Historia e krijimit të përshpejtuesit, të cilin ne e njohim sot si Përplasësi i Madh i Hadronit, fillon në 2007. Fillimisht, kronologjia e përshpejtuesve filloi me ciklotronin. Pajisja ishte një pajisje e vogël që përshtatej lehtësisht në tavolinë. Pastaj historia e përshpejtuesve filloi të zhvillohej me shpejtësi. U shfaq sinkrofazotroni dhe sinkrotroni.

Në histori, ndoshta më argëtuese ishte periudha nga 1956 deri në 1957. Në ato ditë, shkenca sovjetike, në veçanti fizika, nuk mbeti pas vëllezërve të huaj. Duke përdorur përvojën e fituar gjatë viteve, një fizikan sovjetik i quajtur Vladimir Veksler bëri një përparim në shkencë. Ai krijoi sinkrofazotronin më të fuqishëm në atë kohë. Fuqia e tij e funksionimit ishte 10 gigaelektronvolt (10 miliardë elektronvolt). Pas këtij zbulimi, u krijuan tashmë shembuj seriozë të përshpejtuesve: përplasësi i madh elektron-pozitron, përshpejtuesi zviceran, në Gjermani, SHBA. Të gjithë ata kishin një qëllim të përbashkët - studimin e grimcave themelore të kuarkeve.

Përplasësi i madh i Hadronit u krijua kryesisht falë përpjekjeve të një fizikani italian. Emri i tij është Carlo Rubbia, fitues i çmimit Nobel. Gjatë karrierës së tij, Rubbia punoi si drejtor në Organizatën Evropiane për Kërkime Bërthamore. U vendos që të ndërtohej dhe lëshohej një përplasës hadron pikërisht në vendin e qendrës kërkimore.

Ku është përplasësi i hadronit?

Përplasësi ndodhet në kufirin mes Zvicrës dhe Francës. Perimetri i tij është 27 kilometra, prandaj quhet i madh. Unaza e përshpejtuesit shkon thellë nga 50 në 175 metra. Përplasësi ka 1232 magnet. Ata janë superpërçues, që do të thotë se fusha maksimale për mbingarkesë mund të gjenerohet prej tyre, pasi praktikisht nuk ka konsum të energjisë në magnet të tillë. Pesha totale e çdo magneti është 3.5 ton me një gjatësi prej 14.3 metrash.

Si çdo objekt fizik, Përplasësi i Madh i Hadronit gjeneron nxehtësi. Prandaj, duhet të ftohet vazhdimisht. Për këtë ruhet një temperaturë prej 1.7 K me 12 milionë litra azot të lëngshëm. Përveç kësaj, 700 mijë litra përdoren për ftohje, dhe më e rëndësishmja, përdoret presioni, i cili është dhjetë herë më i ulët se presioni normal atmosferik.

Një temperaturë prej 1.7 K në shkallën Celsius është -271 gradë. Një temperaturë e tillë është pothuajse afër asaj që quhet kufiri minimal i mundshëm që mund të ketë një trup fizik.

Brenda tunelit nuk është më pak interesante. Ka kabllo niobium-titanium me aftësi superpërcjellëse. Gjatësia e tyre është 7600 kilometra. Pesha totale e kabllove është 1200 ton. Pjesa e brendshme e kabllit është një lëmsh ​​prej 6300 telave me një distancë totale prej 1.5 miliardë kilometrash. Kjo gjatësi është e barabartë me 10 njësi astronomike. Për shembull, është e barabartë me 10 njësi të tilla.

Nëse flasim për vendndodhjen e tij gjeografike, atëherë mund të themi se unazat e përplasësit shtrihen midis qyteteve Saint-Genis dhe Fornay-Voltaire, të vendosura në anën franceze, si dhe Meyrin dhe Vessourat - në anën zvicerane. Një unazë e vogël, e quajtur PS, kalon përgjatë kufirit në diametër.

Kuptimi i ekzistencës

Për t'iu përgjigjur pyetjes "për çfarë shërben përplasësi i hadronit", duhet t'i drejtoheni shkencëtarëve. Shumë shkencëtarë thonë se kjo është shpikja më e madhe në të gjithë periudhën e ekzistencës së shkencës dhe se pa të, shkenca që ne njohim sot thjesht nuk ka kuptim. Ekzistenca dhe lëshimi i Përplasësit të Madh të Hadronit është interesant sepse kur grimcat përplasen në përplasësin e hadronit, ndodh një shpërthim. Të gjitha grimcat më të vogla shpërndahen në drejtime të ndryshme. Formohen grimca të reja që mund të shpjegojnë ekzistencën dhe kuptimin e shumë gjërave.

Gjëja e parë që shkencëtarët u përpoqën të gjenin në këto grimca të përplasura ishte grimca elementare, e parashikuar teorikisht nga fizikani Peter Higgs, e quajtur Kjo grimcë e mahnitshme është një bartës informacioni, siç besohet. Zakonisht quhet edhe "grimca e Zotit". Zbulimi i tij do t'i sillte shkencëtarët më afër kuptimit të universit. Duhet të theksohet se në vitin 2012, më 4 korrik, Hadron Collider (nisja e tij ishte pjesërisht e suksesshme) ndihmoi për të zbuluar një grimcë të ngjashme. Deri më sot, shkencëtarët po përpiqen ta studiojnë atë në më shumë detaje.

Sa gjatë...

Natyrisht, menjëherë lind pyetja se përse shkencëtarët i kanë studiuar këto grimca për kaq gjatë. Nëse ka një pajisje, atëherë mund ta ekzekutoni atë dhe çdo herë që merrni gjithnjë e më shumë të dhëna të reja. Fakti është se puna e përplasësit të hadronit është një kënaqësi e shtrenjtë. Një nisje kushton shumë. Për shembull, konsumi vjetor i energjisë është 800 milion kWh. Kjo sasi energjie konsumohet nga një qytet me rreth 100,000 banorë, sipas standardeve mesatare. Dhe kjo nuk llogarit kostot e mirëmbajtjes. Një arsye tjetër është se në përplasësin e hadronit, shpërthimi që ndodh kur protonet përplasen shoqërohet me marrjen e një sasie të madhe të dhënash: kompjuterët lexojnë aq shumë informacion sa kërkon shumë kohë për t'u përpunuar. Edhe përkundër faktit se fuqia e kompjuterëve që marrin informacion është e madhe edhe për standardet e sotme.

Arsyeja tjetër nuk është më pak e njohur.Shkencëtarët që punojnë me përplasësin në këtë drejtim janë të sigurt se spektri i dukshëm i gjithë universit është vetëm 4%. Supozohet se ato që mbeten janë materia e errët dhe energjia e errët. Në mënyrë eksperimentale, duke u përpjekur të provojë se kjo teori është e saktë.

Përplasësi i Hadronit: pro ose kundër

Teoria e avancuar e materies së errët vuri në pikëpyetje sigurinë e ekzistencës së përplasësit të hadronit. U ngrit pyetja: "Përplasësi i Hadronit: pro apo kundër?" Ai shqetësoi shumë shkencëtarë. Të gjitha mendjet e mëdha të botës ndahen në dy kategori. "Kundërshtarët" parashtruan një teori interesante se nëse një lëndë e tillë ekziston, atëherë ajo duhet të ketë një grimcë të kundërt. Dhe kur grimcat përplasen në përshpejtues, shfaqet një pjesë e errët. Kishte rrezik që pjesa e errët dhe ajo që ne shohim të përplaseshin. Atëherë mund të çojë në vdekjen e të gjithë universit. Sidoqoftë, pas lëshimit të parë të përplasësit të Hadronit, kjo teori u prish pjesërisht.

Tjetra për nga rëndësia është shpërthimi i universit, ose më mirë, lindja. Besohet se gjatë një përplasjeje, mund të vëzhgohet se si u soll universi në sekondat e para të ekzistencës. Mënyra se si u duk pas origjinës së Big Bengut. Besohet se procesi i përplasjes së grimcave është shumë i ngjashëm me atë që ishte në fillimin e lindjes së universit.

Një tjetër ide po aq fantastike që shkencëtarët po testojnë janë modelet ekzotike. Duket e pabesueshme, por ekziston një teori që sugjeron se ka dimensione dhe universe të tjera me njerëz si ne. Dhe çuditërisht, përshpejtuesi mund të ndihmojë edhe këtu.

E thënë thjesht, qëllimi i ekzistencës së përshpejtuesit është të kuptojmë se çfarë është universi, si u krijua, të provojë ose të kundërshtojë të gjitha teoritë ekzistuese rreth grimcave dhe fenomeneve të lidhura me to. Sigurisht, kjo do të marrë vite, por me çdo lëshim shfaqen zbulime të reja që e kthejnë botën e shkencës përmbys.

Fakte rreth përshpejtuesit

Të gjithë e dinë se përshpejtuesi përshpejton grimcat në 99% të shpejtësisë së dritës, por jo shumë njerëz e dinë se përqindja është 99.9999991% e shpejtësisë së dritës. Kjo figurë e mahnitshme ka kuptim falë dizajnit të përsosur dhe magnetëve të fuqishëm të përshpejtimit. Ka edhe disa fakte më pak të njohura për t'u theksuar.

Përafërsisht 100 milionë rrjedhat e të dhënave që vijnë nga secili prej dy detektorëve kryesorë mund të mbushin më shumë se 100,000 CD në sekonda. Në vetëm një muaj, numri i disqeve do të kishte arritur një lartësi të tillë, saqë nëse do të paloseshin në një këmbë, do të mjaftonte për të arritur në Hënë. Prandaj, u vendos që të mblidhen jo të gjitha të dhënat që vijnë nga detektorët, por vetëm ato që do të lejojnë përdorimin e sistemit të mbledhjes së të dhënave, i cili në fakt vepron si filtër për të dhënat e marra. U vendos që të regjistroheshin vetëm 100 ngjarje që ndodhën në momentin e shpërthimit. Këto ngjarje do të regjistrohen në arkivin e qendrës kompjuterike të sistemit Large Hadron Collider, i cili ndodhet në Laboratorin Evropian për fizikën e grimcave elementare, i cili është edhe vendndodhja e përshpejtuesit. Nuk do të regjistrohen ngjarjet që janë regjistruar, por ato që janë me interes më të madh për komunitetin shkencor.

Pas përpunimit

Pas shkrimit, do të përpunohen qindra kilobajt të dhëna. Për këtë përdoren më shumë se dy mijë kompjuterë të vendosur në CERN. Detyra e këtyre kompjuterëve është të përpunojnë të dhënat primare dhe të formojnë një bazë prej tyre që do të jetë e përshtatshme për analiza të mëtejshme. Më tej, rrjedha e të dhënave të gjeneruara do të dërgohet në rrjetin kompjuterik GRID. Ky rrjet interneti bashkon mijëra kompjuterë që ndodhen në institucione të ndryshme në mbarë botën, lidh më shumë se njëqind qendra të mëdha të vendosura në tre kontinente. Të gjitha qendrat e tilla janë të lidhura me CERN duke përdorur fibra optike për shpejtësi maksimale të transferimit të të dhënave.

