Skraćeni LHC (eng. Large Hadron Collider, skraćeno LHC) je akcelerator nabijenih čestica u sudarajućim snopovima, dizajniran da ubrza protone i teške jone (jone olova) i proučava proizvode njihovih sudara. Kolajder je izgrađen u CERN-u (Evropski savjet za nuklearna istraživanja), koji se nalazi u blizini Ženeve, na granici Švicarske i Francuske. LHC je najveće eksperimentalno postrojenje na svijetu. Više od 10.000 naučnika i inženjera iz više od 100 zemalja učestvovalo je i učestvuje u izgradnji i istraživanju.
Nazvan je velikim zbog svoje veličine: dužina glavnog prstena akceleratora je 26.659 m; hadronski - zbog činjenice da ubrzava hadrone, odnosno teške čestice koje se sastoje od kvarkova; sudarač (eng. collider - sudarač) - zbog činjenice da se snopovi čestica ubrzavaju u suprotnim smjerovima i sudaraju na posebnim tačkama sudara.
Specifikacije
Akcelerator bi trebalo da sudara protone ukupne energije od 14 TeV (odnosno 14 teraelektronvolti ili 14 1012 elektron volti) u sistemu centara mase upadnih čestica, kao i jezgra olova sa energijom od 5 GeV (5 109 elektron volti) za svaki par sudarajućih nukleona. Početkom 2010. LHC je već donekle nadmašio prethodnog šampiona po energiji protona - proton-antiprotonski sudarač Tevatron, koji je do kraja 2011. radio u Nacionalnoj akceleratorskoj laboratoriji. Enrico Fermi (SAD). Uprkos činjenici da se prilagođavanje opreme proteže godinama i još nije završeno, LHC je već postao najveći energetski akcelerator čestica na svijetu, nadmašujući druge sudarače u energiji za red veličine, uključujući RHIC relativistički teški ion sudarača koji radi u laboratoriji Brookhaven (SAD).
Svjetlost LHC-a tokom prvih sedmica rada nije bila veća od 1029 čestica/cm 2 s, međutim, nastavlja konstantno da raste. Cilj je postići nominalni sjaj od 1,7·1034 čestica/cm 2 s, što je po redu veličine jednako sjajnostima BaBar (SLAC, SAD) i Belle (engleski) (KEK, Japan).
Akcelerator se nalazi u istom tunelu koji je ranije bio okupiran velikim sudaračem elektrona i pozitrona. Tunel sa opsegom od 26,7 km položen je pod zemljom u Francuskoj i Švajcarskoj. Dubina tunela je od 50 do 175 metara, a tunelski prsten je nagnut za oko 1,4% u odnosu na površinu zemlje. Za držanje, korekciju i fokusiranje protonskih zraka koristi se 1624 supravodljivih magneta, čija ukupna dužina prelazi 22 km. Magneti rade na temperaturi od 1,9 K (-271 °C), što je nešto ispod superfluidne temperature helijuma.
LHC detektori
LHC ima 4 glavna i 3 pomoćna detektora:
- ALICE (Eksperiment velikog ionskog sudarača)
- ATLAS (Toroidalni LHC APARAT)
- CMS (kompaktni mionski solenoid)
- LHCb (eksperiment ljepote velikog hadronskog sudarača)
- TOTEM (Ukupno mjerenje elastičnog i difrakcionog poprečnog presjeka)
- LHCf (Veliki hadronski sudarač naprijed)
- MoEDAL (Detektor monopola i egzotike na LHC-u).
ATLAS, CMS, ALICE, LHCb su veliki detektori koji se nalaze oko tačaka sudara zraka. TOTEM i LHCf detektori su pomoćni, nalaze se na udaljenosti od nekoliko desetina metara od tačaka ukrštanja snopa koje zauzimaju CMS i ATLAS detektori, respektivno, i koristiće se zajedno sa glavnim.
ATLAS i CMS detektori su detektori opće namjene dizajnirani za traženje Higgsovog bozona i "nestandardne fizike", posebno tamne materije, ALICE - za proučavanje kvark-gluonske plazme u sudarima teških olovnih jona, LHCb - za proučavanje fizike od b-kvarkova, koji će omogućiti bolje razumijevanje razlika između materije i antimaterije, TOTEM je dizajniran da proučava raspršivanje čestica pod malim uglovima, kao što se događa tokom bliskih raspona bez sudara (tzv. nesudarajuće čestice, naprijed čestice), što vam omogućava preciznije mjerenje veličine protona, kao i kontrolu svjetline sudarača, i, konačno, LHCf - za proučavanje kosmičkih zraka, modeliranih pomoću istih čestica koje se ne sudaraju.
Rad LHC-a je takođe povezan sa sedmim detektorom (eksperimentom) MoEDAL, koji je prilično beznačajan u smislu budžeta i složenosti, dizajniran da traži sporo pokretne teške čestice.
