L'abbreviato LHC (ing. Large Hadron Collider, abbreviato in LHC) è un acceleratore di particelle cariche in fasci in collisione, progettato per accelerare protoni e ioni pesanti (ioni di piombo) e studiare i prodotti delle loro collisioni. Il collisore è costruito presso il CERN (European Council for Nuclear Research), situato vicino a Ginevra, al confine tra Svizzera e Francia. L'LHC è la più grande struttura sperimentale del mondo. Più di 10.000 scienziati e ingegneri provenienti da più di 100 paesi hanno partecipato e partecipano alla costruzione e alla ricerca.
È chiamato grande per via delle sue dimensioni: la lunghezza dell'anello principale dell'acceleratore è di 26.659 m; adronico - per il fatto che accelera gli adroni, cioè particelle pesanti costituite da quark; collider (collider inglese - pusher) - a causa del fatto che i fasci di particelle vengono accelerati in direzioni opposte e si scontrano in punti di collisione speciali.
Specifiche
L'acceleratore dovrebbe entrare in collisione con protoni con un'energia totale di 14 TeV (cioè 14 teraelettronvolt o 14 1012 elettronvolt) nel sistema del centro di massa delle particelle incidenti, nonché nuclei di piombo con un'energia di 5 GeV (5 109 elettronvolt) per ogni coppia di nucleoni in collisione. All'inizio del 2010, l'LHC aveva già in qualche modo superato il precedente campione in termini di energia protonica: il collisore protone-antiprotone Tevatron, che fino alla fine del 2011 ha lavorato presso il National Accelerator Laboratory. Enrico Fermi (Stati Uniti). Nonostante il fatto che l'adeguamento dell'attrezzatura si protragga per anni e non sia stato ancora completato, l'LHC è già diventato l'acceleratore di particelle di energia più alto al mondo, superando di un ordine di grandezza altri collider in energia, incluso il collisore relativistico di ioni pesanti RHIC, operante presso il Brookhaven Laboratory (USA). ).
La luminosità dell'LHC durante le prime settimane della corsa non è stata superiore a 1029 particelle/cm 2 s, tuttavia continua ad aumentare costantemente. L'obiettivo è raggiungere una luminosità nominale di 1,7·1034 particelle/cm 2 s, che è in ordine di grandezza uguale alle luminosità di BaBar (SLAC, USA) e Belle (inglese) (KEK, Giappone).
L'acceleratore si trova nello stesso tunnel precedentemente occupato dal Large Electron-Positron Collider. Il tunnel con una circonferenza di 26,7 km è stato interrato in Francia e Svizzera. La profondità del tunnel va da 50 a 175 metri e l'anello del tunnel è inclinato di circa l'1,4% rispetto alla superficie terrestre. Per trattenere, correggere e focalizzare i fasci di protoni vengono utilizzati 1624 magneti superconduttori, la cui lunghezza totale supera i 22 km. I magneti funzionano a una temperatura di 1,9 K (-271 °C), che è leggermente inferiore alla temperatura del superfluido dell'elio.
Rivelatori LHC
L'LHC ha 4 rivelatori principali e 3 ausiliari:
- ALICE (Un grande esperimento di collisione di ioni)
- ATLAS (Un apparato toroidale LHC)
- CMS (solenoide muonico compatto)
- LHCb (esperimento di bellezza The Large Hadron Collider)
- TOTEM (Misura della sezione trasversale elastica e diffrattiva TOTALE)
- LHCf (The Large Hadron Collider avanti)
- MoEDAL (Rilevatore di monopoli ed esotici presso l'LHC).
ATLAS, CMS, ALICE, LHCb sono grandi rivelatori situati intorno ai punti di collisione del raggio. I rivelatori TOTEM e LHCf sono ausiliari, posti a una distanza di alcune decine di metri dai punti di intersezione dei fasci occupati rispettivamente dai rivelatori CMS e ATLAS, e saranno utilizzati insieme a quelli principali.
I rivelatori ATLAS e CMS sono rivelatori generici progettati per cercare il bosone di Higgs e la "fisica non standard", in particolare la materia oscura, ALICE - per studiare il plasma di quark-gluoni nelle collisioni di ioni piombo pesanti, LHCb - per studiare la fisica di b-quarks, che permetteranno di comprendere meglio le differenze tra materia e antimateria, TOTEM è progettato per studiare lo scattering di particelle a piccoli angoli, come avviene durante span ravvicinati senza collisioni (le cosiddette particelle non collidenti, forward particelle), che consente di misurare con maggiore precisione le dimensioni dei protoni, oltre a controllare la luminosità del collisore e, infine, LHCf - per lo studio dei raggi cosmici, modellato utilizzando le stesse particelle non in collisione.