Duke folur për fakte, duhet të përmendim edhe treguesit fizikë të strukturës. Tuneli i përshpejtuesit është 1.4% larg planit horizontal. Kjo është bërë kryesisht për të vendosur pjesën më të madhe të tunelit të përshpejtuesit në një shkëmb monolit. Kështu, thellësia e vendosjes në anët e kundërta është e ndryshme. Nëse numëroni nga ana e liqenit, i cili ndodhet afër Gjenevës, atëherë thellësia do të jetë 50 metra. Pjesa e kundërt ka një thellësi prej 175 metrash.

Është interesante se fazat hënore ndikojnë në përshpejtuesin. Duket se si një objekt kaq i largët mund të veprojë në një distancë të tillë. Megjithatë, është vërejtur se gjatë hënës së plotë, kur ndodh batica, toka në zonën e Gjenevës rritet deri në 25 centimetra. Kjo ndikon në gjatësinë e përplasësit. Kështu, gjatësia rritet me 1 milimetër, dhe energjia e rrezes gjithashtu ndryshon me 0,02%. Meqenëse kontrolli i energjisë së rrezes duhet të zbresë në 0.002%, studiuesit duhet ta marrin parasysh këtë fenomen.

Gjithashtu interesante është se tuneli i përplasjes ka formën e një tetëkëndëshi, jo një rrethi siç mendojnë shumë njerëz. Këndet janë formuar për shkak të seksioneve të shkurtra. Ato përmbajnë detektorë të instaluar, si dhe një sistem që kontrollon rrezen e grimcave përshpejtuese.

Struktura

Hadron Collider, lëshimi i të cilit përfshin përdorimin e shumë detajeve dhe eksitimin e shkencëtarëve, është një pajisje e mahnitshme. I gjithë përshpejtuesi përbëhet nga dy unaza. Unaza e vogël quhet Proton Synchrotron ose, për të përdorur shkurtesat, PS. Unaza e madhe është Proton Super Synchrotron, ose SPS. Së bashku, të dy unazat bëjnë të mundur shpërndarjen e pjesëve deri në 99.9% të shpejtësisë së dritës. Në të njëjtën kohë, përplasësi gjithashtu rrit energjinë e protoneve, duke rritur energjinë totale të tyre me 16 herë. Ai gjithashtu lejon që grimcat të përplasen me njëra-tjetrën rreth 30 milion herë / s. brenda 10 orëve. 4 detektorët kryesorë prodhojnë të paktën 100 terabajt të dhëna dixhitale në sekondë. Marrja e të dhënave është për shkak të faktorëve individualë. Për shembull, ata mund të zbulojnë grimcat elementare që kanë një ngarkesë elektrike negative dhe gjithashtu kanë gjysmën e rrotullimit. Meqenëse këto grimca janë të paqëndrueshme, zbulimi i tyre i drejtpërdrejtë është i pamundur, është e mundur të zbulohet vetëm energjia e tyre, e cila do të fluturojë jashtë në një kënd të caktuar drejt boshtit të rrezes. Kjo fazë quhet niveli i parë i ekzekutimit. Kjo fazë mbikëqyret nga më shumë se 100 borde speciale të përpunimit të të dhënave, në të cilat është ngulitur logjika e zbatimit. Kjo pjesë e punës karakterizohet nga fakti se gjatë periudhës së marrjes së të dhënave, përzgjidhen më shumë se 100 mijë blloqe të dhënash në sekondë. Këto të dhëna më pas do të përdoren për analizë, e cila bëhet duke përdorur një motor të nivelit më të lartë.

Sistemet e nivelit tjetër, përkundrazi, marrin informacion nga të gjitha rrjedhat e detektorit. Softueri i detektorit është i lidhur në rrjet. Atje do të përdorë një numër të madh kompjuterësh për të përpunuar blloqet pasuese të të dhënave, koha mesatare midis blloqeve është 10 mikrosekonda. Programet do të duhet të krijojnë shenja grimcash që korrespondojnë me pikat origjinale. Rezultati do të jetë një grup i formuar i të dhënave, i përbërë nga momenti, energjia, trajektorja dhe të tjera që u ngritën gjatë një ngjarjeje.

Pjesët e përshpejtuesit

I gjithë përshpejtuesi mund të ndahet në 5 pjesë kryesore:

1) Përshpejtuesi i përplasësit elektron-pozitron. Detaji është rreth 7 mijë magnet me veti superpërçuese. Me ndihmën e tyre, rrezja drejtohet përgjatë tunelit unazor. Dhe ata gjithashtu e përqendrojnë rrezen në një rrjedhë, gjerësia e së cilës do të ulet në gjerësinë e një fije floku.

2) Solenoid kompakt muonik. Ky është një detektor me qëllim të përgjithshëm. Në një detektor të tillë, po bëhen kërkime për fenomene të reja dhe, për shembull, kërkimi i grimcave Higgs.

3) Detektor LHCb. Rëndësia e kësaj pajisjeje qëndron në kërkimin e kuarkeve dhe grimcave të tyre të kundërta - antikuarkeve.

4) Vendosja toroidale ATLAS. Ky detektor është krijuar për të zbuluar muonet.

5) Alice. Ky detektor kap përplasjet e joneve të plumbit dhe përplasjet proton-proton.

Probleme me nisjen e përplasësit të Hadronit

Përkundër faktit se prania e teknologjisë së lartë eliminon mundësinë e gabimeve, në praktikë gjithçka është ndryshe. Gjatë montimit të gazit ka pasur vonesa, por edhe defekte. Duhet thënë se kjo situatë nuk ishte e papritur. Pajisja përmban kaq shumë nuanca dhe kërkon një saktësi të tillë që shkencëtarët prisnin rezultate të ngjashme. Për shembull, një nga problemet me të cilat u përballën shkencëtarët gjatë lëshimit ishte dështimi i magnetit që fokusoi rrezet e protonit pak para se ato të përplaseshin. Ky aksident i rëndë u shkaktua nga shkatërrimi i një pjese të lidhjes për shkak të humbjes së superpërçueshmërisë së magnetit.

Ky problem filloi në vitin 2007. Për shkak të kësaj, lëshimi i përplasësit u shty disa herë, dhe vetëm në qershor u bë lëshimi, pas gati një viti përplasja ende filloi.

Lëshimi i fundit i përplasësit ishte i suksesshëm dhe u mblodhën shumë terabajt të dhëna.

Hadron Collider, i cili u lançua në 5 Prill 2015, po funksionon me sukses. Gjatë muajit, trarët do të lëvizin rreth unazës, duke rritur gradualisht fuqinë. Nuk ka asnjë qëllim për studimin si i tillë. Energjia e përplasjes së rrezes do të rritet. Vlera do të rritet nga 7 TeV në 13 TeV. Një rritje e tillë do të na lejojë të shohim mundësi të reja në përplasjen e grimcave.

Në vitin 2013 dhe 2014 ka pasur kontrolle serioze teknike të tuneleve, përshpejtuesve, detektorëve dhe pajisjeve të tjera. Rezultati ishte 18 magnet bipolarë me një funksion superpërcjellës. Duhet theksuar se numri i përgjithshëm i tyre është 1232 copë. Megjithatë, magnetët e mbetur nuk kaluan pa u vënë re. Në pjesën tjetër u ndërruan sistemet e mbrojtjes së ftohjes dhe u vendosën të përmirësuara. Sistemi i ftohjes së magnetëve është përmirësuar gjithashtu. Kjo u lejon atyre të qëndrojnë në temperatura të ulëta me fuqi maksimale.

Nëse gjithçka shkon mirë, lëshimi i ardhshëm i përshpejtuesit do të bëhet vetëm pas tre vjetësh. Pas kësaj periudhe, është planifikuar puna për përmirësim, inspektimi teknik i përplasësit.

Duhet të theksohet se riparimet kushtojnë një qindarkë, pa përfshirë koston. Përplasësi i hadronit, që nga viti 2010, ka një çmim të barabartë me 7.5 miliardë euro. Kjo shifër e sjell të gjithë projektin në krye të listës së projekteve më të shtrenjta në historinë e shkencës.

Harta me vendndodhjen e Kolajderit të paraqitur në të

Për të kombinuar më tej ndërveprimet themelore në një teori, përdoren qasje të ndryshme: teoria e fijeve, e cila u zhvillua në teorinë M (teoria e branit), teoria e supergravitetit, graviteti kuantik i ciklit, etj. Disa prej tyre kanë probleme të brendshme, dhe asnjëra prej tyre nuk ka konfirmim eksperimental. Problemi është se për të kryer eksperimentet përkatëse nevojiten energji që janë të paarritshme në përshpejtuesit modernë të grimcave.

LHC do të bëjë të mundur kryerjen e eksperimenteve që më parë ishin të pamundura për t'u kryer dhe ndoshta do të konfirmojë ose hedh poshtë disa nga këto teori. Pra, ekziston një varg i tërë teorish fizike me dimensione më të mëdha se katër që sugjerojnë ekzistencën e "supersimetrisë" - për shembull, teoria e fijeve, e cila ndonjëherë quhet teoria e superstringut pikërisht sepse pa supersimetri humbet. kuptimi fizik. Konfirmimi i ekzistencës së supersimetrisë do të ishte kështu një konfirmim indirekt i së vërtetës së këtyre teorive.

Studimi i kuarkeve të lartë

Historia e ndërtimit

Tunel nëntokësor 27 km i projektuar për të vendosur përforcuesin LHC

Ideja për projektin Large Hadron Collider lindi në vitin 1984 dhe u miratua zyrtarisht dhjetë vjet më vonë. Ndërtimi i tij filloi në vitin 2001, pas përfundimit të punës së përshpejtuesit të mëparshëm - Përplasësi i Madh elektron-pozitron.

Përshpejtuesi supozohet të përplaset me protone me një energji totale prej 14 TeV (d.m.th., 14 teraelektronvolt ose 14 10 12 elektron volt) në qendrën e sistemit të masës së grimcave rënëse, si dhe bërthamat e plumbit me një energji prej 5.5 GeV ( 5,5 10 9 elektron volt) për çdo çift nukleonesh që përplasen. Kështu, LHC do të jetë përshpejtuesi i grimcave elementare elementare me energji më të lartë në botë, duke tejkaluar konkurrentët e tij më të afërt në energji me një renditje të madhësisë - përplasësin proton-antiproton Tevatron, i cili aktualisht është duke operuar në Laboratorin Kombëtar të Përshpejtuesve. Enrico Fermi (SHBA) dhe përplasësi i joneve të rënda relativiste RHIC në Laboratorin Brookhaven (SHBA).

Përshpejtuesi ndodhet në të njëjtin tunel të pushtuar më parë nga përplasësi i madh elektron-pozitron. Tuneli me një perimetër prej 26.7 km u vendos në një thellësi prej rreth njëqind metrash nën tokë në Francë dhe Zvicër. Për mbajtjen dhe korrigjimin e rrezeve të protonit përdoren 1624 magnet superpërcjellës, gjatësia totale e të cilëve i kalon 22 km. I fundit u instalua në tunel më 27 nëntor 2006 . Magnetët do të punojnë në 1.9 K (-271°C). Ndërtimi i një linje speciale kriogjenike për magnet ftohës përfundoi më 19 nëntor 2006.

