Hadron Collider De ce este necesar în termeni simpli. Large Hadron Collider: de ce este nevoie deloc? Cele mai recente sfaturi pentru știință și tehnologie

Abreviat LHC (ing. Large Hadron Collider, abreviat ca LHC) este un accelerator de particule încărcate în fasciculele care se ciocnesc, conceput pentru a accelera protonii și ionii grei (ionii de plumb) și pentru a studia produsele coliziunilor lor. Civizorul a fost construit la CERN (Consiliul European pentru Cercetare Nucleară), situat lângă Geneva, la granița dintre Elveția și Franța. LHC este cea mai mare unitate experimentală din lume. Peste 10.000 de oameni de știință și ingineri din peste 100 de țări au participat și participă la construcții și cercetare.

Este numit mare datorită dimensiunii sale: lungimea inelului principal al acceleratorului este de 26.659 m; hadronic - datorită faptului că accelerează hadronii, adică particulele grele formate din quarci; collider (în engleză collider - pusher) - datorită faptului că fasciculele de particule sunt accelerate în direcții opuse și se ciocnesc în puncte speciale de coliziune.

Specificații

Acceleratorul ar trebui să ciocnească protoni cu o energie totală de 14 TeV (adică 14 teraelectronvolți sau 14 1012 electronvolți) în sistemul de centru de masă al particulelor incidente, precum și nuclee de plumb cu o energie de 5 GeV (5 109). electron volți) pentru fiecare pereche de nucleoni care se ciocnesc. La începutul anului 2010, LHC-ul depășise deja oarecum campionul anterior în ceea ce privește energia protonilor - ciocnitorul proton-antiproton Tevatron, care până la sfârșitul anului 2011 a funcționat la Laboratorul Național de Accelerator. Enrico Fermi (SUA). În ciuda faptului că reglarea echipamentului se întinde de ani de zile și nu a fost încă finalizată, LHC a devenit deja cel mai mare accelerator de particule de energie din lume, depășind cu un ordin de mărime alți colizionatori în energie, inclusiv ionul greu relativist RHIC. colisionar care operează la Brookhaven Laboratory (SUA).

Luminozitatea LHC în primele săptămâni de rulare nu a fost mai mare de 1029 particule/cm 2 s, cu toate acestea, aceasta continuă să crească constant. Scopul este de a atinge o luminozitate nominală de 1,7·1034 particule/cm 2 s, care este în ordinul mărimii egală cu luminozitățile BaBar (SLAC, SUA) și Belle (engleză) (KEK, Japonia).

Acceleratorul este situat în același tunel ocupat anterior de marele coliziune electron-pozitron. Tunelul cu o circumferință de 26,7 km a fost așezat în subteran în Franța și Elveția. Adâncimea tunelului este de la 50 la 175 de metri, iar inelul tunelului este înclinat cu aproximativ 1,4% față de suprafața pământului. Pentru a ține, corecta și focaliza fasciculele de protoni se folosesc 1624 de magneți supraconductori, a căror lungime totală depășește 22 km. Magneții funcționează la o temperatură de 1,9 K (-271 °C), care este puțin sub temperatura superfluidului heliului.

detectoare LHC

LHC are 4 detectoare principale și 3 auxiliare:

ALICE (A Large Ion Collider Experiment)
ATLAS (un aparat toroidal LHC)
CMS (Solenoid Compact Muon)
LHCb (Experimentul de frumusețe al lui Large Hadron Collider)
TOTEM (Măsurarea totală a secțiunii transversale elastice și difractive)
LHCf (The Large Hadron Collider înainte)
MoEDAL (Detector de monopol și exotice la LHC).

ATLAS, CMS, ALICE, LHCb sunt detectoare mari situate în jurul punctelor de coliziune ale fasciculului. Detectoarele TOTEM și LHCf sunt auxiliare, situate la o distanță de câteva zeci de metri de punctele de intersecție a fasciculului ocupate de detectoarele CMS și, respectiv, ATLAS, și vor fi utilizate împreună cu cele principale.

Detectoarele ATLAS și CMS sunt detectoare de uz general concepute pentru a căuta bosonul Higgs și „fizica non-standard”, în special materia întunecată, ALICE - pentru a studia plasma cuarc-gluon în coliziunile cu ionii grei de plumb, LHCb - pentru a studia fizica a cuarcilor b, care va permite o mai bună înțelegere a diferențelor dintre materie și antimaterie, TOTEM este conceput pentru a studia împrăștierea particulelor la unghiuri mici, cum se întâmplă în timpul unor intervale apropiate fără ciocniri (așa-numitele particule care nu se ciocnesc, înainte particule), care vă permite să măsurați mai precis dimensiunea protonilor, precum și să controlați luminozitatea ciocnitorului și, în sfârșit, LHCf - pentru studiul razelor cosmice, modelat folosind aceleași particule care nu se ciocnesc.

