Bugün Büyük Hadron Çarpıştırıcısı olarak bildiğimiz hızlandırıcının yaratılış tarihi 2007 yılında başlıyor. Başlangıçta, hızlandırıcıların kronolojisi siklotron ile başladı. Cihaz, masaya kolayca sığabilen küçük bir cihazdı. Sonra hızlandırıcıların tarihi hızla gelişmeye başladı. Senkrofazotron ve senkrotron ortaya çıktı.

Tarihte belki de en eğlenceli olanı 1956'dan 1957'ye kadar olan dönemdi. O günlerde Sovyet bilimi, özellikle fizik, yabancı kardeşlerin gerisinde kalmadı. Vladimir Veksler adlı bir Sovyet fizikçisi, yıllar içinde edindiği deneyimi kullanarak bilimde bir atılım yaptı. O zamanlar en güçlü senkrofazotronu yarattı. Çalışma gücü 10 gigaelektronvolt (10 milyar elektronvolt) idi. Bu keşiften sonra, zaten ciddi hızlandırıcı örnekleri yaratıldı: büyük elektron-pozitron çarpıştırıcısı, İsviçre hızlandırıcısı, Almanya, ABD. Hepsinin ortak bir amacı vardı - kuarkların temel parçacıklarının incelenmesi.

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı, öncelikle bir İtalyan fizikçinin çabaları sayesinde yaratıldı. Adı Carlo Rubbia, Nobel ödüllü. Rubbia, kariyeri boyunca Avrupa Nükleer Araştırma Örgütü'nde direktör olarak çalıştı. Tam olarak araştırma merkezinin bulunduğu yerde bir hadron çarpıştırıcısı inşa etmeye ve başlatmaya karar verildi.

Hadron çarpıştırıcısı nerede?

Çarpıştırıcı, İsviçre ve Fransa arasındaki sınırda bulunuyor. Çevresi 27 kilometredir, bu yüzden büyük olarak adlandırılır. Hızlandırıcı halkası 50 metreden 175 metreye kadar derine iner. Çarpıştırıcıda 1232 mıknatıs var. Süper iletkendirler, yani bu tür mıknatıslarda neredeyse hiç enerji tüketimi olmadığı için hız aşırtma için maksimum alan onlardan üretilebilir. Her bir mıknatısın toplam ağırlığı 3,5 ton olup, uzunluğu 14,3 metredir.

Herhangi bir fiziksel nesne gibi, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı da ısı üretir. Bu nedenle sürekli soğutulmalıdır. Bunun için 12 milyon litre sıvı nitrojen ile 1,7 K sıcaklık korunur. Ayrıca soğutma için 700 bin litre kullanılır ve en önemlisi normal atmosfer basıncının on katı olan basınç kullanılır.

Santigrat ölçeğinde 1,7 K sıcaklık -271 derecedir. Böyle bir sıcaklık, fiziksel bir cismin sahip olabileceği minimum olası sınıra neredeyse yakındır.

Tünelin içi daha az ilginç değil. Süper iletken özelliklere sahip niyobyum-titanyum kablolar vardır. Uzunlukları 7600 kilometredir. Kabloların toplam ağırlığı 1200 tondur. Kablonun içi, toplam mesafesi 1,5 milyar kilometre olan 6300 telden oluşan bir arapsaçıdır. Bu uzunluk 10 astronomik birime eşittir. Örneğin, bu tür 10 birime eşittir.

Coğrafi konumu hakkında konuşursak, çarpıştırıcının halkalarının Fransız tarafında bulunan Saint-Genis ve Fornay-Voltaire şehirleri ile İsviçre tarafında Meyrin ve Vessourat arasında olduğunu söyleyebiliriz. PS adı verilen küçük bir halka, çap olarak sınır boyunca uzanır.

varoluşun anlamı

Hadron çarpıştırıcısı ne işe yarar sorusuna cevap verebilmek için bilim adamlarına başvurmak gerekiyor. Birçok bilim adamı, bunun bilimin tüm varoluş dönemindeki en büyük buluş olduğunu ve onsuz, bugün bildiğimiz bilimin bir anlam ifade etmediğini söylüyor. Büyük Hadron Çarpıştırıcısının varlığı ve fırlatılması ilginçtir çünkü parçacıklar hadron çarpıştırıcısında çarpıştığında bir patlama meydana gelir. Tüm en küçük parçacıklar farklı yönlere dağılır. Birçok şeyin varlığını ve anlamını açıklayabilecek yeni parçacıklar oluşur.

Bilim adamlarının bu çarpışan parçacıklarda bulmaya çalıştıkları ilk şey, fizikçi Peter Higgs'in teorik olarak öngördüğü, bu şaşırtıcı parçacık, inanıldığı gibi bir bilgi taşıyıcısıdır olarak adlandırılan temel parçacıktı. Aynı zamanda yaygın olarak "Tanrı'nın parçacığı" olarak da adlandırılır. Keşfi, bilim insanlarını evreni anlamaya yaklaştırır. 2012'de, 4 Temmuz'da, Hadron Çarpıştırıcısının (lansmanı kısmen başarılı oldu) benzer bir parçacığın tespit edilmesine yardımcı olduğu belirtilmelidir. Bugüne kadar, bilim adamları onu daha ayrıntılı olarak incelemeye çalışıyorlar.

Ne kadardır...

Tabii ki, bilim adamlarının bu parçacıkları neden bu kadar uzun süredir inceledikleri sorusu hemen ortaya çıkıyor. Bir cihaz varsa, onu çalıştırabilirsiniz ve her seferinde daha fazla yeni veri alırsınız. Gerçek şu ki, hadron çarpıştırıcısının çalışması pahalı bir zevktir. Bir fırlatma çok pahalıya mal olur. Örneğin, yıllık enerji tüketimi 800 milyon kWh'dir. Bu miktarda enerji, ortalama standartlara göre yaklaşık 100.000 kişilik bir şehir tarafından tüketilmektedir. Ve bu bakım maliyetlerini saymıyor. Diğer bir neden de hadron çarpıştırıcısında protonlar çarpıştığında meydana gelen patlamanın büyük miktarda veri elde etmekle ilişkili olmasıdır: bilgisayarlar o kadar çok bilgi okur ki işlenmesi çok zaman alır. Bilgi alan bilgisayarların gücü, günümüz standartlarına göre bile büyük olmasına rağmen.

Bir sonraki sebep daha az bilinen değil: Çarpıştırıcı ile bu yönde çalışan bilim adamları, tüm evrenin görünür spektrumunun sadece %4 olduğundan eminler. Kalanların karanlık madde ve karanlık enerji olduğu varsayılmaktadır. Deneysel olarak bu teorinin doğru olduğunu kanıtlamaya çalışıyor.

Hadron çarpıştırıcısı: lehine veya aleyhine

Gelişmiş karanlık madde teorisi, hadron çarpıştırıcısının varlığının güvenliğini sorguladı. Soru ortaya çıktı: "Hadron çarpıştırıcısı: lehine mi aleyhine mi?" Birçok bilim insanını endişelendirdi. Dünyanın bütün büyük zihinleri iki kategoriye ayrılır. "Karşıtlar", eğer böyle bir madde varsa, o zaman zıt bir parçacığı olması gerektiğine dair ilginç bir teori öne sürdüler. Ve hızlandırıcıda parçacıklar çarpıştığında karanlık bir kısım ortaya çıkıyor. Karanlık kısım ile gördüğümüz kısmın çarpışması riski vardı. O zaman tüm evrenin ölümüne yol açabilir. Ancak, Hadron Çarpıştırıcısı'nın ilk fırlatılmasından sonra bu teori kısmen kırıldı.

Bir sonraki önemde evrenin patlaması ya da daha doğrusu doğumdur. Bir çarpışma sırasında, evrenin varoluşun ilk saniyelerinde nasıl davrandığını gözlemleyebileceğine inanılıyor. Big Bang'in kökenine nasıl baktığı. Parçacık çarpışma sürecinin, evrenin doğuşunun en başında olana çok benzer olduğuna inanılıyor.

Bilim adamlarının test ettiği eşit derecede harika bir başka fikir de egzotik modeller. İnanılmaz görünüyor, ancak bizim gibi insanlarla birlikte başka boyutlar ve evrenler olduğunu öne süren bir teori var. Ve garip bir şekilde, hızlandırıcı burada da yardımcı olabilir.

Basitçe söylemek gerekirse, hızlandırıcının varoluş amacı, evrenin ne olduğunu, nasıl yaratıldığını anlamak, parçacıklar ve ilgili fenomenler hakkında mevcut tüm teorileri kanıtlamak veya çürütmektir. Elbette bu yıllar alacak ama her lansmanda bilim dünyasını alt üst eden yeni keşifler ortaya çıkıyor.

Hızlandırıcı hakkında gerçekler

Hızlandırıcının parçacıkları ışık hızının %99'una kadar hızlandırdığını herkes bilir, ancak bu oranın ışık hızının %99,99999991'i olduğunu pek kimse bilmez. Bu şaşırtıcı figür, mükemmel tasarım ve güçlü ivme mıknatısları sayesinde anlamlıdır. Dikkat edilmesi gereken daha az bilinen bazı gerçekler de vardır.

İki ana dedektörün her birinden gelen yaklaşık 100 milyon veri akışı, 100.000'den fazla CD'yi saniyeler içinde doldurabilir. Sadece bir ayda, disklerin sayısı öyle bir yüksekliğe ulaşacaktı ki, eğer bir ayağa katlansalardı, aya ulaşmak için yeterli olurdu. Bu nedenle, dedektörlerden gelen tüm verilerin değil, yalnızca alınan veriler için bir filtre görevi gören veri toplama sisteminin kullanımına izin verecek verilerin toplanmasına karar verildi. Patlama anında meydana gelen sadece 100 olayın kaydedilmesine karar verildi. Bu olaylar, hızlandırıcının da bulunduğu Avrupa Temel Parçacık Fiziği Laboratuvarı'nda bulunan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı sisteminin bilgisayar merkezinin arşivine kaydedilecek. Kaydedilen olaylar kaydedilmeyecek, ancak bilim camiasını en çok ilgilendiren olaylar kaydedilecektir.

Rötuş

Yazdıktan sonra yüzlerce kilobayt veri işlenecektir. Bunun için CERN'de bulunan iki binden fazla bilgisayar kullanılıyor. Bu bilgisayarların görevi, birincil verileri işlemek ve onlardan daha fazla analiz için uygun olacak bir temel oluşturmaktır. Ayrıca, oluşturulan veri akışı GRID bilgisayar ağına gönderilecektir. Bu internet ağı, dünya çapında farklı kurumlarda bulunan binlerce bilgisayarı bir araya getiriyor, üç kıtada bulunan yüzden fazla büyük merkezi birbirine bağlıyor. Tüm bu merkezler, maksimum veri aktarım hızları için fiber optik kullanılarak CERN'e bağlıdır.

