yani, burası CMS'deki en güvenli yer.
Talimatlara göre, alarm durumunda tüm personel derhal asansöre gitmelidir.
Burada aşırı basınç oluşturulur, böylece duman çıkması durumunda duman içeri girmez ve insanlar zehirlenmez.

15. Boris duman olmadığından endişeleniyor

16. Derin. Burada her şey iletişimle dolu

17. Sonsuz kilometrelerce kablo ve veri kablosu

18. Çok sayıda boru var. Sözde kriyojenik. Gerçek şu ki, mıknatısların içinde helyum soğutma için kullanılıyor. Hidroliklerin yanı sıra diğer sistemlerin soğutulması da gereklidir.

19. Dedektör içerisinde yer alan bilgi işlem odalarında çok sayıda sunucu bulunmaktadır.
Sözde inanılmaz performans tetikleyicileri olarak gruplandırılırlar.
Örneğin, 40.000.000 olaydan 3 milisaniyede ilk tetikleyici yaklaşık 400'ü seçmeli ve bunları ikinci tetikleyiciye - en yüksek seviyeye aktarmalıdır.

20. Fiber optik çılgınlığı.
Bilgisayar odaları, dedektörün üzerinde bulunur. elektroniklerin çalışmasına müdahale etmeyen çok küçük bir manyetik alan var.
Dedektörün kendisinde veri toplamak mümkün olmazdı.

21. Küresel tetikleyici. 200 bilgisayardan oluşur

22. Elma Nedir? Dell!!!

23. Sunucu dolapları güvenli bir şekilde kilitlenir

24. Operatörün çalışma alanlarından birinde komik bir çizim.

25. 2012 yılının sonunda, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda yapılan bir deney sonucunda Higgs Bozonu keşfedildi ve bu olay CERN çalışanları tarafından geniş çapta not edildi.
Şampanya şişeleri, bunun sadece büyük şeylerin başlangıcı olduğuna inanılarak kutlamadan sonra atılmadı.

26. Dedektörün kendisine yaklaşırken, her yerde radyasyon tehlikesi uyarısı yapan işaretler vardır.

26. Çarpıştırıcının tüm çalışanları, okuyucuya getirmeleri ve konumlarını kaydetmeleri gereken kişisel dozimetrelere sahiptir.
Dozimetre radyasyon seviyesini biriktirir ve sınır doza yaklaşması durumunda çalışanı bilgilendirir ve ayrıca çarpıştırıcının yakınında tehlikede olan bir kişi olduğu konusunda uyarı vererek verileri kontrol noktasına çevrimiçi iletir.

27. Dedektörün önünde üst düzey bir erişim sistemi.
Kişisel kart, dozimetre takarak ve retina taramasından geçerek giriş yapabilirsiniz.

28. Ne yapıyorum

29. Ve işte burada - dedektör. İçerideki küçük bir acı, şimdi oldukça küçük görünecek olan o büyük mıknatısları içeren bir mandrene benzer bir şeydir. Şu anda mıknatıs yok çünkü. modernizasyondan geçiyor

30. Çalışır durumda dedektör bağlı ve tek bir bütün gibi görünüyor

31. Dedektörün ağırlığı 15 bin tondur. Burada inanılmaz bir manyetik alan oluşur.

32. Dedektörün boyutunu alt katta çalışan insan ve makinelerle karşılaştırın

33. Kablo mavi renkli- güç, kırmızı - veri

34. İlginç bir şekilde, çalışma sırasında Büyük Hadron saatte 180 megavat elektrik tüketir.

35. Akım sensörü bakım çalışması

36. Çok sayıda sensör

37. Ve onlara güç ... optik fiber geri döner

38. İnanılmaz derecede zeki bir insanın görünüşü.

39. Bir buçuk saat yerin altında beş dakika gibi uçar... Ölümlü dünyaya geri dönerken, istemeden düşünürsünüz... Bu NASIL yapılabilir.
Ve NEDEN yapıyorlar….