Testet

Specifikimet

Procesi i përshpejtimit të grimcave në një përplasës

Shpejtësia e grimcave në LHC në rrezet që përplasen është afër shpejtësisë së dritës në vakum. Përshpejtimi i grimcave në shpejtësi kaq të mëdha arrihet në disa faza. Në fazën e parë, përshpejtuesit linearë me energji të ulët Linac 2 dhe Linac 3 injektojnë protone dhe jone plumbi për përshpejtim të mëtejshëm. Pastaj grimcat hyjnë në përforcuesin PS dhe më pas në vetë PS (sinkrotron proton), duke marrë një energji prej 28 GeV. Pas kësaj, nxitimi i grimcave vazhdon në SPS (Proton Super Synchrotron), ku energjia e grimcave arrin 450 GeV. Më pas rrezja drejtohet në unazën kryesore prej 26,7 kilometrash dhe në pikat e përplasjes, detektorët regjistrojnë ngjarjet që ndodhin.

Konsumi i energjisë

Gjatë funksionimit të përplasësit, konsumi i parashikuar i energjisë do të jetë 180 MW. Kostot e parashikuara të energjisë për të gjithë Kantonin e Gjenevës. CERN nuk gjeneron energji vetë, vetëm me gjeneratorë me naftë në gatishmëri.

Informatikë e shpërndarë

Për të kontrolluar, ruajtur dhe përpunuar të dhënat që do të vijnë nga përshpejtuesi dhe detektorët LHC, po krijohet një rrjet kompjuterik i shpërndarë LCG. L HC C llogaritje G RID ) duke përdorur teknologjinë e rrjetit. Për detyra të caktuara kompjuterike, do të përfshihet një projekt informatik i shpërndarë [email i mbrojtur].

Proceset fizike të pakontrolluara

Disa ekspertë dhe anëtarë të publikut shprehin shqetësimin se ekziston një probabilitet jo zero që eksperimentet e kryera në përplasës të dalin jashtë kontrollit dhe të zhvillojnë një reaksion zinxhir, i cili, në kushte të caktuara, teorikisht mund të shkatërrojë të gjithë planetin. Pikëpamja e mbështetësve të skenarëve katastrofikë që lidhen me funksionimin e LHC është paraqitur në një faqe interneti të veçantë. Për shkak të këtyre ndjenjave, LHC ndonjëherë deshifrohet si E fundit Përplasësi i Hadronit ( E fundit Përplasësi i Hadronit).

Në këtë drejtim, më së shpeshti përmendet mundësia teorike e shfaqjes së vrimave të zeza mikroskopike në përplasës, si dhe mundësia teorike e formimit të mpiksjeve të antimateries dhe monopoleve magnetike, të ndjekura nga një reaksion zinxhir i kapjes së lëndës përreth.

Këto mundësi teorike u shqyrtuan nga një grup i posaçëm CERN, i cili përgatiti një raport përkatës, në të cilin të gjitha frikërat e tilla njihen si të pabaza. Fizikani teorik anglez Adrian Kent botoi një artikull shkencor duke kritikuar standardet e sigurisë të miratuara nga CERN, sepse dëmi i pritshëm, domethënë produkti i probabilitetit të një ngjarjeje sipas numrit të viktimave, sipas tij, është i papranueshëm. Megjithatë, vlerësimi maksimal i sipërm i probabilitetit të një skenari katastrofik në LHC është 10 -31 .

Si argumentet kryesore në favor të pabazimit të skenarëve katastrofikë, referohen fakti se Toka, Hëna dhe planetët e tjerë bombardohen vazhdimisht nga rrymat e grimcave kozmike me energji shumë më të larta. Përmendet gjithashtu funksionimi i suksesshëm i përshpejtuesve të porositur më parë, duke përfshirë përplasësin relativist të joneve të rënda RHIC në Brookhaven. Mundësia e formimit të vrimave të zeza mikroskopike nuk mohohet nga specialistët e CERN-it, megjithatë, thuhet se në hapësirën tonë tredimensionale objekte të tilla mund të shfaqen vetëm në energji që janë 16 rend të madhësisë më të mëdha se energjia e rrezeve në LHC. . Në mënyrë hipotetike, vrimat e zeza mikroskopike mund të shfaqen në eksperimentet në LHC në parashikimet e teorive me dimensione hapësinore shtesë. Teori të tilla nuk kanë ende ndonjë provë eksperimentale. Megjithatë, edhe nëse vrimat e zeza krijohen nga përplasjet e grimcave në LHC, ato pritet të jenë jashtëzakonisht të paqëndrueshme për shkak të rrezatimit Hawking dhe do të avullojnë pothuajse menjëherë në formën e grimcave të zakonshme.

Më 21 mars 2008, Walter Wagner ngriti një padi në gjykatën federale të rrethit të Hawaii (SHBA). Walter L. Wagner) dhe Luis Sancho (eng. Luis Sancho), në të cilën ata, duke akuzuar CERN-in se po përpiqet të rregullojë fundin e botës, kërkojnë që të ndalohet lëshimi i përplasësit derisa të garantohet siguria e tij.

Krahasimi me shpejtësitë dhe energjitë natyrore

Përshpejtuesi është krijuar për të përplasur grimca të tilla si hadronet dhe bërthamat atomike. Megjithatë, ka burimet natyrore grimcat, shpejtësia dhe energjia e të cilave është shumë më e lartë se në përplasës (shih: Zevatron). Grimca të tilla natyrore gjenden në rrezet kozmike. Sipërfaqja e planetit Tokë është pjesërisht e mbrojtur nga këto rreze, por, duke kaluar nëpër atmosferë, grimcat e rrezeve kozmike përplasen me atomet dhe molekulat e ajrit. Si rezultat i këtyre përplasjeve natyrore, shumë grimca të qëndrueshme dhe të paqëndrueshme lindin në atmosferën e Tokës. Si rezultat, e natyrshme sfond rrezatimi. E njëjta gjë (përplasja e grimcave elementare dhe atomeve) do të ndodhë edhe në LHC, por me shpejtësi dhe energji më të ulëta dhe në sasi shumë më të vogla.

vrimat e zeza mikroskopike

Nëse vrimat e zeza mund të krijohen gjatë përplasjes së grimcave elementare, ato gjithashtu do të zbërthehen në grimca elementare, në përputhje me parimin e pandryshueshmërisë CPT, që është një nga parimet më themelore të mekanikës kuantike.

Më tej, nëse hipoteza e ekzistencës së mikrovrimave të zeza të qëndrueshme do të ishte e saktë, atëherë ato do të formoheshin në sasi të mëdha si rezultat i bombardimeve të Tokës nga grimcat elementare kozmike. Por shumica e grimcave elementare me energji të lartë që vijnë nga hapësira kanë një ngarkesë elektrike, kështu që disa vrima të zeza do të ngarkoheshin elektrikisht. Këto vrima të zeza të ngarkuara do të kapeshin fushë magnetike Toka dhe, nëse do të ishin vërtet të rrezikshme, do ta kishin shkatërruar Tokën shumë kohë më parë. Mekanizmi Schwimmer që i bën vrimat e zeza elektrikisht neutrale është shumë i ngjashëm me efektin Hawking dhe nuk mund të funksionojë nëse efekti Hawking nuk funksionon.

Përveç kësaj, çdo vrimë e zezë, e ngarkuar ose elektrikisht neutrale, do të kapej nga xhuxhët e bardhë dhe yjet neutron (të cilët, si Toka, bombardohen nga rrezatimi kozmik) dhe do t'i shkatërronin ato. Si rezultat, jetëgjatësia e xhuxhëve të bardhë dhe yjeve neutrone do të ishte shumë më e shkurtër se sa është vërejtur në të vërtetë. Përveç kësaj, xhuxhët e bardhë të shkatërrueshëm dhe yjet neutron do të lëshonte rrezatim shtesë që nuk vërehet në të vërtetë.

Së fundi, teoritë me dimensione shtesë hapësinore që parashikojnë shfaqjen e vrimave të zeza mikroskopike nuk kundërshtojnë të dhënat eksperimentale vetëm nëse numri i dimensioneve shtesë është të paktën tre. Por me kaq shumë dimensione shtesë, para duhet të kalojnë miliarda vjet vrimë e zezë shkaktojnë dëme të konsiderueshme në tokë.

Strapelki

Pikëpamje të kundërta ka doktori i shkencave fiziko-matematikore nga instituti kërkimor fizika bërthamore Universiteti Shtetëror i Moskës Eduard Boos, i cili mohon shfaqjen e vrimave të zeza makroskopike në LHC, dhe, rrjedhimisht, "vrima krimbi" dhe udhëtim në kohë.

Shënime

1. Udhëzuesi përfundimtar për LHC (anglisht) F. 30.
2. LHC: faktet kryesore. "Elementet e shkencës së madhe". Marrë më 15 shtator 2008.
3. Grupi i Punës Tevatron Electroweak, Nëngrupi Kryesor
4. Testi i sinkronizimit LHC i suksesshëm
5. Testi i dytë i sistemit të injektimit ishte me ndërprerje, por qëllimi u arrit. "Elementet e shkencës së madhe" (24 gusht 2008). Marrë më 6 shtator 2008.
6. Dita historike e LHC-së fillon shpejt
7. Rrezja e parë në shkencën përshpejtuese të LHC.
8. Misioni i përfunduar për ekipin e LHC. physicsworld.com. Marrë më 12 shtator 2008.
9. Një rreze qarkulluese e qëndrueshme lëshohet në LHC. "Elementet e shkencës së madhe" (12 shtator 2008). Marrë më 12 shtator 2008.
10. Një incident në Përplasësin e Madh të Hadronit vonon eksperimentet për një kohë të pacaktuar. "Elementet e shkencës së madhe" (19 shtator 2008). Marrë më 21 shtator 2008.
11. Përplasësi i madh i Hadronit nuk do të rifillojë funksionimin deri në pranverë - CERN. RIA Novosti (23 shtator 2008). Marrë më 25 shtator 2008.
12. http://press.web.cern.ch/Press/PressReleases/Releases2008/PR14.08E.html
13. https://edms.cern.ch/file/973073/1/Report_on_080919_incident_at_LHC__2_.pdf
14. https://lhc2008.web.cern.ch/LHC2008/inauguration/index.html
15. Riparimi i magneteve të dëmtuar do të jetë më i gjerë sesa mendohej më parë. "Elementet e shkencës së madhe" (09 nëntor 2008). Marrë më 12 nëntor 2008.
16. Plani për vitin 2009. "Elementet e shkencës së madhe" (18 janar 2009). Marrë më 18 janar 2009.
17. Deklarata për shtyp e CERN-it
18. Është miratuar plani i punës së Përplasësit të Madh të Hadronit për vitet 2009-2010. "Elementet e shkencës së madhe" (6 shkurt 2009). Marrë më 5 prill 2009.
19. Eksperimentet e LHC.
20. Kutia e Pandorës hapet. Vesti.ru (9 shtator 2008). Marrë më 12 shtator 2008.
21. Potenciali i rrezikut në eksperimentet e përplasësve të grimcave
22. Dimopoulos S., Landsberg G. Vrimat e Zeza në Përplasësin e Madh të Hadronit Phys. Rev. Lett. 87 (2001)
23. Blaizot J.-P. et al. Studimi i ngjarjeve potencialisht të rrezikshme gjatë përplasjeve të joneve të rënda në LHC.
24. Rishikimi i sigurisë së përplasjeve të LHC Grupi i Vlerësimit të Sigurisë së LHC
25. Një rishikim kritik i rreziqeve të përshpejtuesve. Proza.ru (23 maj 2008). Marrë më 17 shtator 2008.
26. Sa janë gjasat për një katastrofë në LHC?
27. Dita e Gjykimit
28. Kërkoni nga një gjykatës të shpëtojë botën, dhe ndoshta shumë më tepër
29. Shpjegimi se pse LHC do të jetë i sigurt
30. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-es.pdf (Spanjisht)
31. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-de.pdf (gjermanisht)
32. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-fr.pdf (fr)
33. H. Heiselberg. Ekzaminimi në pikat e kuarkut // Rishikimi fizik D. - 1993. - T. 48. - Nr. 3. - S. 1418-1423. DOI: 10.1103/PhysRevD.48.1418
34. M. Alford, K. Rajagopal, S. Reddy, A. Steiner. Stabiliteti i kores së çuditshme të yjeve dhe i çuditshëm // Shoqëria Amerikane Fizike. Rishikimi fizik D. - 2006. - Vëllimi 73, 114016. DOI: 10.1103/PhysRevD.73.114016
35. Natalia Leskova.