Tokom rada sudarača, sudari se izvode istovremeno u svim četiri boda ukrštanja zraka, bez obzira na vrstu ubrzanih čestica (protoni ili jezgra). Istovremeno, svi detektori prikupljaju statistiku istovremeno.
Ubrzanje čestica u sudaraču
Brzina čestica u LHC-u na sudarajućim snopovima je bliska brzini svjetlosti u vakuumu. Ubrzanje čestica do tako visokih energija postiže se u nekoliko faza. U prvoj fazi, niskoenergetski linearni akceleratori Linac 2 i Linac 3 ubrizgavaju protone i ione olova za dalje ubrzanje. Zatim čestice ulaze u PS pojačivač, a zatim u sam PS (protonski sinhrotron), dobijajući energiju od 28 GeV. Sa ovom energijom, oni se već kreću brzinom bliskom svjetlosti. Nakon toga, ubrzanje čestica se nastavlja u SPS (Proton Super Synchrotron), gdje energija čestice dostiže 450 GeV. Zatim se gomila protona šalje u glavni prsten od 26,7 kilometara, čime se energija protona dovodi do maksimalno 7 TeV, a na tačkama sudara detektori bilježe događaje koji se događaju. Dva sudarajuća protonska zraka, kada su potpuno napunjena, mogu sadržavati po 2808 snopova. U početnim fazama otklanjanja grešaka u procesu ubrzanja, samo jedna gomila kruži u snopu dugom nekoliko centimetara i male poprečne veličine. Tada počinju da povećavaju broj ugrušaka. Klasteri se nalaze u fiksnim položajima jedan u odnosu na drugi, koji se sinhrono kreću duž prstena. Grudice u određenom nizu mogu se sudariti na četiri tačke prstena, gdje se nalaze detektori čestica.
Kinetička energija svih snopova hadrona u LHC-u kada je potpuno popunjen je uporediva sa kinetička energija mlazni avion, iako masa svih čestica ne prelazi nanogram i ne mogu se vidjeti ni golim okom. Takva energija se postiže zahvaljujući brzini čestica bliskoj brzini svjetlosti.
Grozdovi prolaze kroz puni krug akceleratora brže od 0,0001 sekunde, čineći tako više od 10 hiljada okretaja u sekundi
Ciljevi i zadaci LHC-a
Glavni zadatak Velikog hadronskog sudarača je da otkrije strukturu našeg svijeta na udaljenostima manjim od 10-19 m, "sondirajući" ga česticama s energijom od nekoliko TeV. Do danas se već nakupilo mnogo indirektnih dokaza da bi fizičari na ovoj skali trebali otvoriti određeni „novi sloj stvarnosti“, čije će proučavanje dati odgovore na mnoga pitanja fundamentalne fizike. Kakav će se tačno ovaj sloj stvarnosti ispostaviti nije poznato unaprijed. Teoretičari su, naravno, već predložili stotine različitih pojava koje bi se mogle uočiti pri energijama sudara od nekoliko TeV, ali eksperiment je taj koji će pokazati šta se zapravo realizuje u prirodi.
Potraga za novom fizikom Standardni model se ne može smatrati konačnom teorijom elementarnih čestica. Mora biti dio neke dublje teorije strukture mikrosvijeta, dijela koji je vidljiv u eksperimentima sudarača pri energijama ispod oko 1 TeV. Takve teorije se zajednički nazivaju "nova fizika" ili "izvan standardnog modela". Glavni zadatak Velikog hadronskog sudarača je da dobije barem prve naznake šta je ova dublja teorija. Za dalje kombinovanje fundamentalnih interakcija u jednoj teoriji koriste se različiti pristupi: teorija struna, koja je razvijena u M-teoriji (teorija brane), teorija supergravitacije, kvantna gravitacija u petlji, itd. Neki od njih imaju unutrašnje probleme, a nijedan od njih nema eksperimentalna potvrda. Problem je u tome što su za izvođenje odgovarajućih eksperimenata potrebne energije koje su nedostižne na modernim akceleratorima čestica. LHC će omogućiti eksperimente koji su ranije bili nemogući i vjerovatno će potvrditi ili opovrgnuti neke od ovih teorija. Dakle, postoji čitav niz fizičkih teorija s dimenzijama većim od četiri koje sugeriraju postojanje "supersimetrije" - na primjer, teorija struna, koja se ponekad naziva teorijom superstruna upravo zato što bez supersimetrije gubi fizičko značenje . Potvrda postojanja supersimetrije bi stoga bila indirektna potvrda istinitosti ovih teorija. Proučavanje top kvarkova Top kvark je najteži kvark i, štaviše, to je najteža elementarna čestica otkrivena do sada. Prema najnovijim rezultatima Tevatrona, njegova masa je 173,1 ± 1,3 GeV/c 2 . Zbog svoje velike mase, vrhunski kvark je do sada uočen samo na jednom akceleratoru, Tevatronu; drugim