Bugungi kunda biz Katta adron kollayderi deb biladigan tezlatkichning yaratilish tarixi 2007 yildan boshlanadi. Dastlab, tezlatgichlarning xronologiyasi siklotrondan boshlangan. Qurilma stolga osongina sig'adigan kichik qurilma edi. Keyin tezlatgichlar tarixi tez rivojlana boshladi. Sinxropazotron va sinxrotron paydo bo'ldi.

Tarixda, ehtimol, eng qiziqarli davr 1956 yildan 1957 yilgacha bo'lgan davr edi. O‘sha paytlarda sovet fani, xususan, fizika ham xorijlik birodarlardan qolishmasdi. Yillar davomida to‘plangan tajribadan foydalanib, sovet fizigi Vladimir Veksler ilm-fanda yutuq yaratdi. U o'sha paytdagi eng kuchli sinxofazotronni yaratdi. Uning ish kuchi 10 gigaelektronvolt (10 milliard elektronvolt) edi. Ushbu kashfiyotdan so'ng tezlatgichlarning jiddiy namunalari yaratildi: yirik elektron-pozitron kollayderi, Shveytsariya tezlatgichi, Germaniya, AQShda. Ularning barchasi bitta umumiy maqsadga ega edi - kvarklarning asosiy zarralarini o'rganish.

Katta adron kollayderi birinchi navbatda italiyalik fizikning sa'y-harakatlari tufayli yaratilgan. Uning ismi Karlo Rubbia, Nobel mukofoti sovrindori. Rubbiya faoliyati davomida Yevropa yadroviy tadqiqotlar tashkilotida direktor bo‘lib ishlagan. Aynan tadqiqot markazi joylashgan joyda adron kollayderini qurish va ishga tushirishga qaror qilindi.

Hadron kollayderi qayerda?

Kollayder Shveytsariya va Fransiya chegarasida joylashgan. Uning aylanasi 27 kilometr, shuning uchun uni katta deb atashadi. Tezlatgich halqasi 50 metrdan 175 metrgacha chuqurlikka boradi. Kollayderda 1232 magnit mavjud. Ular o'ta o'tkazuvchan, ya'ni haddan tashqari ishlash uchun maksimal maydon ulardan hosil bo'lishi mumkin, chunki bunday magnitlarda energiya iste'moli deyarli yo'q. Har bir magnitning umumiy og'irligi 3,5 tonna, uzunligi 14,3 metr.

Har qanday jismoniy ob'ekt singari, Katta adron kollayderi ham issiqlik hosil qiladi. Shuning uchun u doimo sovutilishi kerak. Buning uchun 12 million litr suyuq azot bilan 1,7 K harorat saqlanadi. Bundan tashqari, sovutish uchun 700 ming litr ishlatiladi va eng muhimi, oddiy atmosfera bosimidan o'n barobar past bo'lgan bosim ishlatiladi.

Tselsiy shkalasi bo'yicha 1,7 K harorat -271 daraja. Bunday harorat jismoniy tana ega bo'lishi mumkin bo'lgan minimal mumkin bo'lgan chegara deb ataladigan narsaga deyarli yaqin.

Tunnelning ichki qismi qiziqroq emas. Supero'tkazuvchanlik qobiliyatiga ega niobiy-titan kabellari mavjud. Ularning uzunligi 7600 kilometrni tashkil qiladi. Kabellarning umumiy og'irligi 1200 tonnani tashkil qiladi. Kabelning ichki qismi umumiy masofasi 1,5 milliard kilometr bo'lgan 6300 simdan iborat. Bu uzunlik 10 astronomik birlikka teng. Masalan, 10 ta shunday birlikka teng.

Agar uning geografik joylashuvi haqida gapiradigan bo'lsak, unda shuni aytishimiz mumkinki, kollayderning halqalari Frantsiya tomonida joylashgan Sen-Jenis va Fornay-Volter shaharlari, shuningdek, Meyrin va Vessurat - Shveytsariya tomonida joylashgan. PS deb ataladigan kichik halqa diametrli chegara bo'ylab o'tadi.

Mavjudlikning ma'nosi

"Adron kollayderi nima uchun" degan savolga javob berish uchun siz olimlarga murojaat qilishingiz kerak. Ko'pgina olimlarning ta'kidlashicha, bu ilm-fan mavjud bo'lgan butun davrdagi eng katta ixtiro va usiz biz bilgan fan shunchaki ma'noga ega emas. Katta adron kollayderining mavjudligi va ishga tushirilishi qiziq, chunki adron kollayderida zarralar to'qnashganda portlash sodir bo'ladi. Barcha eng kichik zarralar turli yo'nalishlarda tarqaladi. Ko'p narsaning mavjudligi va ma'nosini tushuntira oladigan yangi zarralar hosil bo'ladi.

Olimlar halokatga uchragan zarrachalarda birinchi bo'lib fizik Piter Xiggs tomonidan bashorat qilingan elementar zarrachani topishga harakat qilishdi. U odatda "Xudoning zarrasi" deb ham ataladi. Uning kashfiyoti olimlarni koinotni tushunishga yaqinlashtiradi. Eslatib o‘tamiz, 2012-yilning 4-iyulida Adron Kollayderi (uning ishga tushirilishi qisman muvaffaqiyatli bo‘lgan) xuddi shunday zarrachani aniqlashga yordam bergan edi. Bugungi kunga qadar olimlar uni batafsilroq o'rganishga harakat qilmoqdalar.

Qancha muddatga; qancha vaqt...

Albatta, nega olimlar bu zarrachalarni uzoq vaqtdan beri o‘rganishgan, degan savol darhol tug‘iladi. Agar qurilma mavjud bo'lsa, siz uni ishga tushirishingiz mumkin va har safar ko'proq va ko'proq yangi ma'lumotlarni olasiz. Gap shundaki, adron kollayderining ishi qimmat zavqdir. Bitta ishga tushirish juda qimmatga tushadi. Masalan, yillik energiya sarfi 800 mln kVt/soatni tashkil etadi. Bunday energiya miqdori o'rtacha standartlarga ko'ra, taxminan 100 000 kishidan iborat shahar tomonidan iste'mol qilinadi. Va bu texnik xizmat ko'rsatish xarajatlarini hisobga olmaydi. Yana bir sabab, Adron Kollayderida protonlar to'qnashganda sodir bo'ladigan portlash katta hajmdagi ma'lumotlarni olish bilan bog'liq: kompyuterlar shunchalik ko'p ma'lumotni o'qiydiki, uni qayta ishlash juda ko'p vaqtni oladi. Axborotni qabul qiluvchi kompyuterlarning kuchi bugungi standartlar bo'yicha ham katta bo'lishiga qaramay.

Keyingi sabab ham kam ma'lum emas.Ushbu yo'nalishda kollayder bilan ishlayotgan olimlar butun koinotning ko'rinadigan spektri bor-yo'g'i 4% ni tashkil etishiga aminlar. Qolganlari qorong'u materiya va qorong'u energiya deb taxmin qilinadi. Eksperimental ravishda bu nazariyaning to'g'riligini isbotlashga harakat qilmoqda.

Adron kollayderi: yoq yoki qarshi

Qorong'u materiyaning ilg'or nazariyasi adron kollayderining mavjudligi xavfsizligini shubha ostiga qo'ydi. Savol tug'ildi: "Adron kollayderi: yoqdimi yoki qarshimi?" U ko'plab olimlarni tashvishga solgan. Dunyoning barcha buyuk aqllari ikki toifaga bo'lingan. "Muxoliflar" qiziqarli nazariyani ilgari surdilar, agar bunday materiya mavjud bo'lsa, unda qarama-qarshi zarracha bo'lishi kerak. Va zarralar tezlatgichda to'qnashganda, qorong'u qism paydo bo'ladi. Qorong'i qism va biz ko'rgan qism to'qnashuvi xavfi bor edi. Keyin bu butun koinotning o'limiga olib kelishi mumkin. Biroq, Adron Kollayderi birinchi marta ishga tushirilgandan so'ng, bu nazariya qisman buzildi.

Keyinchalik muhim ahamiyatga ega - bu koinotning portlashi, aniqrog'i, tug'ilish. To'qnashuv paytida koinotning mavjudligining dastlabki soniyalarida qanday harakat qilganini kuzatish mumkin, deb ishoniladi. Katta portlashning kelib chiqishiga qanday qaragan. Zarrachalar to'qnashuvi jarayoni koinotning paydo bo'lishining eng boshida bo'lgan jarayonga juda o'xshash deb ishoniladi.

Olimlar sinab ko'rayotgan yana bir ajoyib g'oya - bu ekzotik modellar. Bu aql bovar qilmaydigan ko'rinadi, lekin biz kabi odamlar bilan boshqa o'lchovlar va koinotlar mavjudligini ko'rsatadigan nazariya mavjud. Va g'alati, bu erda tezlatgich ham yordam berishi mumkin.

Oddiy qilib aytganda, tezlatgichning mavjudligidan maqsad koinot nima ekanligini, qanday yaratilganligini tushunish, zarralar va ular bilan bog'liq hodisalar haqidagi barcha mavjud nazariyalarni isbotlash yoki rad etishdir. Albatta, bu yillar davom etadi, lekin har bir ishga tushirilganda ilm-fan olamini ostin-ustun qiladigan yangi kashfiyotlar paydo bo'ladi.

Tezlatgich haqida faktlar

Tezlatgich zarrachalarni yorug'lik tezligining 99% gacha tezlashtirishini hamma biladi, lekin bu foiz yorug'lik tezligining 99,9999991% ekanligini ko'pchilik bilmaydi. Bu ajoyib raqam mukammal dizayn va kuchli tezlashtirish magnitlari tufayli mantiqiydir. Bundan tashqari, kam ma'lum bo'lgan ba'zi faktlarni ta'kidlash kerak.

Ikki asosiy detektorning har biridan keladigan taxminan 100 million ma'lumot oqimi soniyalarda 100 000 dan ortiq kompakt disklarni to'ldirishi mumkin. Atigi bir oy ichida disklar soni shunday balandlikka yetganki, agar ularni oyoq qilib yig‘ishsa, oyga yetib borish uchun yetarli bo‘lardi. Shu sababli, detektorlardan keladigan barcha ma'lumotlarni emas, balki faqat olingan ma'lumotlar uchun filtr vazifasini bajaradigan ma'lumotlarni yig'ish tizimidan foydalanishga imkon beradiganlarni to'plashga qaror qilindi. Portlash vaqtida sodir bo'lgan atigi 100 ta hodisani qayd etishga qaror qilindi. Bu hodisalar Yevropa elementar zarrachalar fizikasi laboratoriyasida joylashgan Katta adron kollayderi tizimi kompyuter markazi arxivida qayd etiladi, u ham tezlatgich joylashgan joy hisoblanadi. Yozib olingan voqealar yozilmaydi, lekin ilmiy jamoatchilik uchun eng katta qiziqish uyg'otadigan voqealar yoziladi.

Keyingi ishlov berish

Yozilgandan so'ng, yuzlab kilobaytlik ma'lumotlar qayta ishlanadi. Buning uchun CERN da joylashgan ikki mingdan ortiq kompyuterlardan foydalaniladi. Ushbu kompyuterlarning vazifasi birlamchi ma'lumotlarni qayta ishlash va ulardan keyingi tahlil qilish uchun qulay bo'lgan bazani shakllantirishdir. Keyinchalik, yaratilgan ma'lumotlar oqimi GRID kompyuter tarmog'iga yuboriladi. Ushbu Internet tarmog'i dunyoning turli muassasalarida joylashgan minglab kompyuterlarni birlashtiradi, uch qit'ada joylashgan yuzdan ortiq yirik markazlarni bog'laydi. Bunday markazlarning barchasi CERN ga maksimal ma'lumot uzatish tezligi uchun optik tolali ulanishlar yordamida ulangan.