Ka shumë thashetheme për këtë pajisje misterioze, shumë pretendojnë se do të shkatërrojë Tokën, duke krijuar një vrimë të zezë artificiale dhe duke i dhënë fund ekzistencës së njerëzimit. Në realitet, kjo pajisje mund ta çojë njerëzimin në një nivel krejtësisht të ri, falë kërkimeve të kryera nga shkencëtarët. Në këtë temë, u përpoqa të mbledh të gjithë informacionin e nevojshëm në mënyrë që të keni përshtypjen se çfarë është përplasësi i madh i Hadronit (LHC).

Pra, kjo temë përmban gjithçka që ju duhet të dini rreth përplasësit të Hadronit. Më 30 mars 2010, në CERN (Organizata Evropiane për Kërkime Bërthamore) ndodhi një ngjarje historike - pas disa përpjekjeve të pasuksesshme dhe shumë përmirësimeve, përfundoi krijimi i makinës më të madhe në botë për shkatërrimin e atomeve. Testet paraprake që nisin përplasjet e protoneve me shpejtësi relativisht të ulët u kryen gjatë vitit 2009 dhe nuk pati probleme të rëndësishme. U krijua skena për një eksperiment të jashtëzakonshëm që do të kryhej në pranverën e vitit 2010. Modeli kryesor eksperimental i LHC-së bazohet në përplasjen e dy rrezeve protonike që përplasen me shpejtësinë maksimale. Kjo përplasje e fuqishme shkatërron protonet, duke krijuar energji të jashtëzakonshme dhe grimca të reja elementare. Këto grimca të reja atomike janë jashtëzakonisht të paqëndrueshme dhe mund të ekzistojnë vetëm për një pjesë të sekondës. Aparati analitik, i cili është pjesë e LHC, mund t'i regjistrojë këto ngjarje dhe t'i analizojë ato në detaje. Kështu, shkencëtarët po përpiqen të simulojnë shfaqjen e vrimave të zeza.

Më 30 mars 2010, dy rreze protonesh u hodhën në tunelin 27 km të Përplasësit të Madh të Hadronit në drejtime të kundërta. Ata u përshpejtuan me shpejtësinë e dritës, me të cilën ndodhi përplasja. U regjistrua një energji rekord prej 7 TeV (7 teraelektronvolt). Madhësia e kësaj energjie është rekord dhe ka vlera shumë të rëndësishme. Tani le të njihemi me komponentët më të rëndësishëm të LHC - sensorët dhe detektorët që regjistrojnë atë që po ndodh në fraksione në ato fraksione sekondash gjatë të cilave përplasen rrezet e protonit. Janë tre sensorë që luajnë një rol qendror gjatë përplasjes më 30 mars 2010 - këto janë një nga pjesët më të rëndësishme të përplasësit, duke luajtur rol kyç gjatë eksperimenteve komplekse të CERN-it. Diagrami tregon vendndodhjen e katër eksperimenteve kryesore (ALICE, ATLAS, CMS dhe LHCb), të cilat janë projektet kryesore të LHC. Në një thellësi prej 50 deri në 150 metra nën tokë, shpella të mëdha u gërmuan posaçërisht për sensorë-detektorë gjigantë.

Le të fillojmë me një projekt të quajtur ALICE (një akronim për përplasësin e madh eksperimental të joneve). Ky është një nga gjashtë objektet eksperimentale të ndërtuara në LHC. ALICE është krijuar për të studiuar përplasjet e rënda të joneve. Temperatura dhe dendësia e energjisë e lëndës bërthamore që rezulton është e mjaftueshme për lindjen e plazmës së gluonit. Fotografia tregon detektorin ALICE dhe të gjitha 18 modulet e tij.


Sistemi i gjurmimit të brendshëm (ITS) në ALICE përbëhet nga gjashtë shtresa cilindrike të sensorëve të silikonit që rrethojnë pikën e përplasjes dhe matin vetitë dhe pozicionet e sakta të grimcave që dalin. Në këtë mënyrë, grimcat që përmbajnë një kuark të rëndë mund të zbulohen lehtësisht.

Një nga eksperimentet kryesore të LHC është gjithashtu ATLAS. Eksperimenti kryhet në një detektor të veçantë të krijuar për të studiuar përplasjet midis protoneve. ATLAS është 44 metra i gjatë, 25 metra në diametër dhe peshon afërsisht 7000 tonë. Rrezet e protonit përplasen në qendër të tunelit, sensori më i madh dhe më kompleks i këtij lloji i ndërtuar ndonjëherë. Sensori kap gjithçka që ndodh gjatë dhe pas përplasjes së protoneve. Qëllimi i projektit është të zbulojë grimcat që nuk janë regjistruar më parë dhe nuk janë zbuluar në universin tonë.

Zbulimi dhe konfirmimi Bozon Higgsështë një përparësi kryesore për përplasësin e madh të hadronit, sepse ky zbulim do të konfirmonte Modelin Standard për origjinën e elementeve elementare. grimcat atomike dhe materie standarde. Gjatë lëshimit të përplasësit me fuqi të plotë, integriteti i Modelit Standard do të shkatërrohet. Grimcat elementare, vetitë e të cilave ne i kuptojmë vetëm pjesërisht, nuk do të jenë në gjendje të ruajnë integritetin e tyre strukturor. Modeli Standard ka një kufi të sipërm të energjisë prej 1 TeV, në të cilin grimca zbërthehet ndërsa rritet. Me një energji prej 7 TeV, mund të krijohen grimca me masa dhjetë herë më të mëdha se sa dihet aktualisht. Vërtetë, ato do të jenë shumë të paqëndrueshme, por ATLAS është krijuar për t'i zbuluar ato në ato fraksione të sekondës përpara se të "zhduken"

Kjo foto konsiderohet më e mira nga të gjitha fotot e Përplasësit të Madh të Hadronit:

Solenoid kompakt muon ( Solenoid kompakt Muon) është një nga dy detektorët e mëdhenj universalë të grimcave në LHC. Rreth 3600 shkencëtarë nga 183 laboratorë dhe universitete në 38 vende mbështesin punën e CMS, e cila ndërtoi dhe përdor këtë detektor. Solenoidi ndodhet nën tokë në Cessy në Francë, afër kufirit me Zvicrën. Diagrami tregon pajisjen CMS, të cilën do ta diskutojmë më në detaje.

Shumica shtresa e brendshme- Gjurmues me bazë silikoni. Gjurmuesi është sensori më i madh i silikonit në botë. Ka 205 m2 sensorë silikoni (përafërsisht sipërfaqja e një fushë tenisi) që përfshin 76 milionë kanale. Gjurmuesi ju lejon të matni gjurmët e grimcave të ngarkuara në një fushë elektromagnetike

Në nivelin e dytë është kalorimetri elektromagnetik. Kalorimetri i Hadronit, në nivelin tjetër, mat energjinë e hadroneve individuale të prodhuara në secilin rast.

Shtresa tjetër e CMS-së së Përplasësit të Madh të Hadronit është një magnet i madh. Magneti i madh solenoid është 13 metra i gjatë dhe ka një diametër 6 metra. Ai përbëhet nga mbështjellje të ftohta të bëra nga niobium dhe titan. Ky magnet i madh solenoid funksionon fuqi të plotë për të maksimizuar jetëgjatësinë e grimcave

Shtresa e 5-të - Detektorë muon dhe zgjedha e kthimit. CMS është krijuar për të eksploruar lloje të ndryshme të fizikës që mund të gjenden në përplasjet energjetike të LHC. Disa nga këto kërkime janë për të konfirmuar ose përmirësuar matjet e parametrave të Modelit Standard, ndërsa shumë të tjerë janë në kërkim të fizikës së re.

Ka shumë pak informacion për eksperimentin e 30 marsit 2010, por një fakt dihet me siguri. CERN raportoi se një shpërthim i paparë energjie u regjistrua në tentativën e tretë të nisjes së përplasësit, kur rrezet e protoneve vrapuan rreth një tuneli 27 kilometrash dhe më pas u përplasën me shpejtësinë e dritës. Niveli rekord i energjisë i regjistruar u fiksua në maksimum që mund të japë në konfigurimin e tij aktual - afërsisht 7 TeV. Ishte kjo sasi energjie që ishte tipike për sekondat e para të fillimit të Big Bengut, që shkaktoi ekzistencën e universit tonë. Fillimisht, ky nivel energjie nuk pritej, por rezultati i tejkaloi të gjitha pritjet.

Diagrami tregon se si ALICE kap një rritje rekord të energjisë prej 7 TeV:

Ky eksperiment do të përsëritet qindra herë gjatë vitit 2010. Për t'ju bërë të kuptoni se sa i ndërlikuar është ky proces, mund të japim një analogji me përshpejtimin e grimcave në një përplasës. Për sa i përket kompleksitetit, kjo është e barabartë, për shembull, me gjuajtjen e gjilpërave nga ishulli i Newfoundland me një saktësi kaq të përsosur sa që këto gjilpëra përplasen diku në Atlantik, duke rrotulluar të gjithë globin. Qëllimi kryesor është zbulimi i një grimce elementare - Higgs Boson, e cila qëndron në themel të Modelit Standard për ndërtimin e universit.

Me rezultatin e suksesshëm të të gjitha këtyre eksperimenteve, bota e grimcave më të rënda prej 400 GeV (e ashtuquajtura Materia e Errët) më në fund mund të zbulohet dhe eksplorohet.

Shkurtuar LHC (Large Hadron Collider, shkurtuar si LHC) është një përshpejtues i grimcave të ngarkuara në rrezet e përplasjes, i krijuar për të përshpejtuar protonet dhe jonet e rënda (jonet e plumbit) dhe për të studiuar produktet e përplasjeve të tyre. Përplasësi i ndërtuar në CERN ( Këshilli Evropian kërkimi bërthamor), i vendosur afër Gjenevës, në kufirin e Zvicrës dhe Francës. LHC është objekti më i madh eksperimental në botë. Më shumë se 10,000 shkencëtarë dhe inxhinierë nga më shumë se 100 vende kanë marrë pjesë dhe po marrin pjesë në ndërtim dhe kërkim.