Gerçeklerden bahsetmişken, yapının fiziksel göstergelerinden de bahsetmeliyiz. Hızlandırıcı tüneli yatay düzlemden %1.4 uzakta. Bu, öncelikle hızlandırıcı tünelin çoğunu monolitik bir kayaya yerleştirmek için yapıldı. Böylece karşı taraflardaki yerleştirme derinliği farklıdır. Cenevre yakınlarında bulunan gölün kenarından sayarsanız, derinlik 50 metre olacaktır. Karşı kısım ise 175 metre derinliğe sahiptir.

İlginç bir şekilde, Ay evreleri hızlandırıcıyı etkiler. Böyle uzak bir nesnenin böyle bir mesafede nasıl hareket edebileceği anlaşılıyor. Ancak, dolunay sırasında gelgit meydana geldiğinde, Cenevre bölgesindeki arazinin 25 santimetre kadar yükseldiği gözlemlendi. Bu çarpıştırıcının uzunluğunu etkiler. Böylece uzunluk 1 milimetre artar ve ışın enerjisi de %0.02 oranında değişir. Işın enerjisinin kontrolünün %0,002'ye inmesi gerektiğinden, araştırmacıların bu fenomeni hesaba katması gerekir.

Ayrıca ilginç olan, çarpıştırıcı tünelinin pek çok kişinin düşündüğü gibi bir daire değil, sekizgen şeklinde olmasıdır. Kısa bölümler nedeniyle köşeler oluşur. Yüklü dedektörlerin yanı sıra hızlanan parçacıkların ışınını kontrol eden bir sistem içerirler.

Yapı

Lansmanı birçok detayın kullanıldığı ve bilim insanlarının heyecanını içeren Hadron Çarpıştırıcısı inanılmaz bir cihaz. Tüm hızlandırıcı iki halkadan oluşur. Küçük halka, Proton Synchrotron veya kısaltmaları kullanmak gerekirse, PS olarak adlandırılır. Büyük halka Proton Super Synchrotron veya SPS'dir. Birlikte, iki halka, ışık hızının %99,9'una kadar olan parçaları dağıtmayı mümkün kılar. Çarpıştırıcı aynı zamanda protonların enerjisini de artırarak toplam enerjilerini 16 kat artırır. Ayrıca parçacıkların birbirleriyle yaklaşık 30 milyon kez/sn çarpışmasına izin verir. 10 saat içinde. 4 ana dedektör saniyede en az 100 terabayt dijital veri üretir. Verilerin elde edilmesi bireysel faktörlerden kaynaklanmaktadır. Örneğin, negatif elektrik yüküne sahip olan ve aynı zamanda dönüşün yarısına sahip olan temel parçacıkları tespit edebilirler. Bu parçacıklar kararsız olduklarından, doğrudan algılanmaları imkansızdır, yalnızca ışın eksenine belirli bir açıyla uçacak olan enerjilerini algılamak mümkündür. Bu aşamaya ilk çalıştırma seviyesi denir. Bu aşama, uygulama mantığının gömülü olduğu 100'den fazla özel veri işleme panosu tarafından denetlenir. Çalışmanın bu kısmı, veri toplama döneminde saniyede 100 binden fazla veri bloğunun seçilmesiyle karakterize edilir. Bu veriler daha sonra daha yüksek seviyeli bir motor kullanılarak gerçekleştirilen analiz için kullanılacaktır.

Bir sonraki seviyenin sistemleri, aksine, dedektörün tüm akışlarından bilgi alır. Dedektör yazılımı ağa bağlıdır. Orada sonraki veri bloklarını işlemek için çok sayıda bilgisayar kullanacak, bloklar arasındaki ortalama süre 10 mikrosaniyedir. Programların orijinal noktalara karşılık gelen parçacık işaretleri oluşturması gerekecektir. Sonuç, bir olay sırasında ortaya çıkan momentum, enerji, yörünge ve diğerlerinden oluşan oluşturulmuş bir veri seti olacaktır.

Hızlandırıcı Parçaları

Tüm hızlandırıcı 5 ana bölüme ayrılabilir:

1) Elektron-pozitron çarpıştırıcısının hızlandırıcısı. Detay, süper iletken özelliklere sahip yaklaşık 7 bin mıknatıs. Onların yardımıyla, kiriş halka şeklindeki tünel boyunca yönlendirilir. Ayrıca ışını, genişliği bir saçın genişliğine düşecek olan bir akışa odaklarlar.

2) Kompakt müonik solenoid. Bu genel amaçlı bir dedektördür. Böyle bir dedektörde yeni fenomenler ve örneğin Higgs parçacıkları için aramalar yapılmaktadır.

3) LHCb dedektörü. Bu cihazın önemi, kuarkları ve onların zıt parçacıklarını - antikuarkları - arayışında yatmaktadır.

4) ATLAS toroidal kurulumu. Bu dedektör müonları tespit etmek için tasarlanmıştır.

5) Alice. Bu dedektör kurşun iyon çarpışmalarını ve proton-proton çarpışmalarını yakalar.

Hadron Çarpıştırıcısını başlatma sorunları

Yüksek teknolojinin varlığının hata olasılığını ortadan kaldırmasına rağmen, pratikte her şey farklıdır. Hızlandırıcının montajı sırasında, gecikmelerin yanı sıra arızalar da oldu. Bu durumun beklenmedik olmadığını söylemek gerekir. Cihaz o kadar çok nüans içeriyor ve öyle bir hassasiyet gerektiriyor ki bilim adamları da benzer sonuçlar bekliyordu. Örneğin, fırlatma sırasında bilim adamlarının karşılaştığı sorunlardan biri, proton ışınlarını çarpışmadan hemen önce odaklayan mıknatısın arızalanmasıydı. Bu ciddi kazaya, mıknatısın süperiletkenliğini kaybetmesi nedeniyle bağlantı parçasının tahrip olması neden oldu.

Bu sorun 2007'de başladı. Bu nedenle, çarpıştırıcının lansmanı birkaç kez ertelendi ve sadece Haziran ayında fırlatma gerçekleşti, neredeyse bir yıl sonra çarpıştırıcı hala başladı.

Çarpıştırıcının son lansmanı başarılı oldu ve birçok terabayt veri toplandı.

5 Nisan 2015'te fırlatılan Hadron Çarpıştırıcısı başarıyla çalışıyor. Ay boyunca, kirişler halkanın etrafında dönecek ve gücü kademeli olarak artıracaktır. Araştırmanın böyle bir amacı yoktur. Işın çarpışma enerjisi artacaktır. Değer 7 TeV'den 13 TeV'ye yükseltilecek. Böyle bir artış, parçacıkların çarpışmasında yeni olasılıkları görmemizi sağlayacaktır.

2013 ve 2014'te tüneller, hızlandırıcılar, dedektörler ve diğer ekipmanların ciddi teknik incelemeleri yapıldı. Sonuç, süper iletken bir işleve sahip 18 çift kutuplu mıknatıs oldu. Bunların toplam sayısının 1232 adet olduğu belirtilmelidir. Ancak kalan mıknatıslar da gözden kaçmadı. Geri kalanında soğutma koruma sistemleri değiştirildi ve iyileştirilmiş sistemler kuruldu. Mıknatısların soğutma sistemi de iyileştirildi. Bu, maksimum güçle düşük sıcaklıklarda kalmalarını sağlar.

Her şey yolunda giderse, hızlandırıcının bir sonraki lansmanı sadece üç yıl içinde gerçekleşecek. Bu süreden sonra, çarpıştırıcının teknik incelemesini iyileştirmek için planlı çalışmalar planlanmaktadır.

Onarımların maliyet dahil değil, bir kuruşa mal olduğu belirtilmelidir. Hadron çarpıştırıcısı, 2010 itibariyle 7,5 milyar Euro'ya eşit bir fiyata sahip. Bu rakam, tüm projeyi bilim tarihinin en pahalı projeleri listesinin başına getiriyor.

Üzerine çizilen Çarpıştırıcının konumu ile harita

Temel etkileşimleri tek bir teoride daha fazla birleştirmek için çeşitli yaklaşımlar kullanılır: M-teorisinde (zar teorisinde) geliştirilen sicim teorisi, süper yerçekimi teorisi, döngü kuantum yerçekimi, vb. Bazılarının iç sorunları vardır ve hiçbirinde yoktur. deneysel doğrulama. Sorun şu ki, ilgili deneyleri gerçekleştirmek için modern parçacık hızlandırıcılarda erişilemeyen enerjilere ihtiyaç var.

LHC, daha önce yapılması imkansız olan deneylerin yapılmasını mümkün kılacak ve muhtemelen bu teorilerin bazılarını doğrulayacak veya çürütecektir. Dolayısıyla, boyutları dörtten büyük olan ve "süpersimetri"nin varlığını öne süren bir dizi fiziksel teori vardır - örneğin, tam olarak süpersimetri olmadan kaybettiği için bazen süper sicim teorisi olarak adlandırılan sicim teorisi. fiziksel anlam. Süpersimetrinin varlığının teyidi, bu nedenle, bu teorilerin doğruluğunun dolaylı bir teyidi olacaktır.

Üst kuarkların incelenmesi

İnşaat tarihi

LHC güçlendiriciyi barındırmak için tasarlanmış 27 km'lik yeraltı tüneli

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı projesi fikri 1984'te doğdu ve on yıl sonra resmi olarak onaylandı. İnşaatı, önceki hızlandırıcı olan Büyük Elektron-Pozitron Çarpıştırıcısının çalışmasının tamamlanmasından sonra 2001 yılında başladı.

Hızlandırıcının, olay parçacıklarının kütle merkezinde toplam 14 TeV enerjili (yani, 14 teraelektronvolt veya 14 10 12 elektron volt) protonları ve ayrıca 5.5 GeV enerjili kurşun çekirdeklerini çarpması beklenir ( 5,5 109 elektron volt) çarpışan her nükleon çifti için. Böylece, LHC, şu anda Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı'nda faaliyet gösteren proton-antiproton çarpıştırıcısı Tevatron olan, enerjideki en yakın rakiplerini bir büyüklük sırasına göre geride bırakarak dünyadaki en yüksek enerjili temel parçacık hızlandırıcısı olacak. Enrico Fermi (ABD) ve Brookhaven Laboratuvarı'ndaki (ABD) RHIC Göreli Ağır İyon Çarpıştırıcısı.

