A rövidített LHC (eng. Large Hadron Collider, rövidítve LHC) egy töltött részecskegyorsító ütköző nyalábokban, amelyet protonok és nehézionok (ólomionok) gyorsítására és ütközésük termékeinek tanulmányozására terveztek. Az ütközőt a CERN-ben (Európai Nukleáris Kutatási Tanács) építették, amely Genf közelében, Svájc és Franciaország határán található. Az LHC a világ legnagyobb kísérleti létesítménye. Több mint 100 országból több mint 10 000 tudós és mérnök vett részt és vesz részt az építésben és a kutatásban.

Mérete miatt nevezték nagynak: a gázpedál főgyűrűjének hossza 26 659 m; hadronsav - annak a ténynek köszönhetően, hogy felgyorsítja a hadronokat, azaz a kvarkokból álló nehéz részecskéket; ütköztető (eng. Collider - ütköztető) - annak a ténynek köszönhető, hogy a részecskesugarak ellentétes irányba gyorsulnak, és speciális ütközési pontokon ütköznek.

Műszaki adatok

A gyorsítónak 14 TeV (azaz 14 teraelektronvolt vagy 14 1012 elektronvolt) összenergiájú protonokat kell ütköztetnie a beeső részecskék tömegközéppontjában, valamint 5 GeV (5 109) energiájú ólommagokkal. elektronvolt) minden egyes ütköző nukleonpárra. 2010 elején az LHC már valamivel túlszárnyalta a protonenergia tekintetében az előző bajnokot - a Tevatron proton-antiproton ütköztetőt, amely 2011 végéig a National Accelerator Laboratoryban dolgozott. Enrico Fermi (USA). Annak ellenére, hogy a berendezés beállítása évekig húzódik, és még nem fejeződött be, az LHC már a világ legnagyobb energiájú részecskegyorsítójává vált, energiában nagyságrenddel megelőzve a többi ütköztetőt, köztük az RHIC relativisztikus nehéziont. ütköztető a Brookhaven Laboratoryban (USA).

Az LHC fényereje a futás első heteiben nem haladta meg az 1029 részecske/cm 2 s értéket, azonban folyamatosan növekszik. A cél 1,7·1034 részecske/cm 2 s névleges fényerő elérése, ami nagyságrendileg megegyezik a BaBar (SLAC, USA) és a Belle (angol) (KEK, Japán) fényerősségével.

A gyorsító ugyanabban az alagútban található, ahol korábban a nagy elektron-pozitronütköztető volt. A 26,7 km kerületű alagutat Franciaországban és Svájcban fektették a föld alá. Az alagút mélysége 50-175 méter, az alagútgyűrű pedig körülbelül 1,4%-kal dől el a föld felszínéhez képest. A protonnyaláb megtartására, korrekciójára és fókuszálására 1624 szupravezető mágnest használnak, amelyek teljes hossza meghaladja a 22 km-t. A mágnesek 1,9 K (-271 °C) hőmérsékleten működnek, ami valamivel a hélium szuperfluid hőmérséklete alatt van.

LHC detektorok

Az LHC 4 fő és 3 kiegészítő detektorral rendelkezik:

• ALICE (Egy nagy ionütköztető kísérlet)
• ATLAS (egy toroidális LHC készülék)
• CMS (Compact Muon Solenoid)
• LHCb (The Large Hadron Collider szépségkísérlet)
• TOTEM (TOTAL rugalmas és diffrakciós keresztmetszet mérése)
• LHCf (The Large Hadron Collider előre)
• MoEDAL (Monopole and Exotics Detector At the LHC).

Az ATLAS, CMS, ALICE, LHCb nagyméretű detektorok, amelyek a nyaláb ütközési pontjai körül helyezkednek el. A TOTEM és az LHCf detektorok segédeszközök, amelyek a CMS, illetve ATLAS detektorok által elfoglalt nyalábmetszéspontoktól több tíz méter távolságra helyezkednek el, és a fő detektorokkal együtt kerülnek felhasználásra.

Az ATLAS és CMS detektorok általános célú detektorok a Higgs-bozon és a "nem szabványos fizika", különösen a sötét anyag felkutatására, ALICE - a kvark-gluon plazma tanulmányozására nehéz ólomion-ütközések során, LHCb - a fizika tanulmányozására A b-kvarkokat, amelyek lehetővé teszik az anyag és az antianyag közötti különbségek jobb megértését, a TOTEM-et a részecskék kis szögekben történő szóródásának tanulmányozására tervezték, például közeli szakaszok során ütközések nélkül (az ún. nem ütköző részecskék, előre részecskék), amely lehetővé teszi a protonok méretének pontosabb mérését, valamint az ütköző fényerejének szabályozását, és végül az LHCf - a kozmikus sugarak tanulmányozására, ugyanazokkal a nem ütköző részecskékkel modellezve.

Az LHC munkája a költségvetésben és bonyolultságban meglehetősen jelentéktelen MoEDAL hetedik detektorhoz (kísérlethez) is kapcsolódik, amelyet a lassan mozgó nehéz részecskék felkutatására terveztek.