Faktlar haqida gapirganda, strukturaning jismoniy ko'rsatkichlarini ham eslatib o'tishimiz kerak. Tezlatgich tunneli gorizontal tekislikdan 1,4% uzoqda. Bu, birinchi navbatda, tezlatgich tunnelining ko'p qismini monolit jinsga joylashtirish uchun qilingan. Shunday qilib, qarama-qarshi tomonlarda joylashtirish chuqurligi boshqacha. Agar siz Jeneva yaqinida joylashgan ko'l tomondan hisoblasangiz, chuqurligi 50 metrni tashkil qiladi. Qarama-qarshi qismi 175 metr chuqurlikka ega.

Qizig'i shundaki, oy fazalari tezlatgichga ta'sir qiladi. Bunday uzoq ob'ekt bunday masofada qanday harakat qilishi mumkinligi ko'rinadi. Biroq, to'lin oy paytida, to'lqin paydo bo'lganda, Jeneva hududidagi quruqlik 25 santimetrga ko'tarilishi kuzatilgan. Bu kollayderning uzunligiga ta'sir qiladi. Shunday qilib, uzunlik 1 millimetrga oshadi va nurning energiyasi ham 0,02% ga o'zgaradi. Nur energiyasini nazorat qilish 0,002% gacha tushishi kerakligi sababli, tadqiqotchilar bu hodisani hisobga olishlari kerak.

Yana qiziq tomoni shundaki, kollayder tunnel ko'pchilik o'ylagandek aylana emas, balki sakkizburchak shaklida bo'ladi. Burchaklar qisqa bo'limlar tufayli hosil bo'ladi. Ularda o'rnatilgan detektorlar, shuningdek, tezlashtiruvchi zarralar nurini boshqaradigan tizim mavjud.

Tuzilishi

Uchirish ko'plab detallardan foydalanishni va olimlarning hayajonini o'z ichiga olgan Adron Kollayderi ajoyib qurilma. Butun tezlatgich ikkita halqadan iborat. Kichkina halqa Proton Synchrotron yoki qisqartmalar bilan aytganda, PS deb ataladi. Katta halqa bu Proton Super Synchrotron yoki SPS. Ikki halqa birgalikda qismlarni yorug'lik tezligining 99,9% gacha tarqatish imkonini beradi. Shu bilan birga, kollayder protonlarning energiyasini ham oshiradi, ularning umumiy energiyasini 16 marta oshiradi. Shuningdek, u zarrachalarning bir-biri bilan taxminan 30 million marta / s to'qnashishiga imkon beradi. 10 soat ichida. 4 ta asosiy detektor soniyada kamida 100 terabayt raqamli ma'lumotlarni ishlab chiqaradi. Ma'lumotlarni olish individual omillarga bog'liq. Misol uchun, ular manfiy elektr zaryadiga ega bo'lgan va shuningdek, spinning yarmiga ega bo'lgan elementar zarralarni aniqlay oladilar. Ushbu zarralar beqaror bo'lgani uchun ularni to'g'ridan-to'g'ri aniqlash mumkin emas, faqat ularning energiyasini aniqlash mumkin, ular nur o'qiga ma'lum bir burchak ostida uchib ketadi. Bu bosqich birinchi yugurish darajasi deb ataladi. Ushbu bosqich 100 dan ortiq maxsus ma'lumotlarni qayta ishlash platalari tomonidan nazorat qilinadi, ularda amalga oshirish mantig'i kiritilgan. Ishning ushbu qismi ma'lumotlarni yig'ish davrida soniyada 100 mingdan ortiq ma'lumotlar bloklari tanlanishi bilan tavsiflanadi. Keyinchalik bu ma'lumotlar yuqori darajadagi dvigatel yordamida amalga oshiriladigan tahlil uchun ishlatiladi.

Keyingi darajadagi tizimlar, aksincha, detektorning barcha oqimlaridan ma'lumot oladi. Detektor dasturi tarmoqqa ulangan. U erda keyingi ma'lumotlar bloklarini qayta ishlash uchun ko'p sonli kompyuterlardan foydalanadi, bloklar orasidagi o'rtacha vaqt 10 mikrosekundni tashkil qiladi. Dasturlar asl nuqtalarga mos keladigan zarracha belgilarini yaratishi kerak. Natijada bir voqea davomida paydo bo'lgan impuls, energiya, traektoriya va boshqalardan iborat shakllangan ma'lumotlar to'plami bo'ladi.

Tezlashtiruvchi qismlar

Barcha tezlatgichni 5 ta asosiy qismga bo'lish mumkin:

1) Elektron-pozitron kollayderining tezlatgichi. Tafsilot super o'tkazuvchanlik xususiyatlariga ega bo'lgan taxminan 7 ming magnitdir. Ularning yordami bilan nur halqali tunnel bo'ylab yo'naltiriladi. Va ular, shuningdek, nurni bitta oqimga qaratadilar, uning kengligi bitta sochning kengligigacha kamayadi.

2) ixcham muonik solenoid. Bu umumiy maqsadli detektor. Bunday detektorda yangi hodisalar va, masalan, Xiggs zarralarini qidirish uchun qidiruvlar olib borilmoqda.

3) LHCb detektori. Ushbu qurilmaning ahamiyati kvarklar va ularning qarama-qarshi zarralari - antikvarklarni qidirishda yotadi.

4) ATLAS toroidal o'rnatish. Ushbu detektor muonlarni aniqlash uchun mo'ljallangan.

5) Elis. Ushbu detektor qo'rg'oshin ionlari to'qnashuvi va proton-proton to'qnashuvlarini ushlaydi.

Adron kollayderini ishga tushirishda muammolar

Yuqori texnologiyalarning mavjudligi xatolar ehtimolini bartaraf etishiga qaramasdan, amalda hamma narsa boshqacha. Tezlatgichni yig'ish jarayonida kechikishlar, shuningdek, nosozliklar mavjud. Aytish kerakki, bu holat kutilmagan emas edi. Qurilma juda ko'p nuanslarni o'z ichiga oladi va shu qadar aniqlikni talab qiladiki, olimlar shunga o'xshash natijalarni kutishgan. Misol uchun, uchirilish paytida olimlar duch kelgan muammolardan biri proton nurlarini to'qnashuvdan oldin fokuslagan magnitning ishdan chiqishi edi. Ushbu jiddiy avariya magnitning o'ta o'tkazuvchanligini yo'qotishi sababli qo'shimchaning bir qismini yo'q qilish natijasida yuzaga keldi.

Bu muammo 2007 yilda boshlangan. Shu sababli, kollayderning ishga tushirilishi bir necha bor qoldirildi va faqat iyun oyida uchirish bo'lib o'tdi, deyarli bir yildan keyin ham kollayder ishlay boshladi.

Kollayderning so‘nggi ishga tushirilishi muvaffaqiyatli o‘tdi va ko‘plab terabaytlik ma’lumotlar yig‘ildi.

2015-yil 5-aprelda ishga tushirilgan Adron Kollayderi muvaffaqiyatli ishlamoqda. Oy davomida nurlar halqa atrofida harakatlanib, kuchini asta-sekin oshiradi. Bunday tadqiqotning maqsadi yo'q. Nurning to'qnashuvi energiyasi ortadi. Qiymat 7 TeV dan 13 TeV ga ko'tariladi. Bunday o'sish bizga zarrachalarning to'qnashuvida yangi imkoniyatlarni ko'rish imkonini beradi.

2013 va 2014 yillarda tunnellar, tezlatgichlar, detektorlar va boshqa jihozlarning jiddiy texnik tekshiruvlari o'tkazildi. Natijada o'ta o'tkazuvchanlik funktsiyasiga ega 18 ta bipolyar magnit paydo bo'ldi. Ta'kidlash joizki, ularning umumiy soni 1232 dona. Biroq, qolgan magnitlar e'tibordan chetda qolmadi. Qolganlarida sovutishdan himoya qilish tizimlari almashtirildi va takomillashtirilganlari o'rnatildi. Magnitlarni sovutish tizimi ham yaxshilandi. Bu ularga past haroratlarda maksimal quvvat bilan turish imkonini beradi.

Agar hamma narsa yaxshi bo'lsa, tezlatgichning navbatdagi ishga tushirilishi faqat uch yildan keyin amalga oshiriladi. Ushbu davrdan keyin takomillashtirish, kollayderni texnik ko'rikdan o'tkazish bo'yicha rejalashtirilgan ishlar rejalashtirilgan.

Shuni ta'kidlash kerakki, ta'mirlash xarajatlarni hisobga olmaganda, bir tiyin turadi. Hadron kollayderi, 2010 yil holatiga ko'ra, narxi 7,5 milliard evroga teng. Bu ko'rsatkich butun loyihani fan tarixidagi eng qimmat loyihalar ro'yxatining yuqori qismiga olib keladi.

Kollayderning joylashuvi ko'rsatilgan xarita

Fundamental o'zaro ta'sirlarni bir nazariyada yanada birlashtirish uchun turli xil yondashuvlar qo'llaniladi: M-nazariyasida ishlab chiqilgan simlar nazariyasi (brana nazariyasi), o'ta tortishish nazariyasi, halqa kvant tortishish kuchi va boshqalar. Ulardan ba'zilarida ichki muammolar mavjud va ularning hech birida yo'q. eksperimental tasdiqlash. Muammo shundaki, tegishli tajribalarni o'tkazish uchun zamonaviy zarracha tezlatgichlarida erishib bo'lmaydigan energiya kerak.

LHC ilgari o'tkazish imkonsiz bo'lgan tajribalarni o'tkazishga imkon beradi va ehtimol bu nazariyalarning ba'zilarini tasdiqlaydi yoki rad etadi. Shunday qilib, o'lchamlari to'rtdan katta bo'lgan fizik nazariyalarning butun majmuasi mavjud bo'lib, ular "supersimmetriya" mavjudligini ko'rsatadilar - masalan, simlar nazariyasi, ba'zida supersimmetriyasiz u yo'qotilishi sababli superstring nazariyasi deb ataladi. jismoniy ma'no. Shunday qilib, supersimmetriya mavjudligini tasdiqlash bu nazariyalarning haqiqatini bilvosita tasdiqlaydi.

Yuqori kvarklarni o'rganish

Qurilish tarixi

LHC kuchaytirgichini joylashtirish uchun mo'ljallangan 27 km er osti tunnel

Katta adron kollayderi loyihasi g‘oyasi 1984 yilda tug‘ilgan va o‘n yildan so‘ng rasman tasdiqlangan. Uning qurilishi 2001 yilda, avvalgi tezlatkich - Katta elektron-pozitron kollayderi ishi tugagandan so'ng boshlangan.

Tezlatgich tushayotgan zarrachalar massa tizimining markazida umumiy energiyasi 14 TeV (ya'ni 14 teraelektronvolt yoki 14 10 12 elektron volt) bo'lgan protonlarni, shuningdek energiyasi 5,5 GeV (5,5) bo'lgan qo'rg'oshin yadrolari bilan to'qnashishi kerak. 10 9 elektron volt) to'qnashuvchi nuklonlarning har bir jufti uchun. Shunday qilib, LHC dunyodagi eng yuqori energiyali elementar zarrachalar tezlatgichi bo'lib, energiya jihatidan eng yaqin raqobatchilaridan - hozirda Milliy tezlatkich laboratoriyasida ishlayotgan Tevatron proton-antiproton kollayderidan o'zib ketadi. Enriko Fermi (AQSh) va Brookhaven laboratoriyasida (AQSh) RHIC nisbiy og'ir ionli kollayder.

Tezlatgich ilgari Katta elektron-pozitron kollayderi egallagan tunnelda joylashgan. Aylanasi 26,7 km bo‘lgan tunnel Fransiya va Shveytsariyada yer ostidan qariyb yuz metr chuqurlikda yotqizilgan. Proton nurlarini saqlash va to'g'rilash uchun umumiy uzunligi 22 km dan ortiq bo'lgan 1624 o'ta o'tkazuvchan magnit ishlatiladi. Oxirgisi tunnelga 2006 yil 27 noyabrda o'rnatildi. Magnitlar 1,9 K (-271 ° C) da ishlaydi. Magnitlarni sovutish uchun maxsus kriogen liniya qurilishi 2006 yil 19 noyabrda yakunlandi.