Il lavoro dell'LHC è anche associato al settimo rivelatore (esperimento) MoEDAL, che è abbastanza insignificante in termini di budget e complessità, progettato per cercare particelle pesanti in lento movimento.
Durante il funzionamento del collisore, le collisioni vengono eseguite contemporaneamente in tutto quattro punti attraversamenti del fascio, indipendentemente dal tipo di particelle accelerate (protoni o nuclei). Allo stesso tempo, tutti i rilevatori raccolgono statistiche contemporaneamente.
Accelerazione di particelle in un collisore
La velocità delle particelle nell'LHC sui fasci in collisione è vicina alla velocità della luce nel vuoto. L'accelerazione delle particelle a energie così elevate si ottiene in più fasi. Nella prima fase, gli acceleratori lineari Linac 2 e Linac 3 a bassa energia iniettano protoni e ioni piombo per un'ulteriore accelerazione. Quindi le particelle entrano nel booster PS e quindi nel PS stesso (sincrotrone protonico), acquisendo un'energia di 28 GeV. Con questa energia, si stanno già muovendo a una velocità vicina alla luce. Successivamente, l'accelerazione delle particelle continua nell'SPS (Proton Super Synchrotron), dove l'energia delle particelle raggiunge i 450 GeV. Quindi il fascio di protoni viene inviato all'anello principale di 26,7 chilometri, portando l'energia dei protoni a un massimo di 7 TeV e, nei punti di collisione, i rivelatori registrano gli eventi che si verificano. Due fasci di protoni in collisione, quando completamente riempiti, possono contenere 2808 grappoli ciascuno. Nelle fasi iniziali del debugging del processo di accelerazione, un solo mazzo circola in un fascio lungo diversi centimetri e di piccole dimensioni trasversali. Quindi iniziano ad aumentare il numero di coaguli. I cluster si trovano in posizioni fisse l'uno rispetto all'altro, che si muovono in modo sincrono lungo l'anello. I grumi in una certa sequenza possono scontrarsi in quattro punti dell'anello, dove si trovano i rivelatori di particelle.
L'energia cinetica di tutti i grappoli di adroni nell'LHC quando è completamente riempito è paragonabile a energia cinetica aerei a reazione, anche se la massa di tutte le particelle non supera il nanogrammo e non possono essere viste nemmeno ad occhio nudo. Tale energia si ottiene grazie alla velocità delle particelle vicina alla velocità della luce.
I grappoli compiono un giro completo dell'acceleratore più velocemente di 0,0001 sec, compiendo così più di 10mila giri al secondo
Scopi e obiettivi dell'LHC
Il compito principale del Large Hadron Collider è scoprire la struttura del nostro mondo a distanze inferiori a 10-19 m, "sondandola" con particelle con un'energia di diversi TeV. Ad oggi, si sono già accumulate molte prove indirette che su questa scala i fisici dovrebbero aprire un certo "nuovo strato di realtà", il cui studio fornirà risposte a molte domande della fisica fondamentale. Quale sarà esattamente questo strato di realtà non è noto in anticipo. I teorici, ovviamente, hanno già proposto centinaia di vari fenomeni che potrebbero essere osservati a energie di collisione di diversi TeV, ma è l'esperimento che mostrerà ciò che è effettivamente realizzato in natura.
Alla ricerca di una nuova fisica Il modello standard non può essere considerato l'ultima teoria delle particelle elementari. Deve far parte di una teoria più profonda della struttura del micromondo, la parte che è visibile negli esperimenti di collisione a energie inferiori a circa 1 TeV. Tali teorie sono denominate collettivamente "Nuova fisica" o "Oltre il modello standard". Il compito principale del Large Hadron Collider è quello di ottenere almeno i primi indizi su quale sia questa teoria più profonda. Per combinare ulteriormente le interazioni fondamentali in un'unica teoria, vengono utilizzati vari approcci: teoria delle stringhe, che è stata sviluppata nella teoria M (teoria della brana), teoria della supergravità, gravità quantistica ad anello, ecc. Alcuni di essi hanno problemi interni e nessuno di essi ha conferma sperimentale. Il problema è che per eseguire i corrispondenti esperimenti sono necessarie energie irraggiungibili con i moderni acceleratori di particelle. L'LHC consentirà esperimenti che prima erano impossibili e probabilmente confermerà o smentirà alcune di queste teorie. Quindi, esiste un'intera gamma di teorie fisiche con dimensioni maggiori di quattro che suggeriscono l'esistenza della "supersimmetria" - per esempio, la teoria delle stringhe, che a volte è chiamata teoria delle superstringhe proprio perché senza supersimmetria perde significato fisico . La conferma dell'esistenza della supersimmetria sarebbe quindi una conferma indiretta della verità di queste teorie. Studio dei quark top Il quark top è il quark più pesante e, inoltre, è la particella elementare più pesante scoperta finora. Secondo gli ultimi risultati del Tevatron, la sua massa è 