Az ütközőgép működése során az ütközések mindenhol egyidejűleg történnek négy pont nyaláb keresztezései, függetlenül a gyorsított részecskék (protonok vagy atommagok) típusától. Ugyanakkor az összes detektor egyszerre gyűjt statisztikákat.

Részecskék gyorsulása ütközőben

Az LHC-ben lévő részecskék sebessége az ütköző sugarakon közel van a vákuumban mért fénysebességhez. A részecskék ilyen nagy energiákra való felgyorsítása több lépésben történik. Az első szakaszban az alacsony energiájú Linac 2 és Linac 3 lineáris gyorsítók protonokat és ólomionokat fecskendeznek be a további gyorsítás érdekében. Ezután a részecskék bejutnak a PS boosterbe, majd magába a PS-be (proton szinkrotron), 28 GeV energiát szerezve. Ezzel az energiával már fényhez közeli sebességgel mozognak. Ezt követően a részecskegyorsulás az SPS-ben (Proton Super Synchrotron) folytatódik, ahol a részecske energiája eléri a 450 GeV-ot. Ezután a protoncsokor a fő 26,7 kilométeres gyűrűbe kerül, így a protonok energiája maximum 7 TeV-ra emelkedik, és az ütközési pontokon a detektorok rögzítik a bekövetkező eseményeket. Két ütköző protonsugár, ha teljesen meg van töltve, egyenként 2808 csomót tartalmazhat. A gyorsítási folyamat hibakeresésének kezdeti szakaszában csak egy csomó kering egy több centiméter hosszú és kis keresztirányú kötegben. Aztán elkezdik növelni a vérrögök számát. A klaszterek egymáshoz képest rögzített pozíciókban helyezkednek el, amelyek szinkronban mozognak a gyűrű mentén. A csomók egy bizonyos sorrendben a gyűrű négy pontján ütközhetnek, ahol a részecskedetektorok találhatók.

Az összes hadroncsokor kinetikus energiája az LHC-ben, amikor az teljesen meg van töltve, összehasonlítható a kinetikus energia sugárhajtású repülőgépek, bár az összes részecske tömege nem haladja meg a nanogrammot, és szabad szemmel sem láthatók. Ezt az energiát a részecskék fénysebességéhez közeli sebessége miatt érik el.

A kötegek 0,0001 másodpercnél gyorsabban mennek át a gázpedál teljes körén, így több mint 10 ezer fordulatot tesznek meg másodpercenként

Az LHC céljai és célkitűzései

A Nagy Hadronütköztető fő feladata, hogy 10-19 m-nél kisebb távolságban feltárja világunk szerkezetét, több TeV energiájú részecskékkel "szondázva". A mai napig sok közvetett bizonyíték gyűlt össze arra vonatkozóan, hogy ilyen léptékben a fizikusoknak egy bizonyos „új valóságréteget” kell megnyitniuk, amelynek tanulmányozása az alapvető fizika számos kérdésére választ ad. Hogy pontosan mi lesz ebből a valóságrétegből, azt előre nem tudni. A teoretikusok természetesen már több száz különféle jelenséget javasoltak, amelyek több TeV ütközési energiáinál is megfigyelhetők, de ez a kísérlet mutatja meg, hogy valójában mi valósul meg a természetben.