Hızlandırıcı, daha önce Büyük Elektron-Pozitron Çarpıştırıcısı tarafından işgal edilen aynı tünelde bulunuyor. Çevresi 26,7 km olan tünel, Fransa ve İsviçre'de yerin yaklaşık yüz metre derinliğinde döşendi. Proton ışınlarını tutmak ve düzeltmek için toplam uzunluğu 22 km'yi aşan 1624 süper iletken mıknatıs kullanılır. Sonuncusu 27 Kasım 2006'da tünele yerleştirildi. Mıknatıslar 1,9 K (-271°C) sıcaklıkta çalışacaktır. Soğutma mıknatısları için özel bir kriyojenik hattın yapımı 19 Kasım 2006'da tamamlandı.

testler

Özellikler

Bir çarpıştırıcıda parçacıkları hızlandırma süreci

Çarpışan ışınlar üzerindeki LHC'deki parçacıkların hızı, boşluktaki ışığın hızına yakındır. Parçacıkların bu kadar yüksek hızlara hızlanması birkaç aşamada elde edilir. İlk aşamada, düşük enerjili Linac 2 ve Linac 3 lineer hızlandırıcılar, daha fazla hızlanma için protonları ve kurşun iyonlarını enjekte eder. Daha sonra parçacıklar PS güçlendiricisine ve ardından PS'nin (proton senkrotron) kendisine girerek 28 GeV'lik bir enerji elde eder. Bundan sonra parçacık enerjisinin 450 GeV'ye ulaştığı SPS'de (Proton Super Synchrotron) parçacık ivmesi devam eder. Ardından ışın, 26,7 kilometrelik ana halkaya yönlendirilir ve çarpışma noktalarında dedektörler meydana gelen olayları kaydeder.

Güç tüketimi

Çarpıştırıcının çalışması sırasında tahmini enerji tüketimi 180 MW olacaktır. Tüm Cenevre Kantonu için tahmini enerji maliyetleri. CERN, yalnızca yedek dizel jeneratörlerle güç üretmez.

Dağıtılmış Bilgi İşlem

LHC hızlandırıcı ve dedektörlerden gelecek verileri kontrol etmek, depolamak ve işlemek için dağıtılmış bir bilgi işlem ağı LCG oluşturuluyor. L HC C hesaplama G RID ) ızgara teknolojisini kullanarak. Belirli bilgi işlem görevleri için dağıtılmış bir bilgi işlem projesi dahil edilecektir. [e-posta korumalı].

Kontrolsüz fiziksel süreçler

Bazı uzmanlar ve halk, çarpıştırıcıda yapılan deneylerin kontrolden çıkması ve belirli koşullar altında teorik olarak tüm gezegeni yok edebilecek bir zincirleme reaksiyon geliştirmesi olasılığının sıfırdan farklı olduğu endişesini dile getiriyor. LHC'nin çalışmasıyla ilgili felaket senaryolarının destekçilerinin bakış açısı ayrı bir web sitesinde sunulmaktadır. Bu duygular nedeniyle, LHC bazen şu şekilde deşifre edilir: Son Hadron Çarpıştırıcısı ( Son Hadron Çarpıştırıcısı).

Bu bağlamda, çarpıştırıcıda mikroskobik kara deliklerin ortaya çıkmasının teorik olasılığının yanı sıra, antimadde pıhtılarının ve manyetik monopollerin oluşumunun teorik olasılığının ardından çevreleyen maddeyi yakalama zincirleme reaksiyonundan en sık bahsedilir.

Bu teorik olasılıklar, tüm bu tür korkuların temelsiz olarak kabul edildiği ilgili bir rapor hazırlayan özel bir CERN grubu tarafından değerlendirildi. İngiliz teorik fizikçi Adrian Kent, CERN tarafından kabul edilen güvenlik standartlarını eleştiren bilimsel bir makale yayınladı, çünkü beklenen hasar, yani bir olayın kurban sayısına göre olasılığının ürünü, onun görüşüne göre kabul edilemez. Bununla birlikte, LHC'de bir felaket senaryosu olasılığının maksimum üst tahmini 10-31'dir.

Felaket senaryolarının temelsizliği lehine ana argümanlar olarak, Dünya, Ay ve diğer gezegenlerin sürekli olarak çok daha yüksek enerjilere sahip kozmik parçacık akışları tarafından bombalandığı gerçeğine atıfta bulunulmaktadır. Brookhaven'daki Relativistic Heavy Ion Collider RHIC de dahil olmak üzere, daha önce devreye alınan hızlandırıcıların başarılı çalışmasından da bahsedilmektedir. Mikroskobik kara deliklerin oluşma olasılığı CERN uzmanları tarafından reddedilmiyor, ancak üç boyutlu uzayımızda bu tür nesnelerin yalnızca LHC'deki ışınların enerjisinden 16 kat daha büyük enerjilerde görünebileceği belirtiliyor. . Varsayımsal olarak, mikroskobik kara delikler, ekstra uzamsal boyutlara sahip teorilerin tahminlerinde LHC'deki deneylerde görünebilir. Bu tür teorilerin henüz deneysel kanıtları yoktur. Bununla birlikte, kara delikler LHC'deki parçacık çarpışmaları tarafından oluşturulsa bile, Hawking radyasyonu nedeniyle son derece kararsız olmaları ve neredeyse anında sıradan parçacıklar şeklinde buharlaşmaları beklenir.

21 Mart 2008'de Walter Wagner, Hawaii (ABD) federal bölge mahkemesinde dava açtı. Walter L. Wagner) ve Luis Sancho (İng. Luis Sancho), CERN'i dünyanın sonunu düzenlemeye çalışmakla suçlayarak, çarpıştırıcının fırlatılmasının güvenliği garanti edilene kadar yasaklanmasını talep ediyorlar.

Doğal hızlar ve enerjilerle karşılaştırma

Hızlandırıcı, hadronlar ve atom çekirdeği gibi parçacıkları çarpışmak için tasarlanmıştır. Ancak, var doğal kaynaklar hızı ve enerjisi çarpıştırıcıdan çok daha yüksek olan parçacıklar (bkz: Zevatron). Bu tür doğal parçacıklar kozmik ışınlarda bulunur. Dünya gezegeninin yüzeyi bu ışınlardan kısmen korunur, ancak atmosferden geçerken kozmik ışınların parçacıkları havanın atomları ve molekülleri ile çarpışır. Bu doğal çarpışmaların bir sonucu olarak, Dünya atmosferinde birçok kararlı ve kararsız parçacık doğar. Sonuç olarak, doğal radyasyon arka planı. Aynı şey (temel parçacıkların ve atomların çarpışması) LHC'de de meydana gelecektir, ancak daha düşük hızlar ve enerjilerle ve çok daha küçük miktarlarda.

mikroskobik kara delikler

Temel parçacıkların çarpışması sırasında kara delikler oluşturulabilirse, kuantum mekaniğinin en temel ilkelerinden biri olan CPT değişmezliği ilkesine göre bunlar da temel parçacıklara bozunacaktır.

Ayrıca, kararlı kara mikro deliklerin varlığı hipotezi doğruysa, bunlar, Dünya'nın kozmik temel parçacıklar tarafından bombalanmasının bir sonucu olarak büyük miktarlarda oluşacaktır. Ancak uzaydan gelen yüksek enerjili temel parçacıkların çoğu elektrik yüküne sahiptir, bu nedenle bazı kara delikler elektrik yüklü olacaktır. Bu yüklü kara delikler yakalanacak manyetik alan Dünya ve eğer gerçekten tehlikeli olsalardı, Dünya'yı uzun zaman önce yok ederlerdi. Kara delikleri elektriksel olarak nötr yapan Schwimmer mekanizması Hawking etkisine çok benzer ve Hawking etkisi çalışmazsa çalışamaz.

Ek olarak, yüklü veya elektriksel olarak nötr herhangi bir kara delik, beyaz cüceler tarafından yakalanacak ve nötron yıldızları(Dünya gibi, kozmik radyasyon tarafından bombalanır) ve onları yok etti. Sonuç olarak, beyaz cücelerin ve nötron yıldızlarının ömürleri gerçekte gözlemlenenden çok daha kısa olacaktır. Ek olarak, yok edilebilir beyaz cüceler ve nötron yıldızları, gerçekte gözlemlenmeyen ek radyasyon yayar.

Son olarak, mikroskobik kara deliklerin ortaya çıkışını öngören ekstra uzamsal boyutlara sahip teoriler, yalnızca ekstra boyutların sayısı en az üç olduğunda deneysel verilerle çelişmez. Ama bu kadar fazla ekstra boyutla, önce milyarlarca yıl geçmeli. Kara delik yeryüzüne önemli zararlar verir.

askı

Moskova Devlet Üniversitesi Nükleer Fizik Araştırma Enstitüsü'nden Fizik ve Matematik Bilimleri Doktoru Eduard Boos, LHC'de makroskopik kara deliklerin oluşumunu ve dolayısıyla "solucan delikleri" ve zaman yolculuğunu reddeden karşıt görüşlere sahip.

Notlar

1. LHC için nihai rehber (İngilizce) S. 30.
2. LHC: temel gerçekler. "Büyük Bilimin Unsurları". 15 Eylül 2008'de alındı.
3. Tevatron Electroweak Çalışma Grubu, Üst Alt Grup
4. LHC senkronizasyon testi başarılı
5. Enjeksiyon sisteminin ikinci testi aralıklıydı, ancak hedefe ulaşıldı. "Büyük bilimin unsurları" (24 Ağustos 2008). 6 Eylül 2008'de alındı.
6. LHC dönüm noktası günü hızlı bir başlangıç ​​​​yapıyor
7. LHC'yi hızlandıran bilimdeki ilk ışın.
8. LHC ekibi için görev tamamlandı. fizik dünyası.com. 12 Eylül 2008'de alındı.
9. LHC'de kararlı bir sirkülasyon demeti başlatılır. "Büyük bilimin unsurları" (12 Eylül 2008). 12 Eylül 2008'de alındı.
10. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'ndaki bir olay, deneyleri süresiz olarak geciktirir. "Büyük Bilimin Unsurları" (19 Eylül 2008). 21 Eylül 2008'de alındı.
11. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı, ilkbahar - CERN'e kadar çalışmaya devam etmeyecek. DEA Novosti (23 Eylül 2008). 25 Eylül 2008'de alındı.
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. Hasarlı mıknatısları onarmak, önceden düşünülenden daha kapsamlı olacaktır. "Büyük bilimin unsurları" (09 Kasım 2008). 12 Kasım 2008'de erişildi.
16. 2009 takvimi. "Büyük bilimin unsurları" (18 Ocak 2009). Erişim tarihi: 18 Ocak 2009.
17. CERN basın açıklaması
18. Büyük Hadron Çarpıştırıcısının 2009-2010 çalışma planı onaylandı. "Büyük Bilimin Unsurları" (6 Şubat 2009). 5 Nisan 2009'da erişildi.
19. LHC deneyleri.
20. Pandora'nın Kutusu açılır. Vesti.ru (9 Eylül 2008). 12 Eylül 2008'de alındı.
21. Parçacık Çarpıştırıcı Deneylerinde Tehlike Potansiyeli
22. Dimopoulos S., Landsberg G. Büyük Hadron Çarpıştırıcısında Kara Delikler Fizik. Rev. Lett. 87 (2001)
23. Blaizot J.-P. et al. LHC'de Ağır İyon Çarpışmaları Sırasında Potansiyel Olarak Tehlikeli Olayların İncelenmesi.
24. LHC Çarpışmalarının Güvenliğinin Gözden Geçirilmesi LHC Güvenlik Değerlendirme Grubu
25. Hızlandırıcıların Risklerinin Eleştirel Bir İncelemesi. Proza.ru (23 Mayıs 2008). 17 Eylül 2008'de alındı.
26. LHC'de bir felaket olasılığı nedir?
27. Yargı Günü
28. Bir Yargıçtan Dünyayı Kurtarmasını İstemek ve Belki Çok Daha Fazlası
29. LHC'nin neden güvenli olacağına dair açıklama
30. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-es.pdf (İspanyolca)
31. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-de.pdf (Almanca)
32. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-fr.pdf (fr)
33. H. Heiselberg. Kuark damlacıklarında tarama // Fiziksel İnceleme D. - 1993. - T. 48. - No. 3. - S. 1418-1423. DOI:10.1103/PhysRevD.48.1418
34. M. Alford, K. Rajagopal, S. Reddy, A. Steiner. Garip yıldız kabuklarının ve garip cisimciklerin kararlılığı // Amerikan Fizik Derneği. Fiziksel İnceleme D. - 2006. - Cilt 73, 114016. DOI: 10.1103/PhysRevD.73.114016
35. Natalya Leskova.