Lucrarea LHC este, de asemenea, asociată cu cel de-al șaptelea detector (experiment) MoEDAL, care este destul de nesemnificativ în ceea ce privește bugetul și complexitatea, conceput pentru a căuta particule grele care se mișcă încet.

În timpul funcționării ciocnitorului, coliziunile sunt efectuate simultan în toate patru puncteîncrucișări de fascicule, indiferent de tipul de particule accelerate (protoni sau nuclee). În același timp, toți detectoarele colectează statistici simultan.

Accelerația particulelor într-un colisionator

Viteza particulelor din LHC pe fasciculele care se ciocnesc este apropiată de viteza luminii în vid. Accelerarea particulelor la energii atât de mari se realizează în mai multe etape. În prima etapă, acceleratoarele liniare Linac 2 și Linac 3 cu energie scăzută injectează protoni și ioni de plumb pentru o accelerare suplimentară. Apoi particulele intră în amplificatorul PS și apoi în PS (sincrotronul de protoni) însuși, dobândind o energie de 28 GeV. Cu această energie, ei se mișcă deja cu o viteză apropiată de lumina. După aceea, accelerația particulelor continuă în SPS (Proton Super Synchrotron), unde energia particulelor ajunge la 450 GeV. Apoi mănunchiul de protoni este trimis către inelul principal de 26,7 kilometri, aducând energia protonilor la maximum 7 TeV, iar în punctele de coliziune, detectoarele înregistrează evenimentele care au loc. Două fascicule de protoni care se ciocnesc, atunci când sunt complet umplute, pot conține 2808 ciorchini fiecare. În fazele inițiale de depanare a procesului de accelerare, doar un ciorchine circulă într-un mănunchi lung de câțiva centimetri și de dimensiuni transversale mici. Apoi încep să crească numărul de cheaguri. Grupurile sunt situate în poziții fixe unul față de celălalt, care se mișcă sincron de-a lungul inelului. Aglomerările dintr-o anumită secvență se pot ciocni în patru puncte ale inelului, unde se află detectoarele de particule.

Energia cinetică a tuturor ciorchinelor de hadron din LHC atunci când este complet umplut este comparabilă cu energie kinetică avioane cu reacție, deși masa tuturor particulelor nu depășește un nanogram și nici măcar nu pot fi văzute cu ochiul liber. O astfel de energie este obținută datorită vitezei particulelor apropiate de viteza luminii.

Ciorchinii trec printr-un cerc complet al acceleratorului mai repede de 0,0001 sec, făcând astfel mai mult de 10 mii de rotații pe secundă

Scopurile și obiectivele LHC

Sarcina principală a Large Hadron Collider este de a afla structura lumii noastre la distanțe mai mici de 10–19 m, „sondând” cu particule cu o energie de câțiva TeV. Până în prezent, s-au acumulat deja o mulțime de dovezi indirecte că, la această scară, fizicienii ar trebui să deschidă un anumit „nou strat al realității”, al cărui studiu va oferi răspunsuri la multe întrebări ale fizicii fundamentale. Ce se va dovedi exact acest strat al realității nu se știe dinainte. Teoreticienii, desigur, au propus deja sute de fenomene diverse care ar putea fi observate la energii de coliziune de mai mulți TeV, dar experimentul este cel care va arăta ce se realizează de fapt în natură.