Új fizika keresése A Standard Modell nem tekinthető az elemi részecskék végső elméletének. Valamilyen mélyebb elmélet része kell legyen a mikrovilág felépítéséről, az ütköztető kísérleteknél látható rész körülbelül 1 TeV alatti energiáknál. Az ilyen elméleteket összefoglaló néven „Új fizika” vagy „Túl a standard modellen” néven említik. A Large Hadron Collider fő feladata, hogy legalább az első sejtéseket megkapja, mi is ez a mélyebb elmélet. Az alapvető kölcsönhatások egy elméletben való további kombinálására különböző megközelítéseket alkalmaznak: a húrelméletet, amelyet az M-elméletben fejlesztettek ki (bránelmélet), a szupergravitációs elméletet, a hurokkvantumgravitációt stb. Némelyiküknek belső problémái vannak, és egyiküknek sem. kísérleti megerősítés. A probléma az, hogy a megfelelő kísérletek elvégzéséhez olyan energiákra van szükség, amelyek a modern részecskegyorsítóknál elérhetetlenek. Az LHC olyan kísérleteket tesz lehetővé, amelyek korábban lehetetlenek voltak, és valószínűleg megerősít vagy megcáfol ezen elméletek egy részét. Így a négynél nagyobb dimenziójú fizikai elméletek egész sora létezik, amelyek a "szuperszimmetria" létezésére utalnak – ilyen például a húrelmélet, amelyet néha szuperhúrelméletnek neveznek, éppen azért, mert szuperszimmetria nélkül elveszíti. fizikai jelentése . A szuperszimmetria létezésének megerősítése tehát ezen elméletek igazságának közvetett megerősítése lenne. A csúcskvarkok tanulmányozása A csúcskvark a legnehezebb kvark, és ráadásul az eddig felfedezett legnehezebb elemi részecske. A Tevatron legfrissebb eredményei szerint tömege 173,1 ± 1,3 GeV/c 2 . Nagy tömege miatt a felső kvarkot eddig csak egy gyorsítónál, a Tevatronnál figyelték meg, más gyorsítóknak egyszerűen nem volt elegendő energiája az előállításához. Ráadásul a csúcskvarkok nemcsak önmagukban érdeklik a fizikusokat, hanem a Higgs-bozon tanulmányozásának „munkaeszközeként” is. A Higgs-bozon előállításának egyik legfontosabb csatornája az LHC-ben az asszociatív termelés a felső kvark-antikvark párral együtt. Ahhoz, hogy az ilyen eseményeket megbízhatóan elkülönítsük a háttértől, először maguknak a csúcskvarkok tulajdonságainak tanulmányozására van szükség. Az elektrogyenge szimmetria mechanizmusának vizsgálata A projekt egyik fő célja a Higgs-bozon, a Peter Higgs skót fizikus által 1964-ben a Standard Modell keretein belül megjósolt részecske létezésének kísérleti bizonyítása. A Higgs-bozon az úgynevezett Higgs-mező kvantuma, amelyen áthaladva a részecskék ellenállást tapasztalnak, amit tömegkorrekcióként ábrázolunk. Maga a bozon instabil és nagy tömegű (több mint 120 GeV/c2). Valójában a fizikusokat nem annyira maga a Higgs-bozon érdekli, hanem az elektrogyenge kölcsönhatás szimmetriatörésének Higgs-mechanizmusa. A kvark-gluon plazma tanulmányozása Várhatóan évente körülbelül egy hónapot töltünk a gyorsítóban nukleáris ütközések üzemmódjában. Ebben a hónapban az ütköztető felgyorsul, és nem protonokkal, hanem ólommagokkal ütközik a detektorokban. Két atommag rugalmatlan ütközésekor ultrarelativisztikus sebességgel rövid ideig sűrű és nagyon forró nukleáris anyag csomó képződik, majd elbomlik. Az ebben az esetben fellépő jelenségek (az anyag átmenete a kvark-gluon plazma állapotába és annak lehűlése) megértése szükséges az erős kölcsönhatások tökéletesebb elméletének megalkotásához, amely mind a magfizika, mind az asztrofizika számára hasznos lesz. A szuperszimmetria keresése Az LHC-n végzett kísérletek első jelentős tudományos eredménye a "szuperszimmetria" bizonyítása vagy cáfolata lehet - annak az elméletnek, hogy minden elemi részecskének van sokkal nehezebb partnere, vagy "szuperrészecskéje". Foton-hadron és foton-foton ütközések vizsgálata A részecskék elektromágneses kölcsönhatását a (néhány esetben virtuális) fotonok cseréjeként írják le. Más szóval, a fotonok az elektromágneses mező hordozói. A protonok elektromos töltéssel vannak körülvéve elektrosztatikus mező, illetve ez a mező virtuális fotonfelhőnek tekinthető. Minden proton, különösen a relativisztikus proton, szerves részeként tartalmazza a virtuális részecskék felhőjét. Amikor a protonok ütköznek egymással, az egyes protonokat körülvevő virtuális részecskék is kölcsönhatásba lépnek. Matematikailag a részecskekölcsönhatás folyamatát korrekciók hosszú sorozata írja le, amelyek mindegyike egy bizonyos típusú virtuális részecskék segítségével írja le a kölcsönhatást (lásd: Feynman diagramok). Így a protonok ütközésének tanulmányozása során közvetett módon az elméleti fizika számára nagy érdeklődésre számot tartó anyag és nagyenergiájú fotonok kölcsönhatását is vizsgálják. A reakciók egy speciális osztályát is figyelembe veszik - két foton közvetlen kölcsönhatását, amelyek ütközhetnek egy szembejövő protonnal, tipikus foton-hadron ütközéseket generálva, és egymással. A magütközések módozatában az atommag nagy elektromos töltése miatt az elektromágneses folyamatok befolyása még fontosabb. Egzotikus elméletek tesztelése A teoretikusok a 20. század végén rengeteg szokatlan ötletet terjesztettek elő a világ szerkezetéről, amelyeket összefoglalóan "egzotikus modelleknek" neveznek. Ide tartoznak az 1 TeV nagyságrendű energiaskálán erős gravitációval rendelkező elméletek, nagyszámú térbeli dimenziójú modellek, olyan preonmodellek, amelyekben maguk a kvarkok és leptonok is részecskékből állnak, valamint új típusú kölcsönhatású modellek. Az a tény, hogy a felhalmozott kísérleti adatok még mindig nem elegendőek egyetlen elmélet létrehozásához. És ezek az elméletek maguk is kompatibilisek a rendelkezésre álló kísérleti adatokkal. Mivel ezek az elméletek konkrét előrejelzéseket adhatnak az LHC-re vonatkozóan, a kísérletezők azt tervezik, hogy tesztelik az előrejelzéseket, és bizonyos elméletek nyomait keresik adataikban. A gyorsítónál kapott eredmények várhatóan határt szabhatnak majd a teoretikusok fantáziájának, lezárva a javasolt konstrukciók egy részét. Egyéb Szintén felderítésre vár fizikai jelenségek a standard modellen kívül. A tervek szerint a W- és Z-bozonok tulajdonságait, a szupernagy energiájú nukleáris kölcsönhatásokat, a nehézkvarkok (b és t) keletkezési és bomlási folyamatait tanulmányozzák.