Testlar

Texnik xususiyatlari

Kollayderda zarrachalarni tezlashtirish jarayoni

LHCdagi zarrachalarning to'qnashuvchi nurlardagi tezligi vakuumdagi yorug'lik tezligiga yaqin. Zarrachalarning bunday yuqori tezlikka tezlashishi bir necha bosqichda amalga oshiriladi. Birinchi bosqichda past energiyali Linac 2 va Linac 3 chiziqli tezlatgichlari keyingi tezlashtirish uchun proton va qo'rg'oshin ionlarini AOK qiladi. Keyin zarralar PS kuchaytirgichga, so'ngra PSning (proton sinxrotroni) o'ziga kirib, 28 GeV energiya oladi. Shundan so'ng SPSda (Proton Super Synchrotron) zarracha tezlashuvi davom etadi, bu erda zarracha energiyasi 450 GeV ga etadi. Keyin nur asosiy 26,7 kilometrlik halqaga yo'naltiriladi va to'qnashuv nuqtalarida detektorlar sodir bo'layotgan voqealarni qayd qiladi.

Quvvat iste'moli

Kollayderning ishlashi davomida taxminiy energiya iste'moli 180 MVtni tashkil qiladi. Butun Jeneva kantoni uchun taxminiy energiya xarajatlari. CERN o'zi quvvat ishlab chiqarmaydi, faqat kutish rejimidagi dizel generatorlari mavjud.

Tarqalgan hisoblash

LHC tezlatkichlari va detektorlaridan keladigan ma'lumotlarni boshqarish, saqlash va qayta ishlash uchun LCG taqsimlangan hisoblash tarmog'i yaratilmoqda. L HC C hisoblash G RID ) grid texnologiyasidan foydalanish. Muayyan hisoblash vazifalari uchun taqsimlangan hisoblash loyihasi jalb qilinadi [elektron pochta himoyalangan].

Nazoratsiz jismoniy jarayonlar

Ba'zi ekspertlar va jamoatchilik vakillari kollayderda o'tkazilgan tajribalar nazoratdan chiqib ketishi va ma'lum sharoitlarda butun sayyorani nazariy jihatdan yo'q qilishi mumkin bo'lgan zanjirli reaksiya rivojlanishi ehtimoli nolga teng emasligidan xavotir bildirishmoqda. LHC faoliyati bilan bog'liq halokatli stsenariylar tarafdorlarining nuqtai nazari alohida veb-saytda keltirilgan. Ushbu his-tuyg'ular tufayli LHC ba'zan shifrlangan Oxirgi Adron kollayderi ( Oxirgi Adron kollayderi).

Shu munosabat bilan, kollayderda mikroskopik qora tuynuklar paydo bo'lishining nazariy imkoniyati, shuningdek, antimateriya pıhtıları va magnit monopollarning paydo bo'lishining nazariy imkoniyati, keyin esa atrofdagi moddalarni tutib olishning zanjirli reaktsiyasi ko'pincha tilga olinadi.

Ushbu nazariy imkoniyatlar CERNning maxsus guruhi tomonidan ko'rib chiqildi, ular tegishli hisobotni tayyorladilar, unda barcha bunday qo'rquvlar asossiz deb topildi. Ingliz nazariyotchi fizigi Adrian Kent CERN tomonidan qabul qilingan xavfsizlik standartlarini tanqid qiluvchi ilmiy maqola chop etdi, chunki kutilayotgan zarar, ya'ni qurbonlar soni bo'yicha hodisa ehtimoli ko'paytmasi, uning fikricha, qabul qilinishi mumkin emas. Biroq, LHCda halokatli stsenariy ehtimolining maksimal yuqori bahosi 10 -31 ni tashkil qiladi.

Falokat stsenariylarining asossizligi foydasiga asosiy dalillar sifatida Yer, Oy va boshqa sayyoralar doimiy ravishda ancha yuqori energiyaga ega bo'lgan kosmik zarralar oqimlari tomonidan bombardimon qilinayotganiga ishora qilinadi. Ilgari ishga tushirilgan tezlatgichlarning muvaffaqiyatli ishlashi, jumladan, Brukxavendagi RHIC relativistik og'ir ion to'qnashuvi ham qayd etilgan. Mikroskopik qora tuynuklarning paydo bo'lish ehtimoli CERN mutaxassislari tomonidan inkor etilmaydi, ammo ta'kidlanishicha, bizning uch o'lchovli makonimizda bunday ob'ektlar faqat LHCdagi nurlarning energiyasidan 16 daraja kattaroq energiyada paydo bo'lishi mumkin. . Gipotetik jihatdan mikroskopik qora tuynuklar LHCda o'tkazilgan tajribalarda qo'shimcha fazoviy o'lchamlarga ega bo'lgan nazariyalarni bashorat qilishda paydo bo'lishi mumkin. Bunday nazariyalar hali hech qanday eksperimental dalillarga ega emas. Biroq, agar qora tuynuklar LHCda zarrachalar to'qnashuvi natijasida hosil bo'lsa ham, ular Xoking nurlanishi tufayli o'ta beqaror bo'lishi va oddiy zarralar shaklida deyarli bir zumda bug'lanishi kutilmoqda.

2008 yil 21 martda Valter Vagner Gavayi (AQSh) federal okrug sudiga da'vo arizasi bilan murojaat qildi. Valter L. Vagner) va Luis Sancho (ingliz. Luis Sancho), unda ular CERNni dunyoning oxirini tartibga solishga urinishda ayblab, uning xavfsizligi kafolatlanmaguncha kollayderni ishga tushirishni taqiqlashni talab qilmoqdalar.

Tabiiy tezlik va energiya bilan taqqoslash

Tezlatgich adronlar va atom yadrolari kabi zarralarni to'qnashtirish uchun mo'ljallangan. Biroq, bor tabiiy buloqlar tezligi va energiyasi kollayderga qaraganda ancha yuqori bo'lgan zarralar (qarang: Zevatron). Bunday tabiiy zarralar kosmik nurlarda uchraydi. Yer sayyorasining yuzasi bu nurlardan qisman himoyalangan, ammo atmosferadan o'tib, kosmik nurlarning zarralari havo atomlari va molekulalari bilan to'qnashadi. Ushbu tabiiy to'qnashuvlar natijasida Yer atmosferasida ko'plab barqaror va beqaror zarralar tug'iladi. Natijada, tabiiy radiatsion fon. Xuddi shu narsa (elementar zarralar va atomlarning to'qnashuvi) LHCda ham sodir bo'ladi, lekin past tezlik va energiya bilan va juda kichikroq miqdorda.

mikroskopik qora tuynuklar

Agar qora tuynuklar elementar zarrachalarning toʻqnashuvi vaqtida yaratilishi mumkin boʻlsa, ular ham kvant mexanikasining eng asosiy tamoyillaridan biri boʻlgan CPT oʻzgarmasligi tamoyiliga muvofiq elementar zarrachalarga aylanadi.

Bundan tashqari, agar barqaror qora mikro tuynuklar mavjudligi haqidagi gipoteza to'g'ri bo'lsa, ular Yerni kosmik elementar zarralar tomonidan bombardimon qilinishi natijasida ko'p miqdorda hosil bo'lar edi. Ammo kosmosdan keladigan yuqori energiyali elementar zarralarning aksariyati elektr zaryadiga ega, shuning uchun ba'zi qora tuynuklar elektr zaryadlangan bo'lar edi. Bu zaryadlangan qora tuynuklar qo'lga olinadi magnit maydon Yer va agar ular haqiqatan ham xavfli bo'lsa, Yerni allaqachon yo'q qilgan bo'lar edi. Qora tuynuklarni elektr neytral holga keltiradigan Shvimmer mexanizmi Xoking effektiga juda o'xshaydi va agar Xoking effekti ishlamasa ishlamaydi.

Bundan tashqari, zaryadlangan yoki elektr neytral bo'lgan har qanday qora tuynuklar oq mittilar tomonidan tutiladi va neytron yulduzlari(ular Yer kabi, kosmik nurlanish bilan bombardimon qilingan) va ularni yo'q qildi. Natijada, oq mittilar va neytron yulduzlarning umri amalda kuzatilganidan ancha qisqaroq bo'lar edi. Bundan tashqari, yo'q qilinadigan oq mittilar va neytron yulduzlari amalda kuzatilmaydigan qo'shimcha nurlanish chiqaradi.

Va nihoyat, mikroskopik qora tuynuklarning paydo bo'lishini bashorat qiladigan qo'shimcha fazoviy o'lchamlarga ega bo'lgan nazariyalar, agar qo'shimcha o'lchamlar soni kamida uchta bo'lsa, eksperimental ma'lumotlarga zid kelmaydi. Ammo juda ko'p qo'shimcha o'lchamlar bilan milliardlab yillar o'tishi kerak qora tuynuk yerga katta zarar yetkazadi.

Strapelki

Moskva davlat universiteti Yadro fizikasi ilmiy-tadqiqot instituti fizika-matematika fanlari doktori Eduard Bus qarama-qarshi fikrlarga ega, LHCda makroskopik qora tuynuklar paydo bo'lishini, demak, “chuvalchanglar” va vaqt sayohatini inkor etadi.

Eslatmalar

1. LHC bo'yicha yakuniy qo'llanma (inglizcha) P. 30.
2. LHC: asosiy faktlar. "Katta fanning elementlari". 2008-yil 15-sentabrda olindi.
3. Tevatron Electroweak ishchi guruhi, Yuqori kichik guruh
4. LHC sinxronizatsiya sinovi muvaffaqiyatli
5. Inyeksiya tizimining ikkinchi sinovi vaqti-vaqti bilan o'tkazildi, ammo maqsadga erishildi. "Katta fanning elementlari" (2008 yil 24 avgust). 2008-yil 6-sentyabrda olindi.
6. LHC muhim kuni tez boshlanadi
7. LHC-tezlashtiruvchi fanda birinchi nur.
8. LHC jamoasi uchun topshiriq tugallandi. physicsworld.com. 2008-yil 12-sentabrda olindi.
9. LHCda barqaror aylanma nur ishga tushirildi. "Katta fanning elementlari" (2008 yil 12 sentyabr). 2008-yil 12-sentabrda olindi.
10. Katta adron kollayderidagi hodisa tajribalarni cheksiz muddatga kechiktiradi. "Katta fanning elementlari" (2008 yil 19 sentyabr). 2008-yil 21-sentabrda olindi.
11. Katta adron kollayderi bahorgacha ishlamaydi - CERN. RIA Novosti (2008 yil 23 sentyabr). 2008-yil 25-sentabrda olindi.
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. Zararlangan magnitlarni ta'mirlash oldindan o'ylangandan ko'ra kengroq bo'ladi. "Katta fanning elementlari" (2008 yil 9 noyabr). 2008 yil 12-noyabrda olindi.
16. 2009 yil uchun taqvim. "Katta fan elementlari" (2009 yil 18 yanvar). 2009 yil 18 yanvarda olindi.
17. CERN press-relizi
18. Yirik adron kollayderining 2009-2010 yillarga mo‘ljallangan ish rejasi tasdiqlandi. "Katta fanning elementlari" (2009 yil 6 fevral). 2009-yil 5-aprelda olindi.
19. LHC tajribalari.
20. Pandora qutisi ochiladi. Vesti.ru (2008 yil 9 sentyabr). 2008-yil 12-sentabrda olindi.
21. Zarrachalar to'qnashuvi tajribalarida xavf ehtimoli
22. Dimopulos S., Landsberg G. Katta adron kollayderidagi qora tuynuklar fizik. Rev. Lett. 87 (2001)
23. Blaizot J.-P. va boshqalar. LHCda og'ir ionli to'qnashuvlar paytida potentsial xavfli hodisalarni o'rganish.
24. LHC to'qnashuvlari xavfsizligini ko'rib chiqish LHC xavfsizlikni baholash guruhi
25. Akseleratorlarning xavf-xatarlarini tanqidiy ko'rib chiqish. Proza.ru (2008 yil 23 may). 2008-yil 17-sentabrda olindi.
26. LHCda falokat ehtimoli qanday?
27. Qiyomat kuni
28. Sudyadan dunyoni qutqarishni so'rash va ehtimol yana ko'p narsalar
29. LHC nima uchun xavfsiz bo'lishini tushuntirish
30. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-es.pdf (ispancha)
31. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-de.pdf (nemis)
32. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-fr.pdf (fr)
33. X. Geyselberg. Kvark tomchilarida skrining // Fizika tekshiruvi D. - 1993. - T. 48. - No 3. - S. 1418-1423. DOI: 10.1103/PhysRevD.48.1418
34. M. Alford, K. Rajagopal, S. Reddi, A. Shtayner. G'alati yulduz qobig'i va g'alati qobiqlarning barqarorligi // Amerika jismoniy jamiyati. Fizika tekshiruvi D. - 2006. - 73-jild, 114016. DOI: 10.1103/PhysRevD.73.114016
35. Natalya Leskova.