Căutarea unei noi fizici Modelul standard nu poate fi considerat teoria supremă a particulelor elementare. Trebuie să facă parte dintr-o teorie mai profundă a structurii microlumii, partea care este vizibilă în experimentele cu coliziune la energii sub aproximativ 1 TeV. Astfel de teorii sunt denumite în mod colectiv „Noua fizică” sau „Dincolo de modelul standard”. Sarcina principală a Large Hadron Collider este de a obține cel puțin primele indicii despre ceea ce este această teorie mai profundă. Pentru a combina în continuare interacțiunile fundamentale într-o singură teorie, sunt utilizate diverse abordări: teoria corzilor, care a fost dezvoltată în teoria M (teoria branei), teoria supergravitației, gravitația cuantică în buclă etc. Unele dintre ele au probleme interne și niciuna dintre ele nu are probleme interne. confirmare experimentală. Problema este că, pentru a efectua experimentele corespunzătoare, sunt necesare energii care sunt de neatins la acceleratoarele de particule moderne. LHC va permite experimente care anterior erau imposibile și probabil va confirma sau infirma unele dintre aceste teorii. Astfel, există o întreagă gamă de teorii fizice cu dimensiuni mai mari de patru care sugerează existența „supersimetriei” – de exemplu, teoria corzilor, care uneori este numită teoria superstringurilor tocmai pentru că fără supersimetrie pierde. sens fizic . Confirmarea existenței supersimetriei ar fi astfel o confirmare indirectă a adevărului acestor teorii. Studierea cuarcilor de top Cuarcul de top este cel mai greu cuarc și, în plus, este cea mai grea particulă elementară descoperită până acum. Conform celor mai recente rezultate de la Tevatron, masa sa este de 173,1 ± 1,3 GeV/c 2 . Din cauza masei sale mari, quarcul de top a fost observat până acum doar la un accelerator, Tevatron; altor acceleratoare pur și simplu nu aveau energia necesară pentru a-l produce. În plus, quarcii de top sunt de interes pentru fizicieni nu numai în sine, ci și ca „instrument de lucru” pentru studierea bosonului Higgs. Unul dintre cele mai importante canale de producere a bosonului Higgs la LHC este producția asociativă împreună cu perechea top quark-antiquark. Pentru a separa în mod fiabil astfel de evenimente de fundal, mai întâi este necesar să se studieze proprietățile quarcilor de top înșiși. Studierea mecanismului de simetrie electroslabă Unul dintre obiectivele principale ale proiectului este de a demonstra experimental existența bosonului Higgs, o particulă prezisă de fizicianul scoțian Peter Higgs în 1964 în cadrul Modelului Standard. Bosonul Higgs este un cuantum al așa-numitului câmp Higgs, la trecerea prin care particulele experimentează rezistență, pe care o reprezentăm ca corecții la masă. Bosonul în sine este instabil și are o masă mare (mai mult de 120 GeV/c2). De fapt, fizicienii nu sunt atât de interesați de bosonul Higgs în sine, cât de mecanismul Higgs de ruptură de simetrie a interacțiunii electroslabe. Studiul plasmei cuarc-gluon Este de așteptat ca aproximativ o lună pe an să fie petrecută în accelerator în modul de coliziuni nucleare. În această lună, ciocnitorul va accelera și se va ciocni în detectoare nu protoni, ci nuclee de plumb. Într-o coliziune neelastică a două nuclee la viteze ultrarelativiste, se formează pentru scurt timp un bulgăre dens și foarte fierbinte de materie nucleară și apoi se descompune. Înțelegerea fenomenelor care apar în acest caz (trecerea materiei la starea plasmei cuarc-gluon și răcirea acesteia) este necesară pentru a construi o teorie mai perfectă a interacțiunilor puternice, care va fi utilă atât pentru fizica nucleară, cât și pentru astrofizică. Căutarea supersimetriei Prima realizare științifică semnificativă a experimentelor la LHC poate fi dovedirea sau infirmarea „supersimetriei” - teoria conform căreia orice particulă elementară are un partener mult mai greu, sau „superparticulă”. Studiul ciocnirilor foton-hadron și foton-foton Interacțiunea electromagnetică a particulelor este descrisă ca un schimb de fotoni (în unele cazuri virtuali). Cu alte cuvinte, fotonii sunt purtători ai câmpului electromagnetic. Protonii sunt încărcați electric și înconjurați câmp electrostatic, respectiv, acest câmp poate fi considerat ca un nor de fotoni virtuali. Orice proton, în special un proton relativist, include un nor de particule virtuale ca parte integrantă. Când protonii se ciocnesc între ei, particulele virtuale care înconjoară fiecare dintre protoni interacționează și ele. Din punct de vedere matematic, procesul de interacțiune a particulelor este descris printr-o serie lungă de corecții, fiecare dintre acestea descriind interacțiunea prin intermediul particulelor virtuale de un anumit tip (vezi: Diagramele Feynman). Astfel, atunci când se studiază ciocnirea protonilor, se studiază indirect și interacțiunea materiei cu fotonii de înaltă energie, care prezintă un mare interes pentru fizica teoretică. De asemenea, este luată în considerare o clasă specială de reacții - interacțiunea directă a doi fotoni, care se pot ciocni atât cu un proton care se apropie, generând ciocniri tipice foton-hadron, cât și unul cu celălalt. În modul ciocnirilor nucleare, datorită sarcinii electrice mari a nucleului, influența proceselor electromagnetice este și mai importantă. Testarea teoriilor exotice Teoreticienii de la sfârșitul secolului al XX-lea au prezentat un număr mare de idei neobișnuite despre structura lumii, care sunt numite colectiv „modele exotice”. Acestea includ teorii cu gravitație puternică pe o scară de energie de ordinul a 1 TeV, modele cu un număr mare de dimensiuni spațiale, modele preon în care quarcurile și leptonii înșiși sunt compuși din particule, modele cu noi tipuri de interacțiune. Faptul este că datele experimentale acumulate încă nu sunt suficiente pentru a crea o singură teorie. Și toate aceste teorii în sine sunt compatibile cu datele experimentale disponibile. Deoarece aceste teorii pot face predicții specifice pentru LHC, experimentatorii plănuiesc să testeze predicțiile și să caute urme ale anumitor teorii în datele lor. Este de așteptat ca rezultatele obținute la accelerator să poată limita imaginația teoreticienilor, închizând unele dintre construcțiile propuse. Altele De asemenea, în așteptarea descoperirii fenomene fiziceîn afara modelului standard. Se preconizează studierea proprietăților bosonilor W și Z, a interacțiunilor nucleare la energii superînalte, a proceselor de producere și dezintegrare a quarcilor grei (b și t).