Është quajtur i madh për shkak të madhësisë së tij: gjatësia e unazës kryesore të përshpejtuesit është 26,659 m; hadronike - për faktin se përshpejton hadronet, domethënë grimcat e rënda të përbëra nga kuarke; përplasës (anglisht collider - collider) - për faktin se rrezet e grimcave përshpejtohen në drejtime të kundërta dhe përplasen në pika të veçanta përplasjeje.

Specifikimet

Përshpejtuesi supozohet të përplaset me protone me një energji totale prej 14 TeV (d.m.th., 14 teraelektronvolt ose 14 1012 elektronvolt) në qendrën e sistemit të masës së grimcave rënëse, si dhe bërthamat e plumbit me një energji prej 5 GeV (5 109 elektronvolt). ) për çdo çift nukleonesh që përplasen. Në fillim të vitit 2010, LHC tashmë kishte tejkaluar disi kampionin e mëparshëm për sa i përket energjisë protonike - përplasësi proton-antiproton Tevatron, i cili deri në fund të vitit 2011 punoi në Laboratorin Kombëtar të Përshpejtuesit. Enrico Fermi (SHBA). Përkundër faktit se rregullimi i pajisjeve shtrihet me vite dhe ende nuk ka përfunduar, LHC tashmë është bërë përshpejtuesi më i lartë i grimcave të energjisë në botë, duke tejkaluar përplasësit e tjerë në energji me një renditje të madhësisë, duke përfshirë përplasësin e joneve të rënda relativiste RHIC që operon në Laboratorin Brookhaven (SHBA). ).

Shkëlqimi i LHC gjatë javëve të para të ekzekutimit nuk ishte më shumë se 1029 grimca/cm 2 s, megjithatë, ajo vazhdon të rritet vazhdimisht. Qëllimi është të arrihet një shkëlqim nominal prej 1,7·1034 grimca/cm 2 s, i cili është i të njëjtit rend të madhësisë si ndriçimi i BaBar (SLAC, SHBA) dhe Belle (Anglisht) (KEK, Japoni).

Përshpejtuesi ndodhet në të njëjtin tunel të pushtuar më parë nga përplasësi i madh elektron-pozitron. Tuneli me një perimetër prej 26.7 km është hedhur nën tokë në Francë dhe Zvicër. Thellësia e tunelit është nga 50 në 175 metra, dhe unaza e tunelit është e pjerrët me rreth 1.4% në raport me sipërfaqen e tokës. Për të mbajtur, korrigjuar dhe fokusuar rrezet e protonit, përdoren 1624 magnet superpërcjellës, gjatësia totale e të cilave i kalon 22 km. Magnetët funksionojnë në një temperaturë prej 1.9 K (-271 °C), e cila është pak më poshtë temperaturës superfluid të heliumit.

Detektorë LHC

LHC ka 4 detektorë kryesorë dhe 3 ndihmës:

• ALICE (A Large Jon Collider Experiment)
• ATLAS (Një Aparat LHC Toroidal)
• CMS (Solenoid kompakt muon)
• LHCb (Eksperimenti i bukurisë së Përplasësit të Madh të Hadronit)
• TOTEM (Matja totale elastike dhe e seksionit kryq difraktiv)
• LHCf (Përplasësi i madh i Hadronit përpara)
• MoEDAL (Detektori i monopoleve dhe ekzotikëve në LHC).

ATLAS, CMS, ALICE, LHCb janë detektorë të mëdhenj të vendosur rreth pikave të përplasjes së rrezeve. Detektorët TOTEM dhe LHCf janë ndihmës, të vendosur në një distancë prej disa dhjetëra metrash nga pikat e kryqëzimit të rrezeve të zëna përkatësisht nga detektorët CMS dhe ATLAS dhe do të përdoren së bashku me ata kryesorë.

Detektorët ATLAS dhe CMS janë detektorë me qëllime të përgjithshme të krijuar për të kërkuar bozonin Higgs dhe "fizikën jo standarde", në veçanti lëndën e errët, ALICE - për të studiuar plazmën kuark-gluon në përplasjet e rënda të joneve të plumbit, LHCb - për të studiuar fizikën të b-kuarkeve, të cilat do të lejojnë të kuptohen më mirë ndryshimet midis materies dhe antimateries, TOTEM është krijuar për të studiuar shpërndarjen e grimcave në kënde të vogla, siç ndodh gjatë hapësirave të ngushta pa përplasje (të ashtuquajturat grimca jo përplasëse, përpara grimca), e cila ju lejon të matni më saktë madhësinë e protoneve, si dhe të kontrolloni shkëlqimin e përplasësit, dhe, së fundi, LHCf - për studimin e rrezeve kozmike, të modeluara duke përdorur të njëjtat grimca jo-përplasëse.

Detektori i shtatë (eksperimenti) MoEDAL, i krijuar për të kërkuar grimca të rënda që lëvizin ngadalë, është gjithashtu i lidhur me funksionimin e LHC.

Gjatë funksionimit të përplasësit, përplasjet kryhen njëkohësisht në të katër pikat e kryqëzimit të rrezeve, pavarësisht nga lloji i grimcave të përshpejtuara (protonet ose bërthamat). Në të njëjtën kohë, të gjithë detektorët mbledhin statistika në të njëjtën kohë.

Përshpejtimi i grimcave në një përplasës

Shpejtësia e grimcave në LHC në rrezet që përplasen është afër shpejtësisë së dritës në vakum. Përshpejtimi i grimcave në energji kaq të larta arrihet në disa faza. Në fazën e parë, përshpejtuesit linearë me energji të ulët Linac 2 dhe Linac 3 injektojnë protone dhe jone plumbi për përshpejtim të mëtejshëm. Pastaj grimcat hyjnë në përforcuesin PS dhe më pas në vetë PS (sinkrotron proton), duke marrë një energji prej 28 GeV. Me këtë energji, ata tashmë po lëvizin me një shpejtësi afër dritës. Pas kësaj, nxitimi i grimcave vazhdon në SPS (Proton Super Synchrotron), ku energjia e grimcave arrin 450 GeV. Më pas tufa e protoneve dërgohet në unazën kryesore 26,7 kilometra, duke e çuar energjinë e protoneve në maksimum 7 TeV dhe në pikat e përplasjes, detektorët regjistrojnë ngjarjet që ndodhin. Dy rreze protonike që përplasen, kur mbushen plotësisht, mund të përmbajnë 2808 tufa secila. Në fazat fillestare të korrigjimit të procesit të përshpejtimit, vetëm një tufë qarkullon në një tufë disa centimetra të gjatë dhe me përmasa të vogla tërthore. Pastaj ata fillojnë të rrisin numrin e mpiksjeve. Grupet janë të vendosura në pozicione fikse në raport me njëri-tjetrin, të cilat lëvizin në mënyrë sinkrone përgjatë unazës. Grumbullimet në një sekuencë të caktuar mund të përplasen në katër pika të unazës, ku ndodhen detektorët e grimcave.

Energjia kinetike e të gjitha tufave të hadronit në LHC kur është plotësisht e mbushur është e krahasueshme me energjia kinetike avionë reaktivë, megjithëse masa e të gjitha grimcave nuk kalon një nanogram dhe ato as që mund të shihen sy të lirë. Një energji e tillë arrihet për shkak të shpejtësisë së grimcave afër shpejtësisë së dritës.

Tufat kalojnë nëpër një rreth të plotë të përshpejtuesit më shpejt se 0.0001 sek, duke bërë kështu më shumë se 10 mijë rrotullime në sekondë.

Qëllimet dhe objektivat e LHC

Detyra kryesore e Përplasësit të Madh të Hadronit është të zbulojë strukturën e botës sonë në distanca më të vogla se 10-19 m, duke "hetuar" atë me grimca me një energji prej disa TeV. Deri më sot, tashmë janë grumbulluar shumë prova indirekte se në këtë shkallë, fizikanët duhet të hapin një "shtresë të re të realitetit", studimi i së cilës do të japë përgjigje për shumë pyetje të fizikës themelore. Se çfarë saktësisht do të rezultojë kjo shtresë e realitetit nuk dihet paraprakisht. Natyrisht, teoricienët kanë propozuar tashmë qindra fenomene të ndryshme që mund të vërehen në energjitë e përplasjes së disa TeV, por është eksperimenti ai që do të tregojë se çfarë realizohet në të vërtetë në natyrë.