akceleratorima jednostavno je nedostajala energija da ga proizvedu. Osim toga, vrhunski kvarkovi su zanimljivi fizičarima ne samo sami po sebi, već i kao „radni alat“ za proučavanje Higsovog bozona. Jedan od najvažnijih kanala za proizvodnju Higgsovog bozona na LHC-u je asocijativna proizvodnja zajedno sa gornjim parom kvark-antikvark. Da bi se takvi događaji pouzdano odvojili od pozadine, prvo je potrebno proučiti svojstva samih top kvarkova. Proučavanje mehanizma elektroslabe simetrije Jedan od glavnih ciljeva projekta je eksperimentalno dokazati postojanje Higgsovog bozona, čestice koju je 1964. godine u okviru Standardnog modela predvidio škotski fizičar Peter Higgs. Higsov bozon je kvant takozvanog Higsovog polja, pri prolasku kroz koje čestice doživljavaju otpor, što predstavljamo kao korekcije mase. Sam bozon je nestabilan i ima veliku masu (više od 120 GeV/c2). U stvari, fizičare ne zanima toliko sam Higsov bozon, koliko Higsov mehanizam narušavanja simetrije elektroslabe interakcije. Proučavanje kvark-gluonske plazme Očekuje se da će se u akceleratoru u režimu nuklearnih sudara provesti otprilike mjesec dana godišnje. Tokom ovog mjeseca sudarač će se ubrzati i sudarati u detektorima ne protona, već olovnih jezgara. U neelastičnom sudaru dva jezgra ultrarelativističkim brzinama, za kratko vrijeme nastaje gusta i vrlo vruća gruda nuklearne materije koja se zatim raspada. Razumijevanje fenomena koji se u ovom slučaju dešavaju (prelazak materije u stanje kvark-gluonske plazme i njeno hlađenje) neophodno je za izgradnju savršenije teorije jakih interakcija, koja će biti korisna i za nuklearnu fiziku i za astrofiziku. Potraga za supersimetrijom Prvo značajno naučno dostignuće eksperimenata na LHC-u može biti dokaz ili opovrgavanje "supersimetrije" - teorije da svaka elementarna čestica ima mnogo težeg partnera, ili "superčesticu". Proučavanje foton-hadronskih i foton-fotonskih sudara Elektromagnetska interakcija čestica opisuje se kao razmjena (u nekim slučajevima virtuelnih) fotona. Drugim riječima, fotoni su nosioci elektromagnetnog polja. Protoni su električno nabijeni i okruženi elektrostatičko polje, odnosno ovo polje se može smatrati oblakom virtuelnih fotona. Svaki proton, posebno relativistički proton, uključuje oblak virtualnih čestica kao sastavni dio. Kada se protoni sudaraju jedan s drugim, virtualne čestice koje okružuju svaki od protona također stupaju u interakciju. Matematički, proces interakcije čestica opisuje se dugim nizom korekcija, od kojih svaka opisuje interakciju pomoću virtuelnih čestica određenog tipa (vidi: Feynmanovi dijagrami). Tako se pri proučavanju sudara protona posredno proučava i interakcija materije sa fotonima visoke energije, što je od velikog interesa za teorijsku fiziku. Razmatra se i posebna klasa reakcija - direktna interakcija dva fotona, koji se mogu sudariti i sa nadolazećim protonom, stvarajući tipične foton-hadronske sudare, i međusobno. U načinu nuklearnih sudara, zbog velikog električnog naboja jezgra, utjecaj elektromagnetnih procesa je još važniji. Testiranje egzotičnih teorija Teoretičari su krajem 20. stoljeća iznijeli ogroman broj neobičnih ideja o strukturi svijeta, koje se zajednički nazivaju "egzotični modeli". To uključuje teorije sa jakom gravitacijom na energetskoj skali reda 1 TeV, modele sa velikim brojem prostornih dimenzija, preonske modele u kojima su sami kvarkovi i leptoni sastavljeni od čestica, modele sa novim tipovima interakcije. Činjenica je da akumulirani eksperimentalni podaci još uvijek nisu dovoljni za stvaranje jedne teorije. I sve ove teorije same su kompatibilne s dostupnim eksperimentalnim podacima. Budući da ove teorije mogu da daju specifična predviđanja za LHC, eksperimentatori planiraju da testiraju predviđanja i traže tragove određenih teorija u svojim podacima. Očekuje se da će rezultati dobijeni na akceleratoru moći ograničiti maštu teoretičara, zatvarajući neke od predloženih konstrukcija. Ostalo Također čeka na otkrivanje fizičke pojave izvan standardnog modela. Planirano je proučavanje svojstava W i Z bozona, nuklearnih interakcija pri supervisokim energijama, procesa nastanka i raspada teških kvarkova (b i t).