Ushbu sirli qurilma haqida ko'plab mish-mishlar mavjud, ko'pchilik u Yerni yo'q qilish, sun'iy qora tuynuk yaratish va insoniyatning mavjudligiga chek qo'yishini da'vo qilmoqda. Aslida esa bu qurilma olimlar tomonidan olib borilgan izlanishlar tufayli insoniyatni butunlay yangi bosqichga olib chiqishi mumkin. Ushbu mavzuda men barcha kerakli ma'lumotlarni to'plashga harakat qildim, shunda siz Katta Adron Kollayderi (LHC) nima ekanligi haqida taassurot qoldirasiz.

Shunday qilib, ushbu mavzu Adron Kollayderi haqida bilishingiz kerak bo'lgan hamma narsani o'z ichiga oladi. 2010 yil 30 martda CERNda (Yevropa yadroviy tadqiqotlar tashkiloti) tarixiy voqea bo'lib o'tdi - bir nechta muvaffaqiyatsiz urinishlar va ko'plab yangilanishlardan so'ng atomlarni yo'q qilish uchun dunyodagi eng katta mashinani yaratish yakunlandi. 2009 yilda protonlarning nisbatan past tezlikda to'qnashuvini boshlovchi dastlabki sinovlar o'tkazildi va jiddiy muammolar yuzaga kelmadi. 2010 yilning bahorida o'tkaziladigan favqulodda eksperiment uchun sahna qo'yildi. LHC ning asosiy eksperimental modeli maksimal tezlikda to'qnashadigan ikkita proton nurlarining to'qnashuviga asoslangan. Ushbu kuchli to'qnashuv protonlarni yo'q qiladi, favqulodda energiya va yangi elementar zarralarni yaratadi. Bu yangi atom zarralari nihoyatda beqaror va faqat bir soniya ichida mavjud bo'lishi mumkin. LHC tarkibiga kiruvchi analitik apparat bu hodisalarni yozib olishi va ularni batafsil tahlil qilishi mumkin. Shunday qilib, olimlar qora tuynuklarning paydo bo'lishini taqlid qilishga harakat qilmoqdalar.

2010 yil 30 martda Katta adron kollayderining 27 km tunneliga qarama-qarshi yo'nalishda ikkita proton nurlari otildi. Ular to'qnashuv sodir bo'lgan yorug'lik tezligiga tezlashdi. 7 TeV (7 teraelektronvolts) bo'lgan rekord darajadagi energiya qayd etildi. Bu energiyaning kattaligi rekorddir va juda muhim qadriyatlarga ega. Keling, LHC ning eng muhim tarkibiy qismlari - proton nurlari to'qnashuvi paytida soniyalarning kasrlarida nima sodir bo'lishini qayd qiluvchi sensorlar va detektorlar bilan tanishaylik. 2010 yil 30 martdagi to'qnashuvda markaziy rol o'ynaydigan uchta sensor mavjud - bular kollayderning eng muhim qismlaridan biri bo'lib, ular asosiy rol murakkab CERN tajribalari paytida. Diagrammada asosiy LHC loyihalari bo'lgan to'rtta asosiy tajribaning (ALICE, ATLAS, CMS va LHCb) joylashuvi ko'rsatilgan. Er ostidan 50 dan 150 metrgacha chuqurlikda ulkan datchik-detektorlar uchun maxsus ulkan g'orlar qazilgan.

Keling, ALICE (Katta eksperimental ion kollayderining qisqartmasi) deb nomlangan loyihadan boshlaylik. Bu LHCda qurilgan oltita eksperimental inshootlardan biridir. ALICE og'ir ion to'qnashuvlarini o'rganish uchun tashkil etilgan. Olingan yadroviy moddaning harorati va energiya zichligi glyuon plazmasining tug'ilishi uchun etarli. Suratda ALICE detektori va uning barcha 18 moduli ko‘rsatilgan.


ALICE-dagi ichki kuzatuv tizimi (ITS) olti silindrsimon qatlamli kremniy sensorlardan iborat bo'lib, ular zarba nuqtasini o'rab oladi va paydo bo'ladigan zarrachalarning xususiyatlarini va aniq pozitsiyalarini o'lchaydi. Shu tarzda, tarkibida og'ir kvark bo'lgan zarrachalarni osongina aniqlash mumkin.

Asosiy LHC tajribalaridan biri ham ATLAS hisoblanadi. Tajriba protonlar orasidagi to'qnashuvlarni o'rganish uchun mo'ljallangan maxsus detektorda o'tkaziladi. ATLAS uzunligi 44 metr, diametri 25 metr va og'irligi taxminan 7000 tonnani tashkil qiladi. Proton nurlari tunnel markazida to'qnashadi, bu shu paytgacha qurilgan eng katta va eng murakkab sensor. Sensor protonlar to'qnashuvi paytida va undan keyin sodir bo'lgan hamma narsani ushlaydi. Loyihaning maqsadi koinotimizda ilgari qayd etilmagan va aniqlanmagan zarralarni aniqlashdir.

Kashfiyot va tasdiqlash Xiggs bozoni Katta adron kollayderining asosiy ustuvor yo'nalishi hisoblanadi, chunki bu kashfiyot elementar atom zarralari va standart moddaning kelib chiqishining standart modelini tasdiqlaydi. Kollayder to'liq quvvat bilan ishga tushirilganda, standart modelning yaxlitligi buziladi. Biz xossalarini faqat qisman tushunadigan elementar zarralar o'zlarining strukturaviy yaxlitligini saqlab qololmaydilar. Standart model 1 TeV yuqori energiya chegarasiga ega, bunda zarracha ortib borishi bilan parchalanadi. Energiyasi 7 TeV bo'lgan holda, hozirgi ma'lum bo'lganidan o'n baravar kattaroq bo'lgan zarrachalarni yaratish mumkin edi. To'g'ri, ular juda o'zgaruvchan bo'ladi, lekin ATLAS ularni "yo'qolib ketishdan" oldin bir soniya ichida aniqlash uchun mo'ljallangan.

Ushbu fotosurat Katta adron kollayderining barcha fotosuratlari ichida eng yaxshisi hisoblanadi:

Yilni muon solenoidi ( Yilni muon solenoidi) LHCdagi ikkita ulkan universal zarrachalar detektorlaridan biridir. 38 mamlakatdagi 183 laboratoriya va universitetlardan 3600 ga yaqin olimlar ushbu detektorni quruvchi va boshqaradigan CMS ishini qo'llab-quvvatlamoqda. Solenoid Shveytsariya bilan chegara yaqinida, Frantsiyaning Cessi shahrida er ostida joylashgan. Diagrammada CMS qurilmasi ko'rsatilgan, biz uni batafsilroq muhokama qilamiz.

Ko'pchilik ichki qatlam- Kremniy asosidagi kuzatuvchi. Traker dunyodagi eng katta kremniy sensori hisoblanadi. U 76 million kanalni o'z ichiga olgan 205 m2 silikon datchiklarga ega (taxminan tennis korti maydoni). Kuzatuvchi elektromagnit maydonda zaryadlangan zarrachalar izlarini o'lchash imkonini beradi

Ikkinchi darajadagi elektromagnit kalorimetr. Keyingi darajadagi adron kalorimetri har bir holatda ishlab chiqarilgan alohida adronlarning energiyasini o'lchaydi.

Katta adron kollayderining CMS keyingi qatlami ulkan magnitdir. Katta elektromagnit magnitning uzunligi 13 metr va diametri 6 metrga teng. U niobiy va titandan tayyorlangan sovutilgan rulonlardan iborat. Bu ulkan solenoid magnit ishlaydi to'liq kuch zarracha umrini maksimal darajada oshirish uchun

5-qavat - Muon detektorlari va qaytib bo'yinturug'i. CMS LHC ning energetik to'qnashuvlarida topilishi mumkin bo'lgan turli xil fizika turlarini o'rganish uchun mo'ljallangan. Ushbu tadqiqotning ba'zilari standart model parametrlarining o'lchovlarini tasdiqlash yoki yaxshilashga qaratilgan bo'lsa, boshqalari yangi fizikani izlamoqda.

2010-yil 30-martda o‘tkazilgan tajriba haqida juda kam ma’lumot mavjud, biroq bir fakt aniq ma’lum. CERN xabariga ko'ra, kollayderning uchinchi urinishida misli ko'rilmagan energiya portlashi qayd etilgan, o'shanda protonlar nurlari 27 kilometrlik tunnel atrofida yugurib, keyin yorug'lik tezligida to'qnashgan. Ro'yxatga olingan rekord energiya darajasi hozirgi konfiguratsiyada etkazib bera oladigan maksimal darajada o'rnatildi - taxminan 7 TeV. Aynan shu energiya miqdori Katta portlash boshlanishining dastlabki soniyalariga xos bo'lib, bizning koinotimizning mavjudligini keltirib chiqardi. Dastlab, bunday energiya darajasi kutilmadi, ammo natija barcha kutganlardan oshib ketdi.

Diagrammada ALICE qanday qilib rekord darajadagi 7 TeV energiya ko'tarilishi ko'rsatilgan:

Bu tajriba 2010 yil davomida yuzlab marta takrorlanadi. Bu jarayon qanchalik murakkab ekanligini tushunishingiz uchun biz kollayderdagi zarrachalarning tezlashishiga o'xshashlik keltirishimiz mumkin. Murakkablik nuqtai nazaridan, bu, masalan, Nyufaundlend orolidan ignalarni shunchalik mukammal aniqlik bilan otish bilan tengdirki, bu ignalar Atlantikaning biron bir joyida to'qnashib, butun dunyoni aylanib chiqadi. Asosiy maqsad - elementar zarracha - koinotni qurish uchun standart model asosidagi Xiggs bozonini kashf qilish.

Ushbu barcha tajribalarning muvaffaqiyatli natijasi bilan, 400 GeV (qorong'u materiya deb ataladigan) eng og'ir zarralar dunyosi nihoyat kashf etilishi va o'rganilishi mumkin.

Qisqartirilgan LHC (Large Adron Collider, LHC deb qisqartirilgan) - protonlar va og'ir ionlarni (qo'rg'oshin ionlari) tezlashtirish va ularning to'qnashuvi mahsulotlarini o'rganish uchun mo'ljallangan to'qnashuv nurlaridagi zaryadlangan zarracha tezlatgichi. CERN da qurilgan kollayder ( Yevropa Kengashi yadroviy tadqiqotlar), Jeneva yaqinida, Shveytsariya va Frantsiya chegarasida joylashgan. LHC dunyodagi eng katta eksperimental inshootdir. 100 dan ortiq mamlakatlardan 10 000 dan ortiq olim va muhandislar qurilish va tadqiqotlarda ishtirok etgan va ishtirok etmoqda.