Ezen a héten két év várakozás után újra beindulhat a Large Hadron Collider - az a részecskegyorsító, amely 2012-ben a Higgs-bozon felfedezéséhez vezetett.

Az óriásütközőt (amelynek egy része a Franciaország és Svájc közötti 27 kilométeres földalatti alagút) 2013 februárjában kapcsolták ki, hogy a tudósok módosíthassák a kialakítását. A tudósok most újra bekapcsolják, hogy egy sor kísérlettel előrelépést tegyenek a fizika tanulmányozásában.

1. Várj, várj, mi az a Nagy Hadronütköztető?

A nagy hadronütköztető alagútja
Az LHC-t 2008-ban építette a CERN (Európai Nukleáris Kutatási Tanács). A világ legnagyobb hadronütköztetőjének létrehozása kilencmilliárd dollárba került. Földalatti alagutak hihetetlen hossza lehetővé teszi a fizikusok számára, hogy hihetetlen kísérleteket hajtsanak végre.

Nagyjából elmondható, hogy a leggyakoribb kísérletek a töltött részecskék fénysebesség 99,9999%-ára való felgyorsításából állnak (aminek következtében másodpercenként 11 000-szer körben mozognak), majd óriási mágnesekkel ütköztetik őket. A kifinomult érzékelők mindenféle információt kiolvasnak, amelyeket ezeknek a részecskéknek az ütközése után kapnak.

2. Miért lökdösik a tudósok a részecskéket?

Az LHC egyik érzékelője által kapott információ
Az ütközés után felszabaduló hatalmas energiamennyiség hatására a részecskék szétesnek, majd meglehetősen szokatlan szerkezetekké gyűlnek össze. Az ilyen kísérletek segítenek megtalálni a hibákat a fizika standard modelljében – jelenleg az A legjobb mód megjósolni a részecskék viselkedését.

A fizikusokat érdeklik az ilyen kísérletek, mert bár a Standard Modell meglehetősen pontosnak tekinthető, még mindig hiányos. "Jó a találgatásokra, de a fizikusok nem szeretik annyira" - kommentálta Patrick Koppenburg, az LHC-vel dolgozó tudós.

A modell legerősebb hátránya, hogy nem veszi figyelembe a gravitációs erőt (csak három másik alapvető kölcsönhatást ír le) és az olyan fogalmakat, mint a sötét anyag és a sötét energia. Nem illik jól az univerzum eredetére vonatkozó jelenlegi elméletekkel sem.

Más szóval, a fizika standard modellje a legjobban leírja a körülöttünk lévő dolgok működését. Koppenburg szerint azonban ez az elmélet "egy ponton pontosan téves". Az LHC részecskéinek ütköztetésével ő és más tudósok megpróbálnak eltéréseket találni ettől a modelltől.

3. Amit ezek a tudósok már felfedeztek

A Standard Modell 17 alapvető részecskéjének diagramja, beleértve a Higgs-bozont
A legtöbb fontos esemény A Nagy Hadronütköztető történetében a Higgs-bozon felfedezése volt.

Az 1960-as évek óta úgy gondolják, hogy a Higgs-bozon a Higgs-mező része, egy láthatatlan mező, amely az űrben halad, és minden részecskét érint. A fizikusok feltételezései szerint ennek a mezőnek köszönhető, hogy a részecskék tömeggel (vagy mozgáskor ellenállással) rendelkeznek.
Brian Green fizikus ezt írta közleményében:

„Képzeld el, hogy egy ping-pong labda a víz alá merül. Amikor megpróbálja mélyebbre süllyeszteni, úgy tűnik, hogy sokszor nehezebb, mint a vízből. Vízzel való kölcsönhatása tömegének növekedéséhez vezet. Ugyanez történik a Higgs-mezőbe merült részecskékkel is.

Elvileg senkit nem lepett meg a bozon és a Higgs-mező felfedezése, mert a Standard Modell összes törvénye ezek létezésére mutatott. A bökkenő az volt, hogy nem volt közvetlen bizonyíték. „Amikor az LHC-t építettük, abban reménykedtünk, hogy megtaláljuk a Higgs-bozont, vagy bebizonyítjuk, hogy nem létezik” – kommentálja Koppenburg.

2012-ben, három év kísérletezés után, a fizikusok bebizonyították a Higgs-bozon létezését. A számítások szerint közvetlenül az ütközés után a Higgs-bozon bizonyos mintákat követve más részecskékre bomlott. A protonok ütközése után gyűjtött adatok segítettek megérteni és előre jelezni ezeket a mintákat.

Ez a felfedezés hihetetlenül fontos: a Higgs-mező a Standard Modell sarokköve. Neki köszönhetően minden más egyenlet sokkal világosabbá válik. 50 évvel azután tudtuk kimutatni, hogy létezését papíron megjósolták, ami azt jelenti, hogy jó úton haladunk univerzumunk szerkezetének tanulmányozása terén.