Ove sedmice, nakon dvije godine čekanja, Veliki hadronski sudarač - akcelerator čestica koji je doveo do otkrića Higsovog bozona 2012. godine - mogao bi ponovo pokrenuti.
Džinovski sudarač (čiji je dio 27-kilometarski podzemni tunel između Francuske i Švicarske) isključen je u februaru 2013. kako bi naučnici mogli promijeniti njegov dizajn. Sada, naučnici ga ponovo uključuju kako bi napravili iskorak u proučavanju fizike nizom eksperimenata.
1. Čekaj, čekaj, šta je Veliki hadronski sudarač?
Tunel Velikog hadronskog sudarača
LHC je 2008. godine izgradio CERN (Evropski savjet za nuklearna istraživanja). Stvaranje najvećeg hadronskog sudarača na svijetu koštalo je devet milijardi dolara. Nevjerovatna dužina njegovih podzemnih tunela omogućava fizičarima da izvode nevjerovatne eksperimente.
Grubo govoreći, najčešći eksperimenti uključuju ubrzavanje nabijenih čestica do 99,9999% brzine svjetlosti (što ih uzrokuje da se kreću u krug 11.000 puta u sekundi), a zatim ih sudaraju s ogromnim magnetima. Sofisticirani senzori čitaju sve vrste informacija dobijenih nakon sudara ovih čestica.
2. Zašto naučnici guraju čestice?
Informaciju primio jedan od senzora u LHC-u
Ogromna količina energije koja se oslobađa nakon sudara uzrokuje da se čestice raspadaju i nakon toga skupljaju u prilično neobične strukture. Takvi eksperimenti pomažu u pronalaženju nedostataka u standardnom modelu fizike - u ovom trenutku Najbolji način predvidjeti ponašanje čestica.
Fizičari su zainteresovani za ovakve eksperimente jer, iako se standardni model smatra prilično tačnim, on je još uvek nepotpun. "Dobro je za nagađanje, ali fizičari to ne vole toliko", komentirao je Patrick Koppenburg, naučnik koji radi na LHC-u.
Najjači nedostatak modela je to što ne uzima u obzir silu gravitacije (opisuje samo tri druge fundamentalne interakcije) i koncepte kao što su tamna materija i tamna energija. Takođe se ne poklapa dobro sa trenutnim teorijama o nastanku univerzuma.
Drugim riječima, standardni model fizike je najbolji opis kako stvari oko nas funkcioniraju. Međutim, prema Kopenburgu, ova teorija je "tačno u nekom trenutku pogrešna". Sudarom čestica u LHC-u, on i drugi naučnici pokušavaju pronaći odstupanja od ovog modela.
3. Šta su ovi naučnici već otkrili
Dijagram 17 osnovnih čestica Standardnog modela, uključujući Higsov bozon
Većina važan događaj U istoriji Velikog hadronskog sudarača bilo je otkriće Higsovog bozona.
Od 1960-ih smatra se da je Higsov bozon dio Higsovog polja, nevidljivog polja koje putuje kroz svemir i utiče na sve čestice. Prema pretpostavkama fizičara, zahvaljujući ovom polju čestice imaju masu (ili otpor pri kretanju).
Fizičar Brian Green napisao je u svom radu:
“Zamislite da je ping-pong loptica potopljena pod vodom. Kada pokušate da ga potopite dublje, čini se da je mnogo puta teži nego što je bio izvan vode. Njegova interakcija s vodom dovodi do povećanja njegove mase. Ista stvar se dešava sa česticama uronjenim u Higsovo polje.”
U principu, niko nije bio iznenađen otkrićem bozona i Higsovog polja, jer su svi zakoni Standardnog modela ukazivali na njihovo postojanje. Kvaka je bila u tome što nije bilo direktnih dokaza. „Kada smo gradili LHC, nadali smo se da ćemo ili pronaći Higgsov bozon ili dokazati da on ne postoji“, komentira Kopenburg.
2012. godine, nakon tri godine eksperimenata, fizičari su dokazali postojanje Higgsovog bozona. Izračunato je da se odmah nakon sudara Higsov bozon raspao na druge čestice, prateći određene obrasce. Podaci prikupljeni nakon sudara protona pomogli su razumijevanju i predviđanju ovih obrazaca.
Ovo otkriće je nevjerovatno važno: Higgsovo polje je kamen temeljac Standardnog modela. Zahvaljujući njemu, sve ostale jednačine postaju mnogo jasnije. Uspjeli smo ga otkriti 50 godina nakon što je njegovo postojanje predviđeno na papiru, što znači da smo na dobrom putu u proučavanju strukture našeg svemira.