Bu gizemli cihaz hakkında pek çok söylenti var, birçoğu Dünya'yı yok edeceğini, yapay bir kara delik yaratacağını ve insanlığın varlığına son vereceğini iddia ediyor. Gerçekte, bu cihaz, bilim adamları tarafından yürütülen araştırmalar sayesinde insanlığı yepyeni bir düzeye taşıyabilir. Bu başlıkta Büyük Hadron Çarpıştırıcısının (LHC) ne olduğu hakkında fikir edinmeniz için gerekli tüm bilgileri toplamaya çalıştım.

Bu konu, Hadron Çarpıştırıcısı hakkında bilmeniz gereken her şeyi içermektedir. 30 Mart 2010'da CERN'de (Avrupa Nükleer Araştırma Örgütü) tarihi bir olay gerçekleşti - birkaç başarısız girişim ve birçok yükseltmeden sonra, atomları yok etmek için dünyanın en büyük makinesinin yaratılması tamamlandı. Protonların nispeten düşük hızda çarpışmasını başlatan ön testler 2009 yılında gerçekleştirildi ve önemli bir sorun yaşanmadı. 2010 baharında gerçekleştirilecek olağanüstü bir deney için zemin hazırlandı. LHC'nin ana deneysel modeli, maksimum hızda çarpışan iki proton ışınının çarpışmasına dayanıyor. Bu güçlü çarpışma, protonları yok ederek olağanüstü enerjiler ve yeni temel parçacıklar yaratır. Bu yeni atomik parçacıklar son derece kararsızdır ve yalnızca bir saniyenin çok küçük bir bölümünde var olabilirler. LHC'nin bir parçası olan analitik aparat, bu olayları kaydedebilir ve detaylı olarak analiz edebilir. Böylece bilim adamları kara deliklerin ortaya çıkışını simüle etmeye çalışıyorlar.

30 Mart 2010'da Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nın 27 km'lik tüneline zıt yönlerde iki proton demeti ateşlendi. Çarpışmanın meydana geldiği ışık hızına kadar hızlandırıldılar. 7 TeV'lik (7 teraelektronvolt) rekor kıran bir enerji kaydedildi. Bu enerjinin büyüklüğü bir rekordur ve çok önemli değerlere sahiptir. Şimdi, LHC'nin en önemli bileşenlerini tanıyalım - proton ışınlarının çarpıştığı saniyelik kesirlerdeki kesirlerde neler olduğunu kaydeden sensörler ve dedektörler. 30 Mart 2010'daki çarpışma sırasında merkezi bir rol oynayan üç sensör var - bunlar çarpıştırıcının en önemli parçalarından biri. Esas rol karmaşık CERN deneyleri sırasında. Diyagram, anahtar LHC projeleri olan dört ana deneyin (ALICE, ATLAS, CMS ve LHCb) yerini göstermektedir. Yeraltında 50 ila 150 metre derinlikte, dev sensörler-dedektörler için özel olarak devasa mağaralar kazıldı.

ALICE (Büyük Deneysel İyon Çarpıştırıcısının kısaltması) adlı bir projeyle başlayalım. Bu, LHC'de inşa edilen altı deneysel tesisten biridir. ALICE, ağır iyon çarpışmalarını incelemek için kuruldu. Ortaya çıkan nükleer maddenin sıcaklığı ve enerji yoğunluğu, gluon plazmasının doğuşu için yeterlidir. Fotoğraf ALICE dedektörünü ve 18 modülünün tamamını göstermektedir.


ALICE'deki Dahili İzleme Sistemi (ITS), çarpışma noktasını çevreleyen ve ortaya çıkan parçacıkların özelliklerini ve kesin konumlarını ölçen altı silindirik silikon sensör katmanından oluşur. Bu şekilde ağır bir kuark içeren parçacıklar kolaylıkla tespit edilebilir.

Ana LHC deneylerinden biri de ATLAS'tır. Deney, protonlar arasındaki çarpışmaları incelemek için tasarlanmış özel bir dedektör üzerinde gerçekleştirilir. ATLAS 44 metre uzunluğunda, 25 metre çapında ve yaklaşık 7.000 ton ağırlığındadır. Proton ışınları, türünün şimdiye kadar yapılmış en büyük ve en karmaşık sensörü olan tünelin merkezinde çarpışır. Sensör, protonların çarpışması sırasında ve sonrasında olan her şeyi yakalar. Projenin amacı, evrenimizde daha önce kaydedilmemiş ve tespit edilmemiş parçacıkları tespit etmektir.

Keşif ve doğrulama Higgs bozonu Büyük Hadron Çarpıştırıcısının ana önceliğidir, çünkü bu keşif, temel atomik parçacıkların ve standart maddenin kökeninin Standart Modelini doğrulayacaktır. Çarpıştırıcının tam güçte başlatılması sırasında, Standart Modelin bütünlüğü yok edilecektir. Özelliklerini kısmen anladığımız temel parçacıklar, yapısal bütünlüklerini koruyamayacaklardır. Standart Model, 1 TeV'lik bir üst enerji limitine sahiptir ve bu limitte, parçacık arttıkça bozunur. 7 TeV'lik bir enerjiyle, şu anda bilinenden on kat daha büyük kütleli parçacıklar oluşturulabilir. Doğru, çok kararsız olacaklar, ancak ATLAS onları "kaybolmadan" bir saniye önce tespit etmek için tasarlandı.

Bu fotoğraf, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nın tüm fotoğraflarının en iyisi olarak kabul edilir:

Kompakt müon solenoidi ( Kompakt Müon Solenoidi), LHC'deki iki büyük evrensel parçacık dedektöründen biridir. 38 ülkedeki 183 laboratuvar ve üniversiteden yaklaşık 3.600 bilim insanı, bu dedektörü inşa eden ve çalıştıran CMS'nin çalışmalarını destekliyor. Solenoid, Fransa'daki Cessy'de, İsviçre sınırına yakın yeraltında bulunur. Diyagram, daha ayrıntılı olarak tartışacağımız CMS cihazını göstermektedir.

Çoğu iç katman- Silikon tabanlı izci. İzleyici, dünyanın en büyük silikon sensörüdür. 76 milyon kanaldan oluşan 205 m2 silikon sensöre (yaklaşık bir tenis kortu alanı) sahiptir. İzleyici, elektromanyetik bir alandaki yüklü parçacıkların izlerini ölçmenizi sağlar.

İkinci seviyede Elektromanyetik Kalorimetre bulunur. Hadron Kalorimetresi, bir sonraki seviyede, her durumda üretilen bireysel hadronların enerjisini ölçer.

Büyük Hadron Çarpıştırıcısının CMS'sinin bir sonraki katmanı devasa bir mıknatıstır. Büyük Solenoid Mıknatıs 13 metre uzunluğunda ve 6 metre çapındadır. Niyobyum ve titanyumdan yapılmış soğutulmuş bobinlerden oluşur. Bu büyük solenoid mıknatıs üzerinde çalışır tam güç parçacık ömrünü en üst düzeye çıkarmak için

5. katman - Müon dedektörleri ve dönüş boyunduruğu. CMS, LHC'nin enerjik çarpışmalarında bulunabilecek çeşitli fizik türlerini keşfetmek için tasarlanmıştır. Bu araştırmaların bir kısmı Standart Modelin parametrelerinin ölçümlerini doğrulamak veya iyileştirmek iken, diğerleri yeni fizik arayışı içindedir.

30 Mart 2010 deneyi hakkında çok az bilgi var, ancak kesin olarak bilinen bir gerçek var. CERN, çarpıştırıcının üçüncü fırlatma denemesinde, proton demetlerinin 27 kilometrelik bir tünelin etrafından dolaşıp ışık hızında çarpıştığı eşi görülmemiş bir enerji patlamasının kaydedildiğini bildirdi. Kaydedilen rekor enerji seviyesi, mevcut konfigürasyonunda sunabileceği maksimum değerde sabitlendi - yaklaşık 7 TeV. Evrenimizin varlığını ortaya çıkaran, Big Bang'in başlangıcının ilk saniyeleri için tipik olan bu enerji miktarıydı. Başlangıçta, bu enerji seviyesi beklenmiyordu, ancak sonuç tüm beklentileri aştı.

Diyagram, ALICE'ın 7 TeV'lik rekor bir enerji dalgalanmasını nasıl yakaladığını gösterir:

Bu deney 2010 yılında yüzlerce kez tekrarlanacak. Bu sürecin ne kadar karmaşık olduğunu anlamanız için, bir çarpıştırıcıdaki parçacıkların hızlanmasına bir benzetme yapabiliriz. Karmaşıklık açısından bu, örneğin Newfoundland adasından iğneleri o kadar mükemmel bir doğrulukla atmaya eşdeğerdir ki, bu iğneler Atlantik'te bir yerde çarpışarak tüm dünyayı çevreler. Ana amaç, temel bir parçacığın keşfidir - evrenin inşası için Standart Modelin temelini oluşturan Higgs Bozonu

Tüm bu deneylerin başarılı sonucuyla, 400 GeV'lik (Karanlık Madde olarak adlandırılan) en ağır parçacıkların dünyası nihayet keşfedilebilir ve keşfedilebilir.

Kısaltılmış LHC (Large Hadron Collider, kısaltılmışı LHC), protonları ve ağır iyonları (kurşun iyonları) hızlandırmak ve çarpışmalarının ürünlerini incelemek için tasarlanmış, çarpışan ışınlarda yüklü bir parçacık hızlandırıcıdır. CERN'de inşa edilen çarpıştırıcı ( Avrupa Konseyi nükleer araştırma), Cenevre yakınlarında, İsviçre ve Fransa sınırında yer almaktadır. LHC, dünyanın en büyük deney tesisidir. 100'den fazla ülkeden 10.000'den fazla bilim insanı ve mühendis, inşaat ve araştırmaya katıldı ve katılıyor.