4. Miért van újra bekapcsolva az LHC?

A nagy hadronütköztető alagutai
A múltban elvégzett összes kísérlet csak a kezdet volt. Több éves munka után a mágnesek (gyorsítják és szabályozzák a részecskék mozgását) és az érzékelők fejlesztésén, új kor: most egy kísérletsorozat része a részecskék gyorsulása és ütközése, amelyek töltése kétszer akkora lesz, mint az előzőé.

Az új részecskeütközések lehetővé teszik a tudósok számára, hogy új (és esetleg még nagyobb) részecskéket fedezzenek fel, valamint tanulmányozzák a Higgs-bozont és viselkedését különböző körülmények között.

„Reméljük, hogy felfedezhetünk olyan elemeket, amelyeket a standard modell nem jósol. Például a részecskék olyan nehezek, hogy még nem fedezték fel őket, vagy más típusú eltérések” – osztja meg reményeit Koppenburg.

Lehetséges például, hogy a Higgs-bozon csak egy a Higgs-mechanizmus számos részecske közül.

Koppenburg és mások szerint elegendő új információ segít új részecskék felfedezésében és a jelenlegi szabványos modell tökéletesítésében, lehetővé téve, hogy pontosan kölcsönhatásba léphessen a sötét anyaggal, az univerzum születésével és más, rosszul értelmezett témákkal.

5. Tervezik-e a jövőben még nagyobb részecskegyorsítók építését?

A nemzetközi lineáris ütköztető vázlata
Igen. A fizikusok azt remélik, hogy végül sokkal nagyobb gyorsítókat fognak építeni, amelyek több energiával képesek felgyorsítani a részecskéket, mint az LHC. Ez viszont lehetővé teszi új részecskék felfedezését, és világosabb megértést ad a sötét anyagról. A nemzetközi lineáris ütköztető hossza például 32 kilométer lesz. Ellentétben az LHC-vel, ahol a részecskéket körben gyorsítják, ebben a projektben közvetlenül ütköznek egymással. A projektet még fontolgatják, de a tudósok azt remélik, hogy Japánban is megépül majd egy ilyen gyorsító, amely 2026-ra kezdi meg működését.

Valaha mindenkinek úgy tűnt, hogy egy óriási részecskegyorsítót építenek az Egyesült Államokban. 1989-ben a Kongresszus beleegyezett abba, hogy hatmilliárd dollárt költenek egy szupravezető szuperütköztető megépítésére. A texasi Waxahachee-ben építették volna, alagútjainak hosszának el kellett volna érnie a 86 kilométert. Az erő, amellyel a részecskék ütköznének, négyszer erősebb lenne, mint a Nagy Hadronütköztetőé. Sajnos azonban 1993-ban a projekt költsége 11 milliárd dollárra emelkedett, és a Kongresszus a leállítás mellett döntött, annak ellenére, hogy már 2 milliárd dollárt költöttek az alagút 25 kilométerének megépítésére.

Eredeti: Vox
Lefordított.

Az Európai Nukleáris Kutatási Központ (CERN) szakemberei a Nagy Hadronütköztetőben (LHC) végzett kísérletsorozat után bejelentették egy új részecske felfedezését, amelyet korábban orosz tudósok jósoltak, pentakvark néven.

A Large Hadron Collider (LHC) egy gyorsító, amelyet az elemi részecskék (különösen a protonok) felgyorsítására terveztek.

Új részecskét fedeztek fel a Nagy Hadronütköztetőben – állítják a fizikusokA Nagy Hadronütköztetőben dolgozó Európai Nukleáris Kutatási Központ szakemberei egy pentakvark felfedezését jelentették be, amely egy orosz tudósok által megjósolt részecske.

Franciaországban és Svájcban található, és az Európai Nukleáris Kutatási Tanácshoz (Conseil Europeen pour la Recherche Nucleaire, CERN, CERN) tartozik.

Akkor még nem volt világos a tudósok számára, hogy az általuk felfedezett részecske mennyire felel meg a Standard Modell előrejelzéseinek. 2013 márciusára a fizikusok elegendő adattal rendelkeztek a részecskéről ahhoz, hogy hivatalosan kijelenthessék, hogy Higgs-bozon.

2013. október 8-án Peter Higgs brit fizikus és a belga François Engler, akik felfedezték az elektrogyenge szimmetria-törés mechanizmusát (e miatt az elemi részecskék tömege is lehet), megkapta a fizikai Nobel-díjat "egy olyan elmélet elméleti felfedezéséért". mechanizmus, amely lehetővé tette az elemi részecskék tömegének eredetének megértését."

2013 decemberében a CERN fizikusai a neurális hálózatokat használó adatelemzésnek köszönhetően először követték nyomon a Higgs-bozon bomlását fermionokká - tau leptonok, valamint b-kvark és b-antikvark párok.