Oʻzining oʻlchamiga koʻra katta nom olgan: tezlatkichning asosiy halqasining uzunligi 26659 m; hadronik - adronlarni, ya'ni kvarklardan tashkil topgan og'ir zarralarni tezlashtirishi tufayli; kollayder (inglizcha collider - kollayder) - zarrachalar nurlarining qarama-qarshi yo'nalishda tezlashishi va maxsus to'qnashuv nuqtalarida to'qnashuvi tufayli.

Texnik xususiyatlari

Tezlatgich tushayotgan zarrachalar massa tizimining markazida umumiy energiyasi 14 TeV (ya'ni 14 teraelektronvolt yoki 14 1012 elektron volt) bo'lgan protonlarni, shuningdek energiyasi 5 GeV (5 109) bo'lgan qo'rg'oshin yadrolari bilan to'qnashishi kerak. elektron volt) to'qnashuvchi nuklonlarning har bir jufti uchun. 2010 yil boshida LHC proton energiyasi bo'yicha oldingi chempiondan - 2011 yil oxirigacha Milliy tezlatgich laboratoriyasida ishlagan proton-antiproton kollayderi Tevatrondan biroz oshib ketgan edi. Enriko Fermi (AQSh). Uskunani sozlash yillar davomida cho'zilganiga va hali tugallanmaganiga qaramay, LHC allaqachon energiya bo'yicha boshqa kollayderlarni, shu jumladan relativistik og'ir ion kollayderini ortda qoldirib, dunyodagi eng yuqori energiya zarralari tezlatgichiga aylandi. RHIC, Brukhaven laboratoriyasida (AQSh) ishlaydi.

Ishlashning birinchi haftalarida LHC ning yorqinligi 1029 zarracha / sm 2 s dan oshmadi, ammo u doimiy ravishda o'sishda davom etmoqda. Maqsad - 1,7·1034 zarracha/sm 2 s nominal yorug'likka erishish, bu kattalik tartibida BaBar (SLAC, AQSh) va Belle (ingliz) (KEK, Yaponiya) yorug'liklariga teng.

Tezlatgich ilgari Katta elektron-pozitron kollayderi egallagan tunnelda joylashgan. Aylanasi 26,7 km bo‘lgan tunnel Fransiya va Shveytsariyada yer ostiga yotqizilgan. Tunnelning chuqurligi 50 dan 175 metrgacha, tunnel halqasi esa yer yuzasiga nisbatan 1,4% ga egilgan. Proton nurlarini ushlab turish, to'g'rilash va fokuslash uchun umumiy uzunligi 22 km dan ortiq bo'lgan 1624 o'ta o'tkazuvchan magnit ishlatiladi. Magnitlar 1,9 K (-271 ° C) haroratda ishlaydi, bu geliyning super suyuqlik haroratidan biroz pastroqdir.

LHC detektorlari

LHC 4 ta asosiy va 3 ta yordamchi detektorga ega:

• ALICE (katta ionli kollayder tajribasi)
• ATLAS (Toroidal LHC apparati)
• CMS (ixcham muon solenoidi)
• LHCb (Katta adron kollayderining go'zallik tajribasi)
• TOTEM (TOTal Elastik va difraksion kesma o'lchovi)
• LHCf (Katta adron kollayderi)
• MoEDAL (LHC da monopol va ekzotika detektori).

ATLAS, CMS, ALICE, LHCb - nurlarning to'qnashuv nuqtalari atrofida joylashgan katta detektorlar. TOTEM va LHCf detektorlari yordamchi bo'lib, mos ravishda CMS va ATLAS detektorlari egallagan nurlarning kesishish joylaridan bir necha o'nlab metr masofada joylashgan va asosiylari bilan birga ishlatiladi.

ATLAS va CMS detektorlari Xiggs bozonini va "nostandart fizikani", xususan, qorong'u materiyani, ALICE - og'ir qo'rg'oshin ionlari to'qnashuvida kvark-glyuon plazmasini, LHCb - fizikani o'rganish uchun mo'ljallangan umumiy maqsadli detektorlardir. b-kvarklardan iborat bo'lib, bu materiya va antimateriya o'rtasidagi farqni yaxshiroq tushunishga imkon beradi, TOTEM zarrachalarning kichik burchaklardagi tarqalishini o'rganish uchun mo'ljallangan, masalan, to'qnashuvsiz yaqin masofalarda sodir bo'ladigan (to'qnashmaydigan zarralar, oldinga). zarralar), bu sizga protonlarning o'lchamlarini aniqroq o'lchash imkonini beradi, shuningdek, kollayderning yorqinligini nazorat qiladi va nihoyat, LHCf - bir xil to'qnashmaydigan zarralar yordamida modellashtirilgan kosmik nurlarni o'rganish uchun.

Sekin-asta harakatlanuvchi og'ir zarralarni qidirish uchun mo'ljallangan ettinchi detektor (tajriba) MoEDAL ham LHC ning ishlashi bilan bog'liq.

Kollayderning ishlashi vaqtida tezlashtirilgan zarrachalar (protonlar yoki yadrolar) turidan qat'i nazar, to'qnashuvlar bir vaqtning o'zida nurlarning kesishishining barcha to'rtta nuqtasida amalga oshiriladi. Shu bilan birga, barcha detektorlar bir vaqtning o'zida statistik ma'lumotlarni to'playdi.

Kollayderdagi zarrachalarning tezlashishi

LHCdagi zarrachalarning to'qnashuvchi nurlardagi tezligi vakuumdagi yorug'lik tezligiga yaqin. Zarrachalarning bunday yuqori energiyaga tezlashishi bir necha bosqichda amalga oshiriladi. Birinchi bosqichda past energiyali Linac 2 va Linac 3 chiziqli tezlatgichlari keyingi tezlashtirish uchun proton va qo'rg'oshin ionlarini AOK qiladi. Keyin zarralar PS kuchaytirgichga, so'ngra PSning (proton sinxrotroni) o'ziga kirib, 28 GeV energiya oladi. Bu energiya bilan ular allaqachon yorug'likka yaqin tezlikda harakat qilmoqdalar. Shundan so'ng SPSda (Proton Super Synchrotron) zarracha tezlashuvi davom etadi, bu erda zarracha energiyasi 450 GeV ga etadi. Keyin protonlar to'dasi 26,7 kilometrlik asosiy halqaga yuborilib, protonlarning energiyasini maksimal 7 TeV ga yetkazadi va to'qnashuv nuqtalarida detektorlar sodir bo'lgan hodisalarni qayd qiladi. Ikki to'qnashuvchi proton nurlari to'liq to'ldirilganda, har birida 2808 to'plam bo'lishi mumkin. Tezlashtirish jarayonini tuzatishning dastlabki bosqichlarida bir necha santimetr uzunlikdagi va kichik ko'ndalang o'lchamdagi to'plamda faqat bitta to'plam aylanadi. Keyin ular pıhtılar sonini ko'paytira boshlaydi. Klasterlar bir-biriga nisbatan qattiq holatda joylashgan bo'lib, ular halqa bo'ylab sinxron harakat qiladi. Muayyan ketma-ketlikdagi bo'laklar zarrachalar detektorlari joylashgan halqaning to'rtta nuqtasida to'qnashishi mumkin.

LHC dagi barcha adron to'plamlarining kinetik energiyasi to'liq to'ldirilganda shunga o'xshashdir. kinetik energiya reaktiv samolyotlar, garchi barcha zarrachalarning massasi nanogramdan oshmasa va hatto ko'rinmasa ham yalang'och ko'z. Bunday energiya yorug'lik tezligiga yaqin bo'lgan zarrachalarning tezligi tufayli erishiladi.

To'plamlar tezlatgichning to'liq aylanasidan 0,0001 sekunddan tezroq o'tadi va shu bilan soniyada 10 mingdan ortiq aylanishni amalga oshiradi.

LHCning maqsad va vazifalari

Katta adron kollayderining asosiy vazifasi 10–19 m dan kam masofada dunyomizning tuzilishini aniqlash, uni bir necha TeV energiyaga ega zarralar bilan "tekshirish" dir. Bugungi kunga kelib, fiziklar ushbu miqyosda ma'lum bir "haqiqatning yangi qatlamini" ochishlari kerakligi haqida ko'plab bilvosita dalillar to'plangan, uni o'rganish fundamental fizikaning ko'plab savollariga javob beradi. Haqiqatning bu qatlami qanday bo'lishi oldindan ma'lum emas. Albatta, nazariyotchilar bir necha TeV ning to'qnashuv energiyasida kuzatilishi mumkin bo'lgan yuzlab turli xil hodisalarni taklif qilishgan, ammo bu tajriba tabiatda nima sodir bo'lishini ko'rsatadi.