Boyutundan dolayı büyük olarak adlandırılmıştır: hızlandırıcının ana halkasının uzunluğu 26.659 m'dir; hadronik - hadronları, yani kuarklardan oluşan ağır parçacıkları hızlandırması nedeniyle; çarpıştırıcı (İngilizce çarpıştırıcı - çarpıştırıcı) - parçacık ışınlarının zıt yönlerde hızlandırılması ve özel çarpışma noktalarında çarpışması nedeniyle.

Özellikler

Hızlandırıcının, olay parçacıklarının kütle merkezinde toplam 14 TeV enerjili (yani, 14 teraelektronvolt veya 14 1012 elektronvolt) protonları ve ayrıca 5 GeV (5 109 elektronvolt) enerjili kurşun çekirdeklerini çarpması beklenir. ) çarpışan her nükleon çifti için. 2010'un başında, LHC, 2011'in sonuna kadar Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı'nda çalışan proton-antiproton çarpıştırıcısı Tevatron - proton enerjisi açısından önceki şampiyonu biraz aşmıştı. Enrico Fermi (ABD). Ekipmanın ayarlanmasının yıllarca sürmesine ve henüz tamamlanmamasına rağmen, LHC, RHIC göreli ağır iyon çarpıştırıcısı da dahil olmak üzere, enerjideki diğer çarpıştırıcıları bir büyüklük sırasına göre geride bırakarak, dünyadaki en yüksek enerjili parçacık hızlandırıcısı haline geldi. Brookhaven Laboratuvarı'nda (ABD) çalışıyor.

Çalışmanın ilk haftalarında LHC'nin parlaklığı 1029 parçacık/cm2 s'den fazla değildi, ancak sürekli olarak artmaya devam ediyor. Amaç, BaBar (SLAC, ABD) ve Belle (İngilizce) (KEK, Japonya) parlaklıklarıyla aynı büyüklük sırasına sahip 1.7·1034 parçacık/cm2 s'lik bir nominal parlaklık elde etmektir.

Hızlandırıcı, daha önce Büyük Elektron-Pozitron Çarpıştırıcısı tarafından işgal edilen aynı tünelde bulunuyor. Çevresi 26,7 km olan tünel, Fransa ve İsviçre'de yer altına döşendi. Tünelin derinliği 50 ila 175 metre arasındadır ve tünel halkası yeryüzüne göre yaklaşık %1.4 eğimlidir. Proton ışınlarını tutmak, düzeltmek ve odaklamak için toplam uzunluğu 22 km'yi aşan 1624 süper iletken mıknatıs kullanılır. Mıknatıslar, helyumun aşırı akışkan sıcaklığının biraz altında olan 1,9 K (-271 °C) sıcaklıkta çalışır.

LHC dedektörleri

LHC'de 4 ana ve 3 yardımcı dedektör bulunur:

• ALICE (Büyük İyon Çarpıştırıcı Deneyi)
• ATLAS (Toroidal LHC Aparatı)
• CMS (Kompakt Müon Solenoidi)
• LHCb (Büyük Hadron Çarpıştırıcısı güzellik deneyi)
• TOTEM (TOTal Elastik ve Kırınım Kesit Ölçümü)
• LHCf (İleri Büyük Hadron Çarpıştırıcısı)
• MoEDAL (LHC'de Monopol ve Exotics Dedektörü).

ATLAS, CMS, ALICE, LHCb, ışın çarpışma noktalarının etrafına yerleştirilmiş büyük dedektörlerdir. TOTEM ve LHCf dedektörleri, sırasıyla CMS ve ATLAS dedektörlerinin işgal ettiği ışın kesişme noktalarından birkaç on metre uzaklıkta bulunan yardımcıdır ve ana dedektörlerle birlikte kullanılacaktır.

ATLAS ve CMS dedektörleri, Higgs bozonunu ve "standart olmayan fiziği", özellikle karanlık maddeyi, ALICE - ağır kurşun iyon çarpışmalarında kuark-gluon plazmasını incelemek, LHCb - fiziği incelemek için tasarlanmış genel amaçlı dedektörlerdir. TOTEM, madde ve antimadde arasındaki farkları daha iyi anlamayı sağlayacak b-kuarkların bir araya getirilmesiyle, çarpışma olmadan yakın açıklıklar sırasında meydana geldiği gibi parçacıkların küçük açılarda saçılmasını incelemek için tasarlanmıştır (çarpışmayan parçacıklar, ileri Bu, protonların boyutunu daha doğru bir şekilde ölçmenize ve çarpıştırıcının parlaklığını kontrol etmenize olanak tanır ve son olarak, LHCf - aynı çarpışmayan parçacıklar kullanılarak modellenen kozmik ışınların incelenmesi için.

Yavaş hareket eden ağır parçacıkları aramak için tasarlanmış yedinci dedektör (deney) MoEDAL da LHC'nin çalışmasıyla ilişkilidir.

Çarpıştırıcının çalışması sırasında, hızlandırılmış parçacıkların (protonlar veya çekirdekler) türünden bağımsız olarak, kirişlerin dört kesişme noktasında çarpışmalar aynı anda gerçekleştirilir. Aynı zamanda, tüm dedektörler aynı anda istatistik toplar.

Çarpıştırıcıda parçacıkların hızlanması

Çarpışan ışınlar üzerindeki LHC'deki parçacıkların hızı, boşluktaki ışığın hızına yakındır. Parçacıkların bu kadar yüksek enerjilere hızlanması birkaç aşamada elde edilir. İlk aşamada, düşük enerjili Linac 2 ve Linac 3 lineer hızlandırıcılar, daha fazla hızlanma için protonları ve kurşun iyonlarını enjekte eder. Daha sonra parçacıklar PS güçlendiricisine ve ardından PS'nin (proton senkrotron) kendisine girerek 28 GeV'lik bir enerji elde eder. Bu enerjiyle zaten ışığa yakın bir hızda hareket ediyorlar. Bundan sonra parçacık enerjisinin 450 GeV'ye ulaştığı SPS'de (Proton Super Synchrotron) parçacık ivmesi devam eder. Daha sonra proton demeti, 26.7 kilometrelik ana halkaya gönderilerek protonların enerjisini maksimum 7 TeV'e getiriyor ve çarpışma noktalarında dedektörler meydana gelen olayları kaydediyor. Çarpışan iki proton demeti, tamamen doldurulduğunda, her biri 2808 demet içerebilir. Hızlanma sürecinin hata ayıklamasının ilk aşamalarında, birkaç santimetre uzunluğunda ve küçük enine boyutta bir demet içinde yalnızca bir demet dolaşır. Sonra pıhtı sayısını artırmaya başlarlar. Kümeler, halka boyunca eşzamanlı olarak hareket eden birbirine göre sabit konumlarda bulunur. Belirli bir sıradaki kümeler, halkanın parçacık detektörlerinin bulunduğu dört noktasında çarpışabilir.

LHC tamamen doldurulduğunda içindeki tüm hadron demetlerinin kinetik enerjisi aşağıdakilerle karşılaştırılabilir: kinetik enerji jet uçağı, tüm parçacıkların kütlesi bir nanogramı geçmemesine ve hatta görülememesine rağmen çıplak göz. Bu enerji, ışık hızına yakın parçacıkların hızı nedeniyle elde edilir.

Demetler, hızlandırıcının tam bir dairesini 0.0001 saniyeden daha hızlı bir şekilde geçer, böylece saniyede 10 binden fazla devir yapar.

LHC'nin amaç ve hedefleri

Büyük Hadron Çarpıştırıcısının ana görevi, dünyamızın yapısını 10–19 m'den daha kısa mesafelerde bulmak ve onu birkaç TeV enerjisine sahip parçacıklarla "araştırmak". Bugüne kadar, bu ölçekte fizikçilerin çalışması temel fiziğin birçok sorusuna cevap verecek belirli bir “yeni gerçeklik katmanı” açması gerektiğine dair birçok dolaylı kanıt zaten birikmiştir. Bu gerçeklik katmanının tam olarak ne olacağı önceden bilinmiyor. Teorisyenler, elbette, birkaç TeV'nin çarpışma enerjilerinde gözlemlenebilecek yüzlerce çeşitli fenomen önerdiler, ancak doğada gerçekte neyin gerçekleştiğini gösterecek olan deneydir.