2014 júniusában az ATLAS detektornál dolgozó tudósok az összes felhalmozott statisztika feldolgozása után finomították a Higgs-bozon tömegének mérési eredményeit. Adataik szerint a Higgs-bozon tömege 125,36 ± 0,41 gigaelektronvolt. Ez szinte megegyezik - mind értékben, mind pontosságban - a CMS detektoron dolgozó tudósok eredményeivel.

A Physical Review Letters folyóiratban megjelent 2015. februári publikációban a fizikusok kijelentették, hogy az antianyag szinte teljes hiányának az Univerzumban és a közönséges látható anyag túlsúlyának lehetséges oka a Higgs-mező mozgása – egy különleges szerkezet, ahol Higgs-bozonok találhatók. "élő". Alekszandr Kusenko orosz-amerikai fizikus, a Los Angeles-i Kaliforniai Egyetemről (USA) és munkatársai úgy vélik, hogy sikerült megtalálniuk a választ erre az univerzális talányra azokban az adatokban, amelyek a Nagy Hadronütköztető volt a munka első szakaszában, amikor a bozont felfedezték Higgs, a híres "Istenrészecske".

2015. július 14-én vált ismertté, hogy az Európai Nukleáris Kutatási Központ (CERN) szakemberei a Large Hadron Colliderben (LHC) végzett kísérletsorozat után bejelentették egy új részecske felfedezését, amelyet korábban orosz tudósok jósoltak. pentakvarknak nevezik. A pentakvarkok tulajdonságainak tanulmányozása lehetővé teszi számunkra, hogy jobban megértsük a közönséges anyag működését. Dmitrij Djakonov, Maxim Poljakov és Viktor Petrov pentakvarkok létezésének lehetősége, a Konstantinov Szentpétervári Nukleárisfizikai Intézet alkalmazottai.

Az LHC által a munka első szakaszában gyűjtött adatok lehetővé tették az LHCb együttműködésben részt vevő fizikusok számára, akik egzotikus részecskék után kutattak az azonos nevű detektoron, hogy egyszerre több részecskét "elkapjanak" öt kvarkból, amelyek megkapták a ideiglenes nevek Pc (4450) + és Pc (4380) +. Nagyon nagy tömegük van - körülbelül 4,4-4,5 ezer megaelektronvolt, ami körülbelül négy-ötször több, mint a protonok és neutronok, valamint egy meglehetősen szokatlan spin. Természetüknél fogva négy "normál" kvark, amelyek egy antikvarkkal vannak összeragasztva.

A felfedezés statisztikai bizonyossága kilenc szigma, ami négymillió milliárd (10-18. hatvány) kísérletből egy esetben egy véletlenszerű hibának vagy detektorhibának felel meg.

Az LHC második indításának egyik célja a sötét anyag felkutatása lesz. Feltételezhető, hogy az ilyen anyagok észlelése segít megoldani a rejtett tömeg problémáját, amely különösen a galaxisok külső régióinak rendellenesen nagy forgási sebessége.

Az anyag a RIA Novosti és nyílt források információi alapján készült

Hogyan működik a Nagy Hadronütköztető

Az LHC-gyorsító a szupravezetési hatás alapján fog működni, azaz. bizonyos anyagok azon képessége, hogy ellenállás vagy energiaveszteség nélkül vezetik az elektromosságot, általában nagyon alacsony hőmérsékleten. A részecskenyaláb körkörös pályán tartásához erősebb mágneses mezőkre van szükség, mint a korábban más CERN gyorsítókban használtak.

A Nagy Hadronütköztetőnek, a Svájcban és Franciaországban épített protongyorsítónak nincs analógja a világon. Ez a 27 km hosszú gyűrűs építmény 100 méteres mélységben épült.

Ebben 120 erős elektromágnes segítségével az abszolút nullához közeli - mínusz 271,3 Celsius-fok hőmérsékleten a fénysebesség közelébe (99,9 százalék) kell szétszórnia az ütköző protonnyalábokat.Útjaik azonban számos helyen keresztezik egymást, ami lehetővé teszi a protonok ütközését. A részecskéket több ezer szupravezető mágnes fogja irányítani.Ha van elegendő energia, a részecskék összeütköznek, és így létrejön az ősrobbanás modellje.Szenzorok ezrei rögzítik az ütközés pillanatait. A protonok ütközésének következményei a világ tanulmányozásának fő tárgyává válnak. [ http://dipland.ru/Cybernetics/Large_Hadron_Collider_92988]

Műszaki adatok

A gyorsítónak 14 TeV (vagyis 14 tera) összenergiájú protonokat kellene ütköztetnie. elektron-volt vagy 14 1012 elektronvolt) hüvelyksúlypont rendszer beeső részecskék, valamint magok vezet 5 GeV (5 109 elektronvolt) energiával minden egyes ütközőpár esetén nukleonok. 2010 elején Az LHC már valamivel túlszárnyalta a protonenergia tekintetében a korábbi rekorder - a proton-antiproton ütköztetőt Tevatron , aki 2011 végéig dolgozottNational Accelerator Laboratory. Enrico Fermi(USA ). Annak ellenére, hogy a berendezés beállítása évekig húzódik, és még nem fejeződött be, az LHC már a világ legnagyobb energiájú elemi részecskegyorsítójává vált, energiában nagyságrenddel megelőzve a többi ütköztetőt, köztük a relativisztikus nehéziont. ütköző RHIC, működő Brookhaven Lab(USA).