173,1 ± 1,3 GeV/c 2 . A causa della sua grande massa, il quark top è stato finora osservato solo su un acceleratore, il Tevatron; altri acceleratori semplicemente non avevano l'energia per produrlo. Inoltre, i top quark sono interessanti per i fisici non solo di per sé, ma anche come "strumento di lavoro" per studiare il bosone di Higgs. Uno dei canali più importanti per la produzione del bosone di Higgs all'LHC è la produzione associativa insieme alla coppia quark-antiquark top. Per separare in modo affidabile tali eventi dallo sfondo, è prima necessario studiare le proprietà degli stessi quark top. Studio del meccanismo della simmetria elettrodebole Uno degli obiettivi principali del progetto è quello di provare sperimentalmente l'esistenza del bosone di Higgs, una particella prevista dal fisico scozzese Peter Higgs nel 1964 nell'ambito del Modello Standard. Il bosone di Higgs è un quanto del cosiddetto campo di Higgs, quando attraversano il quale le particelle sperimentano resistenza, che rappresentiamo come correzioni alla massa. Il bosone stesso è instabile e ha una grande massa (più di 120 GeV/c2). In effetti, i fisici non sono tanto interessati al bosone di Higgs stesso, ma al meccanismo di Higgs di rottura della simmetria dell'interazione elettrodebole. Studio del plasma di quark-gluoni Si prevede che circa un mese all'anno sarà speso nell'acceleratore in modalità di collisioni nucleari. Durante questo mese, il collisore accelererà e si scontrerà in rivelatori non protoni, ma nuclei di piombo. In una collisione anelastica di due nuclei a velocità ultrarelativistiche, si forma per un breve periodo un grumo denso e molto caldo di materia nucleare e poi decade. La comprensione dei fenomeni che si verificano in questo caso (il passaggio della materia allo stato di plasma di quark-gluone e il suo raffreddamento) è necessaria per costruire una teoria più perfetta delle interazioni forti, che sarà utile sia per la fisica nucleare che per l'astrofisica. La ricerca della supersimmetria Il primo risultato scientifico significativo degli esperimenti all'LHC potrebbe essere la prova o la confutazione della "supersimmetria" - la teoria secondo cui ogni particella elementare ha un partner molto più pesante, o "superparticella". Studio delle collisioni fotone-adrone e fotone-fotone L'interazione elettromagnetica delle particelle è descritta come uno scambio di fotoni (in alcuni casi virtuali). In altre parole, i fotoni sono portatori del campo elettromagnetico. I protoni sono caricati elettricamente e circondati campo elettrostatico, rispettivamente, questo campo può essere considerato come una nuvola di fotoni virtuali. Qualsiasi protone, in particolare un protone relativistico, include una nuvola di particelle virtuali come parte integrante. Quando i protoni si scontrano tra loro, interagiscono anche le particelle virtuali che circondano ciascuno dei protoni. Matematicamente, il processo di interazione tra particelle è descritto da una lunga serie di correzioni, ognuna delle quali descrive l'interazione per mezzo di particelle virtuali di un certo tipo (vedi: diagrammi di Feynman). Pertanto, quando si studia la collisione dei protoni, viene studiata indirettamente anche l'interazione della materia con i fotoni ad alta energia, che è di grande interesse per la fisica teorica. Viene anche considerata una classe speciale di reazioni: l'interazione diretta di due fotoni, che possono entrare in collisione sia con un protone in arrivo, generando tipiche collisioni fotone-adro, sia tra loro. Nella modalità delle collisioni nucleari, a causa della grande carica elettrica del nucleo, l'influenza dei processi elettromagnetici è ancora più importante. Testare teorie esotiche I teorici alla fine del 20° secolo hanno avanzato un numero enorme di idee insolite sulla struttura del mondo, che sono collettivamente chiamate "modelli esotici". Questi includono teorie con forte gravità su una scala energetica dell'ordine di 1 TeV, modelli con un gran numero di dimensioni spaziali, modelli preon in cui gli stessi quark e leptoni sono composti da particelle, modelli con nuovi tipi di interazione. Il fatto è che i dati sperimentali accumulati non sono ancora sufficienti per creare un'unica teoria. E tutte queste teorie stesse sono compatibili con i dati sperimentali disponibili. Poiché queste teorie possono fare previsioni specifiche per l'LHC, gli sperimentatori pianificano di testare le previsioni e cercare tracce di determinate teorie nei loro dati. Si prevede che i risultati ottenuti all'acceleratore potranno limitare l'immaginazione dei teorici, chiudendo alcune delle costruzioni proposte. Altro Anche in attesa di scoperta fenomeni fisici al di fuori del Modello Standard. Si prevede di studiare le proprietà dei bosoni W e Z, le interazioni nucleari a energie altissime, i processi di produzione e decadimento dei quark pesanti (b e t).