Yangi fizikani izlash Standart modelni elementar zarrachalarning yakuniy nazariyasi deb hisoblash mumkin emas. Bu mikrodunyo tuzilishining chuqurroq nazariyasining bir qismi bo'lishi kerak, bu qism 1 TeV dan past energiyalarda kollayder tajribalarida ko'rinadi. Bunday nazariyalar birgalikda "deb ataladi. Yangi fizika ' yoki 'Standart modeldan tashqari'. Katta adron kollayderining asosiy vazifasi, hech bo'lmaganda, bu chuqurroq nazariya nima ekanligi haqida birinchi maslahatlarni olishdir. Fundamental o'zaro ta'sirlarni bir nazariyada yanada birlashtirish uchun turli xil yondashuvlar qo'llaniladi: M-nazariyasida ishlab chiqilgan simlar nazariyasi (brana nazariyasi), o'ta tortishish nazariyasi, halqa kvant tortishish kuchi va boshqalar. Ulardan ba'zilarida ichki muammolar mavjud va ularning hech birida yo'q. eksperimental tasdiqlash. Muammo shundaki, tegishli tajribalarni o'tkazish uchun zamonaviy zarracha tezlatgichlarida erishib bo'lmaydigan energiya kerak. LHC ilgari imkonsiz bo'lgan tajribalarni amalga oshirishga imkon beradi va ehtimol bu nazariyalarning ba'zilarini tasdiqlaydi yoki rad etadi. Shunday qilib, o'lchamlari to'rtdan katta bo'lgan fizik nazariyalarning butun majmuasi mavjud bo'lib, ular "supersimmetriya" mavjudligini ko'rsatadi - masalan, torlar nazariyasi, ba'zida supersimmetriyasiz u o'zining jismoniy ma'nosini yo'qotganligi sababli superstring nazariyasi deb ataladi. Shunday qilib, supersimmetriya mavjudligini tasdiqlash bu nazariyalarning haqiqatini bilvosita tasdiqlaydi. Yuqori kvarklarni o'rganish Yuqori kvark eng og'ir kvark va bundan tashqari, u hozirgacha topilgan eng og'ir elementar zarradir. Tevatronning so'nggi natijalariga ko'ra, uning massasi 173,1 ± 1,3 GeV/c 2 ni tashkil qiladi. Katta massasi tufayli yuqori kvark hozirgacha faqat bitta tezlatkichda, Tevatronda kuzatilgan, boshqa tezlatgichlarda esa uni ishlab chiqarish uchun energiya yetishmas edi. Bundan tashqari, top kvarklar fiziklarni nafaqat o'z-o'zidan, balki Xiggs bozonini o'rganish uchun "ishchi vosita" sifatida ham qiziqtiradi. LHCda Xiggs bozonini ishlab chiqarishning eng muhim kanallaridan biri bu yuqori kvark-antikvark juftligi bilan birgalikda assotsiativ ishlab chiqarishdir. Bunday hodisalarni fondan ishonchli ajratish uchun birinchi navbatda yuqori kvarklarning xususiyatlarini o'rganish kerak. Elektrozaif simmetriya mexanizmini o‘rganish Loyihaning asosiy maqsadlaridan biri shotland fizigi Piter Xiggs tomonidan 1964 yilda Standart Model doirasida bashorat qilgan zarracha Xiggs bozonining mavjudligini eksperimental tarzda isbotlashdan iborat. Xiggs bozoni Xiggs maydoni deb ataladigan kvant bo'lib, u orqali o'tayotganda zarralar qarshilik ko'rsatadi, biz buni massaga tuzatish sifatida ko'rsatamiz. Bozonning oʻzi beqaror va katta massaga ega (120 GeV/c2 dan ortiq). Darhaqiqat, fiziklarni Xiggs bozonining o'zi emas, balki elektrozaif o'zaro ta'sirning simmetriya buzilishining Xiggs mexanizmi qiziqtiradi. Kvark-glyuon plazmasini o'rganish Yadro to'qnashuvi rejimida tezlatgichda yiliga taxminan bir oy o'tishi kutilmoqda. Ushbu oy davomida kollayder tezlashadi va detektorlarda protonlarda emas, balki qo'rg'oshin yadrolarida to'qnashadi. Ikki yadroning ultrarelativistik tezlikda elastik bo'lmagan to'qnashuvida qisqa vaqt ichida zich va juda issiq bo'lak yadro materiya hosil bo'ladi va keyin parchalanadi. Bu holda sodir bo'ladigan hodisalarni (moddaning kvark-glyuon plazmasi holatiga o'tishi va uning sovishi) tushunish kuchli o'zaro ta'sirlarning yanada mukammal nazariyasini yaratish uchun zarur bo'lib, bu yadro fizikasi uchun ham, astrofizika uchun ham foydali bo'ladi. Supersimmetriyani izlash Birinchi muhim ilmiy yutuq LHCdagi tajribalar "supersimmetriya" ni isbotlashi yoki rad etishi mumkin - bu har qanday nazariyani elementar zarracha ancha og'irroq sherigi yoki "superzarrasi" bor. Foton-adron va foton-foton to'qnashuvlarini o'rganish Elektromagnit o'zaro ta'sir zarralar (ba'zi hollarda virtual) fotonlarning almashinuvi sifatida tavsiflanadi. Boshqacha qilib aytganda, fotonlar tashuvchilardir elektromagnit maydon. Protonlar elektr zaryadlangan va elektrostatik maydon bilan o'ralgan, mos ravishda bu maydon virtual fotonlar buluti sifatida qaralishi mumkin. Har qanday proton, ayniqsa relyativistik proton, virtual zarralar bulutini o'z ichiga oladi tarkibiy qismi. Protonlar bir-biri bilan to'qnashganda, protonlarning har birini o'rab turgan virtual zarralar ham o'zaro ta'sir qiladi. Matematik nuqtai nazardan, zarrachalarning o'zaro ta'sir qilish jarayoni uzoq qator tuzatishlar bilan tavsiflanadi, ularning har biri ma'lum turdagi virtual zarralar yordamida o'zaro ta'sirni tavsiflaydi (qarang: Feynman diagrammalari). Shunday qilib, protonlarning to'qnashuvini o'rganishda nazariy fizika uchun katta qiziqish uyg'otadigan materiyaning yuqori energiyali fotonlar bilan o'zaro ta'siri ham bilvosita o'rganiladi. Reaksiyalarning maxsus klassi ham ko'rib chiqiladi - ikkita fotonning to'g'ridan-to'g'ri o'zaro ta'siri, ular ikkalasi ham yaqinlashib kelayotgan proton bilan to'qnashib, tipik foton-adron to'qnashuvlarini keltirib chiqaradigan va bir-biri bilan to'qnashadi. Katta tufayli yadroviy to'qnashuvlar rejimida elektr zaryadi yadro, elektromagnit jarayonlarning ta'siri yanada muhimroqdir. Ekzotik nazariyalarni sinab ko'rish 20-asrning oxirida nazariyotchilar dunyoning tuzilishi haqida birgalikda "ekzotik modellar" deb ataladigan juda ko'p g'ayrioddiy g'oyalarni ilgari surdilar. Bularga 1 TeV miqyosdagi kuchli tortishish nazariyalari, ko'p sonli fazoviy o'lchamli modellar, kvarklar va leptonlarning o'zi zarrachalardan tashkil topgan preon modellari, o'zaro ta'sirning yangi turlariga ega modellar kiradi. Gap shundaki, to'plangan eksperimental ma'lumotlar hali ham yagona nazariyani yaratish uchun etarli emas. Va bu nazariyalarning barchasi mavjud eksperimental ma'lumotlarga mos keladi. Ushbu nazariyalar LHC uchun aniq bashorat qilishlari mumkinligi sababli, eksperimentchilar bashoratlarni sinab ko'rishni va o'z ma'lumotlarida ma'lum nazariyalarning izlarini izlashni rejalashtirmoqda. Tezlatgichda olingan natijalar nazariyotchilarning tasavvurini cheklab, taklif qilingan konstruktsiyalarning bir qismini yopishi kutilmoqda. Boshqalar Shuningdek, kutilayotgan kashfiyot jismoniy hodisalar Standart modeldan tashqarida. W va Z bozonlarining xossalarini, oʻta yuqori energiyadagi yadroviy oʻzaro taʼsirlarni, ogʻir kvarklarning (b va t) hosil boʻlish va yemirilish jarayonlarini oʻrganish rejalashtirilgan.

"Katta adron kollayderi" iborasi ommaviy axborot vositalarida shu qadar chuqur o'rin olganki, ko'pchilik bu ob'ekt haqida, shu jumladan faoliyati elementar zarralar fizikasi va umuman fan bilan bog'liq bo'lmaganlar haqida bilishadi.

Darhaqiqat, bunday keng ko'lamli va qimmat loyihani ommaviy axborot vositalari e'tibordan chetda qoldirib bo'lmaydi - uzunligi qariyb 27 kilometr bo'lgan, o'nlab milliard dollarga teng bo'lgan halqa o'rnatish, u bilan butun dunyodan bir necha ming tadqiqotchilar ishlaydi. . Kollayderning mashhurligiga katta hissa qo'shgan "Xudo zarrasi" yoki Xiggs bozoni muvaffaqiyatli reklama qilingan va buning uchun Piter Xiggs olgan. nobel mukofoti 2013 yilda fizika fanidan.

Avvalo shuni ta'kidlash kerakki, Katta adron kollayderi noldan qurilgan emas, balki o'zidan oldingi Katta elektron-pozitron kollayderi (katta elektron-pozitron kollayderi yoki LEP) o'rnida paydo bo'lgan. 27 kilometrlik tunnel ustida ish 1983 yilda boshlangan bo'lib, u erda kelajakda elektron va pozitronlar o'rtasida to'qnashuvni amalga oshiradigan tezlatgichni joylashtirish rejalashtirilgan edi. 1988 yilda halqali tunnel yopildi, ishchilar tunnelga shu qadar ehtiyotkorlik bilan yaqinlashdilarki, tunnelning ikki uchi orasidagi farq atigi 1 santimetr edi.

Tezlatgich 2000-yil oxirigacha ishladi, u 209 GeV quvvatining eng yuqori nuqtasiga yetdi. Shundan so'ng uni demontaj qilish boshlandi. O'zining o'n bir yillik faoliyati davomida LEP fizikaga bir qator kashfiyotlar, jumladan, W va Z bozonlarining ochilishi va ularning keyingi tadqiqotlari olib keldi. Ushbu tadqiqotlar natijalariga ko'ra, elektromagnit va zaif o'zaro ta'sir mexanizmlari o'xshash degan xulosaga keldi, buning natijasida nazariy ish bu o'zaro ta'sirlarni elektrozaifga birlashtirib.

2001 yilda elektron-pozitron tezlatgichi joylashgan joyda Katta adron kollayderining qurilishi boshlandi. Yangi tezlatgichning qurilishi 2007 yil oxirida yakunlandi. U LEP saytida - Frantsiya va Shveytsariya o'rtasidagi chegarada, Jeneva ko'li vodiysida (Jenevadan 15 km uzoqlikda), yuz metr chuqurlikda joylashgan edi. 2008 yil avgust oyida kollayderning sinovlari boshlandi va 10 sentyabrda LHC ning rasmiy ishga tushirilishi bo'lib o'tdi. Oldingi tezlatgichda bo'lgani kabi, ob'ektni qurish va ishlatishga rahbarlik qiladi Yevropa tashkiloti yadroviy tadqiqotlar uchun - CERN.

CERN

Qisqacha aytganda, CERN (Conseil Européenne pour la Recherche Nucléaire) tashkilotini eslatib o'tish kerak. Bu tashkilot yuqori energiya fizikasi sohasida dunyodagi eng yirik laboratoriya vazifasini bajaradi. U uch ming doimiy xodimlarni o'z ichiga oladi va CERN loyihalarida 80 mamlakatdan yana bir necha ming tadqiqotchi va olimlar ishtirok etadi.

Ustida bu daqiqa Loyiha ishtirokchilari 22 davlat: Belgiya, Daniya, Fransiya, Germaniya, Gretsiya, Italiya, Niderlandiya, Norvegiya, Shvetsiya, Shveytsariya, Buyuk Britaniya – asoschilar, Avstriya, Ispaniya, Portugaliya, Finlyandiya, Polsha, Vengriya, Chexiya, Slovakiya , Bolgariya va Ruminiya - qo'shildi. Biroq, yuqorida aytib o'tilganidek, tashkilot ishida, xususan, Katta adron kollayderida yana bir necha o'nlab mamlakatlar qandaydir tarzda ishtirok etadilar.

Katta adron kollayderi qanday ishlaydi?

Katta adron kollayderi nima va u qanday ishlaydi - jamoatchilikni qiziqtirgan asosiy savollar. Keling, ushbu savollarni batafsil ko'rib chiqaylik.

Kollayder (kollayder) - ingliz tilidan tarjima qilingan "itaruvchi" degan ma'noni anglatadi. Bunday o'rnatishning vazifasi zarrachalarning to'qnashuvidir. Adron kollayderida zarralar rolini adronlar - kuchli o'zaro ta'sirda ishtirok etuvchi zarralar bajaradi. Bular protonlar.

Protonlarni olish

Protonlarning uzoq yo'li duoplazmatronda - tezlatgichning birinchi bosqichida boshlanadi, bu erda vodorod gaz shaklida kiradi. Duoplazmatron - bu gaz orqali elektr zaryadsizlanishi amalga oshiriladigan zaryadsizlanish kamerasi. Shunday qilib, faqat bitta elektron va bitta protondan iborat vodorod elektronini yo'qotadi. Shunday qilib, plazma hosil bo'ladi - zaryadlangan zarrachalardan tashkil topgan modda - protonlar. Albatta, sof proton plazmasini olish qiyin, shuning uchun bulutni ham o'z ichiga olgan plazma hosil bo'ladi. molekulyar ionlar va elektronlar, proton bulutini ajratish uchun filtrlanadi. Magnitlar ta'sirida proton plazmasi nurga o'raladi.

Zarrachalarning oldindan tezlashishi

Yangi hosil bo'lgan proton nurlari bir nechta ichi bo'sh silindrsimon elektrodlar (o'tkazgichlar) bilan ketma-ket osilgan 30 metrli halqa bo'lgan LINAC 2 chiziqli tezlatgichida o'z sayohatini boshlaydi. Tezlatgich ichida hosil bo'lgan elektrostatik maydon shunday darajaga egaki, ichi bo'sh silindrlar orasidagi zarralar har doim keyingi elektrod tomon tezlashtiruvchi kuchni boshdan kechiradi. Ushbu bosqichda proton tezlashuvi mexanizmini to'liq o'rganmasdan, biz shuni ta'kidlaymizki, LINAC 2 dan chiqishda fiziklar yorug'lik tezligining 31% ga yetadigan 50 MeV energiyaga ega protonlar nurini olishadi. Shunisi e'tiborga loyiqki, bu holda zarrachalarning massasi 5% ga oshadi.

2019-2020 yillarga kelib LINAC 2 ni LINAC 4 ga almashtirish rejalashtirilgan, bu esa protonlarni 160 MeV gacha tezlashtiradi.