4. Zašto je LHC ponovo uključen?
Tuneli Velikog hadronskog sudarača
Svi eksperimenti koji su rađeni u prošlosti bili su samo početak. Nakon nekoliko godina rada na poboljšanju magneta (oni ubrzavaju i kontroliraju kretanje čestica) i senzora, nova era: sada serija eksperimenata uključuje ubrzanje i sudar čestica čiji će naboj biti dvostruko veći od prethodnog.
Novi sudari čestica omogućit će naučnicima da otkriju nove (i možda čak i veće) čestice, kao i da proučavaju Higgsov bozon i njegovo ponašanje u različitim uvjetima.
“Nadamo se da ćemo otkriti elemente koji nisu predviđeni standardnim modelom. Na primjer, čestice su toliko teške da još uvijek nisu otkrivene, ili druge vrste devijacija”, nada se Kopenburg.
Moguće je, na primjer, da je Higsov bozon samo jedna od nekoliko čestica u Higsovom mehanizmu.
Dovoljno novih informacija, prema Koppenburgu i drugima, pomoći će nam da otkrijemo nove čestice i poboljšamo trenutni standardni model, omogućavajući mu preciznu interakciju s tamnom materijom, rođenjem svemira i drugim slabo shvaćenim temama.
5. Postoje li planovi za izgradnju još većih akceleratora čestica u budućnosti?
Shema međunarodnog linearnog sudarača
Da. Fizičari se nadaju da će na kraju izgraditi mnogo veće akceleratore koji mogu ubrzati čestice s više energije nego LHC. Ovo će zauzvrat omogućiti otkrivanje novih čestica i dati jasnije razumijevanje tamne materije. Dužina međunarodnog linearnog sudarača, na primjer, bit će 32 kilometra. Za razliku od LHC-a, gdje se čestice ubrzavaju u krugu, u ovom projektu one će se direktno sudarati jedna s drugom. Projekat se još razmatra, ali naučnici se nadaju da će takav akcelerator biti izgrađen u Japanu i da će početi sa radom do 2026. godine.
Jednom se svima činilo da će se u Sjedinjenim Državama izgraditi gigantski akcelerator čestica. Godine 1989. Kongres je čak pristao da potroši šest milijardi dolara za izgradnju superprovodnog super sudarača. Trebalo je da se gradi u Waxahacheeju u Teksasu, a dužina njegovih tunela trebala je dostići 86 kilometara. Sila s kojom bi se čestice sudarale bila bi četiri puta jača od sile Velikog hadronskog sudarača. Ali, nažalost, 1993. godine cijena projekta porasla je na 11 milijardi dolara, a Kongres je odlučio da ga zatvori, uprkos činjenici da je 2 milijarde dolara već potrošeno na izgradnju 25 kilometara tunela.
Original: Vox
Prevedeno.
Specijalisti Evropskog centra za nuklearna istraživanja (CERN), nakon serije eksperimenata na Velikom hadronskom sudaraču (LHC), objavili su otkriće nove čestice, koju su ranije predvidjeli ruski naučnici, nazvane pentakvark.
Veliki hadronski sudarač (LHC) je akcelerator dizajniran za ubrzavanje elementarnih čestica (posebno protona).
Nalazi se u Francuskoj i Švajcarskoj i pripada Evropskom savetu za nuklearna istraživanja (Conseil Europeen pour la Recherche Nucleaire, CERN, CERN).
U to vrijeme naučnicima nije bilo jasno koliko tačno čestica koju su otkrili odgovara predviđanjima Standardnog modela. Do marta 2013. fizičari su imali dovoljno podataka o čestici da je zvanično proglase Higsovim bozonom.
8. oktobra 2013. godine, britanski fizičar Peter Higgs i Belgijanac François Engler, koji su otkrili mehanizam elektroslabe simetrije (zbog ovog kršenja, elementarne čestice mogu imati masu), dobili su Nobelovu nagradu za fiziku za „teorijsko otkriće mehanizam koji je omogućio razumevanje porekla masa elementarnih čestica."
U decembru 2013. godine, zahvaljujući analizi podataka pomoću neuronskih mreža, fizičari CERN-a su prvi put pratili raspad Higgsovog bozona u fermione - tau leptone i parove b-kvarka i b-antikvarka.
U junu 2014. godine, naučnici koji rade na detektoru ATLAS, nakon obrade svih akumuliranih statistika, precizirali su rezultate mjerenja mase Higsovog bozona. Prema njihovim podacima, masa Higsovog bozona je 125,36 ± 0,41 gigaelektronvolta. Ovo je gotovo identično - i po vrijednosti i po tačnosti - s rezultatom naučnika koji rade na CMS detektoru.