Questa settimana, dopo due anni di attesa, il Large Hadron Collider - l'acceleratore di particelle che ha portato alla scoperta del bosone di Higgs nel 2012 - potrebbe ripartire.
Il gigantesco collisore (parte del quale è il tunnel sotterraneo di 27 chilometri tra Francia e Svizzera) è stato spento nel febbraio 2013 in modo che gli scienziati potessero apportare modifiche al suo design. Ora, gli scienziati lo stanno riaccendendo per fare un balzo in avanti nello studio della fisica con una serie di esperimenti.
1. Aspetta, aspetta, cos'è il Large Hadron Collider?
Tunnel del Large Hadron Collider
L'LHC è stato costruito nel 2008 dal CERN (European Council for Nuclear Research). La creazione del più grande collisore di adroni del mondo è costata nove miliardi di dollari. L'incredibile lunghezza dei suoi tunnel sotterranei consente ai fisici di eseguire esperimenti incredibili.
In parole povere, gli esperimenti più comuni comportano l'accelerazione di particelle cariche al 99,9999% della velocità della luce (facendole muovere in un cerchio 11.000 volte al secondo) e quindi la loro collisione con magneti giganti. Sofisticati sensori leggono tutti i tipi di informazioni ottenute dopo la collisione di queste particelle.
2. Perché gli scienziati spingono le particelle?
Informazioni ricevute da uno dei sensori nell'LHC
L'enorme quantità di energia che viene rilasciata dopo la collisione fa sì che le particelle si disintegrino e successivamente si raccolgano in strutture piuttosto insolite. Tali esperimenti aiutano a trovare difetti nel modello standard della fisica - al momento lo è Il modo migliore predire il comportamento delle particelle.
I fisici sono interessati a tali esperimenti perché, sebbene il modello standard sia considerato abbastanza accurato, è ancora incompleto. "È buono per indovinare, ma ai fisici non piace molto", ha commentato Patrick Koppenburg, uno scienziato che lavora con l'LHC.
Lo svantaggio più forte del modello è che non tiene conto della forza di gravità (descrive solo altre tre interazioni fondamentali) e concetti come materia oscura ed energia oscura. Inoltre, non si adatta bene alle teorie attuali sull'origine dell'universo.
In altre parole, il modello standard della fisica è la migliore descrizione di come funzionano le cose intorno a noi. Tuttavia, secondo Koppenburg, questa teoria "ad un certo punto è sbagliata, esattamente". Facendo collidere le particelle nell'LHC, lui e altri scienziati stanno cercando di trovare deviazioni da questo modello.
3. Ciò che questi scienziati hanno già scoperto
Diagramma delle 17 particelle fondamentali del Modello Standard, incluso il bosone di Higgs
Più Evento importante Nella storia del Large Hadron Collider c'è stata la scoperta del bosone di Higgs.
Dagli anni '60, si pensa che il bosone di Higgs faccia parte del campo di Higgs, un campo invisibile che viaggia nello spazio e colpisce tutte le particelle. Secondo le ipotesi dei fisici, è grazie a questo campo che le particelle hanno massa (o resistenza quando si muovono).
Il fisico Brian Green ha scritto nel suo articolo:
“Immagina che una pallina da ping-pong sia sommersa sott'acqua. Quando provi a immergerlo più in profondità, sembra essere molte volte più pesante di quanto non fosse fuori dall'acqua. La sua interazione con l'acqua porta ad un aumento della sua massa. La stessa cosa accade alle particelle immerse nel campo di Higgs”.
In linea di principio, nessuno fu sorpreso dalla scoperta del bosone e del campo di Higgs, perché tutte le leggi del Modello Standard ne indicavano l'esistenza. Il problema era che non c'erano prove dirette. "Quando stavamo costruendo l'LHC, speravamo di trovare il bosone di Higgs o di provare che non esiste", commenta Koppenburg.
Nel 2012, dopo tre anni di esperimenti, i fisici hanno dimostrato l'esistenza del bosone di Higgs. È stato calcolato che subito dopo la collisione, il bosone di Higgs decadde in altre particelle, seguendo determinati schemi. I dati raccolti dopo la collisione dei protoni hanno aiutato a comprendere e prevedere questi modelli.
Questa scoperta è incredibilmente importante: il campo di Higgs è la pietra angolare del Modello Standard. Grazie a lui, tutte le altre equazioni diventano molto più chiare. Siamo stati in grado di rilevarlo 50 anni dopo che la sua esistenza era stata prevista sulla carta, il che significa che siamo sulla strada giusta per studiare la struttura del nostro universo.