Yeni Fizik Arayışı Standart Model, temel parçacıkların nihai teorisi olarak kabul edilemez. Yaklaşık 1 TeV'nin altındaki enerjilerde çarpıştırıcı deneylerinde görülebilen kısım olan mikro dünyanın yapısına ilişkin daha derin bir teorinin parçası olmalıdır. Bu tür teoriler topluca " Yeni fizik ' veya 'Standart Modelin Ötesinde'. Büyük Hadron Çarpıştırıcısının ana görevi, bu daha derin teorinin ne olduğuna dair en azından ilk ipuçlarını elde etmektir. Temel etkileşimleri tek bir teoride daha fazla birleştirmek için çeşitli yaklaşımlar kullanılır: M-teorisinde (zar teorisinde) geliştirilen sicim teorisi, süper yerçekimi teorisi, döngü kuantum yerçekimi, vb. Bazılarının iç sorunları vardır ve hiçbirinde yoktur. deneysel doğrulama. Sorun şu ki, ilgili deneyleri gerçekleştirmek için modern parçacık hızlandırıcılarda erişilemeyen enerjilere ihtiyaç var. LHC, daha önce imkansız olan deneyleri mümkün kılacak ve muhtemelen bu teorilerin bazılarını doğrulayacak veya çürütecek. Bu nedenle, boyutları dörtten büyük olan ve "süpersimetri"nin varlığını öne süren bir dizi fiziksel teori vardır - örneğin, tam olarak süpersimetri olmadan fiziksel anlamını yitirdiği için bazen süper sicim teorisi olarak adlandırılan sicim teorisi. Süpersimetrinin varlığının teyidi, bu nedenle, bu teorilerin doğruluğunun dolaylı bir teyidi olacaktır. Üst kuarkları incelemek Üst kuark en ağır kuarktır ve ayrıca şimdiye kadar keşfedilen en ağır temel parçacıktır. Tevatron'dan alınan en son sonuçlara göre kütlesi 173.1 ± 1.3 GeV/c 2'dir. Büyük kütlesi nedeniyle, üst kuark şimdiye kadar sadece bir hızlandırıcıda, Tevatron'da gözlemlendi; diğer hızlandırıcılar onu üretecek enerjiden yoksundu. Ek olarak, üst kuarklar fizikçilerin yalnızca kendi başlarına değil, aynı zamanda Higgs bozonunu incelemek için bir “çalışma aracı” olarak da ilgilerini çekiyor. Higgs bozonunun LHC'de üretilmesi için en önemli kanallardan biri, üst kuark-antikuark çifti ile birlikte birleşimsel üretimdir. Bu tür olayları arka plandan güvenilir bir şekilde ayırmak için öncelikle üst kuarkların özelliklerini incelemek gerekir. Elektrozayıf simetri mekanizmasının incelenmesi Projenin ana hedeflerinden biri, 1964 yılında İskoç fizikçi Peter Higgs tarafından Standart Model çerçevesinde tahmin edilen bir parçacık olan Higgs bozonunun varlığını deneysel olarak kanıtlamaktır. Higgs bozonu, hangi parçacıkların içinden geçerken direnç gösterdiğini, kütle düzeltmeleri olarak temsil ettiğimiz Higgs alanının bir kuantumudur. Bozonun kendisi kararsızdır ve büyük bir kütleye sahiptir (120 GeV/c2'den fazla). Aslında fizikçiler, Higgs bozonunun kendisiyle değil, elektrozayıf etkileşimin simetri kırılmasının Higgs mekanizmasıyla çok fazla ilgileniyorlar. Kuark-gluon plazma çalışması Hızlandırıcıda nükleer çarpışmalar modunda yılda yaklaşık bir ay harcanması beklenmektedir. Bu ay boyunca, çarpıştırıcı hızlanacak ve dedektörlerde protonlarda değil, kurşun çekirdeklerde çarpışacak. Ultrarelativistik hızlarda iki çekirdeğin esnek olmayan bir çarpışmasında, kısa bir süre için yoğun ve çok sıcak bir nükleer madde yığını oluşur ve sonra bozunur. Bu durumda meydana gelen fenomeni (maddenin kuark-gluon plazma durumuna geçişi ve soğuması) anlamak, hem nükleer fizik hem de astrofizik için faydalı olacak daha mükemmel bir güçlü etkileşimler teorisi oluşturmak için gereklidir. Süpersimetri arayışı İlk önemli bilimsel başarı LHC'deki deneyler "süpersimetriyi" kanıtlayabilir veya çürütebilir - herhangi bir teori temel parçacıkçok daha ağır bir ortağı veya "süperparçacığı" vardır. Foton-hadron ve foton-foton çarpışmalarının incelenmesi elektromanyetik etkileşim parçacıklar (bazı durumlarda sanal) fotonların değişimi olarak tanımlanır. Başka bir deyişle, fotonlar taşıyıcıdır. elektromanyetik alan. Protonlar elektrik yüklüdür ve sırasıyla bir elektrostatik alanla çevrilidir, bu alan bir sanal foton bulutu olarak düşünülebilir. Herhangi bir proton, özellikle göreli bir proton, bir sanal parçacık bulutu içerir. kurucu kısım. Protonlar birbiriyle çarpıştığında, protonların her birini çevreleyen sanal parçacıklar da etkileşir. Matematiksel olarak, parçacık etkileşimi süreci, her biri belirli bir türdeki sanal parçacıklar aracılığıyla etkileşimi tanımlayan uzun bir dizi düzeltme ile tanımlanır (bkz: Feynman diyagramları). Böylece, protonların çarpışması incelenirken, teorik fizik için büyük ilgi gören maddenin yüksek enerjili fotonlarla etkileşimi de dolaylı olarak incelenir. Özel bir reaksiyon sınıfı da dikkate alınır - hem yaklaşan bir protonla çarpışabilen, hem de tipik foton-hadron çarpışmaları oluşturan iki fotonun doğrudan etkileşimi ve birbirleriyle. Nükleer çarpışmalar modunda, büyük nedeniyle elektrik şarjıçekirdek, elektromanyetik süreçlerin etkisi daha da önemlidir. Egzotik teorilerin test edilmesi 20. yüzyılın sonunda teorisyenler, dünyanın yapısı hakkında topluca "egzotik modeller" olarak adlandırılan çok sayıda olağandışı fikir ortaya koydular. Bunlar, 1 TeV mertebesinde bir enerji ölçeğinde güçlü yerçekimi olan teorileri, çok sayıda uzaysal boyutu olan modelleri, kuarkların ve leptonların kendilerinin parçacıklardan oluştuğu preon modellerini, yeni etkileşim türlerine sahip modelleri içerir. Gerçek şu ki, birikmiş deneysel veriler hala tek bir teori oluşturmak için yeterli değil. Ve tüm bu teorilerin kendileri mevcut deneysel verilerle uyumludur. Bu teoriler LHC için spesifik tahminler yapabildiğinden, deneyciler tahminleri test etmeyi ve verilerinde belirli teorilerin izlerini aramayı planlıyor. Hızlandırıcıda elde edilen sonuçların teorisyenlerin hayal gücünü sınırlayarak önerilen bazı yapıları kapatması beklenmektedir. Diğer Ayrıca bekleyen keşif fiziksel olaylar Standart Modelin dışında. W ve Z bozonlarının özelliklerinin, süper yüksek enerjilerdeki nükleer etkileşimlerin, ağır kuarkların (b ve t) üretim ve bozunma süreçlerinin incelenmesi planlanmaktadır.

"Büyük Hadron Çarpıştırıcısı" ifadesi, kitle iletişim araçlarının içine o kadar derinden yerleşmiştir ki, faaliyetleri hiçbir şekilde temel parçacık fiziği ve genel olarak bilim ile bağlantılı olmayanlar da dahil olmak üzere, çok sayıda insan bu tesis hakkında bilgi sahibidir.

Gerçekten de, böyle büyük ölçekli ve pahalı bir proje medya tarafından göz ardı edilemezdi - dünyanın her yerinden birkaç bin araştırmacının çalıştığı, on milyarlarca dolara mal olan, neredeyse 27 kilometre uzunluğunda bir halka kurulumu. . Çarpıştırıcının popülaritesine önemli bir katkı, başarılı bir şekilde reklamı yapılan ve Peter Higgs'in aldığı "Tanrı parçacığı" veya Higgs bozonu tarafından yapıldı. Nobel Ödülü Fizikte 2013.

Her şeyden önce, Büyük Hadron Çarpıştırıcısının sıfırdan inşa edilmediğini, ancak selefi Büyük Elektron-Pozitron Çarpıştırıcısının (Büyük Elektron-Pozitron Çarpıştırıcısı veya LEP) sahasında ortaya çıktığını belirtmek gerekir. 27 kilometrelik tünel üzerindeki çalışmalar, gelecekte bir elektron ve pozitronlar arasında bir çarpışma gerçekleştirecek bir hızlandırıcının yerleştirilmesinin planlandığı 1983 yılında başladı. 1988'de halka tünel kapanırken, işçiler tünele o kadar dikkatli yaklaştılar ki tünelin iki ucu arasındaki fark sadece 1 santimetre idi.

Hızlandırıcı, 209 GeV'lik tepe enerjisine ulaştığı 2000 yılının sonuna kadar çalıştı. Ondan sonra sökümü başladı. On bir yıllık çalışması boyunca LEP, fiziğe W ve Z bozonlarının keşfi ve daha sonraki araştırmaları da dahil olmak üzere bir dizi keşif getirdi. Bu çalışmaların sonuçlarına dayanarak, elektromanyetik ve zayıf etkileşim mekanizmalarının benzer olduğu sonucuna varılmıştır. teorik çalışma bu etkileşimleri elektrozayıfta birleştirerek.

2001 yılında, elektron-pozitron hızlandırıcısının bulunduğu yerde Büyük Hadron Çarpıştırıcısının yapımına başlandı. Yeni hızlandırıcının inşaatı 2007 yılı sonunda tamamlanmıştır. LEP sahasında - Fransa ve İsviçre arasındaki sınırda, Cenevre Gölü vadisinde (Cenevre'den 15 km), yüz metre derinlikte bulunuyordu. Ağustos 2008'de çarpıştırıcı testleri başladı ve 10 Eylül'de LHC'nin resmi lansmanı gerçekleşti. Önceki hızlandırıcıda olduğu gibi, tesisin inşaatı ve işletilmesi, Avrupa organizasyonu nükleer araştırma için - CERN.

CERN

Kısaca CERN organizasyonundan (Conseil Européenne pour la Recherche Nucléaire) bahsetmekte fayda var. Bu organizasyon yüksek enerji fiziği alanında dünyanın en büyük laboratuvarı olarak faaliyet göstermektedir. Üç bin daimi çalışanı ve 80 ülkeden birkaç bin daha fazla araştırmacı ve bilim insanı CERN projelerinde yer alıyor.

Üzerinde şu an Proje katılımcıları 22 ülkedir: Belçika, Danimarka, Fransa, Almanya, Yunanistan, İtalya, Hollanda, Norveç, İsveç, İsviçre, Büyük Britanya - kurucular, Avusturya, İspanya, Portekiz, Finlandiya, Polonya, Macaristan, Çek Cumhuriyeti, Slovakya, Bulgaristan ve Romanya - katıldı. Bununla birlikte, yukarıda belirtildiği gibi, birkaç düzine daha fazla ülke, bir şekilde örgütün çalışmasında ve özellikle Büyük Hadron Çarpıştırıcısında yer almaktadır.

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı nasıl çalışır?

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı nedir ve nasıl çalışır, kamuoyunu ilgilendiren başlıca sorulardır. Bu soruları daha fazla ele alalım.

Çarpıştırıcı (çarpıştırıcı) - İngilizce'den çevrilmiş, "iten kişi" anlamına gelir. Böyle bir kurulumun görevi parçacıkların çarpışmasıdır. Hadron çarpıştırıcısı durumunda, parçacıkların rolü, güçlü etkileşime katılan hadronlar - parçacıklar tarafından oynanır. Bunlar protonlardır.

proton elde etmek

Protonların uzun yolu, hidrojenin gaz şeklinde girdiği hızlandırıcının ilk aşaması olan duoplasmatron'dan kaynaklanır. Duoplasmatron, gaz yoluyla elektrik deşarjının gerçekleştirildiği bir deşarj odasıdır. Böylece sadece bir elektron ve bir protondan oluşan hidrojen elektronunu kaybeder. Böylece plazma oluşur - yüklü parçacıklardan oluşan bir madde - protonlar. Tabii ki, saf bir proton plazması elde etmek zordur; bu nedenle, bir bulut da içeren daha sonra oluşan plazma moleküler iyonlar ve elektronlar, bir proton bulutunu izole etmek için filtrelenir. Mıknatısların etkisi altında proton plazması bir demet halinde toplanır.

Parçacıkların ön hızlandırılması

Yeni oluşturulan proton ışını, 30 metrelik bir halka olan ve arka arkaya birkaç içi boş silindirik elektrot (iletken) ile asılan LINAC 2 lineer hızlandırıcıda yolculuğuna başlar. Hızlandırıcının içinde oluşturulan elektrostatik alan, içi boş silindirler arasındaki partiküllerin her zaman bir sonraki elektrota doğru hızlandırıcı bir kuvvet deneyimleyeceği şekilde derecelendirilir. Bu aşamada tamamen proton hızlandırma mekanizmasına girmeden, sadece LINAC 2'den çıkışta fizikçilerin 50 MeV enerjili ve zaten ışık hızının %31'ine ulaşan bir proton demeti aldıklarını not ediyoruz. Bu durumda parçacıkların kütlesinin %5 artması dikkat çekicidir.

2019-2020 yılına kadar, LINAC 2'nin protonları 160 MeV'ye kadar hızlandıracak olan LINAC 4 ile değiştirilmesi planlanmaktadır.