Săptămâna aceasta, după doi ani de așteptare, Large Hadron Collider - acceleratorul de particule care a dus la descoperirea bosonului Higgs în 2012 - ar putea porni din nou.

Uriașul civizor (din care o parte este tunelul subteran de 27 de kilometri între Franța și Elveția) a fost oprit în februarie 2013, astfel încât oamenii de știință să poată aduce modificări designului său. Acum, oamenii de știință îl reactivează pentru a face un salt înainte în studiul fizicii cu o serie de experimente.

1. Stai, stai, ce este Large Hadron Collider?

Tunelul Marelui Colisionator de Hadroni
LHC a fost construit în 2008 de CERN (Consiliul European pentru Cercetare Nucleară). Crearea celui mai mare ciocnitor de hadron din lume a costat nouă miliarde de dolari. Lungimea incredibilă a tunelurilor sale subterane le permite fizicienilor să efectueze experimente incredibile.

În linii mari, cele mai comune experimente implică accelerarea particulelor încărcate la 99,9999% din viteza luminii (determinându-le să se miște într-un cerc de 11.000 de ori pe secundă) și apoi ciocnirea lor cu magneți giganți. Senzorii sofisticați citesc tot felul de informații obținute după ciocnirea acestor particule.

2. De ce oamenii de știință împing particulele?

Informații primite de unul dintre senzorii din LHC
Cantitatea imensă de energie care este eliberată după ciocnire face ca particulele să se dezintegreze și ulterior să se adune în structuri destul de neobișnuite. Astfel de experimente ajută la găsirea defectelor în modelul standard de fizică - în acest moment este Cel mai bun mod prezice comportamentul particulelor.

Fizicienii sunt interesați de astfel de experimente deoarece, deși Modelul Standard este considerat a fi destul de precis, este încă incomplet. „Este bine de ghicit, dar fizicienilor nu le place atât de mult”, a comentat Patrick Koppenburg, un om de știință care lucrează cu LHC.

Cel mai puternic dezavantaj al modelului este că nu ia în considerare forța gravitației (descrie doar alte trei interacțiuni fundamentale) și concepte precum materia întunecată și energia întunecată. De asemenea, nu se joacă bine cu teoriile actuale despre originea universului.

Cu alte cuvinte, modelul standard al fizicii este cea mai bună descriere a modului în care funcționează lucrurile din jurul nostru. Cu toate acestea, potrivit lui Koppenburg, această teorie „este greșită la un moment dat, exact”. Prin ciocnirea particulelor din LHC, el și alți oameni de știință încearcă să găsească abateri de la acest model.

3. Ce au descoperit deja acești oameni de știință

Diagrama celor 17 particule fundamentale ale modelului standard, inclusiv bosonul Higgs
Cel mai eveniment importantÎn istoria Marelui Ciocnitor de Hadroni a fost descoperirea bosonului Higgs.

Din anii 1960, se crede că bosonul Higgs face parte din câmpul Higgs, un câmp invizibil care călătorește prin spațiu și afectează toate particulele. Conform ipotezelor fizicienilor, datorită acestui câmp particulele au masă (sau rezistență la mișcare).
Fizicianul Brian Green a scris în lucrarea sa:

„Imaginați-vă că o minge de ping-pong este scufundată sub apă. Când încercați să-l scufundați mai adânc, pare să fie de multe ori mai greu decât era în afara apei. Interacțiunea sa cu apa duce la o creștere a masei acesteia. Același lucru se întâmplă și cu particulele scufundate în câmpul Higgs.”

În principiu, nimeni nu a fost surprins de descoperirea bosonului și a câmpului Higgs, deoarece toate legile Modelului Standard indicau existența lor. Problema a fost că nu existau dovezi directe. „Când construiam LHC, speram fie să găsim bosonul Higgs, fie să dovedim că acesta nu există”, comentează Koppenburg.

În 2012, după trei ani de experimente, fizicienii au dovedit existența bosonului Higgs. S-a calculat că imediat după ciocnire, bosonul Higgs s-a degradat în alte particule, urmând anumite modele. Datele colectate după ciocnirea protonilor au ajutat la înțelegerea și prezicerea acestor modele.

Această descoperire este incredibil de importantă: câmpul Higgs este piatra de temelie a Modelului Standard. Datorită lui, toate celelalte ecuații devin mult mai clare. Am putut să-l detectăm la 50 de ani după ce existența sa a fost prezisă pe hârtie, ceea ce înseamnă că suntem pe drumul cel bun în studierea structurii universului nostru.