4. Perché l'LHC viene riacceso?
Tunnel del Large Hadron Collider
Tutti gli esperimenti che sono stati fatti in passato erano solo l'inizio. Dopo diversi anni di lavoro sul miglioramento dei magneti (accelerano e controllano il movimento delle particelle) e dei sensori, nuova era: ora una serie di esperimenti include l'accelerazione e la collisione di particelle, la cui carica sarà doppia rispetto alla precedente.
Nuove collisioni di particelle consentiranno agli scienziati di scoprire nuove (e forse anche più grandi) particelle, oltre a studiare il bosone di Higgs e il suo comportamento in condizioni diverse.
“Speriamo di scoprire elementi non previsti dal modello standard. Ad esempio, le particelle sono così pesanti da non essere ancora state scoperte, o altri tipi di deviazioni”, Koppenburg condivide le sue speranze.
È possibile, ad esempio, che il bosone di Higgs sia solo una delle numerose particelle nel meccanismo di Higgs.
Un numero sufficiente di nuove informazioni, secondo Koppenburg e altri, ci aiuterà a scoprire nuove particelle e migliorare l'attuale Modello Standard, consentendogli di interagire accuratamente con la materia oscura, la nascita dell'universo e altri argomenti poco conosciuti.
5. Ci saranno in futuro acceleratori di particelle ancora più grandi?
Schema dell'International Linear Collider
Sì. I fisici sperano di costruire alla fine acceleratori molto più grandi in grado di accelerare le particelle con più energia dell'LHC. Questo, a sua volta, consentirà la scoperta di nuove particelle e darà una comprensione più chiara della materia oscura. La lunghezza del collisore lineare internazionale, ad esempio, sarà di 32 chilometri. A differenza dell'LHC, dove le particelle accelerano in un cerchio, in questo progetto si scontreranno direttamente tra loro. Il progetto è ancora allo studio, ma gli scienziati sperano che un tale acceleratore sarà costruito in Giappone e entrerà in funzione entro il 2026.
Una volta sembrava a tutti che negli Stati Uniti sarebbe stato costruito un gigantesco acceleratore di particelle. Nel 1989, il Congresso ha persino accettato di spendere sei miliardi di dollari per costruire un super collisore superconduttore. Sarebbe stato costruito a Waxahachee, in Texas, la lunghezza dei suoi tunnel avrebbe dovuto raggiungere gli 86 chilometri. La forza con cui le particelle si scontrano sarebbe quattro volte più forte di quella del Large Hadron Collider. Ma sfortunatamente, nel 1993, il costo del progetto è salito a 11 miliardi di dollari e il Congresso ha deciso di chiuderlo, nonostante fossero già stati spesi 2 miliardi di dollari per la costruzione di 25 chilometri del tunnel.
Originale: Vox
Tradotto.
Gli specialisti del Centro europeo per la ricerca nucleare (CERN), dopo una serie di esperimenti al Large Hadron Collider (LHC), hanno annunciato la scoperta di una nuova particella, precedentemente prevista dagli scienziati russi, chiamata pentaquark.
Il Large Hadron Collider (LHC) è un acceleratore progettato per accelerare le particelle elementari (in particolare i protoni).
Si trova in Francia e Svizzera e appartiene al Consiglio europeo per la ricerca nucleare (Conseil Europeen pour la Recherche Nucleaire, CERN, CERN).
A quel tempo, agli scienziati non era chiaro esattamente quanto la particella che avevano scoperto corrispondesse alle previsioni del Modello Standard. Entro marzo 2013, i fisici disponevano di dati sufficienti sulla particella per dichiararla ufficialmente come il bosone di Higgs.
L'8 ottobre 2013, il fisico britannico Peter Higgs e il belga François Engler, che hanno scoperto il meccanismo di rottura della simmetria elettrodebole (a causa di questa violazione, le particelle elementari possono avere massa), hanno ricevuto il Premio Nobel per la Fisica per "la scoperta teorica di un meccanismo che ha fornito una comprensione dell'origine delle masse delle particelle elementari".
Nel dicembre 2013, grazie all'analisi dei dati utilizzando le reti neurali, i fisici del CERN hanno prima tracciato il decadimento del bosone di Higgs in fermioni - leptoni tau e coppie b-quark e b-antiquark.
Nel giugno 2014, gli scienziati che lavoravano al rivelatore ATLAS, dopo aver elaborato tutte le statistiche accumulate, hanno perfezionato i risultati della misurazione della massa del bosone di Higgs. Secondo i loro dati, la massa del bosone di Higgs è 125,36 ± 0,41 gigaelettronvolt. Questo è quasi identico, sia in termini di valore che di precisione, al risultato degli scienziati che lavorano sul rivelatore CMS.