Çarpıştırıcıda kurşun iyonlarının da hızlandırıldığını belirtmekte fayda var, bu da kuark-gluon plazmasını incelemeyi mümkün kılacaktır. LINAC 2'ye benzer şekilde LINAC 3 halkasında hızlandırılırlar. Gelecekte argon ve ksenon ile deneyler de planlanmaktadır.

Daha sonra proton paketleri, proton-senkron yükselticiye (PSB) girer. Elektromanyetik rezonatörlerin yerleştirildiği 50 metre çapında üst üste binmiş dört halkadan oluşur. Oluşturdukları elektromanyetik alan yüksek bir yoğunluğa sahiptir ve içinden geçen bir parçacık, alan potansiyel farkı sonucunda hızlanır. Böylece sadece 1.2 saniye sonra, parçacıklar PSB'de ışık hızının %91'ine hızlanır ve 1.4 GeV'lik bir enerjiye ulaşır, ardından proton senkrotronuna (PS) girerler. PS, 628 metre çapındadır ve parçacık ışınını dairesel bir yörüngede yönlendirmek için 27 mıknatısla donatılmıştır. Burada parçacık protonları 26 GeV'ye ulaşır.

Protonları hızlandırmak için sondan bir önceki halka, çevresi 7 kilometreye ulaşan Superproton Synchrotron'dur (SPS). 1317 mıknatısla donatılan SPS, parçacıkları 450 GeV enerjiye kadar hızlandırır. Yaklaşık 20 dakika sonra, proton ışını ana halka olan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'na (LHC) girer.

LHC'deki parçacıkların hızlanması ve çarpışması

Hızlandırıcıların halkaları arasındaki geçişler, güçlü mıknatıslar tarafından oluşturulan elektromanyetik alanlar aracılığıyla gerçekleşir. Ana çarpıştırıcı halkası, parçacıkların halka yörüngesi boyunca zıt yönde hareket ettiği iki paralel çizgiden oluşur. Parçacıkların dairesel yörüngesini korumaktan ve onları çarpışma noktalarına yönlendirmekten yaklaşık 10.000 mıknatıs sorumludur, bazıları 27 tona kadar ağırlığa sahiptir. Mıknatısların aşırı ısınmasını önlemek için, içinden yaklaşık 96 ton maddenin -271,25 ° C (1,9 K) sıcaklıkta aktığı bir helyum-4 devresi kullanılır. Protonlar 6,5 TeV enerjiye (yani 13 TeV çarpışma enerjisine) ulaşırken, hızları ışık hızından 11 km/s daha azdır. Böylece, bir proton demeti, çarpıştırıcının büyük halkasından saniyede 11.000 kez geçer. Parçacıklar çarpışmadan önce halkanın etrafında 5 ila 24 saat dolaşacaklar.

Parçacıkların çarpışması, LHC'nin ana halkasında dört dedektörün bulunduğu dört noktada meydana gelir: ATLAS, CMS, ALICE ve LHCb.

Büyük Hadron Çarpıştırıcısının Dedektörleri

ATLAS (Toroidal LHC Aparatı)

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'ndaki (LHC) iki genel amaçlı dedektörden biridir. Higgs bozonunun araştırılmasından karanlık maddeyi oluşturabilecek parçacıklara kadar çok çeşitli fiziği araştırıyor. ATLAS, CMS deneyi ile aynı bilimsel hedeflere sahip olmasına rağmen, farklı teknik çözümler ve farklı bir manyetik sistem tasarımı kullanır.

LHC'den gelen parçacık ışınları, ATLAS dedektörünün merkezinde çarpışır ve çarpışma noktasından her yöne uçan yeni parçacıklar şeklinde yaklaşan döküntüler oluşturur. Çarpma noktası çevresinde katmanlar halinde düzenlenmiş altı farklı algılama alt sistemi, parçacıkların yollarını, momentumunu ve enerjisini kaydederek ayrı ayrı tanımlanmalarını sağlar. Devasa bir mıknatıs sistemi, yüklü parçacıkların yollarını, momentumlarının ölçülebilmesi için büker.

ATLAS dedektöründeki etkileşimler çok büyük miktarda veri oluşturur. Bu verileri işlemek için ATLAS, dedektöre hangi olayların kaydedileceğini ve hangilerinin yoksayılacağını söylemek için gelişmiş bir "tetikleme" sistemi kullanır. Ardından, kayıtlı çarpışma olaylarını analiz etmek için, karmaşık sistemler veri toplama ve hesaplama.

Dedektörün yüksekliği 46 metre, genişliği 25 metre, kütlesi ise 7.000 ton. Bu parametreler ATLAS'ı şimdiye kadar yapılmış en büyük parçacık dedektörü yapar. İsviçre'deki Meyrin köyü yakınlarında, ana CERN tesisinin yakınında 100 m derinlikte bir tünelde yer almaktadır. Kurulum 4 ana bileşenden oluşur:

• İç dedektör silindiriktir, iç halka geçen parçacık ışınının ekseninden sadece birkaç santimetre uzaktadır ve dış halka 2,1 metre çapında ve 6,2 metre uzunluğundadır. Bir manyetik alana daldırılmış üç farklı sensör sisteminden oluşur. Dahili bir dedektör, her proton-proton çarpışmasında üretilen elektrik yüklü parçacıkların yönünü, momentumunu ve yükünü ölçer. Dahili dedektörün ana unsurları şunlardır: bir piksel dedektörü (Piksel Dedektörü), bir yarı iletken izleme sistemi (Yarı İletken İzleyici, SCT) ve bir geçiş radyasyonu izleyicisi (TRT).

• Kalorimetreler, bir parçacığın bir dedektörden geçerken kaybettiği enerjiyi ölçer. Çarpışma sırasında ortaya çıkan parçacıkları emer, böylece enerjilerini sabitler. Kalorimetreler, yüksek yoğunluklu "emici" malzeme - kurşun, "aktif ortam" - sıvı argon katmanları ile değişen katmanlardan oluşur. Elektromanyetik kalorimetreler, madde ile etkileşime girdiklerinde elektronların ve fotonların enerjisini ölçer. Hadron kalorimetreleri, atom çekirdeği ile etkileşim sırasında hadronların enerjisini ölçer. Kalorimetreler, müonlar ve nötrinolar dışında bilinen parçacıkların çoğunu durdurabilir.

LAr (Sıvı Argon Kalorimetresi) - ATLAS kalorimetresi

• Müon spektrometresi - müonları tanımlamak ve momentumlarını ölçmek için dört farklı teknoloji kullanan 4000 ayrı müon odasından oluşur. Müonlar genellikle dahili bir dedektör ve kalorimetreden geçer ve bu nedenle bir müon spektrometresi gereklidir.

• ATLAS manyetik sistemi, parçacıkları dedektör sistemlerinin farklı katmanları etrafında bükerek parçacık izlerini takip etmeyi kolaylaştırır.

ATLAS deneyinde (Şubat 2012), 38 ülkedeki 174 kurumdan 3.000'den fazla bilim insanı istihdam edilmektedir.

CMS (Kompakt Müon Solenoidi)

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda (LHC) genel amaçlı bir dedektördür. ATLAS gibi, Standart Modeli (Higgs bozonu dahil) incelemekten karanlık maddeyi oluşturabilecek parçacıkları aramaya kadar geniş bir fizik programına sahiptir. ATLAS deneyi ile aynı bilimsel hedeflere sahip olmasına rağmen, CMS farklı teknik çözümler ve farklı bir manyetik sistem tasarımı kullanır.

CMS dedektörü, devasa bir solenoid mıknatısın etrafına inşa edilmiştir. Dünyanın manyetik alanının yaklaşık 100.000 katı olan 4 Tesla'lık bir alan oluşturan silindirik bir süper iletken kablo bobinidir. Alan, kütlesi 14.000 ton olan dedektörün en büyük bileşeni olan çelik bir "boyunduruk" ile sınırlandırılmıştır. Komple dedektör 21 m uzunluğunda, 15 m genişliğinde ve 15 m yüksekliğindedir.Kurulum 4 ana bileşenden oluşur:

• Solenoid mıknatıs, çarpma noktasından yayılan yüklü parçacıkların yörüngesini bükmeye hizmet eden dünyanın en büyük mıknatısıdır. Yörünge bozulması, pozitif ve negatif yüklü parçacıkları (zıt yönlerde büküldükleri için) ayırt etmeyi ve ayrıca büyüklüğü yörüngenin eğriliğine bağlı olan momentumu ölçmeyi mümkün kılar. Solenoidin devasa boyutu, izleyiciyi ve kalorimetreleri bobinin içine yerleştirmenize olanak tanır.
• Silikon izleyici - eşmerkezli katmanlar halinde düzenlenmiş 75 milyon ayrı elektronik sensörden oluşur. Yüklü bir parçacık izleyicinin katmanlarından geçtiğinde, enerjinin bir kısmını her katmana aktarır, bu parçacık çarpışma noktalarını farklı katmanlarla birleştirmek, yörüngesini daha fazla belirlemenizi sağlar.
• Kalorimetreler - elektronik ve hadronik, bkz. ATLAS kalorimetreleri.
• Alt dedektörler - müonları tespit etmenizi sağlar. Bobinin dışında katmanlar halinde düzenlenmiş, “hamut” un metal plakaları ile değişen 1.400 müon odası ile temsil edilir.

CMS deneyi, en büyük uluslararası deneylerden biridir. bilimsel araştırma 4.300 kişinin katıldığı tarihte, parçacık fizikçileri, mühendisler ve teknisyenler, 182 kurumdan, 42 ülkeden öğrenciler ve destek personeli (Şubat 2014).

ALICE (Büyük İyon Çarpıştırıcı Deneyi)

- Büyük Hadron Çarpıştırıcısının (LHC) halkaları üzerinde bir ağır iyon dedektörüdür. Kuark-gluon plazması adı verilen maddenin bir fazının oluştuğu aşırı enerji yoğunluklarında güçlü bir şekilde etkileşime giren maddenin fiziğini incelemek için tasarlanmıştır.

Bugün evrendeki tüm sıradan maddeler atomlardan oluşuyor. Her atom, bir elektron bulutu ile çevrili proton ve nötronlardan (nötronları olmayan hidrojen hariç) oluşan bir çekirdek içerir. Protonlar ve nötronlar, sırayla, gluon adı verilen diğer parçacıklarla birbirine bağlı kuarklardan oluşur. Hiçbir kuark tek başına gözlemlenmemiştir: Kuarklar ve gluonlar, kalıcı olarak birbirine bağlı ve protonlar ve nötronlar gibi bileşik parçacıklar içinde hapsedilmiş gibi görünmektedir. Buna hapsetme denir.

LHC'deki çarpışmalar, Güneş'in merkezinden 100.000 kat daha sıcak sıcaklıklar yaratır. Çarpıştırıcı, kurşun iyonları arasında çarpışmalar sağlar ve Büyük Patlama'dan hemen sonra meydana gelenlere benzer koşulları yeniden yaratır. Bu aşırı koşullar altında, protonlar ve nötronlar "erir" ve kuarkları gluonlarla olan bağlarından kurtarırlar. Bu, kuark-gluon plazmasıdır.