4. De ce este pornit din nou LHC?

Tunelurile Marelui Ciocnitor de Hadroni
Toate experimentele care au fost făcute în trecut au fost doar începutul. După câțiva ani de muncă la îmbunătățirea magneților (acelerează și controlează mișcarea particulelor) și a senzorilor, nouă eră: acum o serie de experimente include accelerarea și ciocnirea particulelor, a căror sarcină va fi de două ori mai mare decât cea anterioară.

Noile ciocniri de particule vor permite oamenilor de știință să descopere noi particule (și posibil chiar mai mari), precum și să studieze bosonul Higgs și comportamentul acestuia în diferite condiții.

„Sperăm să descoperim elemente neprevăzute de modelul standard. De exemplu, particulele sunt atât de grele încât nu au fost încă descoperite sau alte tipuri de abateri”, își împărtășește speranțele Koppenburg.

Este posibil, de exemplu, ca bosonul Higgs să fie doar una dintre câteva particule din mecanismul Higgs.

Suficiente informații noi, potrivit lui Koppenburg și alții, ne vor ajuta să descoperim noi particule și să îmbunătățim modelul standard actual, permițându-i să interacționeze cu acuratețe cu materia întunecată, nașterea universului și alte subiecte prost înțelese.

5. Există planuri de a construi acceleratoare de particule și mai mari în viitor?

Schema International Linear Collider
Da. Fizicienii speră să construiască în cele din urmă acceleratoare mult mai mari care pot accelera particulele cu mai multă energie decât LHC. Acest lucru, la rândul său, va permite descoperirea de noi particule și va oferi o înțelegere mai clară a materiei întunecate. Lungimea colisionarului liniar internațional, de exemplu, va fi de 32 de kilometri. Spre deosebire de LHC, unde particulele sunt accelerate într-un cerc, în acest proiect ele se vor ciocni direct unele cu altele. Proiectul este încă în considerare, dar oamenii de știință speră că un astfel de accelerator va fi construit în Japonia și va începe să funcționeze până în 2026.

Odată, tuturor li s-a părut că un accelerator de particule uriaș va fi construit în Statele Unite. În 1989, Congresul a fost chiar de acord să cheltuiască șase miliarde de dolari pentru a construi un superconductor. Urma să fie construit în Waxahachee, Texas, lungimea tunelurilor sale trebuia să atingă 86 de kilometri. Forța cu care s-ar ciocni particulele ar fi de patru ori mai puternică decât cea a lui Large Hadron Collider. Dar, din păcate, în 1993, costul proiectului a crescut la 11 miliarde de dolari, iar Congresul a decis să-l închidă, în ciuda faptului că 2 miliarde de dolari fuseseră deja cheltuiți pentru construirea a 25 de kilometri din tunel.

Original: Vox
Tradus.

Specialiștii Centrului European de Cercetare Nucleară (CERN), după o serie de experimente la Large Hadron Collider (LHC), au anunțat descoperirea unei noi particule, prezisă anterior de oamenii de știință ruși, numită pentaquark.

Large Hadron Collider (LHC) este un accelerator conceput pentru a accelera particulele elementare (în special protonii).

O nouă particulă descoperită la Large Hadron Collider, spun fizicieniiSpecialiștii Centrului European de Cercetare Nucleară, care lucrează la Large Hadron Collider, au anunțat descoperirea unui pentaquarc, o particulă prezisă de oamenii de știință ruși.

Este situat în Franța și Elveția și aparține Consiliului European pentru Cercetare Nucleară (Conseil Europeen pour la Recherche Nucleaire, CERN, CERN).

La acea vreme, oamenilor de știință nu era clar cât de mult corespundea particulele descoperite de ei cu predicțiile modelului standard. Până în martie 2013, fizicienii aveau suficiente date despre particule pentru a declara oficial că este bosonul Higgs.

Pe 8 octombrie 2013, fizicianul britanic Peter Higgs și belgianul François Engler, care au descoperit mecanismul ruperii simetriei electroslăbite (datorită acestei încălcări, particulele elementare pot avea masă), au primit Premiul Nobel pentru Fizică pentru „descoperirea teoretică a unui mecanism care a oferit o înțelegere a originii maselor de particule elementare.”

În decembrie 2013, datorită analizei datelor folosind rețele neuronale, fizicienii CERN au urmărit pentru prima dată dezintegrarea bosonului Higgs în fermioni - leptoni tau și perechi b-quark și b-antiquark.

În iunie 2014, oamenii de știință care lucrează la detectorul ATLAS, după procesarea tuturor statisticilor acumulate, au rafinat rezultatele măsurării masei bosonului Higgs. Conform datelor lor, masa bosonului Higgs este de 125,36 ± 0,41 gigaelectronvolți. Acest lucru este aproape identic - atât ca valoare, cât și ca precizie - cu rezultatul oamenilor de știință care lucrează la detectorul CMS.