In una pubblicazione del febbraio 2015 sulla rivista Physical Review Letters, i fisici hanno affermato che una possibile ragione per l'assenza quasi completa di antimateria nell'Universo e la predominanza della materia visibile ordinaria potrebbero essere i movimenti del campo di Higgs, una struttura speciale in cui i bosoni di Higgs "abitare". Il fisico russo-americano Alexander Kusenko dell'Università della California a Los Angeles (USA) e i suoi colleghi ritengono di essere riusciti a trovare la risposta a questo enigma universale nei dati che erano il Large Hadron Collider durante la prima fase del suo lavoro, quando fu scoperto il bosone di Higgs, la famosa "Particella di Dio".
Il 14 luglio 2015 si è appreso che gli specialisti del Centro europeo per la ricerca nucleare (CERN), dopo una serie di esperimenti al Large Hadron Collider (LHC), hanno annunciato la scoperta di una nuova particella, precedentemente prevista dagli scienziati russi, chiamato pentaquark. Lo studio delle proprietà dei pentaquarks ci permetterà di capire meglio come funziona la materia ordinaria. La possibilità dell'esistenza di pentaquark Dmitry Dyakonov, Maxim Polyakov e Viktor Petrov, dipendenti dell'Istituto di fisica nucleare Konstantinov di San Pietroburgo.
I dati raccolti dall'LHC nella prima fase del lavoro hanno permesso ai fisici della collaborazione LHCb, impegnati nella ricerca di particelle esotiche sull'omonimo rivelatore, di "catturare" diverse particelle da cinque quark contemporaneamente, che hanno ricevuto il nomi temporanei Pc (4450) + e Pc (4380) +. Hanno una massa molto grande - circa 4,4-4,5 mila megaelettronvolt, che è da quattro a cinque volte superiore a quella di protoni e neutroni, oltre a uno spin piuttosto insolito. Per loro natura, sono quattro quark "normali" incollati insieme con un antiquark.
La certezza statistica della scoperta è nove sigma, che equivale a un errore casuale o guasto del rilevatore in un caso ogni quattro milioni di miliardi di tentativi (da 10 a 18a potenza).
Uno degli obiettivi del secondo lancio di LHC sarà la ricerca della materia oscura. Si presume che il rilevamento di tale materia aiuterà a risolvere il problema della massa nascosta, che, in particolare, è la velocità di rotazione anormalmente elevata delle regioni esterne delle galassie.
Il materiale è stato preparato sulla base delle informazioni di RIA Novosti e di fonti aperte
Come funziona il Large Hadron Collider
L'acceleratore LHC opererà sulla base dell'effetto di superconduttività, cioè la capacità di alcuni materiali di condurre l'elettricità senza resistenza o perdita di energia, solitamente a temperature molto basse. Per mantenere il fascio di particelle sulla sua traccia circolare, sono necessari campi magnetici più forti di quelli utilizzati in precedenza in altri acceleratori del CERN.
Il Large Hadron Collider, un acceleratore di protoni costruito in Svizzera e Francia, non ha analoghi al mondo. Questa struttura ad anello, lunga 27 km, è stata costruita a una profondità di 100 metri.
In esso, con l'aiuto di 120 potenti elettromagneti a una temperatura vicina allo zero assoluto - meno 271,3 gradi Celsius, dovrebbe disperdere i fasci di protoni in collisione per avvicinarsi alla velocità della luce (99,9 percento).Tuttavia, in un certo numero di punti i loro percorsi si incroceranno, il che consentirà ai protoni di scontrarsi. Le particelle saranno guidate da diverse migliaia di magneti superconduttori.Quando c'è abbastanza energia, le particelle si scontrano, creando così un modello del Big Bang.Migliaia di sensori registreranno i momenti della collisione. Le conseguenze della collisione di protoni diventeranno il principale oggetto di studio del mondo. [ http://dipland.ru/Cybernetics/Large_Hadron_Collider_92988]
Specifiche
L'acceleratore dovrebbe entrare in collisione con protoni con un'energia totale di 14 TeV (cioè 14 tera elettronvolt o 14 1012 elettronvolt) insistema del baricentro particelle incidenti, così come i nuclei condurre con un'energia di 5 GeV (5 109 elettronvolt) per ogni coppia di collisione nucleoni. All'inizio del 2010 L'LHC ha già in qualche modo superato il precedente detentore del record in termini di energia protonica: il collisore protone-antiprotone Tevatron , che fino alla fine del 2011 ha lavorato inLaboratorio Nazionale Acceleratore. Enrico Fermi(STATI UNITI D'AMERICA ). Nonostante il fatto che l'adeguamento delle apparecchiature si protragga per anni e non sia stato ancora completato, l'LHC è già diventato l'acceleratore di particelle elementari più energico al mondo, superando di un ordine di grandezza altri collisori in energia, incluso il collisore relativistico di ioni pesanti . RHIC, operante in Laboratorio Brookhaven(STATI UNITI D'AMERICA).