Shuni ta'kidlash kerakki, qo'rg'oshin ionlari ham kollayderda tezlashadi, bu esa kvark-glyon plazmasini o'rganish imkonini beradi. Ular LINAC 2 ga o'xshash LINAC 3 halqasida tezlashtirilgan. Kelajakda argon va ksenon bilan tajribalar ham rejalashtirilgan.

Keyinchalik, proton paketlari proton-sinxron kuchaytirgichga (PSB) kiradi. U diametri 50 metr bo'lgan to'rtta o'rnatilgan halqalardan iborat bo'lib, ularda elektromagnit rezonatorlar joylashgan. Ular yaratgan elektromagnit maydon yuqori intensivlikka ega va u orqali o'tadigan zarracha maydon potentsiallari farqi natijasida tezlashadi. Shunday qilib, atigi 1,2 soniyadan so'ng, zarralar PSBda yorug'lik tezligining 91% gacha tezlashadi va 1,4 GeV energiyaga etadi, shundan so'ng ular proton sinxrotroniga (PS) kiradi. PS diametri 628 metr bo‘lib, zarrachalar nurini aylana orbita bo‘ylab boshqarish uchun 27 ta magnit bilan jihozlangan. Bu erda zarracha protonlari 26 GeV ga etadi.

Tezlashtiruvchi protonlar uchun oxirgidan oldingi halqa Superproton Sinxrotron (SPS) bo'lib, uning aylanasi 7 kilometrga etadi. 1317 magnit bilan jihozlangan SPS zarrachalarni 450 GeV energiyagacha tezlashtiradi. Taxminan 20 daqiqadan so'ng proton nurlari asosiy halqaga - Katta adron kollayderiga (LHC) kiradi.

LHCda zarrachalarning tezlashishi va to'qnashuvi

Tezlatgichlarning halqalari orasidagi o'tish kuchli magnitlar tomonidan yaratilgan elektromagnit maydonlar orqali sodir bo'ladi. Asosiy kollayder halqa ikkita parallel chiziqdan iborat bo'lib, ularda zarralar halqa orbitasi bo'ylab qarama-qarshi yo'nalishda harakat qiladi. Taxminan 10 000 magnit zarrachalarning dumaloq traektoriyasini saqlab turish va ularni to'qnashuv nuqtalariga yo'naltirish uchun javobgardir, ularning ba'zilari og'irligi 27 tonnagacha. Magnitlarning haddan tashqari qizib ketishiga yo'l qo'ymaslik uchun geliy-4 sxemasidan foydalaniladi, u orqali -271,25 ° C (1,9 K) haroratda taxminan 96 tonna modda oqadi. Protonlar 6,5 TeV energiyasiga (ya'ni to'qnashuv energiyasi 13 TeV) etadi, ularning tezligi esa yorug'lik tezligidan 11 km / soat kamroq. Shunday qilib, protonlar nurlari kollayderning katta halqasidan sekundiga 11000 marta o'tadi. Zarrachalar to'qnashguncha, ular halqa atrofida 5 dan 24 soatgacha aylanadi.

Zarrachalarning to'qnashuvi LHC ning asosiy halqasining to'rt nuqtasida sodir bo'ladi, bu erda to'rtta detektor joylashgan: ATLAS, CMS, ALICE va LHCb.

Katta adron kollayderining detektorlari

ATLAS (Toroidal LHC apparati)

Katta adron kollayderidagi (LHC) ikkita umumiy maqsadli detektorlardan biri. U Xiggs bozonini qidirishdan tortib, qorong'u materiyani tashkil eta oladigan zarrachalargacha bo'lgan fizikaning keng doirasini o'rganadi. U CMS tajribasi bilan bir xil ilmiy maqsadlarga ega bo'lsa-da, ATLAS turli xil texnik echimlar va boshqa magnit tizim dizaynidan foydalanadi.

LHC zarrachalari nurlari ATLAS detektorining markazida to'qnashib, barcha yo'nalishlarda to'qnashuv nuqtasidan uchib chiqadigan yangi zarralar ko'rinishida kelayotgan qoldiqlarni hosil qiladi. Ta'sir nuqtasi atrofida qatlamlarga joylashtirilgan olti xil aniqlash quyi tizimi zarrachalarning yo'llarini, momentumini va energiyasini qayd etib, ularni alohida aniqlash imkonini beradi. Magnitlarning ulkan tizimi zaryadlangan zarrachalarning yo'llarini egib, ularning impulslarini o'lchash mumkin.

ATLAS detektoridagi o'zaro ta'sirlar juda katta hajmdagi ma'lumotlarni yaratadi. Ushbu ma'lumotlarni qayta ishlash uchun ATLAS detektorga qaysi hodisalarni yozib olish va qaysi birini e'tiborsiz qoldirish kerakligini aytadigan ilg'or "trigger" tizimidan foydalanadi. Keyin ro'yxatga olingan to'qnashuv hodisalarini tahlil qilish uchun, murakkab tizimlar ma'lumotlarni yig'ish va hisoblash.

Detektorning balandligi 46 metr va kengligi 25 metr, massasi esa 7000 tonnani tashkil qiladi. Bu parametrlar ATLASni hozirgacha yaratilgan eng katta zarracha detektoriga aylantiradi. U 100 m chuqurlikdagi tunnelda, Shveytsariyaning Meyrin qishlog'i yaqinida, asosiy CERN inshooti yaqinida joylashgan. O'rnatish 4 ta asosiy komponentdan iborat:

• Ichki detektor silindrsimon, ichki halqa o'tayotgan zarrachalar nurining o'qidan atigi bir necha santimetr, tashqi halqaning diametri 2,1 metr va uzunligi 6,2 metr. U magnit maydonga botirilgan uch xil sensorli tizimdan iborat. Ichki detektor har bir proton-proton to'qnashuvida hosil bo'lgan elektr zaryadlangan zarrachalarning yo'nalishini, momentumini va zaryadini o'lchaydi. Ichki detektorning asosiy elementlari quyidagilardir: piksel detektori (Pixel Detector), yarim o'tkazgichni kuzatish tizimi (Semi-Conductor Tracker, SCT) va o'tish radiatsiya kuzatuvchisi (TRT).

• Kalorimetrlar zarracha detektordan o'tayotganda yo'qotadigan energiyani o'lchaydi. U to'qnashuv paytida paydo bo'ladigan zarralarni o'zlashtiradi va shu bilan ularning energiyasini mustahkamlaydi. Kalorimetrlar yuqori zichlikdagi "yutuvchi" material - qo'rg'oshin qatlamlaridan iborat bo'lib, "faol muhit" - suyuq argon qatlamlari bilan almashtiriladi. Elektromagnit kalorimetrlar elektronlar va fotonlar moddalar bilan o'zaro ta'sirlashganda ularning energiyasini o'lchaydi. Adron kalorimetrlari atom yadrolari bilan o'zaro ta'sir qilishda adronlarning energiyasini o'lchaydi. Kalorimetrlar ko'pchilik ma'lum zarralarni to'xtata oladi, muon va neytrinolardan tashqari.

LAr (Suyuq Argon Kalorimetri) - ATLAS kalorimetri

• Muon spektrometri - 4000 ta alohida muon kameralaridan iborat bo'lib, to'rt xil texnologiyadan foydalanib, muonlarni aniqlash va ularning impulslarini o'lchash. Myuonlar odatda ichki detektor va kalorimetrdan o'tadi va shuning uchun muon spektrometri talab qilinadi.

• ATLAS magnit tizimi detektor tizimlarining turli qatlamlari atrofida zarrachalarni egib, zarracha izlarini kuzatishni osonlashtiradi.

ATLAS tajribasida (2012 yil fevral) 38 mamlakatdagi 174 ta muassasadan 3000 dan ortiq olimlar ishlaydi.

CMS (ixcham muon solenoidi)

Katta adron kollayderining (LHC) umumiy maqsadli detektori. ATLAS singari, u standart modelni (jumladan, Xiggs bozonini) o'rganishdan tortib, qorong'u materiyani tashkil eta oladigan zarralarni qidirishgacha bo'lgan keng fizika dasturiga ega. ATLAS tajribasi bilan bir xil ilmiy maqsadlarga ega bo'lsa-da, CMS turli xil texnik echimlar va boshqa magnit tizim dizaynidan foydalanadi.

CMS detektori ulkan solenoid magnit atrofida qurilgan. Bu silindrsimon supero'tkazuvchi kabel bo'lib, u 4 Tesla maydonini hosil qiladi, bu Yerning magnit maydonidan taxminan 100 000 marta ko'p. Maydon detektorning eng massiv komponenti bo'lgan, massasi 14000 tonna bo'lgan po'lat "bo'yinturuq" bilan chegaralangan. To'liq detektor uzunligi 21 m, kengligi 15 m va balandligi 15 m. O'rnatish 4 ta asosiy komponentdan iborat:

• Solenoid magnit dunyodagi eng katta magnit bo'lib, u ta'sir nuqtasidan chiqarilgan zaryadlangan zarrachalarning traektoriyasini egish uchun xizmat qiladi. Traektoriyaning buzilishi musbat va manfiy zaryadlangan zarralarni (chunki ular qarama-qarshi yo'nalishda egilib) farqlash, shuningdek, kattaligi traektoriyaning egriligiga bog'liq bo'lgan impulsni o'lchash imkonini beradi. Solenoidning katta o'lchami sizga treker va kalorimetrlarni lasan ichiga joylashtirish imkonini beradi.
• Silikon kuzatuvchisi - konsentrik qatlamlarda joylashgan 75 million individual elektron sensorlardan iborat. Zaryadlangan zarracha treker qatlamlari bo‘ylab uchib o‘tganda, u energiyaning bir qismini har bir qatlamga o‘tkazadi, bu zarrachalar to‘qnashuv nuqtalarini turli qatlamlar bilan birlashtirish uning traektoriyasini yanada aniqlash imkonini beradi.
• Kalorimetrlar - elektron va hadronik, ATLAS kalorimetrlariga qarang.
• Sub-detektorlar - muonlarni aniqlash imkonini beradi. G'altakning tashqarisida qatlamlarda joylashgan, "hamut" ning metall plitalari bilan almashinadigan 1400 muon kameralari bilan ifodalanadi.

CMS tajribasi eng yirik xalqaro tajribalardan biridir ilmiy tadqiqot 4300 kishi ishtirok etgan tarix bo'yicha: zarrachalar fiziklari, muhandislar va texniklar, 182 ta muassasa, 42 mamlakatdan talabalar va yordamchi xodimlar (2014 yil fevral).

ALICE (katta ionli kollayder tajribasi)

- Katta adron kollayderining (LHC) halqalaridagi og'ir ion detektori. U o'ta energiya zichligida kuchli o'zaro ta'sir qiluvchi moddalar fizikasini o'rganish uchun mo'ljallangan, bu erda materiyaning kvark-glyuon plazmasi deb ataladigan fazasi hosil bo'ladi.

Hozirgi koinotdagi barcha oddiy moddalar atomlardan tashkil topgan. Har bir atomda proton va neytronlardan tashkil topgan yadro (neytronlari bo'lmagan vodoroddan tashqari) elektronlar buluti bilan o'ralgan. Protonlar va neytronlar, o'z navbatida, glyuonlar deb ataladigan boshqa zarralar bilan bog'langan kvarklardan iborat. Hech qachon kvark alohida holatda kuzatilmagan: kvarklar, shuningdek, glyuonlar doimiy ravishda bir-biriga bog'langan va proton va neytron kabi birikma zarrachalari ichida chegaralangan ko'rinadi. Bu qamoqqa olish deb ataladi.

LHCdagi to'qnashuvlar Quyosh markazidagidan 100 000 marta issiqroq haroratni yaratadi. Kollayder qo'rg'oshin ionlari o'rtasidagi to'qnashuvlarni ta'minlaydi va Katta portlashdan keyin darhol sodir bo'lgan sharoitlarga o'xshash sharoitlarni yaratadi. Bunday ekstremal sharoitda proton va neytronlar "eriydi", kvarklarni glyuonlar bilan bog'lanishdan ozod qiladi. Bu kvark-glyuon plazmasi.