Detektorok

Az LHC 4 fő és 3 kiegészítő detektorral rendelkezik:

· ALICE (Egy nagy ionütköztető kísérlet)

ATLAS (egy toroidális LHC készülék)

CMS (Compact Muon Solenoid)

LHCb (A Large Hadron Collider szépségkísérlet)

TOTEM (TOTAL rugalmas és diffrakciós keresztmetszet mérés)

LHCf (A nagy hadronütköztető előre)

MOEDAL (Monopole and Exotics Detector At the LHC).

Az ATLAS, CMS, ALICE, LHCb nagyméretű detektorok, amelyek a nyaláb ütközési pontjai körül helyezkednek el. A TOTEM és az LHCf detektorok segédeszközök, amelyek a CMS, illetve ATLAS detektorok által elfoglalt nyalábmetszéspontoktól több tíz méter távolságra helyezkednek el, és a fő detektorokkal együtt kerülnek felhasználásra.

CMS detektor

Az ATLAS és a CMS detektorok általános célú detektorok, amelyeket a Higgs-bozon és a „nem szabványos fizika” keresésére terveztek. sötét anyag , ALICE - tanulnikvark-gluon plazma ólom-nehézion ütközésekben, LHCb - fizikai kutatásokhozb-kvarkok hogy jobban megértsük a különbségeket anyag és antianyag , TOTEM - a részecskék kis szögben történő szóródásának tanulmányozására készült, például közeli repülés során ütközés nélkül (az ún. nem ütköző részecskék, előremenő részecskék), amely lehetővé teszi a protonok méretének pontosabb mérését is mint az ütköző fényerejének szabályozása, és végül az LHCf - kutatáshozkozmikus sugarak , ugyanazokkal a nem ütköző részecskékkel modellezve.

Az LHC munkája a hetedik, költségvetési és összetettségi szempontból meglehetősen jelentéktelen, detektoros (kísérleti) MoEDAL-hoz is kapcsolódik, amely a lassan mozgó nehéz részecskék felkutatására szolgál.

Az ütközőgép működése során a nyalábok mind a négy metszéspontjában egyidejűleg történnek ütközések, függetlenül a felgyorsított részecskék (protonok vagy atommagok) típusától. Ugyanakkor az összes detektor egyszerre gyűjt statisztikákat.

Energiafelhasználás

Az ütközőgép működése során a becsült energiafogyasztás 180 M lesz kedd . Becsült teljes energiafogyasztás CERN 2009-re az üzemi ütközőt figyelembe véve - 1000 GWh, amelyből 700 GWh a gyorsító részarányára esik. Ezek az energiaköltségek a teljes éves energiafogyasztás mintegy 10%-át teszik ki. Genf kanton . A CERN maga nem termel energiát, csak tartaléka vandízel generátorok.[http://ru.wikipedia.org/wiki/]

Lehetséges, hogy néhány éven belül az internet átadja helyét a távoli számítógépek új, mélyebb integrációjának, amely nemcsak a világ különböző részein lokalizált információk távoli átvitelét teszi lehetővé, hanem a távoli számítási erőforrások automatikus használatát is lehetővé teszi. A Large Hadron Collider elindítása kapcsán a CERN több éve dolgozik egy ilyen hálózat létrehozásán.

Az a tény, hogy az internetet (vagy amit a web kifejezéssel jelölünk) az Európai Nukleáris Kutatási Szervezet (CERN) találta fel, már régóta tankönyvi tény. A szokásos CERN-épület egyik szokásos folyosóján „Ezeken a folyosókon világméretű hálózat jött létre” felirat körül a nyílt napon mindig zsúfolásig megteltek a bámészkodók. Manapság az internetet gyakorlati szükségleteik kielégítésére használják az emberek szerte a világon, és kezdetben azért hozták létre, hogy az ugyanazon a projekten dolgozó, de a bolygó különböző részein dolgozó tudósok kommunikálhassanak egymással, megosszák egymással az adatokat, tegyenek közzé információkat, távolról is elérhető lenne.

GRID rendszer fejlesztés alatt áll a CERN-ben (angolul grid - rács, hálózat) egy újabb lépés előre, a számítógép-felhasználók integrációjának új szakasza.

Nemcsak a bolygó más részén található adatok közzétételét teszi lehetővé, hanem távoli gépi erőforrások használatát is anélkül, hogy elhagyná a helyét.

Természetesen a közönséges számítógépek nem játszanak különösebb szerepet a számítási teljesítmény biztosításában, így az integráció első szakasza a világ szuperszámítási központjainak összekapcsolása.

Ennek a rendszernek a létrehozása váltotta ki a Nagy Hadronütköztetőt. Bár a GRID-et már sok más feladatra használják, az ütköztető nélkül nem létezne, és fordítva, GRID nélkül az ütköző eredményeinek feldolgozása lehetetlen.