Kërkimi për Fizikën e Re Modeli Standard nuk mund të konsiderohet teoria përfundimtare e grimcave elementare. Duhet të jetë pjesë e një teorie më të thellë të strukturës së mikrobotës, pjesa që është e dukshme në eksperimentet e përplasjeve në energji nën rreth 1 TeV. Teori të tilla janë referuar kolektivisht si " Fizika e re ' ose 'Përtej modelit standard'. Detyra kryesore e Përplasësit të Madh të Hadronit është të marrë të paktën të dhënat e para se çfarë është kjo teori më e thellë. Për të kombinuar më tej ndërveprimet themelore në një teori, përdoren qasje të ndryshme: teoria e fijeve, e cila u zhvillua në teorinë M (teoria e branit), teoria e supergravitetit, graviteti kuantik i ciklit, etj. Disa prej tyre kanë probleme të brendshme, dhe asnjëra prej tyre nuk ka konfirmim eksperimental. Problemi është se për të kryer eksperimentet përkatëse nevojiten energji që janë të paarritshme në përshpejtuesit modernë të grimcave. LHC do të mundësojë eksperimente që më parë ishin të pamundura dhe ka të ngjarë të konfirmojë ose të hedhë poshtë disa nga këto teori. Kështu, ekziston një varg i tërë teorish fizike me dimensione më të mëdha se katër që sugjerojnë ekzistencën e "supersimetrisë" - për shembull, teoria e fijeve, e cila ndonjëherë quhet teoria e superstringut pikërisht sepse pa supersimetri humbet kuptimin e saj fizik. Konfirmimi i ekzistencës së supersimetrisë do të ishte kështu një konfirmim indirekt i së vërtetës së këtyre teorive. Studimi i kuarkut të lartë Kuarku i lartë është kuarku më i rëndë dhe, për më tepër, është grimca elementare më e rëndë e zbuluar deri më tani. Sipas rezultateve të fundit nga Tevatron, masa e tij është 173.1 ± 1.3 GeV/c2. Për shkak të masës së tij të madhe, kuarku i lartë deri më tani është vërejtur vetëm në një përshpejtues, Tevatron; përshpejtuesve të tjerë thjesht u mungonte energjia për ta prodhuar atë. Për më tepër, kuarkët e lartë janë me interes për fizikantët jo vetëm në vetvete, por edhe si një "mjet pune" për studimin e bozonit Higgs. Një nga kanalet më të rëndësishme për prodhimin e bozonit Higgs në LHC është prodhimi shoqërues së bashku me çiftin kuark-antiquark të lartë. Për të ndarë në mënyrë të besueshme ngjarje të tilla nga sfondi, së pari është e nevojshme të studiohen vetitë e vetë kuarkeve të lartë. Studimi i mekanizmit të simetrisë elektrike të dobët Një nga qëllimet kryesore të projektit është të provojë eksperimentalisht ekzistencën e bozonit Higgs, një grimcë e parashikuar nga fizikani skocez Peter Higgs në vitin 1964 në kuadër të Modelit Standard. Bozoni Higgs është një kuant i të ashtuquajturës fushë Higgs, kur kalon nëpër të cilën grimcat përjetojnë rezistencë, të cilën ne e paraqesim si korrigjim në masë. Vetë bozoni është i paqëndrueshëm dhe ka një masë të madhe (më shumë se 120 GeV/c2). Në fakt, fizikantët nuk janë aq të interesuar për vetë bozonin Higgs, por për mekanizmin e Higgs-it të thyerjes së simetrisë së ndërveprimit elektro-dobët. Studimi i plazmës kuark-gluon Pritet që afërsisht një muaj në vit të kalojë në përshpejtues në mënyrën e përplasjeve bërthamore. Gjatë këtij muaji, përplasësi do të përshpejtohet dhe do të përplaset në detektorë jo në protone, por në bërthamat e plumbit. Në një përplasje joelastike të dy bërthamave me shpejtësi ultrarelativiste, një grumbull i dendur dhe shumë i nxehtë i lëndës bërthamore formohet për një kohë të shkurtër dhe më pas prishet. Të kuptuarit e fenomeneve që ndodhin në këtë rast (kalimi i materies në gjendjen e plazmës kuark-gluon dhe ftohja e saj) është i nevojshëm për të ndërtuar një teori më të përsosur të ndërveprimeve të forta, e cila do të jetë e dobishme si për fizikën bërthamore ashtu edhe për astrofizikën. Kërkimi për supersimetrinë E para domethënëse arritje shkencore eksperimentet në LHC mund të provojnë ose hedhin poshtë "supersimetrinë" - teoria që çdo grimcë elementare ka një partner shumë më të rëndë, ose "supergrimcë". Studimi i përplasjeve foton-hadron dhe foton-foton Ndërveprimi elektromagnetik grimcat përshkruhen si një shkëmbim i fotoneve (në disa raste virtuale). Me fjalë të tjera, fotonet janë bartës fushë elektromagnetike. Protonet janë të ngarkuar elektrikisht dhe të rrethuar fushë elektrostatike, respektivisht, kjo fushë mund të konsiderohet si një re e fotoneve virtuale. Çdo proton, veçanërisht një proton relativist, përfshin një re të grimcave virtuale si pjesë përbërëse. Kur protonet përplasen me njëri-tjetrin, grimcat virtuale që rrethojnë secilin prej protoneve gjithashtu ndërveprojnë. Matematikisht, procesi i ndërveprimit të grimcave përshkruhet nga një seri e gjatë korrigjimesh, secila prej të cilave përshkruan ndërveprimin me anë të grimcave virtuale të një lloji të caktuar (shih: diagramet e Feynman-it). Kështu, gjatë studimit të përplasjes së protoneve, në mënyrë indirekte studiohet edhe ndërveprimi i materies me fotonet me energji të lartë, i cili është me interes të madh për fizikën teorike. Konsiderohet gjithashtu një klasë e veçantë e reaksioneve - ndërveprimi i drejtpërdrejtë i dy fotoneve, të cilat mund të përplasen si me një proton që vjen, duke gjeneruar përplasje tipike foton-hadron, dhe me njëri-tjetrin. Në mënyrën e përplasjeve bërthamore, për shkak të madh ngarkesë elektrike bërthama, ndikimi i proceseve elektromagnetike është edhe më i rëndësishëm. Testimi i teorive ekzotike Teoricienët në fund të shekullit të 20-të parashtruan një numër të madh idesh të pazakonta për strukturën e botës, të cilat së bashku quhen "modele ekzotike". Këto përfshijnë teori me gravitet të fortë në një shkallë energjie të rendit 1 TeV, modele me një numër të madh dimensionesh hapësinore, modele preon në të cilat vetë kuarkët dhe leptonët përbëhen nga grimca, modele me lloje të reja ndërveprimi. Fakti është se të dhënat e grumbulluara eksperimentale ende nuk janë të mjaftueshme për të krijuar një teori të vetme. Dhe të gjitha këto teori janë në përputhje me të dhënat eksperimentale të disponueshme. Meqenëse këto teori mund të bëjnë parashikime specifike për LHC, eksperimentuesit planifikojnë të testojnë parashikimet dhe të kërkojnë gjurmë të teorive të caktuara në të dhënat e tyre. Pritet që rezultatet e marra në përshpejtues të jenë në gjendje të kufizojnë imagjinatën e teoricienëve, duke mbyllur disa nga ndërtimet e propozuara. Të tjera Gjithashtu në pritje të zbulimit dukuritë fizike jashtë Modelit Standard. Është planifikuar të studiohen vetitë e bozoneve W dhe Z, ndërveprimet bërthamore në energji të larta, proceset e prodhimit dhe zbërthimit të kuarkeve të rënda (b dhe t).

Shprehja "Përplasësi i madh i Hadronit" është futur aq thellë në mediat masive saqë një numër dërrmues njerëzish dinë për këtë objekt, duke përfshirë ata, aktivitetet e të cilëve nuk janë aspak të lidhura me fizikën e grimcave elementare dhe me shkencën në përgjithësi.

Në të vërtetë, një projekt kaq i madh dhe i shtrenjtë nuk mund të anashkalohej nga media - një instalim unaze me një gjatësi prej gati 27 kilometrash, me një kosto prej dhjetëra miliarda dollarë, me të cilin punojnë disa mijëra studiues nga e gjithë bota. . Një kontribut të rëndësishëm në popullaritetin e përplasësit dha e ashtuquajtura "grimca e Zotit" ose bozoni Higgs, i cili u reklamua me sukses dhe për të cilin mori Peter Higgs Çmimi Nobël në fizikë në 2013.

Para së gjithash, duhet të theksohet se Përplasësi i Madh i Hadronit nuk u ndërtua nga e para, por u ngrit në vendin e paraardhësit të tij, Përplasësi i Madh elektron-pozitron (Përplasësi i madh elektron-pozitron ose LEP). Puna në tunelin 27 kilometra filloi në vitin 1983, ku ishte planifikuar të vendosej një përshpejtues në të ardhmen, i cili do të kryente një përplasje midis një elektroni dhe pozitroneve. Në vitin 1988, tuneli i unazës u mbyll, ndërsa punëtorët iu afruan tunelit me aq kujdes sa diferenca midis dy skajeve të tunelit ishte vetëm 1 centimetër.

Përshpejtuesi funksionoi deri në fund të vitit 2000, kur arriti kulmin e energjisë së tij prej 209 GeV. Pas kësaj filloi çmontimi i tij. Gjatë njëmbëdhjetë viteve të punës së tij, LEP ka sjellë një numër zbulimesh në fizikë, duke përfshirë zbulimin e bozoneve W dhe Z dhe kërkimet e tyre të mëtejshme. Bazuar në rezultatet e këtyre studimeve, u arrit në përfundimin se mekanizmat e ndërveprimeve elektromagnetike dhe të dobëta janë të ngjashme, si rezultat i të cilave punë teorike duke i kombinuar këto ndërveprime në elektrodobët.

Në vitin 2001, filloi ndërtimi i Përplasësit të Madh të Hadronit në vendin e përshpejtuesit elektron-pozitron. Ndërtimi i përshpejtuesit të ri përfundoi në fund të vitit 2007. Ndodhej në vendin e LEP - në kufirin midis Francës dhe Zvicrës, në luginën e Liqenit të Gjenevës (15 km nga Gjeneva), në një thellësi prej njëqind metrash. Në gusht 2008, filluan testet e përplasësit dhe më 10 shtator u bë lëshimi zyrtar i LHC. Ashtu si me përshpejtuesin e mëparshëm, ndërtimi dhe funksionimi i objektit udhëhiqet nga organizatë evropiane për kërkime bërthamore - CERN.

CERN

Shkurtimisht, vlen të përmendet organizata CERN (Conseil Européenne pour la Recherche Nucléaire). Kjo organizatë vepron si laboratori më i madh në botë në fushën e fizikës së energjisë së lartë. Ai përfshin tre mijë punonjës të përhershëm dhe disa mijëra studiues dhe shkencëtarë të tjerë nga 80 vende marrin pjesë në projektet e CERN.

Aktiv ky moment Pjesëmarrësit e projektit janë 22 vende: Belgjika, Danimarka, Franca, Gjermania, Greqia, Italia, Holanda, Norvegjia, Suedia, Zvicra, Britania e Madhe - themeluesit, Austria, Spanja, Portugalia, Finlanda, Polonia, Hungaria, Republika Çeke, Sllovakia, Bullgaria dhe Rumania - u bashkuan. Sidoqoftë, siç u përmend më lart, disa dhjetëra vende të tjera marrin pjesë disi në punën e organizatës, dhe veçanërisht në Përplasësin e Madh të Hadronit.

Si funksionon Përplasësi i Madh i Hadronit?

Çfarë është Large Hadron Collider dhe si funksionon janë pyetjet kryesore me interes për publikun. Le t'i shqyrtojmë këto pyetje më tej.

Collider (përplasës) - përkthyer nga anglishtja do të thotë "ai që shtyn". Detyra e një instalimi të tillë është përplasja e grimcave. Në rastin e përplasësit të hadronit, rolin e grimcave e luajnë hadronet - grimcat që marrin pjesë në bashkëveprimin e fortë. Këto janë protone.

Marrja e protoneve

Rruga e gjatë e protoneve e ka origjinën në duoplazmatron - faza e parë e përshpejtuesit, ku hidrogjeni hyn në formën e gazit. Duoplazmatroni është një dhomë shkarkimi ku një shkarkesë elektrike kryhet përmes gazit. Pra, hidrogjeni, i përbërë nga vetëm një elektron dhe një proton, humbet elektronin e tij. Kështu, formohet plazma - një substancë e përbërë nga grimca të ngarkuara - protone. Sigurisht, është e vështirë të përftohet një plazmë e pastër protonike; prandaj, plazma e formuar më tej, e cila përfshin gjithashtu një re jonet molekulare dhe elektronet, filtrohet për të izoluar një re protonesh. Nën veprimin e magneteve, plazma e protonit bashkohet në një rreze.

Parashpejtimi i grimcave

Rrezja e sapoformuar e protonit fillon udhëtimin e saj në përshpejtuesin linear LINAC 2, i cili është një unazë 30 metra, e varur në mënyrë të njëpasnjëshme me disa elektroda të zbrazëta cilindrike (përçues). Fusha elektrostatike e krijuar brenda përshpejtuesit është e graduar në atë mënyrë që grimcat midis cilindrave të zgavruar të përjetojnë gjithmonë një forcë përshpejtuese drejt elektrodës së ardhshme. Pa u thelluar plotësisht në mekanizmin e nxitimit të protonit në këtë fazë, vërejmë vetëm se në dalje nga LINAC 2, fizikantët marrin një rreze protonesh me një energji prej 50 MeV, të cilat tashmë arrijnë 31% të shpejtësisë së dritës. Vlen të përmendet se në këtë rast masa e grimcave rritet me 5%.

Deri në vitin 2019-2020, është planifikuar të zëvendësohet LINAC 2 me LINAC 4, i cili do të përshpejtojë protonet deri në 160 MeV.