U publikaciji iz februara 2015. u časopisu Physical Review Letters, fizičari su naveli da bi mogući razlog skoro potpunog odsustva antimaterije u Univerzumu i prevlasti obične vidljive materije mogla biti kretanja Higgsovog polja - posebne strukture u kojoj Higsovi bozoni "uživo". Rusko-američki fizičar Aleksandar Kusenko sa Kalifornijskog univerziteta u Los Anđelesu (SAD) i njegove kolege veruju da su uspeli da nađu odgovor na ovu univerzalnu zagonetku u podacima koji su predstavljali Veliki hadronski sudarač u prvoj fazi svog rada, kada je bozon je otkriven Higs, čuvena "Božja čestica".
Dana 14. jula 2015. godine postalo je poznato da su stručnjaci iz Evropskog centra za nuklearna istraživanja (CERN), nakon serije eksperimenata na Velikom hadronskom sudaraču (LHC), objavili otkriće nove čestice, koju su ranije predvidjeli ruski naučnici, zove se pentakvark. Proučavanje svojstava pentakvarkova omogućit će nam da bolje razumijemo kako obična materija funkcionira. Mogućnost postojanja pentakvarkova Dmitrij Djakonov, Maksim Poljakov i Viktor Petrov, radnici Instituta za nuklearnu fiziku Konstantinov u Sankt Peterburgu.
Podaci koje je LHC prikupio u prvoj fazi rada omogućili su fizičarima iz LHCb kolaboracije, koji se bave potragom za egzotičnim česticama na istoimenom detektoru, da "uhvate" nekoliko čestica iz pet kvarkova odjednom, koji su dobili privremeni nazivi Pc (4450) + i Pc (4380) +. Imaju veoma veliku masu - oko 4,4-4,5 hiljada megaelektronvolti, što je oko četiri do pet puta više od one za protone i neutrone, kao i prilično neobičan spin. Po svojoj prirodi, oni su četiri "normalna" kvarka zalijepljena jednim antikvarkom.
Statistička sigurnost otkrića je devet sigma, što je ekvivalentno jednoj slučajnoj grešci ili kvaru detektora u jednom slučaju u četiri miliona milijardi (10 na 18. stepen) pokušaja.
Jedan od ciljeva drugog lansiranja LHC-a biće potraga za tamnom materijom. Pretpostavlja se da će detekcija takve materije pomoći u rješavanju problema skrivene mase, a to je, posebno, anomalno velika brzina rotacije vanjskih područja galaksija.
Materijal je pripremljen na osnovu informacija RIA Novosti i otvorenih izvora
Kako radi Veliki hadronski sudarač
LHC akcelerator će raditi na bazi efekta supravodljivosti, tj. sposobnost određenih materijala da provode električnu energiju bez otpora ili gubitka energije, obično na vrlo niskim temperaturama. Da bi se snop čestica održao na svom kružnom putu, potrebna su jača magnetna polja od onih koja su se ranije koristila u drugim CERN-ovim akceleratorima.
Veliki hadronski sudarač, protonski akcelerator izgrađen u Švicarskoj i Francuskoj, nema analoga u svijetu. Ova prstenasta konstrukcija, duga 27 km, izgrađena je na dubini od 100 metara.
U njemu bi, uz pomoć 120 moćnih elektromagneta na temperaturi blizu apsolutne nule - minus 271,3 stepena Celzijusa, trebalo da rasprši sudare protonske zrake do brzine svjetlosti (99,9 posto).Međutim, na brojnim mjestima će im se putevi ukrstiti, što će omogućiti sudaranje protona. Čestice će voditi nekoliko hiljada supravodljivih magneta.Kada ima dovoljno energije, čestice će se sudariti, stvarajući tako model Velikog praska.Hiljade senzora zabilježit će trenutke sudara. Posljedice sudara protona postat će glavni predmet proučavanja svijeta. [ http://dipland.ru /Cybernetics/Large_Hadron_Collider_92988]
Specifikacije
Akcelerator bi trebao sudarati protone ukupne energije od 14 TeV (odnosno 14 tera elektron-volt ili 14 1012 elektron volti) insistem centra gravitacije incidentne čestice, kao i jezgra dovesti sa energijom od 5 GeV (5 109 elektron-volti) za svaki par sudara nukleoni. Početkom 2010 LHC je već donekle nadmašio prethodnog rekordera po energiji protona - proton-antiprotonski sudarač Tevatron , koji je do kraja 2011. godine radio uNational Accelerator Laboratory. Enrico Fermi(SAD ). Uprkos činjenici da se prilagođavanje opreme proteže godinama i još nije završeno, LHC je već postao najveći energetski akcelerator elementarnih čestica na svijetu, nadmašujući druge sudarače u energiji za red veličine, uključujući relativistički teški ion sudarač RHIC, djeluje u Brookhaven Lab(SAD).