Într-o publicație din februarie 2015 în revista Physical Review Letters, fizicienii au afirmat că un posibil motiv pentru absența aproape completă a antimateriei în Univers și predominarea materiei vizibile obișnuite ar putea fi mișcările câmpului Higgs - o structură specială în care bosonii Higgs. "Trăi". Fizicianul ruso-american Alexander Kusenko de la Universitatea California din Los Angeles (SUA) și colegii săi cred că au reușit să găsească răspunsul la această ghicitoare universală în datele care au fost Large Hadron Collider în prima etapă a lucrării sale, când bosonul a fost descoperit Higgs, faimoasa „Particulă de Dumnezeu”.

Pe 14 iulie 2015, s-a cunoscut faptul că specialiștii de la Centrul European de Cercetare Nucleară (CERN), după o serie de experimente la Large Hadron Collider (LHC), au anunțat descoperirea unei noi particule, prezisă anterior de oamenii de știință ruși, numit pentaquarc. Studierea proprietăților pentaquarcilor ne va permite să înțelegem mai bine cum funcționează materia obișnuită. Posibilitatea existenței pentaquarcilor Dmitri Dyakonov, Maxim Polyakov și Viktor Petrov, angajați ai Institutului de Fizică Nucleară Konstantinov din Sankt Petersburg.

Datele culese de LHC în prima etapă a lucrării au permis fizicienilor din colaborarea LHCb, angajați în căutarea de particule exotice pe detectorul cu același nume, să „prindă” mai multe particule de la cinci quarci deodată, care au primit nume temporare Pc (4450) + și Pc (4380) +. Au o masă foarte mare - aproximativ 4,4-4,5 mii de megaelectronvolți, care este de aproximativ patru până la cinci ori mai mult decât cea pentru protoni și neutroni, precum și un spin destul de neobișnuit. Prin natura lor, sunt patru quarci „normali” lipiți împreună cu un antiquarc.

Certitudinea statistică a descoperirii este de nouă sigma, ceea ce este echivalent cu o eroare aleatorie sau o defecțiune a detectorului într-un caz din patru milioane de miliarde de încercări (de la 10 la a 18-a putere).

Unul dintre obiectivele celei de-a doua lansări a LHC va fi căutarea materiei întunecate. Se presupune că detectarea unei astfel de materii va ajuta la rezolvarea problemei masei ascunse, care, în special, este viteza anormal de mare de rotație a regiunilor exterioare ale galaxiilor.

Materialul a fost pregătit pe baza informațiilor de la RIA Novosti și a surselor deschise

Cum funcționează Large Hadron Collider

Acceleratorul LHC va funcționa pe baza efectului de supraconductivitate, adică. capacitatea anumitor materiale de a conduce electricitatea fără rezistență sau pierderi de energie, de obicei la temperaturi foarte scăzute. Pentru a menține fasciculul de particule pe traseul său circular, sunt necesare câmpuri magnetice mai puternice decât cele utilizate anterior în alte acceleratoare CERN.

Large Hadron Collider, un accelerator de protoni construit în Elveția și Franța, nu are analogi în lume. Această structură inelară, lungă de 27 km, a fost construită la o adâncime de 100 de metri.

În ea, cu ajutorul a 120 de electromagneți puternici la o temperatură apropiată de zero absolut - minus 271,3 grade Celsius, se presupune că va dispersa fasciculele de protoni care se ciocnesc până la aproape viteza luminii (99,9 la sută).Cu toate acestea, într-un număr de locuri, căile lor se vor încrucișa, ceea ce va permite protonilor să se ciocnească. Particulele vor fi ghidate de câteva mii de magneți supraconductori.Când există suficientă energie, particulele se vor ciocni, creând astfel un model al Big Bang-ului.Mii de senzori vor înregistra momentele ciocnirii. Consecințele ciocnirii protonilor vor deveni subiectul principal de studiu al lumii. [ http://dipland.ru /Cybernetics/Large_Hadron_Collider_92988]

Specificații

Acceleratorul ar trebui să ciocnească protoni cu o energie totală de 14 TeV (adică 14 tera electron-volt sau 14 1012 electron volți) insistem de centru de greutate particule incidente, precum și nuclee conduce cu o energie de 5 GeV (5 109 electroni volți) pentru fiecare pereche de ciocniri nucleonii. La începutul anului 2010 LHC a depășit deja oarecum deținătorul recordului anterior în ceea ce privește energia protonilor - ciocnitorul proton-antiproton Tevatron , care a lucrat până la sfârșitul anului 2011Laboratorul Național de Accelerator. Enrico Fermi(STATELE UNITE ALE AMERICII ). În ciuda faptului că reglarea echipamentului se întinde de ani de zile și nu a fost încă finalizată, LHC a devenit deja cel mai mare accelerator de particule elementare de energie din lume, depășind cu un ordin de mărime alți colizionatori în energie, inclusiv ionul greu relativist. ciocnitor RHIC, care operează în Laboratorul Brookhaven(STATELE UNITE ALE AMERICII).