Vlen të përmendet se jonet e plumbit gjithashtu përshpejtohen në përplasës, gjë që do të bëjë të mundur studimin e plazmës së kuarkut-gluon. Ato janë të përshpejtuara në unazën LINAC 3, të ngjashme me LINAC 2. Në të ardhmen janë planifikuar edhe eksperimente me argon dhe ksenon.

Më pas, paketat e protoneve hyjnë në përforcuesin sinkron proton (PSB). Ai përbëhet nga katër unaza të mbivendosura me diametër 50 metra, në të cilat ndodhen rezonatorët elektromagnetikë. Fusha elektromagnetike që ata krijojnë ka një intensitet të lartë dhe një grimcë që kalon përmes saj përshpejtohet si rezultat i ndryshimit të potencialit të fushës. Pra, pas vetëm 1.2 sekondash, grimcat përshpejtohen në PSB në 91% të shpejtësisë së dritës dhe arrijnë një energji prej 1.4 GeV, pas së cilës ato hyjnë në sinkrotronin e protonit (PS). PS është 628 metra në diametër dhe i pajisur me 27 magnet për të drejtuar rrezen e grimcave në një orbitë rrethore. Këtu protonet e grimcave arrijnë 26 GeV.

Unaza e parafundit për përshpejtimin e protoneve është Superproton Synchrotron (SPS), perimetri i të cilit arrin 7 kilometra. I pajisur me 1317 magnet, SPS përshpejton grimcat në një energji prej 450 GeV. Pas rreth 20 minutash, rrezja e protonit hyn në unazën kryesore - Përplasësin e Madh të Hadronit (LHC).

Përshpejtimi dhe përplasja e grimcave në LHC

Kalimet midis unazave të përshpejtuesve ndodhin përmes fushave elektromagnetike të krijuara nga magnet të fuqishëm. Unaza kryesore e përplasjes përbëhet nga dy vija paralele në të cilat grimcat lëvizin përgjatë orbitës së unazës në drejtim të kundërt. Rreth 10,000 magnet janë përgjegjës për ruajtjen e trajektores rrethore të grimcave dhe drejtimin e tyre në pikat e përplasjes, disa prej tyre peshojnë deri në 27 tonë. Për të shmangur mbinxehjen e magneteve, përdoret një qark helium-4, përmes të cilit rrjedhin afërsisht 96 ton substancë në një temperaturë prej -271.25 ° C (1.9 K). Protonet arrijnë një energji prej 6.5 TeV (d.m.th., një energji përplasjeje prej 13 TeV), ndërsa shpejtësia e tyre është 11 km / orë më pak se shpejtësia e dritës. Kështu, një rreze protonesh kalon nëpër unazën e madhe të përplasësit 11,000 herë në sekondë. Përpara se grimcat të përplasen, ato do të qarkullojnë rreth unazës për 5 deri në 24 orë.

Përplasja e grimcave ndodh në katër pika në unazën kryesore të LHC, ku ndodhen katër detektorë: ATLAS, CMS, ALICE dhe LHCb.

Detektorët e përplasësit të madh të Hadronit

ATLAS (Një Aparat LHC Toroidal)

është një nga dy detektorët me qëllim të përgjithshëm në Përplasësin e Madh të Hadronit (LHC). Ai eksploron një gamë të gjerë të fizikës, nga kërkimi i bozonit Higgs deri te grimcat që mund të përbëjnë materien e errët. Megjithëse ka të njëjtat qëllime shkencore si eksperimenti CMS, ATLAS përdor zgjidhje të ndryshme teknike dhe një dizajn të ndryshëm të sistemit magnetik.

Rrezet e grimcave nga LHC përplasen në qendër të detektorit ATLAS, duke krijuar mbeturina që vijnë nga afër në formën e grimcave të reja që fluturojnë nga pika e përplasjes në të gjitha drejtimet. Gjashtë nënsisteme të ndryshme zbulimi, të rregulluara në shtresa rreth pikës së goditjes, regjistrojnë shtigjet, momentin dhe energjinë e grimcave, duke i lejuar ato të identifikohen individualisht. Një sistem i madh magnetësh përkul shtigjet e grimcave të ngarkuara në mënyrë që të mund të matet momenti i tyre.

Ndërveprimet në detektorin ATLAS krijojnë një sasi të madhe të dhënash. Për të përpunuar këto të dhëna, ATLAS përdor një sistem të avancuar "shkallëzues" për t'i treguar detektorit se cilat ngjarje të regjistrojë dhe cilat të injorojë. Më pas, për të analizuar ngjarjet e regjistruara të përplasjeve, sisteme komplekse mbledhjen dhe llogaritjen e të dhënave.

Detektori ka një lartësi prej 46 metrash dhe një gjerësi prej 25 metrash, ndërsa masa e tij është 7000 tonë. Këta parametra e bëjnë ATLAS detektorin më të madh të grimcave të ndërtuar ndonjëherë. Ndodhet në një tunel në një thellësi prej 100 m pranë objektit kryesor të CERN-it, afër fshatit Meyrin në Zvicër. Instalimi përbëhet nga 4 komponentë kryesorë:

• Detektori i brendshëm është cilindrik, unaza e brendshme është vetëm disa centimetra nga boshti i rrezes së grimcave që kalojnë, dhe unaza e jashtme është 2.1 metra në diametër dhe 6.2 metra e gjatë. Ai përbëhet nga tre sisteme të ndryshme sensorë të zhytur në një fushë magnetike. Një detektor i brendshëm mat drejtimin, momentin dhe ngarkesën e grimcave të ngarkuara elektrike të prodhuara në çdo përplasje proton-protoni. Elementet kryesore të detektorit të brendshëm janë: një detektor piksel (Pixel Detector), një sistem gjurmimi gjysmëpërçues (Semi-Conductor Tracker, SCT) dhe një gjurmues i rrezatimit në tranzicion (TRT).

• Kalorimetrat matin energjinë që humbet një grimcë kur kalon nëpër një detektor. Ai thith grimcat që shfaqen gjatë përplasjes, duke fiksuar kështu energjinë e tyre. Kalorimetrat përbëhen nga shtresa të një materiali "thithës" me densitet të lartë - plumbi, të alternuara me shtresat e një "mediumi aktiv" - argoni i lëngshëm. Kalorimetrat elektromagnetikë matin energjinë e elektroneve dhe fotoneve kur ato ndërveprojnë me materien. Kalorimetrat e hadronit matin energjinë e hadroneve gjatë ndërveprimit me bërthamat atomike. Kalorimetrat mund të ndalojnë shumicën e grimcave të njohura, përveç muoneve dhe neutrinos.

LAR (Liquid Argon Calorimeter) - kalorimetër ATLAS

• Spektometri i muonit - përbëhet nga 4000 dhoma individuale të muoneve që përdorin katër teknologji të ndryshme për të identifikuar muonet dhe për të matur momentin e tyre. Muonët zakonisht kalojnë nëpër një detektor të brendshëm dhe kalorimetër, dhe për këtë arsye kërkohet një spektrometër muon.

• Sistemi magnetik ATLAS përkul grimcat rreth shtresave të ndryshme të sistemeve të detektorëve, duke e bërë më të lehtë ndjekjen e gjurmëve të grimcave.

Eksperimenti ATLAS (shkurt 2012) punëson më shumë se 3000 shkencëtarë nga 174 institucione në 38 vende.

CMS (Solenoid kompakt muon)

është një detektor me qëllim të përgjithshëm në Përplasësin e Madh të Hadronit (LHC). Ashtu si ATLAS, ai ka një program të gjerë fizik, nga studimi i Modelit Standard (përfshirë bozonin Higgs) deri te kërkimi i grimcave që mund të përbëjnë materien e errët. Megjithëse ka të njëjtat qëllime shkencore si eksperimenti ATLAS, CMS përdor zgjidhje të ndryshme teknike dhe një dizajn të ndryshëm të sistemit magnetik.

Detektori CMS është ndërtuar rreth një magneti të madh solenoid. Është një spirale cilindrike e kabllit superpërcjellës që gjeneron një fushë 4 Tesla, afërsisht 100,000 herë më shumë se fusha magnetike e Tokës. Fusha kufizohet nga një "zgjedhë" çeliku, e cila është përbërësi më masiv i detektorit, masa e të cilit është 14,000 tonë. Detektori i plotë është 21 m i gjatë, 15 m i gjerë dhe 15 m i lartë. Konfigurimi përbëhet nga 4 komponentë kryesorë:

• Magneti solenoid është magneti më i madh në botë, i cili shërben për të përkulur trajektoren e grimcave të ngarkuara të emetuara nga pika e goditjes. Shtrembërimi i trajektores bën të mundur dallimin midis grimcave të ngarkuara pozitivisht dhe negativisht (sepse ato përkulen në drejtime të kundërta), si dhe matjen e momentit, madhësia e të cilit varet nga lakimi i trajektores. Madhësia e madhe e solenoidit ju lejon të vendosni gjurmuesin dhe kalorimetrat brenda spirales.
• Gjurmuesi i silikonit - përbëhet nga 75 milionë sensorë elektronikë individualë të rregulluar në shtresa koncentrike. Kur një grimcë e ngarkuar fluturon nëpër shtresat e gjurmuesit, ajo transferon një pjesë të energjisë në secilën shtresë, duke kombinuar këto pika të përplasjes së grimcave me shtresa të ndryshme ju lejon të përcaktoni më tej trajektoren e saj.
• Kalorimetrat - elektronikë dhe hadronik, shih kalorimetrat ATLAS.
• Nën-detektorët - ju lejojnë të zbuloni muonet. Përfaqësohet nga 1400 dhoma muon, të cilat janë të rregulluara në shtresa jashtë spirales, të alternuara me pllaka metalike të "hamutit".

Eksperimenti CMS është një nga më të mëdhenjtë ndërkombëtarë kërkimin shkencor në histori, ku marrin pjesë 4300 persona: fizikanë grimcash, inxhinierë dhe teknikë, studentë dhe staf mbështetës nga 182 institucione, 42 vende (shkurt 2014).

ALICE (A Large Jon Collider Experiment)

- është një detektor i rëndë i joneve në unazat e Përplasësit të Madh të Hadronit (LHC). Është projektuar për të studiuar fizikën e materies që ndërvepron fuqishëm në densitet ekstreme të energjisë, ku formohet një fazë e materies e quajtur plazma kuark-gluon.

E gjithë lënda e zakonshme në univers sot përbëhet nga atome. Çdo atom përmban një bërthamë të përbërë nga protone dhe neutrone (përveç hidrogjenit, i cili nuk ka neutrone), të rrethuar nga një re elektronesh. Protonet dhe neutronet, nga ana tjetër, përbëhen nga kuarke të lidhur së bashku me grimca të tjera të quajtura gluone. Asnjë kuark nuk është vërejtur ndonjëherë në izolim: kuarkët, si dhe gluonet, duket se janë të lidhur përgjithmonë së bashku dhe të kufizuar brenda grimcave të përbëra si protonet dhe neutronet. Kjo quhet mbyllje.

Përplasjet në LHC krijojnë temperatura mbi 100,000 herë më të nxehta se në qendër të Diellit. Përplasësi siguron përplasje midis joneve të plumbit, duke rikrijuar kushte të ngjashme me ato që ndodhën menjëherë pas Big Bengut. Në këto kushte ekstreme, protonet dhe neutronet "shkrihen", duke çliruar kuarkët nga lidhjet e tyre me gluonet. Kjo është plazma kuark-gluon.