Detektori
LHC ima 4 glavna i 3 pomoćna detektora:
· ALICE (Eksperiment velikog ionskog sudarača)
ATLAS (Toroidalni LHC APARAT)
CMS (kompaktni mionski solenoid)
LHCb (Eksperiment ljepote Velikog hadronskog sudarača)
TOTEM (Ukupno mjerenje elastičnog i difrakcionog presjeka)
LHCf (Veliki hadronski sudarač naprijed)
MoEDAL (Detektor monopola i egzotike na LHC-u).
ATLAS, CMS, ALICE, LHCb su veliki detektori koji se nalaze oko tačaka sudara zraka. TOTEM i LHCf detektori su pomoćni, nalaze se na udaljenosti od nekoliko desetina metara od tačaka ukrštanja snopa koje zauzimaju CMS i ATLAS detektori, respektivno, i koristiće se zajedno sa glavnim.
CMS detektor
ATLAS i CMS detektori su detektori opće namjene dizajnirani za traženje Higgsovog bozona i "nestandardne fizike", posebno Crna materija , ALICE - učitikvark-gluonska plazma u sudarima teških jona olova, LHCb - za istraživanje fizikeb-kvarkovi kako bi bolje razumjeli razlike između materije i antimaterije , TOTEM - dizajniran za proučavanje raspršivanja čestica pod malim uglovima, kao što se dešava pri bliskim letovima bez sudara (tzv. nesudarne čestice, čestice naprijed), što vam omogućava da preciznije izmjerite veličinu protona, kao i kao kontrolu luminoznosti sudarača, i, konačno, LHCf - za istraživanjekosmičke zrake , modelirano korištenjem istih čestica koje se ne sudaraju.
Rad LHC-a je povezan i sa sedmim, prilično beznačajnim u smislu budžeta i složenosti, detektorom (eksperimentom) MoEDAL, dizajniranim za traženje sporo pokretnih teških čestica.
U toku rada sudarača sudari se odvijaju istovremeno u sve četiri tačke preseka snopova, bez obzira na vrstu ubrzanih čestica (protoni ili jezgra). Istovremeno, svi detektori prikupljaju statistiku istovremeno.
Potrošnja energije
Tokom rada sudarača, procijenjena potrošnja energije će biti 180 M uto . Procijenjena ukupna potrošnja energije CERN za 2009. godinu, uzimajući u obzir radni sudarač - 1000 GWh, od čega će 700 GWh pasti na udio akceleratora. Ovi troškovi energije iznose oko 10% ukupne godišnje potrošnje energije. Kanton Ženeva . CERN sam po sebi ne proizvodi energiju, ima samo rezervudizel generatori.[http://ru.wikipedia.org/wiki/]
Moguće je da će za nekoliko godina Internet ustupiti mjesto novoj, dubljoj integraciji udaljenih računara, omogućavajući ne samo daljinski prijenos informacija lokaliziranih u različitim dijelovima svijeta, već i automatsko korištenje udaljenih računarskih resursa. U vezi sa lansiranjem Velikog hadronskog sudarača, CERN već nekoliko godina radi na stvaranju takve mreže.
Činjenica da je Internet (ili ono što se označava terminom web) izmislila Evropska organizacija za nuklearna istraživanja (CERN) odavno je činjenica iz udžbenika. Oko natpisa "U ovim hodnicima stvorena je svjetska mreža" u jednom od uobičajenih hodnika uobičajene zgrade CERN-a, uvijek su gužve tokom dana otvorenih vrata. Sada internet za svoje praktične potrebe koriste ljudi širom svijeta, a u početku je kreiran kako bi naučnici koji rade na istom projektu, ali se nalaze u različitim dijelovima planete, mogli međusobno komunicirati, dijeliti podatke, objavljivati informacije koje može se pristupiti sa daljine.
GRID sistem se razvija u CERN-u (na engleskom grid - rešetka, mreža) je još jedan korak naprijed, nova faza u integraciji korisnika računara.
Pruža ne samo mogućnost objavljivanja podataka koji se nalaze negdje drugdje na planeti, već i korištenje udaljenih mašinskih resursa bez napuštanja vašeg mjesta.
Naravno, obični računari ne igraju posebnu ulogu u obezbeđivanju računarske snage, pa je prva faza integracije povezivanje svetskih superračunarskih centara.
Stvaranje ovog sistema izazvalo je Veliki hadronski sudarač. Iako se GRID već koristi za mnoge druge zadatke, bez kolajdera ga ne bi bilo, i obrnuto, bez GRID-a, obrada rezultata kolajdera je nemoguća.