ALICE tajribasida uzunligi 26 m, balandligi 16 m va kengligi 16 m bo'lgan 10 000 tonna ALICE detektoridan foydalaniladi. Qurilma uchta asosiy komponentlar to'plamidan iborat: kuzatuv moslamalari, kalorimetrlar va zarrachalarni aniqlash detektorlari. Shuningdek, u 18 ta modulga bo'lingan. Detektor Frantsiyaning Sen-Deni-Pouilli qishlog'i yaqinida, 56 m chuqurlikdagi tunnelda joylashgan.

Tajribada dunyoning 30 ta davlatidagi 100 dan ortiq fizika institutlaridan 1000 dan ortiq olimlar ishtirok etmoqda.

LHCb (Katta adron kollayderining go'zallik tajribasi)

Tajriba "go'zallik kvarki" yoki "b-kvark" deb ataladigan zarracha turini o'rganish orqali materiya va antimateriya o'rtasidagi kichik farqlarni o'rganadi.

Butun ta'sir nuqtasini ATLAS va CMS kabi yopiq detektor bilan o'rab olish o'rniga, LHCb tajribasi asosan oldinga siljigan zarralarni - bir yo'nalishdagi to'qnashuv natijasida oldinga yo'naltirilganlarni aniqlash uchun bir qator pastki detektorlardan foydalanadi. Birinchi subdetektor to'qnashuv nuqtasiga yaqin joyda o'rnatiladi, qolganlari esa 20 metr masofada birin-ketin.

Har xil turdagi kvarklarning ko'pligi LHCda ular boshqa shakllarga tez parchalanishidan oldin hosil bo'ladi. B-kvarklarni ushlash uchun LHCb uchun zarrachalar nurining kollayder orqali harakatiga yaqin joylashgan murakkab harakatlanuvchi kuzatuv detektorlari ishlab chiqilgan.

5600 tonnalik LHCb detektori to'g'ridan-to'g'ri spektrometr va tekis detektorlardan iborat. Uning uzunligi 21 metr, balandligi 10 metr va eni 13 metr bo'lib, 100 metr yer ostida joylashgan. LHCb tajribasida 66 ta turli institut va universitetlardan 700 ga yaqin olimlar ishtirok etmoqda (2013 yil oktyabr).

Kollayderda boshqa tajribalar

Katta adron kollayderidagi yuqoridagi tajribalarga qo'shimcha ravishda, sozlash bilan bog'liq yana ikkita tajriba mavjud:

• LHCf (katta adron kollayderi)- zarrachalar nurlari to'qnashgandan keyin oldinga tashlangan zarralarni o'rganadi. Ular kosmik nurlarga taqlid qilishadi, olimlar ularni tajriba doirasida o'rganmoqdalar. Kosmik nurlar - bu kosmosdan tabiiy zaryadlangan zarralar bo'lib, ular doimo Yer atmosferasini bombardimon qiladilar. Ular atmosferaning yuqori qatlamlaridagi yadrolar bilan to'qnashib, yer darajasiga yetib boradigan zarrachalar kaskadini keltirib chiqaradi. LHC ichidagi to'qnashuvlar bunday zarrachalar kaskadlarini qanday hosil qilishini o'rganish fiziklarga minglab kilometrlarni qamrab oladigan keng ko'lamli kosmik nurlar tajribalarini izohlash va kalibrlashda yordam beradi.

LHCf ikkita detektordan iborat bo'lib, ular LHC bo'ylab, ATLAS to'qnashuv nuqtasining har ikki tomonida 140 metr masofada joylashgan. Ikki detektorning har birining vazni atigi 40 kilogramm, uzunligi 30 sm, balandligi 80 sm va kengligi 10 sm. LHCf eksperimentida 5 mamlakatdagi 9 ta muassasadan 30 nafar olim ishtirok etadi (2012 yil noyabr).

• TOTEM (umumiy kesma, elastik sochilish va diffraksion dissotsiatsiya)- kollayderda eng uzoq o'rnatish bilan tajriba. Uning vazifasi kichik burchakli to'qnashuvlar natijasida hosil bo'lgan protonlarni aniq o'lchash orqali protonlarni o'rganishdir. Ushbu hudud "oldinga" yo'nalish sifatida tanilgan va boshqa LHC tajribalari uchun mavjud emas. TOTEM detektorlari CMS shovqin nuqtasi atrofida deyarli yarim kilometrga cho'zilgan. TOTEMda deyarli 3000 kg jihozlar, jumladan, to‘rtta yadroviy teleskop, shuningdek, 26 ta rim detektori mavjud. Oxirgi turdagi detektorlarni zarracha nuriga imkon qadar yaqinroq joylashtirish imkonini beradi. TOTEM eksperimenti 8 mamlakatdagi 16 institutdan 100 ga yaqin olimlarni o‘z ichiga oladi (2014 yil avgust).

Katta adron kollayderi nima uchun kerak?

Eng yirik xalqaro ilmiy o'rnatish ko'plab jismoniy muammolarni o'rganadi:

• Yuqori kvarklarni o'rganish. Bu zarra nafaqat eng og'ir kvark, balki eng og'ir elementar zarradir. Yuqori kvarkning xususiyatlarini o'rganish ham mantiqiy, chunki u tadqiqot vositasidir.
• Xiggs bozonini qidirish va o'rganish. Garchi CERN Xiggs bozoni allaqachon (2012 yilda) kashf etilgan deb da'vo qilsa-da, hozirgacha uning tabiati haqida juda kam narsa ma'lum va keyingi tadqiqotlar uning ish mexanizmiga ko'proq aniqlik kiritishi mumkin.

• Kvark-glyuon plazmasini o'rganish. Qo'rg'oshin yadrolari yuqori tezlikda to'qnashganda, u kollayderda hosil bo'ladi. Uni o'rganish yadro fizikasi (kuchli o'zaro ta'sirlar nazariyasini takomillashtirish) va astrofizika (koinotning mavjudligining dastlabki daqiqalarida o'rganish) uchun foydali natijalar berishi mumkin.
• Supersimmetriyani qidiring. Ushbu tadqiqot "supersimmetriya" - har qanday elementar zarraning "superzarra" deb ataladigan og'irroq sherigi borligi haqidagi nazariyani rad etish yoki isbotlashga qaratilgan.
• Foton-foton va foton-adron to'qnashuvlarini o'rganish. Bu bunday to'qnashuvlar jarayonlarining mexanizmlarini tushunishni yaxshilaydi.
• Ekzotik nazariyalarni sinab ko'rish. Ushbu toifadagi vazifalar eng noan'anaviy - "ekzotik", masalan, qidiruvni o'z ichiga oladi parallel olamlar mini qora tuynuklarni yaratish orqali.

Ushbu vazifalarga qo'shimcha ravishda yana ko'plab vazifalar mavjud bo'lib, ularning echimi insoniyatga tabiatni va atrofimizdagi dunyoni yaxshiroq tushunishga imkon beradi va bu o'z navbatida yangi texnologiyalarni yaratish uchun imkoniyatlar ochadi.

Katta adron kollayderining amaliy afzalliklari va fundamental fan

Avvalo shuni ta'kidlash kerakki, fundamental tadqiqotlar fundamental fanga hissa qo'shadi. Ushbu bilimlarni qo'llash bilan amaliy fan shug'ullanadi. Jamiyatning fundamental fanning afzalliklaridan bexabar bo'lgan qismi ko'pincha Xiggs bozonining kashf etilishini yoki kvark-glyuon plazmasining yaratilishini muhim narsa sifatida qabul qilmaydi. Bunday tadqiqotlarning oddiy inson hayoti bilan aloqasi aniq emas. Atom energiyasidan qisqacha misolni ko'rib chiqing:

1896 yilda frantsuz fizigi Antuan Anri Bekkerel radioaktivlik hodisasini kashf etdi. Uzoq vaqt davomida uni shunday deb o'ylashdi sanoat foydalanish insoniyat tez orada o'tib ketmaydi. Birinchi marta ishga tushirilishidan besh yil oldin yadro reaktori haqiqatda kashf etgan buyuk fizik Ernest Ruterford atom yadrosi 1911 yilda atom energiyasi hech qachon o'z foydasini topa olmasligini aytdi. Mutaxassislar 1939 yilda nemis olimlari Liza Meytner va Otto Xan neytronlar bilan nurlanganda uran yadrolari ikki qismga bo'linishini aniqlaganlarida, atom yadrosidagi energiyaga bo'lgan munosabatini qayta ko'rib chiqishga muvaffaq bo'lishdi. energiya - yadro energiyasi.

Va faqat bir qator fundamental tadqiqotlarning so'nggi bo'g'inidan so'ng amaliy fan paydo bo'ldi, u ushbu kashfiyotlar asosida yadro energiyasini ishlab chiqarish uchun qurilma - atom reaktorini ixtiro qildi. Kashfiyot ko'lamini yadro reaktorlari tomonidan elektr energiyasi ishlab chiqarish ulushiga qarab taxmin qilish mumkin. Masalan, Ukrainada elektr energiyasi ishlab chiqarishning 56 foizi atom elektr stantsiyalariga to'g'ri keladi, Frantsiyada esa 76 foiz.

Barcha yangi texnologiyalar ma'lum fundamental bilimlarga asoslanadi. Mana yana bir nechta qisqa misollar:

• 1895 yilda Vilgelm Konrad Rentgen rentgen nurlari ta'sirida fotografik plastinka qorayishini payqadi. Bugungi kunda rentgenografiya tibbiyotda eng ko'p qo'llaniladigan tadqiqotlardan biri bo'lib, ichki organlarning holatini o'rganish va infektsiyalar va shishishni aniqlash imkonini beradi.
• 1915 yilda Albert Eynshteyn o'zinikini taklif qildi. Bugungi kunda ushbu nazariya GPS sun'iy yo'ldoshlarining ishlashida hisobga olinadi, ular ob'ektning joylashishini bir necha metr aniqlik bilan aniqlaydi. GPS uyali aloqada, kartografiyada, avtomobil monitoringida, lekin birinchi navbatda navigatsiyada qo'llaniladi. Umumiy nisbiylikni hisobga olmaydigan sun'iy yo'ldoshning xatosi uchirilgan paytdan boshlab kuniga 10 kilometrga oshadi! Va agar piyoda o'z aqli va qog'oz xaritasidan foydalana olsa, u holda samolyot uchuvchilari qiyin vaziyatga tushib qolishadi, chunki bulutlarda harakat qilish mumkin emas.

Agar bugungi kunda LHCda bo'lib o'tgan kashfiyotlarning amaliy qo'llanilishi hali topilmagan bo'lsa, bu olimlar "kollayder atrofida behuda ovoragarchilik qilmoqda" degani emas. Ma'lumki, aqlli odam har doim mavjud bo'lgan bilimlardan maksimal darajada amaliy qo'llashni maqsad qiladi va shuning uchun LHCda tadqiqot jarayonida to'plangan tabiat haqidagi bilimlar, albatta, ertami-kechmi o'z qo'llanilishini topadi. Yuqorida aytib o'tganimizdek, fundamental kashfiyotlar va ulardan foydalanadigan texnologiyalar o'rtasidagi bog'liqlik ba'zan umuman aniq bo'lmasligi mumkin.

Va nihoyat, biz tadqiqotning asl maqsadlari sifatida belgilanmagan bilvosita kashfiyotlarni ta'kidlaymiz. Ular juda keng tarqalgan, chunki fundamental kashfiyotlar odatda yangi texnologiyalarni joriy etish va ulardan foydalanishni talab qiladi. Shunday qilib, optikaning rivojlanishi astronomlarning teleskop orqali kuzatishlariga asoslangan kosmosning fundamental tadqiqotlaridan turtki oldi. CERN misolida, hamma joyda keng tarqalgan texnologiya tug'ildi - Internet, CERN ma'lumotlarini olishni osonlashtirish uchun 1989 yilda Tim Berners-Li tomonidan taklif qilingan loyiha.