Rivelatori
L'LHC ha 4 rivelatori principali e 3 ausiliari:
· ALICE (Un grande esperimento di collisione di ioni)
ATLAS (Un apparato toroidale LHC)
CMS (solenoide muonico compatto)
LHCb (L'esperimento di bellezza del Large Hadron Collider)
TOTEM (Misura della sezione trasversale elastica e diffrattiva TOTALE)
LHCf (Il Large Hadron Collider in avanti)
MoEDAL (Rilevatore di monopoli ed esotici presso l'LHC).
ATLAS, CMS, ALICE, LHCb sono grandi rivelatori situati intorno ai punti di collisione del raggio. I rivelatori TOTEM e LHCf sono ausiliari, posti a una distanza di alcune decine di metri dai punti di intersezione dei fasci occupati rispettivamente dai rivelatori CMS e ATLAS, e saranno utilizzati insieme a quelli principali.
Rivelatore CMS
I rivelatori ATLAS e CMS sono rivelatori generici progettati per la ricerca del bosone di Higgs e della "fisica non standard", in particolare materia oscura , ALICE - per studiareplasma di quark-gluoni nelle collisioni di ioni pesanti piombo, LHCb - per la ricerca fisicaB-quark per capire meglio le differenze tra materia e antimateria , TOTEM - progettato per studiare la dispersione di particelle a piccoli angoli, come avviene durante passaggi ravvicinati senza collisioni (le cosiddette particelle non collidenti, particelle in avanti), che consente di misurare con maggiore precisione la dimensione dei protoni, nonché come controllo della luminosità del collisore e, infine, LHCf - per la ricercaRaggi cosmici , modellato utilizzando le stesse particelle non in collisione.
Il lavoro dell'LHC è anche associato al settimo, abbastanza insignificante in termini di budget e complessità, rivelatore (esperimento) MoEDAL, progettato per cercare particelle pesanti in lento movimento.
Durante il funzionamento del collisore, le collisioni vengono eseguite contemporaneamente in tutti e quattro i punti di intersezione dei fasci, indipendentemente dal tipo di particelle accelerate (protoni o nuclei). Allo stesso tempo, tutti i rilevatori raccolgono statistiche contemporaneamente.
Consumo di energia
Durante il funzionamento del collisore, il consumo di energia stimato sarà di 180 M mar . Consumo energetico totale stimato CERN per il 2009, tenendo conto del collider operativo - 1000 GWh, di cui 700 GWh cadranno nella quota dell'acceleratore. Questi costi energetici rappresentano circa il 10% del consumo energetico annuale totale. Canton Ginevra . Il CERN stesso non produce energia, disponendo solo di riservageneratori diesel.[http://ru.wikipedia.org/wiki/]
Forse tra qualche anno Internet darà il via a una nuova e più profonda integrazione di computer remoti, che consentirà non solo di trasferire in remoto informazioni localizzate in diverse parti del mondo, ma anche di utilizzare automaticamente risorse di elaborazione remota. In connessione con il lancio del Large Hadron Collider, il CERN ha lavorato per diversi anni per creare tale rete.
Il fatto che Internet (o ciò che viene indicato con il termine web) sia stato inventato dall'Organizzazione europea per la ricerca nucleare (CERN) è stato a lungo un fatto da manuale. Intorno all'insegna "In questi corridoi è stata creata una rete mondiale" in uno dei soliti corridoi del solito edificio del CERN, gli spettatori sono sempre affollati durante l'open day. Ora Internet viene utilizzato per le loro esigenze pratiche da persone di tutto il mondo e inizialmente è stato creato in modo che gli scienziati che lavoravano allo stesso progetto, ma situati in diverse parti del pianeta, potessero comunicare tra loro, condividere dati, pubblicare informazioni , a cui era possibile accedere da remoto.
Sistema GRID in fase di sviluppo al CERN (in inglese grid - reticolo, rete) rappresenta un altro passo avanti, una nuova tappa nell'integrazione degli utenti di computer.
Fornisce non solo la possibilità di pubblicare dati che si trovano da qualche altra parte sul pianeta, ma anche di utilizzare risorse di macchine remote senza lasciare il tuo posto.
Naturalmente, i computer ordinari non svolgono un ruolo speciale nel fornire potenza di calcolo, quindi il primo stadio dell'integrazione è la connessione dei centri di supercalcolo del mondo.
La creazione di questo sistema provocò il Large Hadron Collider. Sebbene GRID sia già utilizzato per molte altre attività, senza il collisore non esisterebbe e viceversa, senza GRID, l'elaborazione dei risultati del collisore è impossibile.