ALICE deneyi, 26m uzunluğunda, 16m yüksekliğinde ve 16m genişliğinde 10.000 tonluk bir ALICE dedektörü kullanır. Cihaz üç ana bileşen grubundan oluşur: izleme cihazları, kalorimetreler ve partikül tanımlayıcı dedektörler. Ayrıca 18 modüle ayrılmıştır. Dedektör, Fransa'daki Saint-Denis-Pouilly köyü yakınlarında 56 m derinlikte bir tünelde bulunmaktadır.

Deney, 30 ülkedeki 100'den fazla fizik enstitüsünden 1000'den fazla bilim insanına sahiptir.

LHCb (Büyük Hadron Çarpıştırıcısı güzellik deneyi)

Deney, "güzellik kuarkı" veya "b-kuark" adı verilen bir parçacık türü üzerinde çalışarak madde ve antimadde arasındaki küçük farkları araştırıyor.

ATLAS ve CMS gibi tüm darbe noktasını kapalı bir dedektörle çevrelemek yerine, LHCb deneyi, ağırlıklı olarak ileriye doğru parçacıkları (çarpışmanın bir sonucu olarak bir yönde ileriye yönlendirilenleri) tespit etmek için bir dizi alt dedektör kullanır. İlk alt dedektör çarpışma noktasına yakın bir yere kurulur ve geri kalanı birbiri ardına 20 metre mesafede bulunur.

LHC'de, diğer formlara hızla bozunmadan önce, çok sayıda farklı kuark türü yaratılır. B-kuarkları yakalamak için, çarpıştırıcı boyunca parçacık ışınının hareketine yakın bir yerde bulunan LHCb için karmaşık hareketli izleme dedektörleri geliştirildi.

5600 tonluk LHCb dedektörü, doğrudan bir spektrometre ve düz dedektörlerden oluşur. 21 metre uzunluğunda, 10 metre yüksekliğinde ve 13 metre genişliğinde olup yerin 100 metre altında yer almaktadır. LHCb deneyine 66 farklı enstitü ve üniversiteden yaklaşık 700 bilim insanı katılıyor (Ekim 2013).

Çarpıştırıcıdaki diğer deneyler

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'ndaki yukarıdaki deneylere ek olarak, kurulumlarla ilgili iki deney daha var:

• LHCf (İleri Büyük Hadron Çarpıştırıcısı)- parçacık ışınlarının çarpışmasından sonra ileri atılan parçacıkları inceler. Bilim adamlarının deneyin bir parçası olarak üzerinde çalıştıkları kozmik ışınları taklit ederler. Kozmik ışınlar, dünyanın atmosferini sürekli bombalayan, uzaydan gelen doğal olarak yüklü parçacıklardır. Üst atmosferdeki çekirdeklerle çarpışırlar ve yer seviyesine ulaşan bir parçacıklar dizisine neden olurlar. LHC içindeki çarpışmaların bu tür parçacık basamaklarını nasıl ürettiğini incelemek, fizikçilerin binlerce kilometreye yayılabilen büyük ölçekli kozmik ışın deneylerini yorumlamalarına ve kalibre etmelerine yardımcı olacaktır.

LHCf, ATLAS çarpışma noktasının her iki tarafında 140 metre aralıklarla LHC boyunca yerleştirilmiş iki dedektörden oluşur. İki dedektörün her biri sadece 40 kilogram ağırlığında ve 30 cm uzunluğunda, 80 cm yüksekliğinde ve 10 cm genişliğinde. LHCf deneyi, 5 ülkedeki 9 kurumdan 30 bilim insanını içermektedir (Kasım 2012).

• TOTEM (Toplam Kesit, Elastik Saçılma ve Kırınım Ayrışması)– çarpıştırıcıda en uzun kurulumla deneme yapın. Görevi, küçük açılı çarpışmalar tarafından üretilen protonları doğru bir şekilde ölçerek protonları incelemektir. Bu bölge "ileri" yön olarak bilinir ve diğer LHC deneylerinde kullanılamaz. TOTEM dedektörleri, CMS etkileşim noktasının etrafında neredeyse yarım kilometre kadar uzanır. TOTEM, dört nükleer teleskopun yanı sıra 26 Roma pot dedektörü de dahil olmak üzere yaklaşık 3.000 kg ekipmana sahiptir. İkinci tip, dedektörlerin parçacık ışınına mümkün olduğunca yakın yerleştirilmesine izin verir. TOTEM deneyi, 8 ülkedeki 16 enstitüden yaklaşık 100 bilim insanını içermektedir (Ağustos 2014).

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı neden gerekli?

En büyük uluslararası bilimsel kurulum, çok çeşitli fiziksel sorunları araştırıyor:

• Üst kuarkların incelenmesi. Bu parçacık yalnızca en ağır kuark değil, aynı zamanda en ağır temel parçacıktır. Bir araştırma aracı olduğu için üst kuarkın özelliklerini incelemek de mantıklıdır.
• Higgs bozonunun araştırılması ve incelenmesi. CERN, Higgs bozonunun zaten keşfedildiğini iddia etse de (2012'de), doğası hakkında şimdiye kadar çok az şey biliniyor ve daha fazla araştırma, çalışmasının mekanizmasına daha fazla açıklık getirebilir.

• Kuark-gluon plazma çalışması. Kurşun çekirdekler yüksek hızlarda çarpıştığında çarpıştırıcıda oluşur. Çalışması hem nükleer fizik (güçlü etkileşimler teorisini geliştirerek) hem de astrofizik (Evrenin varlığının ilk anlarında incelenmesi) için faydalı sonuçlar getirebilir.
• Süpersimetriyi arayın. Bu araştırma, "süpersimetriyi" - herhangi bir temel parçacığın "süper parçacık" olarak adlandırılan daha ağır bir ortağa sahip olduğu teorisini çürütmeyi veya kanıtlamayı amaçlıyor.
• Foton-foton ve foton-hadron çarpışmalarının incelenmesi. Bu tür çarpışmaların süreçlerinin mekanizmalarının anlaşılmasını geliştirecektir.
• Egzotik teorileri test etmek. Bu görev kategorisi, en geleneksel olmayan - "egzotik", örneğin arama Paralel evrenler mini kara delikler oluşturarak.

Bu görevlere ek olarak, çözümü insanlığın doğayı ve çevremizdeki dünyayı daha iyi bir düzeyde anlamasını sağlayacak ve yeni teknolojiler yaratmak için fırsatlar yaratacak birçok başka görev var.

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı ve temel bilimin pratik faydaları

Öncelikle belirtmek gerekir ki, temel araştırma temel bilime katkı sağlar. Uygulamalı bilim, bu bilginin uygulanmasıyla ilgilenir. Temel bilimin yararlarından haberdar olmayan bir toplum kesimi, genellikle Higgs bozonunun keşfini veya bir kuark-gluon plazmasının yaratılmasını önemli bir şey olarak algılamaz. Bu tür çalışmaların sıradan bir insanın hayatıyla bağlantısı açık değildir. Nükleer enerjiden kısa bir örnek düşünün:

1896'da Fransız fizikçi Antoine Henri Becquerel radyoaktivite fenomenini keşfetti. Uzun bir süre onun olduğu düşünülüyordu. Endüstriyel kullanım insanlık hemen geçmeyecek. İlkinin piyasaya sürülmesinden sadece beş yıl önce nükleer reaktör aslında keşfeden büyük fizikçi Ernest Rutherford atom çekirdeği 1911'de atom enerjisinin asla kullanılmayacağını söyledi. Uzmanlar, 1939'da Alman bilim adamları Lisa Meitner ve Otto Hahn'ın nötronlarla ışınlandığında uranyum çekirdeklerinin büyük miktarda serbest bırakılmasıyla iki parçaya bölündüğünü keşfettiklerinde, bir atomun çekirdeğinde bulunan enerjiye karşı tutumlarını yeniden düşünmeyi başardılar. enerji - nükleer enerji.

Ve ancak bir dizi temel araştırmadaki bu son bağlantıdan sonra, bu keşiflere dayanarak nükleer enerji üretmek için bir cihaz - bir atom reaktörü icat eden uygulamalı bilim devreye girdi. Keşfin ölçeği, nükleer reaktörler tarafından elektrik üretiminin payına bakılarak tahmin edilebilir. Yani örneğin Ukrayna'da elektrik üretiminin %56'sı nükleer santrallere düşüyor ve Fransa'da bu oran %76.

Tüm yeni teknolojiler belirli temel bilgilere dayanmaktadır. İşte birkaç kısa örnek daha:

• 1895'te Wilhelm Konrad Roentgen, X-ışınlarının etkisi altında bir fotoğraf plakasının karardığını fark etti. Günümüzde radyografi, tıpta en çok kullanılan çalışmalardan biridir ve iç organların durumunu incelemenize ve enfeksiyonları ve şişmeyi tespit etmenize olanak tanır.
• 1915'te Albert Einstein kendi teklifini sundu. Bugün, bu teori, bir nesnenin yerini birkaç metre hassasiyetle belirleyen GPS uydularının çalışmasında dikkate alınmaktadır. GPS, hücresel iletişimde, haritacılıkta, araç izlemede, ancak öncelikle navigasyonda kullanılır. Genel göreliliği hesaba katmayan bir uydunun hatası, fırlatıldığı andan itibaren günde 10 kilometre artacaktır! Ve eğer bir yaya aklını ve bir kağıt haritayı kullanabilirse, o zaman bir uçağın pilotları, bulutlarda gezinmek imkansız olduğu için kendilerini zor bir durumda bulacaklardır.

Bugün LHC'de gerçekleşen keşiflerin pratik uygulaması henüz bulunamadıysa, bu, bilim adamlarının "çarpıştırıcının etrafında boş yere uğraştıkları" anlamına gelmez. Bildiğiniz gibi, makul bir kişi her zaman mevcut bilgiden maksimum pratik uygulamayı elde etmeyi amaçlar ve bu nedenle LHC'deki araştırma sürecinde biriken doğa hakkında bilgi, er ya da geç uygulamasını kesinlikle bulacaktır. Yukarıda zaten gösterildiği gibi, temel keşifler ve bunları kullanan teknolojiler arasındaki bağlantı bazen hiç de açık olmayabilir.

Son olarak, çalışmanın orijinal hedefleri olarak belirlenmeyen dolaylı keşifleri not ediyoruz. Oldukça yaygındırlar, çünkü temel keşifler genellikle yeni teknolojilerin tanıtılmasını ve kullanılmasını gerektirir. Böylece optiğin gelişimi, gökbilimcilerin bir teleskop aracılığıyla yaptığı gözlemlere dayanan temel uzay araştırmalarından bir ivme kazandı. CERN örneğinde, her yerde bulunan bir teknoloji doğdu - İnternet, 1989'da Tim Berners-Lee tarafından CERN verilerinin alınmasını kolaylaştırmak için önerilen bir proje.