GRID szerver térkép //

Az LHC együttműködésekben dolgozó emberek a bolygó különböző részein találhatók. Ismeretes, hogy nem csak európaiak dolgoznak ezen az eszközön, hanem mind a 20 ország - a CERN hivatalos résztvevői, összesen mintegy 35 ország. Elméletileg az LHC működésének biztosítására létezett egy alternatíva a GRID helyett - a CERN számítógépközpont saját számítási erőforrásainak kiterjesztése. Ám a probléma felállításakor rendelkezésre álló erőforrások teljességgel nem voltak elegendőek a gyorsító működésének szimulálására, a kísérletekből származó információk tárolására és a tudományos feldolgozásra. Ezért a számítástechnikai központot nagyon jelentősen át kellene építeni, korszerűsíteni, több számítógépet és adattárolót kellene vásárolni. Ez azonban azt jelentené, hogy minden finanszírozás a CERN-ben összpontosulna. Ez nem volt túl elfogadható a CERN-től távol eső országok számára. Természetesen nem voltak érdekeltek a nehezen használható források szponzorálásában, inkább számítási és gépi potenciáljuk növelésére hajlottak. Ezért született meg az ötlet, hogy ott használjuk az erőforrásokat, ahol vannak.

Ne próbálj meg mindent egy helyre koncentrálni, hanem kombináld azt, ami már létezik a világ különböző részein.

A nagy hadronütköztető(LHC) a legnagyobb és legerősebb részecskegyorsító a világon. Az Európai Nukleáris Kutatási Szervezet (CERN) építette.

10 000 tudós és mérnök több mint 100 különböző országból dolgozott együtt a projekt létrehozásán. Építési költsége 10 milliárd dollár. Jelenleg ez a világ legnagyobb és legösszetettebb kísérleti kutatóintézete.

Hogyan néz ki a nagy hadronütköztető?

Ez egy hatalmas, zárt alagút a föld alatt. Neki van hossza 27 kilométerés odamegy mélysége 50-175 méter.

Az ütköző Franciaország és Svájc határán, Genf város közelében található.

Hol van az ütköző

Hogyan működik a Nagy Hadronütköztető

szó" ütköző"ebben az esetben így fordítható" toló". És löki hadronok- több kvarkból álló részecskék osztálya, amelyeket erős szubatomi kötés tart. A protonok és a neutronok a hadron példái.

Az LHC főként protonütközést használ kísérletei során. Protonok az atomok pozitív töltésű részei. Az ütköző ezeket a protonokat addig gyorsítja az alagútban, amíg el nem érik a fénysebességet. Különböző protonokat irányítanak az alagúton ellentétes irányban. Amikor összeütköznek, a korai Univerzumhoz hasonló körülményeket lehet rögzíteni.

Honnan jönnek a protonok az ütközéshez?

Ehhez a hidrogénatomokat ionizálják. A hidrogénatom egy protonból és egy elektronból áll. Az ionizáció során egy elektron eltávolítódik, és a kísérlethez szükséges proton megmarad.

Az LHC három fő részből áll:

1. részecskegyorsító. A teljes alagút mentén elhelyezett erős elektromágnesek rendszerének segítségével gyorsítja és löki a protonokat.
2. Detektorok. Az ütközés eredménye közvetlenül nem figyelhető meg, ezért a nagy teljesítményű detektorok maximális adatot rögzítenek és feldolgozásra küldenek.
3. Rács. Petabájtnyi adat származik a detektorokból. Értelmezésükhöz grid infrastruktúrát használnak - 36 ország számítógépeinek hálózatát, amelyek együtt egy szuperszámítógépet alkotnak. De ez is csak az adatok 1%-ának feldolgozásához elegendő.

Miért van szükség a nagy hadronütköztetőre?

Az LHC segítségével elemi részecskéket és kölcsönhatásuk módjait lehet tanulmányozni. Már sok mindent megtanított nekünk a területen kvantumfizika, és a kutatók remélik többet megtudni a tér és idő szerkezetéről. A tudósok megfigyelései segítenek megérteni, milyen lehetett az univerzum az ősrobbanás utáni ezredmásodperceken belül.

Milyen felfedezéseket tettek az LHC-n?

Eddig a legnagyobb felfedezés az Higgs-bozon. Ez a 21. század egyik legfontosabb felfedezése, amely megmagyarázza a részecskék tömegének létezését az univerzumban. Ez megerősíti azt a Standard Modellt, amelynek segítségével a mai fizikusok az elemi részecskék kölcsönhatását írják le. Ezen a kölcsönhatáson alapul az egész univerzum szerkezete.

A Higgs-bozon működésének lényege, hogy ennek köszönhetően más elemi részecskék is birtokolhatják és átadhatják tömegüket. De ez egy nagyon-nagyon leegyszerűsített értelmezés, és ha érdekel, olvassa el a tudományos irodalmat.

TÓL TŐL teljes lista A Large Hadron Collider összes felfedezése megtalálható a Wikipédián.

Elpusztíthatja-e a földet egy szivacs?

Az LHC megjelenése óta különféle találgatások tárgya volt. A leghíresebb - a kísérletek során kialakulhat fekete lyukés felemészti a bolygót.

Két oka van, hogy ne aggódjon.