Detectoare

LHC are 4 detectoare principale și 3 auxiliare:

· ALICE (Un experiment mare de coliziune cu ioni)

ATLAS (un aparat toroidal LHC)

CMS (Solenoid Compact Muon)

LHCb (Experimentul de frumusețe Large Hadron Collider)

TOTEM (Măsurarea totală a secțiunii transversale elastice și difractive)

LHCf (The Large Hadron Collider înainte)

MoEDAL (Detectorul de monopol și exotice la LHC).

detector CMS

Detectoarele ATLAS și CMS sunt detectoare de uz general concepute pentru a căuta bosonul Higgs și „fizica non-standard”, în special materie întunecată , ALICE - a studiaplasmă cuarc-gluon în coliziunile cu ioni grei de plumb, LHCb - pentru cercetarea în fizicăb-cuarcuri pentru a înțelege mai bine diferențele dintre materie si antimaterie , TOTEM - conceput pentru a studia împrăștierea particulelor la unghiuri mici, cum ar fi în timpul zborurilor apropiate fără coliziuni (așa-numitele particule care nu se ciocnesc, particule înainte), ceea ce vă permite să măsurați mai precis dimensiunea protonilor, precum și ca control al luminozității ciocnitorului și, în cele din urmă, LHCf - pentru cercetareraze cosmice , modelat folosind aceleași particule care nu se ciocnesc.

Lucrarea LHC este asociată și cu al șaptelea, destul de nesemnificativ din punct de vedere al bugetului și al complexității, detector (experiment) MoEDAL, conceput pentru a căuta particule grele care se mișcă încet.

În timpul funcționării ciocnitorului, ciocnirile se desfășoară simultan în toate cele patru puncte de intersecție ale fasciculelor, indiferent de tipul de particule accelerate (protoni sau nuclee). În același timp, toți detectoarele colectează statistici simultan.

Consumul de energie

În timpul funcționării colizionatorului, consumul de energie estimat va fi de 180 M mar . Consumul total de energie estimat CERN pentru 2009, ținând cont de colizorul de funcționare - 1000 GWh, din care 700 GWh vor cădea în ponderea acceleratorului. Aceste costuri cu energie reprezintă aproximativ 10% din consumul total anual de energie. Cantonul Geneva . CERN în sine nu produce energie, având doar rezervăgeneratoare diesel.[http://ru.wikipedia.org/wiki/]

Este posibil ca în câțiva ani Internetul să cedeze loc unei noi, mai profunde integrari a calculatoarelor de la distanță, permițând nu numai transferul de la distanță a informațiilor localizate în diferite părți ale lumii, ci și utilizarea automată a resurselor de calcul de la distanță. În legătură cu lansarea Large Hadron Collider, CERN lucrează de câțiva ani la crearea unei astfel de rețele.

Faptul că Internetul (sau ceea ce este desemnat prin termenul web) a fost inventat de Organizația Europeană pentru Cercetare Nucleară (CERN) a fost de multă vreme un fapt de manual. În jurul indicatorului „În aceste coridoare a fost creată o rețea mondială” într-unul dintre coridoarele obișnuite ale clădirii obișnuite CERN, privitorii sunt mereu înghesuiti în timpul zilei porților deschise. Acum, internetul este folosit pentru nevoile lor practice de către oameni din întreaga lume și inițial a fost creat astfel încât oamenii de știință care lucrează la același proiect, dar aflați în diferite părți ale planetei, să poată comunica între ei, să împărtășească date, să publice informații care ar putea fi accesat de la distanță.

Sistemul GRID în curs de dezvoltare la CERN (în engleză grid - lattice, network) este un alt pas înainte, o nouă etapă în integrarea utilizatorilor de computere.

Oferă nu numai capacitatea de a publica date care se află în altă parte a planetei, ci și de a utiliza resursele mașinii de la distanță fără a părăsi locul.

Desigur, computerele obișnuite nu joacă un rol special în furnizarea puterii de calcul, așa că prima etapă a integrării este conectarea centrelor de supercalculare ale lumii.

Crearea acestui sistem a provocat Large Hadron Collider. Deși GRID este deja folosit pentru o mulțime de alte sarcini, fără colisionar nu ar exista și invers, fără GRID, procesarea rezultatelor colizionatorului este imposibilă.