Le persone che lavorano nelle collaborazioni LHC sono dislocate in diverse parti del pianeta. È noto che non solo gli europei stanno lavorando su questo dispositivo, ma anche tutti i 20 paesi - partecipanti ufficiali del CERN, in totale circa 35 paesi. Teoricamente, per garantire il funzionamento dell'LHC, esisteva un'alternativa a GRID: un'estensione delle proprie risorse di calcolo del centro di calcolo del CERN. Ma le risorse che erano al momento della definizione del problema erano del tutto insufficienti per modellare il funzionamento dell'acceleratore, memorizzare le informazioni dai suoi esperimenti e dalla sua elaborazione scientifica. Pertanto, il centro informatico dovrebbe essere ricostruito e modernizzato in modo molto significativo, dovrebbero essere acquistati più computer e strutture di archiviazione dati. Ma questo significherebbe che tutti i finanziamenti sarebbero concentrati nel CERN. Questo non era molto accettabile per i paesi lontani dal CERN. Naturalmente, non erano interessati a sponsorizzare risorse che sarebbero state molto difficili da usare ed erano piuttosto inclini ad aumentare il loro potenziale informatico e delle macchine. Pertanto, è nata l'idea di utilizzare le risorse dove si trovano.
Non cercare di concentrare tutto in un unico luogo, ma combinare ciò che già esiste in diverse parti del mondo.
Il grande collisore di adroni(LHC) è il più grande e potente acceleratore di particelle al mondo. È stato costruito dall'Organizzazione europea per la ricerca nucleare (CERN).
10.000 scienziati e ingegneri provenienti da oltre 100 paesi diversi hanno lavorato insieme per creare questo progetto. Il suo costo di costruzione 10 miliardi di dollari. Attualmente è la struttura di ricerca sperimentale più grande e complessa al mondo.
Che aspetto ha il Large Hadron Collider?
Questo è un gigantesco tunnel chiuso costruito sottoterra. Lui ha lunghezza 27 chilometri e va a profondità da 50 a 175 metri.
Il collisore si trova al confine tra Francia e Svizzera, vicino alla città di Ginevra.
Dov'è il collisore
Come funziona il Large Hadron Collider
Parola " collisore" in questo caso può essere tradotto come " spintore". E lui spinge adroni- una classe di particelle costituita da diversi quark, che sono tenuti da un forte legame subatomico. Protoni e neutroni sono esempi di adrone.
L'LHC utilizza principalmente le collisioni di protoni nei suoi esperimenti. protoni sono parti di atomi con carica positiva. Il collisore accelera questi protoni nel tunnel fino a raggiungere quasi la velocità della luce. Diversi protoni vengono inviati attraverso il tunnel in direzioni opposte. Quando si scontrano, è possibile fissare condizioni simili all'Universo primordiale.
Da dove vengono i protoni per scontrarsi?
Per questo, gli atomi di idrogeno sono ionizzati. Un atomo di idrogeno è costituito da un protone e un elettrone. Durante la ionizzazione, un elettrone viene rimosso e il protone necessario per l'esperimento rimane.
L'LHC è composto da tre parti principali:
- acceleratore di particelle. Accelera e spinge i protoni con l'ausilio di un sistema di potenti elettromagneti dislocati lungo l'intero tunnel.
- Rivelatori. I risultati della collisione non possono essere osservati direttamente, quindi potenti rilevatori acquisiscono la massima quantità di dati e la inviano per l'elaborazione.
- Griglia. Petabyte di dati provengono dai rilevatori. Per interpretarli, viene utilizzata un'infrastruttura a griglia: una rete di computer in 36 paesi, che insieme formano un supercomputer. Ma anche questo è sufficiente solo per elaborare l'1% dei dati.
Perché è necessario il Large Hadron Collider?
Con l'aiuto dell'LHC, si possono studiare le particelle elementari e le modalità della loro interazione. Ci ha già insegnato molto sul campo fisica quantistica e i ricercatori sperano saperne di più sulla struttura dello spazio e del tempo. Le osservazioni che gli scienziati stanno facendo aiutano a capire come sarebbe potuto essere l'universo entro pochi millisecondi dopo il Big Bang.
Quali scoperte sono state fatte all'LHC
Finora, la scoperta più grande è bosone di Higgs. Questa è una delle scoperte più importanti del 21° secolo, che spiega l'esistenza di una massa di particelle nell'universo. Ciò conferma il Modello Standard, con l'aiuto del quale i fisici oggi descrivono l'interazione delle particelle elementari. È su questa interazione che si basa la struttura dell'intero universo.
L'essenza del lavoro del bosone di Higgs è che grazie ad esso altre particelle elementari possono avere e trasferire la loro massa. Ma questa è una comprensione molto, molto semplificata e, se sei interessato, leggi la letteratura scientifica.
DA elenco completo di tutte le scoperte al Large Hadron Collider possono essere trovate su Wikipedia.
Può una miniera di carbone distruggere la terra
Fin dal suo lancio, l'LHC è stato oggetto di varie speculazioni. Il più famoso - nel corso degli esperimenti può formarsi buco nero e consumare il pianeta.
Ci sono due ragioni per non preoccuparsi.