Eksperimenti ALICE përdor një detektor ALICE 10,000 ton, 26 m i gjatë, 16 m i lartë dhe 16 m i gjerë. Pajisja përbëhet nga tre grupe kryesore përbërësish: pajisje gjurmuese, kalorimetra dhe detektorë identifikues të grimcave. Gjithashtu është i ndarë në 18 module. Detektori ndodhet në një tunel në një thellësi prej 56 m më poshtë, afër fshatit Saint-Denis-Pouilly në Francë.

Eksperimenti ka më shumë se 1000 shkencëtarë nga më shumë se 100 institute të fizikës në 30 vende.

LHCb (Eksperimenti i bukurisë së Përplasësit të Madh të Hadronit)

Eksperimenti eksploron ndryshimet e vogla midis materies dhe antimateries duke studiuar një lloj grimce të quajtur "kuark i bukurisë" ose "b-kuark".

Në vend që të rrethojë të gjithë pikën e goditjes me një detektor të mbyllur, si ATLAS dhe CMS, eksperimenti LHCb përdor një seri nën-detektorësh për të zbuluar grimcat kryesisht përpara - ato që u drejtuan përpara si rezultat i përplasjes në një drejtim. Nëndetektori i parë është instaluar afër pikës së përplasjes dhe pjesa tjetër janë njëra pas tjetrës në një distancë prej 20 metrash.

Një bollëk i madh i llojeve të ndryshme të kuarkeve krijohet në LHC përpara se të kalbet me shpejtësi në forma të tjera. Për të kapur b-quarkët, u zhvilluan detektorë kompleksë gjurmues lëvizës për LHCb, të vendosura afër lëvizjes së rrezes së grimcave përmes përplasësit.

Detektori LHCb 5600 ton përbëhet nga një spektrometër i drejtpërdrejtë dhe detektorë të sheshtë. Është 21 metra i gjatë, 10 metra i lartë dhe 13 metra i gjerë dhe ndodhet 100 metra nën tokë. Rreth 700 shkencëtarë nga 66 institute dhe universitete të ndryshme janë të përfshirë në eksperimentin LHCb (tetor 2013).

Eksperimente të tjera në përplasës

Përveç eksperimenteve të mësipërme në Përplasësin e Madh të Hadronit, ekzistojnë dy eksperimente të tjera me konfigurime:

• LHCf (Përplasësi i madh i Hadronit përpara)- studion grimcat e hedhura përpara pas përplasjes së rrezeve të grimcave. Ata imitojnë rrezet kozmike, të cilat shkencëtarët po studiojnë si pjesë e eksperimentit. Rrezet kozmike janë grimca të ngarkuara natyrshëm nga hapësira e jashtme që bombardojnë vazhdimisht atmosferën e tokës. Ata përplasen me bërthamat në atmosferën e sipërme, duke shkaktuar një kaskadë grimcash që arrijnë nivelin e tokës. Studimi se si përplasjet brenda LHC prodhojnë kaskada të tilla të grimcave do t'i ndihmojë fizikanët të interpretojnë dhe kalibrojnë eksperimente me rreze kozmike në shkallë të gjerë që mund të shtrihen në mijëra kilometra.

LHCf përbëhet nga dy detektorë që ndodhen përgjatë LHC, 140 metra larg njëri-tjetrit në të dyja anët e pikës së përplasjes ATLAS. Secili nga dy detektorët peshon vetëm 40 kilogramë dhe ka gjatësi 30 cm, lartësi 80 cm dhe gjerësi 10 cm. Eksperimenti LHCf përfshin 30 shkencëtarë nga 9 institucione në 5 vende (nëntor 2012).

• TOTEM (Seksioni kryq i përgjithshëm, shpërhapja elastike dhe shpërbërja e difraksionit)– eksperimentoni me instalimin më të gjatë në përplasës. Misioni i tij është të studiojë vetë protonet, duke matur me saktësi protonet e prodhuara nga përplasjet me kënd të vogël. Ky rajon njihet si drejtimi "përpara" dhe nuk është i disponueshëm për eksperimentet e tjera të LHC. Detektorët TOTEM shtrihen pothuajse gjysmë kilometri rreth pikës së ndërveprimit CMS. TOTEM ka pothuajse 3,000 kg pajisje, duke përfshirë katër teleskopë bërthamorë, si dhe 26 detektorë romakë enësh. Lloji i fundit lejon që detektorët të vendosen sa më afër rrezes së grimcave. Eksperimenti TOTEM përfshin rreth 100 shkencëtarë nga 16 institute në 8 vende (gusht 2014).

Pse nevojitet Përplasësi i Madh i Hadronit?

Instalimi më i madh ndërkombëtar shkencor eksploron një gamë të gjerë problemesh fizike:

• Studimi i kuarkeve të lartë. Kjo grimcë nuk është vetëm kuarku më i rëndë, por edhe grimca elementare më e rëndë. Studimi i vetive të kuarkut të lartë gjithashtu ka kuptim sepse është një mjet kërkimi.
• Kërkimi dhe studimi i bozonit Higgs. Megjithëse CERN pretendon se bozoni Higgs tashmë është zbuluar (në vitin 2012), deri më tani dihet shumë pak për natyrën e tij dhe kërkimet e mëtejshme mund të sjellin më shumë qartësi në mekanizmin e punës së tij.

• Studimi i plazmës kuark-gluon. Kur bërthamat e plumbit përplasen me shpejtësi të madhe, ai formohet në përplasës. Studimi i tij mund të sjellë rezultate të dobishme si për fizikën bërthamore (përmirësimi i teorisë së ndërveprimeve të forta) ashtu edhe për astrofizikën (studimi i Universit në momentet e para të ekzistencës së tij).
• Kërkoni për supersimetri. Ky hulumtim synon të hedh poshtë ose vërtetojë "supersimetrinë" - teorinë se çdo grimcë elementare ka një partner më të rëndë, të quajtur "supergrimca".
• Studimi i përplasjeve foton-foton dhe foton-hadron. Do të përmirësojë të kuptuarit e mekanizmave të proceseve të përplasjeve të tilla.
• Testimi i teorive ekzotike. Kjo kategori detyrash përfshin më jo-tradicionalet - "ekzotike", për shembull, kërkimin universet paralele duke krijuar mini vrima të zeza.

Përveç këtyre detyrave, ka shumë të tjera, zgjidhja e të cilave do t'i lejojë njerëzimit të kuptojë natyrën dhe botën përreth nesh në një nivel më të mirë, gjë që nga ana tjetër do të hapë mundësi për krijimin e teknologjive të reja.

Përfitimet praktike të Përplasësit të Madh të Hadronit dhe shkenca themelore

Para së gjithash, duhet theksuar se kërkimi themelor kontribuon në shkencën themelore. Shkenca e aplikuar është e angazhuar në zbatimin e këtyre njohurive. Një segment i shoqërisë që nuk është i vetëdijshëm për përfitimet e shkencës themelore shpesh nuk e percepton zbulimin e bozonit Higgs ose krijimin e një plazme kuark-gluon si diçka domethënëse. Lidhja e studimeve të tilla me jetën e një personi të zakonshëm nuk është e dukshme. Shqyrtoni një shembull të shkurtër nga energjia bërthamore:

Në vitin 1896, fizikani francez Antoine Henri Becquerel zbuloi fenomenin e radioaktivitetit. Për një kohë të gjatë mendohej se ajo përdorim industrial njerëzimi nuk do të kalojë shpejt. Vetëm pesë vjet para lançimit të të parës reaktor bërthamor fizikani i madh Ernest Rutherford, i cili në fakt zbuloi bërthama atomike në vitin 1911, tha se energjia atomike nuk do ta gjente kurrë përdorimin e saj. Ekspertët arritën të rimendojnë qëndrimin e tyre ndaj energjisë që përmban bërthama e një atomi në vitin 1939, kur shkencëtarët gjermanë Lisa Meitner dhe Otto Hahn zbuluan se bërthamat e uraniumit, kur rrezatohen me neutrone, ndahen në dy pjesë me lëshimin e një sasie të madhe të energji - energjinë bërthamore.

Dhe vetëm pas kësaj lidhjeje të fundit në një seri kërkimesh themelore, shkenca e aplikuar hyri në lojë, e cila, në bazë të këtyre zbulimeve, shpiku një pajisje për gjenerimin e energjisë bërthamore - një reaktor atomik. Shkalla e zbulimit mund të vlerësohet duke parë pjesën e prodhimit të energjisë elektrike nga reaktorët bërthamorë. Pra, në Ukrainë, për shembull, 56% e prodhimit të energjisë elektrike bie në termocentralet bërthamore, dhe në Francë është 76%.

Të gjitha teknologjitë e reja bazohen në njohuri të caktuara themelore. Këtu janë disa shembuj të tjerë të shkurtër:

• Në 1895, Wilhelm Konrad Roentgen vuri re se nën ndikimin e rrezeve X, një pllakë fotografike errësohet. Sot, radiografia është një nga studimet më të përdorura në mjekësi, e cila ju lejon të studioni gjendjen e organeve të brendshme dhe të zbuloni infeksionet dhe ënjtjet.
• Në vitin 1915, Albert Einstein propozoi të tijën. Sot, kjo teori merret parasysh në funksionimin e satelitëve GPS, të cilët përcaktojnë vendndodhjen e një objekti me një saktësi prej disa metrash. GPS përdoret në komunikimet celulare, hartografinë, monitorimin e automjeteve, por kryesisht në navigim. Gabimi i një sateliti që nuk merr parasysh relativitetin e përgjithshëm do të rritej me 10 kilometra në ditë nga momenti i lëshimit! Dhe nëse një këmbësor mund të përdorë mendjen e tij dhe një hartë letre, atëherë pilotët e një avioni do të gjenden në një situatë të vështirë, pasi është e pamundur të lundrosh nga retë.

Nëse sot nuk është gjetur ende zbatimi praktik i zbulimeve që kanë ndodhur në LHC, kjo nuk do të thotë se shkencëtarët “po bëjnë bujë rreth përplasësit më kot”. Siç e dini, një person i arsyeshëm synon gjithmonë të marrë zbatimin maksimal praktik nga njohuritë e disponueshme, dhe për këtë arsye njohuritë për natyrën, të grumbulluara në procesin e kërkimit në LHC, do ta gjejnë patjetër aplikimin e saj, herët a vonë. Siç është demonstruar tashmë më lart, lidhja midis zbulimeve themelore dhe teknologjive që i përdorin ato ndonjëherë mund të mos jetë aspak e dukshme.

Së fundi, vëmë re të ashtuquajturat zbulime indirekte, të cilat nuk janë vendosur si synime origjinale të studimit. Ato janë mjaft të zakonshme, pasi zbulimet themelore zakonisht kërkojnë futjen dhe përdorimin e teknologjive të reja. Pra, zhvillimi i optikës mori një shtysë nga kërkimi themelor i hapësirës, ​​bazuar në vëzhgimet e astronomëve përmes një teleskopi. Në rastin e CERN-it, lindi një teknologji e kudogjendur - Interneti, një projekt i propozuar nga Tim Berners-Lee në 1989 për të lehtësuar rikthimin e të dhënave të CERN-it.