Harta serverului GRID //

Oamenii care lucrează în colaborările LHC sunt localizați în diferite părți ale planetei. Se știe că nu numai europenii lucrează la acest dispozitiv, ci și toate cele 20 de țări - participanți oficiali CERN, în total aproximativ 35 de țări. Teoretic, pentru a asigura funcționarea LHC, a existat o alternativă la GRID - o extindere a resurselor de calcul proprii ale centrului de calcul CERN. Dar resursele care se aflau la momentul enunțării problemei erau complet insuficiente pentru modelarea funcționării acceleratorului, stocarea informațiilor din experimentele sale și procesarea lui științifică. Prin urmare, centrul de calculatoare ar trebui reconstruit și modernizat foarte semnificativ, ar trebui achiziționate mai multe calculatoare și facilități de stocare a datelor. Dar asta ar însemna că toată finanțarea ar fi concentrată în CERN. Acest lucru nu a fost foarte acceptabil pentru țările aflate departe de CERN. Desigur, nu erau interesați să sponsorizeze resurse care ar fi foarte greu de utilizat și erau mai degrabă înclinați să-și sporească potențialul de calcul și mașină. Prin urmare, s-a născut ideea de a folosi resursele acolo unde se află.

Nu încercați să concentrați totul într-un singur loc, ci combinați ceea ce există deja în diferite părți ale lumii.

Marele Ciocnitor de Hadroni(LHC) este cel mai mare și mai puternic accelerator de particule din lume. A fost construit de Organizația Europeană pentru Cercetare Nucleară (CERN).

10.000 de oameni de știință și ingineri din peste 100 de țări diferite au lucrat împreună pentru a crea acest proiect. Costul său de construcție 10 miliarde de dolari. În prezent, este cea mai mare și mai complexă unitate de cercetare experimentală din lume.

Cum arată Large Hadron Collider?

Acesta este un tunel închis gigant construit în subteran. El are lungime 27 de kilometri si merge la adâncime de la 50 la 175 de metri.

Civizorul este situat la granița dintre Franța și Elveția, lângă orașul Geneva.

Unde este ciocnitorul

Cum funcționează Large Hadron Collider

Cuvântul " ciocnitor„ în acest caz poate fi tradus ca „ împingător". Și el împinge hadronii- o clasă de particule formată din mai mulți quarci, care sunt ținute de o legătură subatomică puternică. Protonii și neutronii sunt exemple de hadron.

LHC folosește în principal coliziuni de protoni în experimentele sale. Protoni sunt părți ale atomilor cu sarcină pozitivă. Ciocnitorul accelerează acești protoni în tunel până când ajung aproape la viteza luminii. Diferiți protoni sunt direcționați prin tunel în direcții opuse. Când se ciocnesc, este posibil să se stabilească condiții similare cu cele ale Universului timpuriu.

De unde provin protonii pentru a se ciocni?
Pentru aceasta, atomii de hidrogen sunt ionizați. Un atom de hidrogen este format dintr-un proton și un electron. În timpul ionizării, un electron este îndepărtat și protonul necesar experimentului rămâne.

LHC este format din trei părți principale:

accelerator de particule. Accelerează și împinge protonii cu ajutorul unui sistem de electromagneți puternici amplasați de-a lungul întregului tunel.
Detectoare. Rezultatele coliziunii nu pot fi observate direct, astfel încât detectoare puternice captează un maxim de date și le trimit spre procesare.
Grilă. Petaocteți de date provin de la detectoare. Pentru a le interpreta, se folosește o infrastructură de rețea - o rețea de calculatoare din 36 de țări, care împreună formează un singur supercomputer. Dar chiar și acest lucru este suficient doar pentru a procesa 1% din date.

De ce este nevoie de Large Hadron Collider?

Cu ajutorul LHC, se pot studia particulele elementare și modalitățile de interacțiune a acestora. Ne-a învățat deja multe în domeniu fizică cuantică, iar cercetătorii speră aflați mai multe despre structura spațiului și timpului. Observațiile pe care oamenii de știință le fac ajută la înțelegerea cum ar fi putut fi universul în câteva milisecunde după Big Bang.

Ce descoperiri au fost făcute la LHC

Până acum, cea mai mare descoperire este bosonul Higgs. Aceasta este una dintre cele mai importante descoperiri ale secolului 21, care explică existența unei mase de particule în univers. Acest lucru confirmă Modelul Standard, cu ajutorul căruia fizicienii descriu astăzi interacțiunea particulelor elementare. Pe această interacțiune se bazează structura întregului univers.

Esența lucrării bosonului Higgs este că, datorită acestuia, alte particule elementare își pot avea și își pot transfera masa. Dar aceasta este o înțelegere foarte, foarte simplificată și, dacă sunteți interesat, citiți literatura științifică.

Cu lista completa dintre toate descoperirile de la Large Hadron Collider pot fi găsite pe Wikipedia.

Poate un minător să distrugă pământul?

De la lansare, LHC a făcut obiectul diverselor speculații. Cel mai faimos - în cursul experimentelor se poate forma gaură neagrăși consumă planeta.

Există două motive pentru a nu vă face griji.