Ljudi koji rade u LHC kolaboracijama nalaze se u različitim dijelovima planete. Poznato je da na ovom uređaju ne rade samo Evropljani, već i svih 20 zemalja - zvaničnih učesnika CERN-a, ukupno oko 35 zemalja. Teoretski, da bi se osigurao rad LHC-a, postojala je alternativa GRID-u - proširenje vlastitih računarskih resursa CERN-ovog kompjuterskog centra. Ali resursi koji su bili dostupni u vrijeme postavljanja problema bili su potpuno nedovoljni za simulaciju rada akceleratora, pohranjivanje informacija iz njegovih eksperimenata i njegovu naučnu obradu. Stoga bi računarski centar morao biti veoma značajno obnovljen i modernizovan, potrebno je nabaviti više računara i prostora za skladištenje podataka. Ali to bi značilo da bi sva sredstva bila koncentrisana u CERN-u. To nije bilo prihvatljivo za zemlje koje su daleko od CERN-a. Naravno, nisu bili zainteresovani za sponzorisanje resursa koji bi bili veoma teški za korišćenje i bili su prilično skloni da povećaju svoj računarski i mašinski potencijal. Stoga se rodila ideja da se resursi koriste tamo gdje jesu.
Ne pokušavajte da koncentrišete sve na jednom mestu, već kombinujte ono što već postoji u različitim delovima sveta.
Veliki hadronski sudarač(LHC) je najveći i najmoćniji akcelerator čestica na svijetu. Izgradila ga je Evropska organizacija za nuklearna istraživanja (CERN).
10.000 naučnika i inženjera iz preko 100 različitih zemalja radilo je zajedno na kreiranju ovog projekta. Cijena njegove izgradnje 10 milijardi dolara. To je trenutno najveća i najsloženija eksperimentalna istraživačka ustanova na svijetu.
Kako izgleda Veliki hadronski sudarač?
Ovo je gigantski zatvoreni tunel izgrađen pod zemljom. On ima dužine 27 kilometara i odlazi u dubine od 50 do 175 metara.
Udarač se nalazi na granici Francuske i Švicarske, u blizini grada Ženeve.
Gdje je sudarač
Kako radi Veliki hadronski sudarač
riječ " sudarač" u ovom slučaju se može prevesti kao " pusher". I on gura hadrona- klasa čestica koja se sastoji od nekoliko kvarkova, koji se drže jakom subatomskom vezom. Protoni i neutroni su primjeri adrona.
LHC u svojim eksperimentima uglavnom koristi sudare protona. Protoni su dijelovi atoma s pozitivnim nabojem. Udarač ubrzava ove protone u tunelu sve dok ne dostignu brzinu svjetlosti. Različiti protoni se usmjeravaju kroz tunel u suprotnim smjerovima. Kada se sudare, moguće je popraviti uslove slične ranom Univerzumu.
Odakle dolaze protoni da se sudare?
Za to se atomi vodonika ioniziraju. Atom vodonika sastoji se od jednog protona i jednog elektrona. Tokom jonizacije, elektron se uklanja i ostaje proton neophodan za eksperiment.
LHC se sastoji od tri glavna dijela:
- akcelerator čestica. Ubrzava i gura protone uz pomoć sistema snažnih elektromagneta koji se nalaze duž cijelog tunela.
- Detektori. Rezultati sudara se ne mogu direktno posmatrati, pa moćni detektori hvataju maksimum podataka i šalju ih na obradu.
- Grid. Petabajti podataka dolaze iz detektora. Za njihovo tumačenje koristi se grid infrastruktura - mreža računara u 36 zemalja, koji zajedno čine jedan superkompjuter. Ali čak je i ovo dovoljno za obradu 1% podataka.
Zašto je potreban Veliki hadronski sudarač?
Uz pomoć LHC-a moguće je proučavati elementarne čestice i načine njihove interakcije. On nas je već dosta naučio na terenu kvantna fizika, a istraživači se nadaju saznati više o strukturi prostora i vremena. Opažanja koja naučnici vrše pomažu da se shvati kakav je svemir mogao biti u roku od nekoliko milisekundi nakon Velikog praska.
Kakva su otkrića napravljena na LHC-u
Do sada je najveće otkriće Higsov bozon. Ovo je jedno od najvažnijih otkrića 21. stoljeća, koje objašnjava postojanje mase čestica u svemiru. Ovo potvrđuje Standardni model, uz pomoć kojeg danas fizičari opisuju interakciju elementarnih čestica. Na toj interakciji se zasniva struktura čitavog univerzuma.
Suština rada Higgsovog bozona je da zahvaljujući njemu druge elementarne čestice mogu imati i prenijeti svoju masu. Ali ovo je vrlo, vrlo pojednostavljeno shvatanje, i ako ste zainteresovani, pročitajte naučnu literaturu.
OD kompletna lista od svih otkrića na Velikom hadronskom sudaraču mogu se naći na Wikipediji.
Može li kamenac uništiti zemlju
Od svog lansiranja, LHC je bio predmet raznih spekulacija. Najpoznatiji - u toku eksperimenata može se formirati crna rupa i konzumiraju planetu.
Dva su razloga da ne brinete.